CN114636039B - 自传感智能电熔管件、流量和泄漏检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自传感智能电熔管件、流量和泄漏检测系统及方法，包括由热塑性塑料制成的套筒、电阻丝、至少两个接线柱和预埋电极；其中，电阻丝环向缠绕设置于套筒内壁，用于作为电熔焊接的加热元件；至少两个接线柱设置于套筒外壁，分别电连接至电阻丝的两端，用于导通焊接电流进行电熔焊接；预埋电极设置于套筒内壁，通过电阻丝与接线柱电连接；当套筒通过电熔焊接安装于管道时，预埋电极可与管道内的的液体接触，并通过电阻丝与至少两个接线柱电连接。本发明通过在电熔管件中增加一个预埋电极，在进行管道连接时作为两个电阻丝的导通连接线；在管道进行液体运输时作为检测电极来检测管道中的流量大小。不仅节省了安装流量传感器的成本；还在不避免破坏电熔管件的完整性的情况下检测流量。

Description

自传感智能电熔管件、流量和泄漏检测系统及方法

技术领域

本发明涉及塑料管道技术领域，特别是涉及一种自传感智能电熔管件、流量和泄漏检测系统及方法。

背景技术

世界银行对世界范围的城市饮用水供水系统的漏损状况的统计表明，在约3000亿m³年供水量中，城镇供水管网漏损水量占近500亿m³。所以对供水管网区域漏水事件的监测是非常必要的。随着我国快速推进城市化进程，供水管网漏损问题日益凸出。水的泄漏会造成水资源的极大浪费，同时造成不小的经济损失，还会带来许多的卫生、安全等隐患；漏水附近的污染物及病菌会进入饮用水供水管道内，人们食用了该水之后就会带来非常严重的卫生问题；水泄漏会导致建筑物附近的土壤软化，失去原本应该有的承受能力，发生坍塌事故；道路漏水会影响人们的正常出行。

为了及早发现管道泄漏的问题，需要对管道中流动液体的流速或流量进行检测，根据流速或流量的大小来判断管道系统是否发生泄露。现有技术提供一种流动液体电阻特性及一种新型流量测量方法的研究，提供了一种流量检测方法，流体任意两点间的宏观电阻大小流速存在一种关系，即流速越大，宏观电阻越小。其一是由于电流的大小一定程度上取决于载流子的速度，而流体流速越大，其中载流子的流速也越大，从而导致电流变大，体现出来的电阻就越小；其二是由于流体流速越大，冲击管壁面产生的载流子越多，从而导致电流变大，体现出来的电阻就越小。因此，流体两点间的电阻随流速增大而减小。

由于管道在运输过程中是密闭的，直接检测流速大小有一定的难度，因此，现有技术提出一种基于负阻特性的流量测量方法及电阻流量计（CN1828230A），在该方案中，在管道系统中增加流量传感器，其通过流量传感体两端的螺纹或法兰与管道连接，传感器内孔供液体通过，在内孔中分别固定有测量电阻变换的的两个电极，这两个电极分别由两根引出线连接至电路回路中，从而实现液体电阻的测量，通过检测管道两点之间的电阻值可计算得出来这亮点之间的流速或流量大小。但是，该方案需要在流量传感体中电极对应的位置开孔用来安装引出线，因此破坏了管件整体的密闭性。

此外，中国专利CN111022811A公开了一种具有非金属管道泄漏监测功能的电熔管件及其加工方法，用于非金属管道泄漏监测时，将外部轴向监测电极13、内部监测电极1、电阻值检测模块12连通，并与通讯模块组成一个泄漏监测子系统。当管道发生泄漏时，泄漏的部分流体将沿着管道外壁面流到管道下方的轴向监测电极13处，由于水等流体介质具有导电性，管道内的流体以及泄漏的流体使轴向监测电极13和内部监测电极1导通形成回路，电阻值检测模块12测量的电阻值将明显降低，由此监测到管道产生的介质泄漏。然而，该专利的电熔管件必须布置一个外部轴向监测电极13，且仅当泄漏的部分流体将沿着管道外壁面流到管道下方的轴向监测电极13处才能够检测到管道泄漏。一方面泄漏的流体流量较少时无法检测；另一方面，也无法用于管道中的流量测量。

目前，一方面我国在漏水监测方面主要使用的泄漏检测方法还是以传统的人工检测为主要方式，但人工手动检测的方法不仅难以发现复杂环境下的漏点，而且可靠性还不高，还会造成人力物力的资源浪费；另一方面，部分管道系统会在管件上安装流量传感器，但额外安装流量传感器不仅增加了系统的硬件成本，还需要在管件上开口，破坏了管件的整体密闭性，增加了泄漏的风险。

发明内容

本发明实施例提供了一种自传感智能电熔管件、流量检测系统、泄漏检测系统及方法，以至少解决现有的管道系统中需要单独安装流量传感器而导致的成本高、管道密闭性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的解决方案为：

第一方面，本发明实施例提供了一种自传感智能电熔管件，包括由热塑性塑料制成的套筒、电阻丝、两个接线柱和预埋电极；

其中，所述电阻丝环向缠绕设置于所述套筒内壁，用于作为电熔焊接的加热元件；

所述两个接线柱设置于所述套筒外壁，分别电连接至所述电阻丝的两端，用于导通焊接电流进行电熔焊接；

所述预埋电极设置于所述套筒内壁，与所述电阻丝电连接，并通过所述电阻丝与所述至少两个接线柱电连接；

当所述电熔管件通过电熔焊接固定连接两个管道时，所述预埋电极位于所述两个管道之间接缝处；

当所述电熔管件通过电熔焊接固定连接两个管道，且所述管道用于输送液体时，所述预埋电极用于与流量检测装置及设于管道中的另一电极导通，并检测管道中液体的流量和流速。

另外，本发明的自传感智能电熔管件还可以具有以下特征：

根据本发明的一个实施例，所述预埋电极为圆环形，所述预埋电极沿着所述套筒内壁径向突出，所述预埋电极的径向高度不超过待连接的管道的厚度。

根据本发明的一个实施例，所述套筒横截面中间位置的内壁上径向设置有环形限位凸台；所述预埋电极固定在所述环形限位凸台的一侧，且所述环形限位凸台的高度不超过管道的厚度。

根据本发明的一个实施例，所述套筒设置有环形限位凸台，位于所述套筒中间位置的内壁上；所述环形限位凸台的内表面设置有凹槽，所述预埋电极镶嵌在所述环形限位凸台的凹槽中，且所述预埋电极的高度与所述环形限位凸台的内表面平齐。

根据本发明的一个实施例，所述环形限位凸台的凹槽为柱形、扇形或环形，所述预埋电极的形状与所述凹槽的形状相匹配。

根据本发明的一个实施例，所述预埋电极的材料包括：纯铜、石墨、黄铜、钢、铸铁或钨合金中的至少一种。

第二方面，本发明实施例提供了一种自传感智能电熔管件的使用方法，所述使用方法具体包括：

将需连接的管道稳固对接在所述电熔管件中；

用导线将所述电熔管件的至少两个接线柱电熔焊机连接；所述电熔焊接机启动后对所述电阻丝加热进行电熔焊接；

所述管道与套筒固定连接并冷却后，将所述电熔管件的至少两个接线柱与流量检测装置连接；

所述流量检测装置可通过内部的数字电路开关测量任意两个所述预埋电极之间的电阻，并根据预先标定的流量与电阻关系，计算管道内液体的流速与流量。

第三方面，本发明实施例提供了一种流量检测系统，包括：客户端、通信模块、流量检测装置和自传感智能电熔管件；其中，

所述通信模块与所述客户连接，并与所述流量检测装置电连接，用于传输数据和向所述流量检测装置供电；

所述流量检测装置与所述电熔管件的所述预埋电极电连接，测量任意两个预埋电极之间的电阻，并根据预定的流量与电阻关系，计算管道内液体的流速与流量。

第四方面，本发明实施例提供了一种泄漏检测系统，包括客户端、多个流量检测装置和多个自传感智能电熔管件；其中，

所述流量检测装置用于，通过相应的通信模块获取所述客户端下发的检测指令；

所述检测装置用于，按照预设的顺序将多个所述电熔管件到所述检测装置中形成导电回路，获取多个检测流量值；

多个流量值进行相互比较，基于流量差判断泄漏管段位置与泄漏率，并将检测得到的泄漏信息上报至客户端。

第五方面，本发明实施例提供了另一种自传感智能电熔管件，其特征在于，包括：由热塑性塑料制成的套筒、电阻丝、接线柱和预埋电极；

其中，所述电阻丝环向缠绕设置于所述套筒内壁，用于作为电熔焊接的加热元件；所述电阻丝包括：第一电阻丝和第二电阻丝，且所述第一电阻丝和第二电阻丝相互独立，互不导通；

所述接线柱设置于所述套筒外壁，用于导通焊接电流进行电熔焊接；所述接线柱包括：第一接线柱、第二接线柱以及第三接线柱、第四接线柱，其中，所述第一接线柱、所述第二接线柱与第一电阻丝电连接，所述第三接线柱、所述第四接线柱与第二电阻丝电连接；

所述预埋电极设置于所述套筒内壁，所述预埋电极包括：第一预埋电极和第二预埋电极，所述第一预埋电极与所述第一电阻丝电连接，所述第二预埋电极与所述第二电阻丝电连接；

当所述电熔管件通过电熔焊接固定连接两个管道时，所述第一预埋电极和所述第二预埋电极位于所述两个管道之间接缝处；且当所述管道中有流动的液体时，所述第一预埋电极和所述第二预埋电极可被导通，并用于测量所述第一预埋电极和所述第二预埋电极之间的电阻。

另外，本发明的自传感智能电熔管件还可以具有以下特征：

根据本发明的一个实施例，所述预埋电极为圆环形，所述预埋电极沿着所述套筒内壁径向突出，所述预埋电极的径向高度不超过待连接的管道的厚度。

根据本发明的一个实施例，所述套筒横截面中间位置的内壁上径向设置有环形限位凸台；所述预埋电极固定在所述环形限位凸台的一侧，且所述环形限位凸台的高度不超过管道的厚度。

根据本发明的一个实施例，所述套筒设置有环形限位凸台，位于所述套筒中间位置的内壁上；所述环形限位凸台的内表面设置有凹槽，所述预埋电极镶嵌在所述环形限位凸台的凹槽中，且所述预埋电极的高度与所述环形限位凸台的内表面平齐。

根据本发明的一个实施例，所述环形限位凸台的凹槽为柱形、扇形或环形，所述预埋电极的形状与所述凹槽的形状相匹配。

根据本发明的一个实施例，所述预埋电极的材料包括：纯铜、石墨、黄铜、钢、铸铁或钨合金中的至少一种。

第六方面，本发明实施例提供了一种自传感智能电熔管件的使用方法，所述使用方法具体包括：

将待连接的管道稳固对接在所述电熔管件的套筒中；

用导线将所述电熔管件的第一接线柱、第二接线柱与电熔焊机连接，以及第三接线柱、第四接线柱与电熔焊机连接；所述电熔焊机启动后对所述第一电阻丝和第二电阻丝加热进行电熔焊接；

所述管道与套筒固定连接并冷却后，将所述电熔管件所述第一接线柱、第二接线柱中的任一个接线柱与流量检测装置连接，以及所述第三接线柱、第四接线柱中的任一个接线柱与流量检测装置连接；

所述流量检测装置测量所述第一预埋电极和所述第二预埋电极之间的电阻，并根据预先标定的流量与电阻关系，计算所述管道内液体的流速与流量。

第七方面，本发明实施例提供了一种流量检测系统，包括：客户端、通信模块、流量检测装置和自传感智能电熔管件；其中，

所述通信模块与所述客户连接，并与所述流量检测装置电连接，用于传输数据和向所述流量检测装置供电；

所述流量检测装置与至少两个所述预埋电极电连接，测量所述两个预埋电极之间的电阻，并根据预定的流量与电阻关系，计算管道内液体的流速与流量。

第八方面，本发明实施例提供了一种泄漏检测系统，包括客户端、多个流量检测装置和多个自传感智能电熔管件；其中，

所述流量检测装置用于，通过相应的通信模块获取所述客户端下发的检测指令；

所述流量检测装置用于，将多个所述电熔管件到所述检测装置中形成导电回路，检测并根据预定的流量与电阻关系，计算获得多个流量值；

将所述多个流量值进行相互比较，基于流量差判断泄漏管段位置与泄漏率，并将检测得到的泄漏信息上报至客户端。

相比于相关技术，本发明通过在电熔管件中增加预埋电极，在进行管道连接时作为电阻丝的导通连接线；在管道进行液体运输时作为检测电极来检测管道中的流量大小。本发明的电熔管件不仅节省了安装流量传感器的成本；还避免破坏电熔管件的完整性，在不对电熔管件开孔的前提下，还能检测管道中的流量大小。另一方面，本发明的管道泄漏检测系统的基本原理简单，总体成本低。流量检测装置安装在铺设管道必备的电熔管件上，额外工作量少。数据传输设备（通信模块）安装于地面并且可集成化，检修和更换都较为方便。可根据管道的总长度决定多少个套筒配备一个数据传输设备，在总成本方面有一个最优解。同时系统功耗低，可以自主选择检测时间，适用于各种距离的PE输水管网铺设的泄漏检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的自传感智能电熔管件的结构示意图；

图2是本发明一实施例的自传感智能电熔管件的剖面图；

图3是本发明另一实施例的自传感智能电熔管件的剖面图；

图4是本发明另一实施例的自传感智能电熔管件的剖面图；

图5是本发明第二实施例的自传感智能电熔管件的结构示意图；

图6是本发明第二实施例的自传感智能电熔管件的剖面图；

图7是本发明第二实施例的自传感智能电熔管件的剖面图；

图8是本发明一实施例的流量检测系统的结构框架图；

图9是本发明一实施例的管道泄漏检测系统中流量监测装置与多个电熔管件的连接示意图；

图10是是本发明第二实施例的管道泄漏检测系统中流量监测装置与多个电熔管件的连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本发明所涉及的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本发明所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本发明所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

在本发明的一个实施例中，提出了一种新型电熔管件，主要应用于塑料管道的连接。参考图1和图2，本实施例的自传感智能电熔管件包括由热塑性塑料制成的套筒100，以及设置在套筒内部熔接区中的电阻丝200、预埋电极300和至少两个接线柱接线柱400，其中电阻丝200包括第一电阻丝201和第二电阻丝202，接线柱400包括第一接线柱401和第二接线柱402。

其中，如图2所示，第一电阻丝401和第二电阻丝402分别沿电套筒100内部环向缠绕，用于作为电熔焊接的加热元件。所述第一接线柱401和第二接线柱402设置于所述套筒100外壁，分别电连接至第一电阻丝401和第二电阻丝402的端部，用于导通焊接电流进行电熔焊接。预埋电极300安装在第一电阻丝201和第二电阻丝202之间的套筒100内壁上。预埋电极300所使用的材料一般为纯铜、石墨、黄铜、钢、铸铁或钨合金。第一电阻丝201的第一端与所述预埋电极300连接，第二电阻丝202的第一端与预埋电极300连接；第一电阻丝201的第二端与设于套筒100表面的第一接线柱201连接，第二电阻丝202的第二端与设于套筒100表面的第二接线柱连接。

对于本发明实施例的电熔管件，其使用方法一般包括以下步骤：

首先，将需连接的管道（运输管道）稳固对接在多个电熔管件中；然后用导线分别将每一电熔管件的第一接线柱401和第二接线柱402与电熔焊机连接；电熔焊接机启动后能够对第一电阻丝201和第二电阻丝202加热进行电熔焊接；最后，在完成所有的运输管道与套筒100的固定连接后，将每一电熔管件的第一接线柱401或第二接线柱402与流量检测装置连接，此时，预埋电极300可与所述管道内的的液体接触，用于检测管道液体的流量大小。

非金属管道之间的连接最常采用的方式是电熔管件焊接，其基本原理是通电使电熔管件内布置的电阻丝发热，利用产生的热量将运输管道的外壁与电熔管件的内壁熔融，并利用加热产生的热膨胀力将两者连接在一起，形成具有一定强度的电熔接头。在本发明实施例中，当将电熔管件作为一个管道连接件时，先将两根运输管道的熔接端分别插入到电熔管件的两端熔接区，分别将第一接线柱401和第二接线柱402与焊接设备连接，焊接设备通电后，通过第一电阻丝201、预埋电极300和第二电阻丝202构成导通回路，电阻丝加热熔融运输管道和电熔管件的熔接区，使得两个运输管道连接在一起。

在应用了本发明的电熔管件的管道系统中，在管道与套筒固定连接后，将每一电熔管件的第一接线柱或第二接线柱与流量检测装置连接。流量检测装置可通过内部的数字电路开关测量任意两个电熔管件之间的电阻，并根据预先标定的流量与电阻关系，计算管道内液体的流速与流量，即本发明可以将每一个电熔管件作为一个测量电极来测量管道系统中任一节管道的流量。具体地，在安装有多个本发明的电熔电熔管件的管道系统中，选择任一电熔管件的任一接线柱（第一接线柱401或第二接线柱402）连接到流量检测装置的一检测端，然后选择管道系统中另一个的电熔管件的任一接线柱连接至流量检测装置的另一检测端，使得这两个电熔管件中预埋电极300构成一对检测电极，检测出这两个电极之间的管道的电压值或电阻值，流量检测装置根据该电压值或电阻值转换计算得到这段管道的流量大小。本发明通过在电熔管件中增加一个预埋电极，在进行管道连接时作为两个电阻丝的导通连接线；在管道进行液体运输时作为检测电极来检测管道中的流量大小。本发明的电熔管件不仅节省了安装流量传感器的成本；还避免破坏电熔管件的完整性，在不对电熔管件开孔的前提下，还能检测管道中的流量大小。

如图2所示，在本发明的一实施例中，为了获得准确的流量测量结果，预埋电极300需要以最大的面积与管道中的液体接触，因此本实施例将预埋电极300的形状设置为圆环形，然后将环形的预埋电极300镶嵌或者粘贴在套筒的内壁上。该预埋电极300沿着套筒100内壁径向突出，并且预埋电极300的径向高度不超过待连接的管道的厚度。在优选的实施例中，一般将预埋电极300的径向高度与管道的厚度相同，预埋电极300的突出部分的两侧用于限定管道的固定位置。具体地，在将运输管道插入套筒的过程中，管道的端口到达预埋电极300位置时，预埋电极300突出部分的两侧会阻挡管道继续前进，使得管道固定在预设位置，从而达到限位的作用；并且环形的预埋电极的内表面则与液体接触，加大了预埋电极300与液体的接触面积。而预埋电极300的径向高度与管道的厚度相同，是为了保证管道的连接处更平滑，保证管道中液体无阻碍流动，在本发明实施例中，若采用镶嵌的方法将环形预埋电极300安装在套筒100中，则还需要在套筒100内壁设置一凹槽，再将环形的预埋电极300安装在凹槽内。

在图2的实施例中，由于预埋电极300与套筒100不是一体成形的，因此预埋电极300在与管道的碰撞过程中容易出现移位或倾斜等现象，导致管道与管道之间的连接不够紧密。为解决该问题，本发明另一实施例的电熔管件在图2的基础上，在套筒100横截面中间位置的内壁上径向增加了一个环形限位凸台500，具体如图3所示，且该环形限位凸台500可以通过焊接、卡位或一体成型的方式进行加工。预埋电极300则固定在环形限位凸台500的一侧，且环形限位凸台500的高度与不超过管道的厚度。在本发明实施例中，预埋电极300粘贴在环形限位凸台500的内表面，并在凸台500设置一通孔，使得另一侧的电阻丝可通过该通孔与预埋电极300连接。

在本发明的优选实施例中，一般将环形限位凸台500的高度设置为与管道的厚度相同。在有的实施例中，还可以将环形的预埋电极设置为一薄片电极，粘贴在环形限位凸台的内表面，并且该薄片电极的宽度与环形限位凸台的宽度相同。本发明通过在电熔管件中增加一个与套筒一体成形的限位凸台，不仅起到限制管道安装位置的作用，还能够避免预埋电极在安装管道的过程中出现移位或偏移等问题。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，套筒100设置有环形限位凸台500，位于所述套筒100中间位置的内壁上，且该环形限位凸台500可以通过焊接、卡位或一体成型的方式进行加工。同时在该环形限位凸台500的内表面设置有凹槽，然后将预埋电极300镶嵌在该环形限位凸台500的凹槽中，且预埋电极300的高度与所述环形限位凸台500的内表面平齐。本发明实施例的环形限位凸台500的凹槽为柱形、扇形或环形，预埋电极300的形状与凹槽的形状相匹配，即预埋电极300也为柱形、扇形或环形。

在本发明的第二实施例中，提出了另一种自传感智能电熔管件。参考图5和图6，本发明的第二实施例的电熔管件包括由热塑性塑料制成的套筒100，以及设置在套筒内部熔接区中的电阻丝200、预埋电极300和接线柱400，其中电阻丝200包括第一电阻丝201和第二电阻丝202，预埋电极300包括第一预埋电极301和第二预埋电极302，接线柱400包括第一接线柱401、第二接线柱402和第三接线柱403、第四接线柱404。第一电阻丝201和第二电阻丝202两者相互独立、互不导通。

其中，如图6所示，第一电阻丝201和第二电阻丝202分别沿电套筒100内部环向缠绕，第一预埋电极301和第二预埋电极302安装在第一电阻丝201和第二电阻丝202之间的套筒100内壁上。优选的，第一预埋电极301和第二预埋电极302二者间距至少为第一、第二电阻丝中间间距的一半。优选的，预埋电极所使用的材料一般为纯铜、石墨、黄铜、钢、铸铁或钨合金。第一电阻丝201的第一、二端分别与设于套筒100表面的第一接线柱401、第二接线柱402电连接，第二电阻丝202的第一、二端分别与设于套筒100表面的第三接线柱403、第四接线柱404电连接；第一电阻丝201的中段与所述第一预埋电极301连接，第二电阻丝202的中段与所述第二预埋电极302连接。第一预埋电极301和第二预埋电极302两者相互独立、互不导通。

对于本发明第二实施例的电熔管件，其使用方法一般包括以下步骤：

首先，将需连接的管道（运输管道）稳固对接在电熔管件中。

然后用导线将电熔管件的第一接线柱401和第二接线柱402与电熔焊机连接，电熔焊接机启动后对第一电阻丝201加热进行电熔焊接；之后用导线将电熔管件的第三接线柱403和第四接线柱404与电熔焊机连接，电熔焊接机启动后对第二电阻丝202加热进行电熔焊接。

或者，从每个电阻丝的两个接线柱中各任选一个，用串接线（优选电阻值小于每根电阻丝阻值1%）进行连接，然后将剩余的两个接线柱与电熔焊机进行连接，实现每个电熔管件中两部分电阻丝的同时焊接。

最后，在完成所有的运输管道与套筒100的固定连接后，将所述电熔管件的第一、第二接线柱401、402与流量检测装置连接，与第一电阻丝201及第一预埋电极301形成回路；第三、四接线柱403、404与流量检测装置连接，与第二电阻丝202及第二预埋电极302形成的回路，通过第一预埋电极301和第二预埋电极302与管道中的液体接触，检测管道液体的流量大小。

如图6所示，在本发明的实施例中，为了获得准确的流量测量结果，预埋电极301、302需要以最大的面积与管道中的液体接触，因此本实施例将预埋电极301、302的形状设置为圆环形，然后将环形的预埋电极301、302镶嵌或者粘贴在套筒的内壁上。该预埋电极301、302沿着套筒100内壁径向突出，并且预埋电极301、302的径向高度不超过待连接的管道的厚度。在优选的实施例中，一般将预埋电极301、302的径向高度与管道的厚度相同，预埋电极301、302的突出部分的两侧用于限定管道的固定位置。具体地，在将运输管道插入套筒的过程中，管道的端口到达预埋电极301、302位置时，预埋电极301、302突出部分的两侧会阻挡管道继续前进，使得管道固定在预设位置，从而达到限位的作用；并且环形的预埋电极的内表面则与液体接触，加大了预埋电极301、302与液体的接触面积。而预埋电极301、302的径向高度与管道的厚度相同，是为了保证管道的连接处更平滑，保证管道中液体无阻碍流动。

在图6的实施例中，由于预埋电极301、302与套筒100不是一体成形的，因此预埋电极301、302在与管道的碰撞过程中容易出现移位或倾斜等现象，导致管道与管道之间的连接不够紧密。为解决该问题，本发明另一实施例的电熔管件在图6的基础上，在套筒100横截面中间位置的内壁上径向增加了一个环形限位凸台。

如图7所示，且该环形限位凸台500与套筒一体成形可以通过焊接、卡位或一体成型的方式进行加工。预埋电极301、302则固定在环形限位凸台500的两侧，且环形限位凸台500的高度与管道的厚度相同。在本发明实施例中，预埋电极301、302粘贴在环形限位凸台500的两侧面，电阻丝201、202分别与预埋电极301、302连接。

在本发明的优选实施例中，一般将环形限位凸台500的高度设置为与管道的厚度相同。在有的实施例中，还可以将环形的预埋电极可以设置为一薄片电极，粘贴在环形限位凸台的内表面，并且该薄片电极的宽度与环形限位凸台的宽度相同。本发明通过在电熔管件中增加一个与套筒一体成形的限位凸台，不仅起到限制管道安装位置的作用，还能够避免预埋电极在安装管道的过程中出现移位或偏移等问题。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于改进电熔管件的塑料管道流量检测系统，参考图8，包括客户端、多个通信模块、多个流量检测装置和多个如上任一项实施例所述的电熔管件。

其中，客户端用于与用户进行交互，根据客户的操作发送检测指令、接收无线模块反馈的流量值（检测结果）并呈现给用户；通信模块通过无线方式与客户连接实现数据的无线传输，通过导线与每一所述流量检测装置连接，用于传输数据和向流量检测装置供电，通信模块可以采用lora模块。其中通信模块与流量检测装置由干电池供电，可随时更换电池。每一流量检测装置与多个电熔管件连接，用于检测任一节管道的流量大小。具体的，每一电熔管件分别安装在不同的管道节点中，管道节点是两个管道连接的位置；电容管件有两个接线柱，可以选择任意一个接线柱与流量检测装置连接，任意两个电熔管件的预埋电极之间的液体相当于一个电阻，根据负阻特性，可以通过测量两个预埋电极之间的电阻来确定这段管道的流量大小。客户端发送检测指令给流量检测装置后，流量检测装置根据检测指令选择给相应的两个电熔管件通电，即可进行流量测量。

本发明的流量检测装置与电熔管件之间连接关系参考图9，图中两个电熔管件之间的部分为管道。在本实施例中，该管道路线有2段管道、3个电熔管件（管道节点）。每一个电熔管件选择任意一个接线柱与流量检测装置连接连接。当用户下达检测指令后，每一个通信模块接收指令，分别控制与之相连的流量检测装置开始启动流量检测程序。

针对附图8的检测系统，本发明一实施例提供了一种基于改进电熔管件的塑料管道流量检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，流量检测装置通过相应的通信模块获取客户端下发的检测指令；

步骤S2，检测装置在接收到检测指令后，按照预设的顺序将每一节管道两端的电熔管件到检测装置中形成导电回路，获取每一节管道的流量值。具体地，选择管道一端的电熔管件的任一接线头与检测装置的第一检测端连接，选择管道另一端的电熔管件的任一接线头与检测装置的第二检测端连接。

步骤S3，按照管道中流体流动方向，依次对每一节管道的流量值与上游管道流量值进行比较，若下游管道流量值小于上游管道流量值，则判断该段管道可能存在泄漏；基于两者的流量差判断泄漏管段位置与泄漏率，并将检测得到的泄漏信息上报至相关管理单位。

本发明的流量检测装置与根据本发明第二实施例电熔管件之间连接关系参考图10。每个电熔管件每侧各任意选择一个接线柱与流量检测装置连接。当用户下达检测指令后，每一个通信模块接收指令，分别控制与之相连的流量检测装置开始启动流量检测程序。

针对附图10的检测系统，本发明实施例提供了一种基于改进电熔管件的塑料管道流量检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，流量检测装置通过相应的通信模块获取客户端下发的检测指令；

步骤S2，检测装置在接收到检测指令后，按照预设的顺序将每个电熔管件两侧各选一个接线柱连接到检测装置中形成导电回路，获取每个电熔管件内的流量值。具体地，选择电熔管件一侧的两个接线柱中的任一接线柱与检测装置的第一检测端连接，再选择电熔管件另一侧的两个接线柱中的任一接线柱与检测装置的第二检测端连接。

步骤S3，按照管道中流体流动方向，依次对每一个电熔管件内的流量值与其上游管件内的流量值进行比较，若下游管件内的流量值小于上游管件内的流量值，则判断下游管道可能存在泄漏；基于两者的流量差判断泄漏管段位置与泄漏率，并将检测得到的泄漏信息上报至相关管理单位。将每一个电熔管件内的流量值进行分析比较，根据比较结果判断已检测的管道是否发生泄露泄漏。具体地，可以将每一个电熔管件内的流量值与预设流量值进行比较，若小于或等于预设阈值，则认为这节管道都没有发生泄露泄漏，再分析其他部位；若大于预设阈值，则认定这一节管道发生了泄露泄漏，然后再继续分析其他部位，分析结束后将是否发生泄露泄漏和发生泄露泄漏的管道位置通过通信模块反馈给用户。

在其他实施例中，也可以先将与同一个流量检测装置连接的第一节管道和最后一节管道的流量值进行比较，若差值小于或等于预设阈值，则认为这段管道都没有发生泄漏，不再进行分析比较；若差值大于预设阈值，则认定其中一节管道发生了泄漏，然后通过二分法找到发生泄漏的管道位置，分析结束后将是否发生泄漏和发生泄漏的管道位置反馈给用户。

本发明利用电熔管件来实现管件和管件之间的电阻变化监测，从而计算管道流量变化。本发明测量流量的原理是：水的静态电流是跟测量电压相关的，因此假如静态时电阻为R0，当采用不同的电压测量其电阻，不同的流速下，测量得到的流动状态下电阻应当不同，这是因为不同电压产生不同的静态电流，与流动载流子叠加后，对测量电阻的影响也应当不同。

基于上述的原理，本发明通过增加一个适当电压（该电压可以在调试过程中确定）导致载流子流速接近或等于流体流速时，电阻就会从无穷大变为有限大，这时候的电压或载流子流速就可以表征流体的流速。

具体地，首先将两个检测点（即两个电熔管件）之间的液体视为一个电阻，当液体静止时电阻值为R₀，其仅与流体性质和流体两点间的距离有关；液体的负阻特性如公式（1）所示：

（1）

其中，ΔR为液体两点间的电阻变化量，R₀为液体静止时电阻值，v为平均流速，K为一常数。根据公式（1）可得到流速v与液体两点间的实际电阻R的关系如公式（2）所示：

（2）

假设管道的横截面的直径为D，在检测装置检测处两个电熔管件的液体的实际电阻值时，则可根据流速与流量的关系可推导得流量值Q的计算公式如公式（3）所示：

（3）

本发明的管道泄漏检测系统的基本原理简单，总体成本低。流量检测装置安装在铺设管道必备的电熔管件上，仅需随管道安装导线，额外工作量少。数据传输设备（通信模块）安装于地面并且可集成化，检修和更换都较为方便。可根据管道的总长度决定多少个套筒配备一个数据传输设备，在总成本方面有一个最优解。同时系统功耗低，可选择干电池或太阳能的方式供电。对于超远距离的管道，也可以将lora模块替换为数传电台使用运营商网络传输数据，后续有较大的发展空间。可以自主选择检测时间，发出检测指令即可返回管道数据。适用于各种距离的PE输水管网铺设的泄漏检测。

本发明通过上述的管道泄漏检测方法能够实时监测管道系统的运输情况，如管道系统任意时间的流量值、管道是否发生泄漏以及发生泄漏的位置。并通过使用本发明实施例中的电熔管件，不需要额外增加流量传感器、或在管道上打两个孔来安装电极，并且不需要破坏电熔管件的整体性，保证了管道的密闭性。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种自传感智能电熔管件，其特征在于，包括：由热塑性塑料制成的套筒、电阻丝、接线柱和预埋电极；

其中，所述电阻丝环向缠绕设置于所述套筒内壁，用于作为电熔焊接的加热元件；所述电阻丝包括：第一电阻丝和第二电阻丝，且所述第一电阻丝和第二电阻丝相互独立，互不导通；

所述接线柱设置于所述套筒外壁，用于导通焊接电流进行电熔焊接；所述接线柱包括：第一接线柱、第二接线柱以及第三接线柱、第四接线柱，其中，所述第一接线柱、所述第二接线柱与第一电阻丝电连接，所述第三接线柱、所述第四接线柱与第二电阻丝电连接；

所述预埋电极设置于所述套筒内壁，所述预埋电极包括：第一预埋电极和第二预埋电极，所述第一预埋电极与所述第一电阻丝电连接，所述第二预埋电极与所述第二电阻丝电连接，第一预埋电极和第二预埋电极二者的间距至少为第一电阻丝、第二电阻丝中间间距的一半；

所述套筒设置有环形限位凸台，位于所述套筒中间位置的内壁上；所述环形限位凸台的内表面设置有凹槽，所述预埋电极镶嵌在所述环形限位凸台的凹槽中，且所述预埋电极的高度与所述环形限位凸台的内表面平齐；

当所述电熔管件通过电熔焊接固定连接两个管道时，所述第一预埋电极和所述第二预埋电极位于所述两个管道之间接缝处；

当所述管道中有流动的液体时，所述第一预埋电极和所述第二预埋电极可被导通，并用于测量所述第一预埋电极和所述第二预埋电极之间的电阻。

2.根据权利要求1所述的自传感智能电熔管件，其特征在于，所述预埋电极为圆环形。

3.根据权利要求1所述的自传感智能电熔管件，其特征在于，所述环形限位凸台的凹槽为柱形、扇形或环形，所述预埋电极的形状与所述凹槽的形状相匹配。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自传感智能电熔管件，其特征在于，所述预埋电极的材料包括：纯铜、石墨、黄铜、钢、铸铁或钨合金中的至少一种。

5.一种自传感智能电熔管件的使用方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的自传感智能电熔管件，所述使用方法包括：

将待连接的管道稳固对接在所述电熔管件的套筒中；

用导线将所述电熔管件的第一接线柱、第二接线柱与电熔焊机连接，以及第三接线柱、第四接线柱与电熔焊机连接；所述电熔焊机启动后对所述第一电阻丝和第二电阻丝加热进行电熔焊接；

所述管道与套筒固定连接并冷却后，将所述电熔管件所述第一接线柱、第二接线柱中的任一个接线柱与流量检测装置连接，以及所述第三接线柱、第四接线柱中的任一个接线柱与流量检测装置连接；

所述流量检测装置测量所述第一预埋电极和所述第二预埋电极之间的电阻，并根据预先标定的流量与电阻关系，计算所述管道内液体的流速与流量。

6.一种流量检测系统，其特征在于，包括：客户端、通信模块、流量检测装置和至少两个如权利要求1-4任一项所述的自传感智能电熔管件；其中，

所述通信模块与所述客户端连接，并与所述流量检测装置电连接，用于传输数据和向所述流量检测装置供电；

所述流量检测装置与至少两个所述预埋电极电连接，测量所述两个预埋电极之间的电阻，并根据预定的流量与电阻关系，计算管道内液体的流速与流量。

7.一种泄漏检测系统，其特征在于，包括客户端、多个流量检测装置和多个如权利要求1-4任一项所述的自传感智能电熔管件；其中，

所述流量检测装置用于，通过相应的通信模块获取所述客户端下发的检测指令；

所述流量检测装置用于，将多个所述电熔管件连接到所述检测装置中形成导电回路，检测并根据预定的流量与电阻关系，计算获得多个流量值；

将所述多个流量值进行相互比较，基于流量差判断泄漏管段位置与泄漏率，并将检测得到的泄漏信息上报至客户端。

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