DE102005024926B4

DE102005024926B4 - Method and apparatus for detecting infiltrations in liquid-filled channels

Info

Publication number: DE102005024926B4
Application number: DE200510024926
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Elkmann; Bert Dr. Reimann; Falko Schultke
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: DE102005024926A1

Abstract

Verfahren zum Detektieren von Infiltrationen in flüssigkeitsgefüllte Kanäle, bei dem die Temperatur der Flüssigkeit mit einer Temperatursensoranordnung erfasst wird und die Sensoranordnung entlang des Kanals bewegt wird und mittels mindestens zwei in festem Abstand zueinander angeordneten Temperatursensoren, die in die Flüssigkeit eintauchen, eine Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursensoren bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmig ausgebildeten Temperatursensoren durch eine Kinematik in einem vorgegebenen Abstand zur Kanalwandung bewegt werden, dass die Temperaturdifferenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird und dass bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwertes auf eine Infiltration geschlossen wird.method for detecting infiltrations in fluid-filled channels the temperature of the liquid is detected with a temperature sensor arrangement and the sensor arrangement is moved along the channel and by means of at least two in solid Distance from each other arranged temperature sensors into the liquid dip, a temperature difference between the temperature sensors is determined, characterized in that the rod-shaped Temperature sensors by kinematics at a predetermined distance be moved to the duct wall, that the temperature difference with is compared to a predetermined threshold and that when exceeded the predetermined threshold on an infiltration closed becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Infiltrationen in flüssigkeitsgefüllte Kanäle nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for detecting infiltrations into liquid-filled channels the preamble of the main claim and a device for carrying out the Process.

Die Betreiber von unterirdischen Rohrleitungen und Kanälen, insbesondere Abwasserkanälen müssen regelmäßig deren Zustand untersuchen und gegebenenfalls sanieren. Unter anderem muss die Dichtheit des Rohrs oder Kanals gewährleistet werden. Bei Rohren und Kanälen, die unterhalb der Grundwassergrenze verlaufen, führen alle Beschädigungen der Rohr- oder Kanalwand mit Undichtheiten zum Eindringen des Grundwassers bzw. zu Infiltrationen. Die Infiltrationen haben in der Regel, insbesondere bei Abwasserkanälen eine geringere Temperatur als das Medium im Rohr oder Kanal.The Operator of underground pipelines and canals, in particular Sewer channels must regularly their Check condition and, if necessary, refurbish. Among other things must the tightness of the pipe or duct can be ensured. For pipes and channels, which run below the groundwater level, cause all damage the pipe or duct wall with leaks for the penetration of groundwater or to infiltrations. The infiltrations usually have, in particular at sewers a lower temperature than the medium in the pipe or channel.

Aus der EP 0 229 762 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Infiltrationen bekannt, bei denen eine Detektionseinheit entlang des Kanals bewegt wird und während der Fortbewegung mittels einer IR-Kamera das Innere des Abwasserkanals abgetastet wird. Die IR-Kamera registriert die Temperaturen in dem Abwasserkanal, wobei Temperaturunterschiede im Abwasser sichtbar gemacht werden können. Wenn solche Unterschiede in dem IR-Kamerabild auftauchen, wird auf eine Infiltration geschlossen. Der Detektionseinheit ist eine Wegmesseinrichtung zugeordnet, die den Ort des aufgenommenen Bildes definiert.From the EP 0 229 762 B1 For example, there is known a method and an apparatus for detecting infiltrations, in which a detection unit is moved along the channel and during movement by means of an IR camera the interior of the sewer is scanned. The IR camera registers the temperatures in the sewer, whereby temperature differences in the wastewater can be visualized. If such differences appear in the IR camera image, an infiltration is concluded. The detection unit is associated with a displacement measuring device which defines the location of the recorded image.

Eine solche Detektions- und Inspektionsvorrichtung erfasst nur den Gasraum des Kanals, d.h., es werden nur Kamerabilder von der Oberfläche des Abwassers gemacht, wodurch die Erfassungsgenauigkeit begrenzt ist. Weiterhin muss die Auswertung der IR-Bilder durch eine Person vorgenommen werden, eine automatische Auswertung ist nicht möglich.A such detection and inspection device detects only the gas space of the channel, that is, only camera images are taken from the surface of the sewage made, whereby the detection accuracy is limited. Farther the evaluation of the IR images must be done by one person be, an automatic evaluation is not possible.

In der DE 196 10 475 C1 wird eine Detektions- und Inspektionsvorrichtung offenbart, welche auch den flüssigkeitsgefüllten Raum eines Kanals untersuchen kann. Die Detektion von Leckagen in Kanalisationsrohren geschieht durch gleichzeitiges Auswerten verschiedener geophysikalischer Messungen, u. a. des elektrischen Spannungsabfalls, der elektrischen Stromdichte und eines Temperaturgradienten. Durch das gleichzeitige Messen soll die Aussagekraft und die Genauigkeit beim Auffinden von Leckagen erhöht werden.In the DE 196 10 475 C1 discloses a detection and inspection device which can also inspect the liquid-filled space of a channel. The detection of leaks in sewage pipes is carried out by simultaneous evaluation of various geophysical measurements, including the electrical voltage drop, the electric current density and a temperature gradient. Simultaneous measurement is intended to increase the validity and accuracy of finding leaks.

Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass nur über die Kombination verschiedener Messwerte eine ge naue Positionierung der Leckagen ermittelt werden kann. Da die Messgeräte zum Messen der verschiedenen Parameter allesamt in einer zylindrischen Hülse eingebettet sind, wird die Messgenauigkeit der Ergebnisse, insbesondere der Temperaturmessung, verschlechtert. Des Weiteren wird durch das gleichzeitige Einsetzen verschiedener Detektionsmöglichkeiten der Preis einer solchen Vorrichtung in die Höhe getrieben.Of the Disadvantage of this device is that only about the Combination of different measured values a precise positioning of the Leaks can be determined. Because the measuring devices for measuring the various Parameters are all embedded in a cylindrical sleeve is the measurement accuracy of the results, in particular the temperature measurement, deteriorated. Furthermore, by the simultaneous insertion various detection options the price of such a device is driven up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Infiltrationen in flüssigkeitsgefüllte Kanäle zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit der Erfassung und eine automatische Auswertung ermöglichen, wobei die Vorrichtung einfach in ihrem Aufbau und somit kostengünstig sein soll.Of the Invention is the object of a method and an apparatus to provide for detecting infiltrations in fluid filled channels, the high accuracy of the detection and an automatic evaluation enable, the device being simple in construction and thus inexpensive should.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche in Verbindung mit den Merkmalen der jeweiligen Oberbegriffe gelöst.These The object is achieved by the characterizing features of the independent claims in combination solved with the characteristics of the respective generic terms.

Dadurch, dass mindestens zwei in festem Abstand zueinander angeordnete Temperatursensoren vorgesehen sind, die in die Flüssigkeit eintauchen, kann eine an den Sensoren auftretende Temperaturdifferenz bestimmt werden, mit Hilfe derer auf eine Infiltration z.B. von Grundwasser geschlossen werden kann. Dabei kann die Temperaturdifferenz bis in den Milli-Kelvinbereich aufgelöst werden.Thereby, that at least two spaced-apart temperature sensors are provided in the liquid immerse, can occur at the sensors temperature difference determined by means of which they are subjected to infiltration, e.g. from Groundwater can be closed. The temperature difference can be be resolved to the milli-Kelvin range.

Die Sensoren, die beispielsweise als Widerstandstemperatursensoren oder als Thermoelemente ausgebildet sein können, sind klein, z.B. kleiner als 1 cm² und bei entsprechender Führung kann eine Positioniergenauigkeit bis zu 1 cm erreicht werden. Es kann im Wasserraum gemessen werden und es können Infiltrationsmengen bis zu 50 ml/s unabhängig von der Gesamtmenge der strömenden Flüssigkeit erfasst werden. Hinsichtlich der Kanalgröße ist keine Einschränkung gegeben.The sensors, which may be designed, for example, as resistance temperature sensors or as thermocouples, are small, for example less than 1 cm ^2, and with appropriate guidance, a positioning accuracy of up to 1 cm can be achieved. It can be measured in the water room and infiltration rates of up to 50 ml / s can be detected, regardless of the total amount of liquid flowing. Regarding the channel size, there is no restriction.

Die Auswertung kann automatisiert werden, da die Temperaturmessung, die Berechnung der Temperaturdifferenz und der Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitschritten vorgenommen werden können, wobei entsprechende Werte gespeichert werden können.The Evaluation can be automated because the temperature measurement, the calculation of the temperature difference and the comparison with a predetermined threshold continuously or in predetermined time steps can be made whereby corresponding values can be stored.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.By in the subclaims specified measures Advantageous developments and improvements are possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described in the following Description closer explained. Show it:

1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Abwasserrohr und 1 a schematic view of the device according to the invention in a sewer pipe and

2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem Wagen zur Fortbewegung. 2 a schematic view of a white cal embodiment with a carriage for locomotion.

In 1 wird die erfindungsgemäße Messvorrichtung in einem Abwasserrohr 1 gezeigt. Das Abwasserrohr 1 ist permanent zumindest teilgefüllt und die gesamte Vorrichtung oder ein Teil davon wird innerhalb der Flüssigkeit, d.h., dem Abwasser, geführt. Die Vorrichtung zum Detektieren von Infiltrationen weist eine Temperaturmessvorrichtung 2 auf, die mit einer Auswerteeinheit 3 verbunden ist. Die Messvorrichtung 2 weist zwei stabförmige Temperatursensoren 4, 5 auf, die in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei zur Unterscheidung der in Strömungsrichtung 6 gesehene, vordere Sensor 4 als Messsensor und der hintere Sensor 5 als Referenzsensor bezeichnet ist. Allerdings kann der Messsensor auch als Referenzsensor und umgekehrt bezeichnet werden. Die eigentlichen Messelemente, die als Widerstandselemente 7 ausgebildet sind, befinden sich an den Enden der stabförmigen Temperatursensoren 4, 5 und senden ihre Signale über Verbindungsleitungen an die Auswerteeinheit 3. Die Reaktionszeit der Widerstandselemente 7 liegt im Millisekundenbereich.In 1 the measuring device according to the invention is in a sewer pipe 1 shown. The sewage pipe 1 is permanently at least partially filled and the entire device or a part thereof is within the liquid, ie, the wastewater out. The device for detecting infiltrates has a temperature measuring device 2 on that with an evaluation unit 3 connected is. The measuring device 2 has two rod-shaped temperature sensors 4 . 5 on, which are arranged at a fixed distance from each other, wherein the distinction in the flow direction 6 seen, front sensor 4 as measuring sensor and the rear sensor 5 is referred to as a reference sensor. However, the measuring sensor can also be referred to as a reference sensor and vice versa. The actual measuring elements acting as resistance elements 7 are formed, located at the ends of the rod-shaped temperature sensors 4 . 5 and send their signals via connecting lines to the evaluation unit 3 , The reaction time of the resistive elements 7 is in the millisecond range.

Die Auswerteeinheit 3 umfasst Verstärker zum Verstärken der Sensorsignale bzw. der Signale von den Widerstandselementen 7 und eine Berechnungseinheit für die Temperaturdifferenz zwischen den von dem Messsensor 4 und dem Referenzsensor gelieferten Temperaturen sowie eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der Temperaturdifferenz mit einem oder mehreren vorgegebenen Schwellenwerten und eine Speichereinheit zum Speichern der gemessenen und berechneten Werte.The evaluation unit 3 includes amplifiers for amplifying the sensor signals and the signals from the resistor elements 7 and a temperature difference calculating unit between those of the measuring sensor 4 and the reference sensor supplied temperatures and a comparison unit for comparing the temperature difference with one or more predetermined threshold values and a memory unit for storing the measured and calculated values.

Die Messvorrichtung 2 und gegebenenfalls die Auswerteeinheit 3 sind wasserdicht an oder in einem Gehäuse derart aufgenommen, dass nur die Enden der stabförmigen Temperatursensoren 4, 5 in das Wasser ragen. Das Gehäuse wiederum ist an einer Positionier- und gegebenenfalls Fortbewegungskinematik befestigt, die eine Positionierung der Messvorrichtung 2 in Bezug auf die Kanalwand und gegebenenfalls eine Fortbewegung gestattet. Diese Positionier- und Fortbewegungskinematik ist mit einer nicht dargestellten Wegmesseinrichtung derart in Wirkverbindung, dass aufgrund des gemessenen Weges eine Korrelation zwischen den Messsignalen der Temperaturvorrichtung 2 und dem Messort hergestellt werden kann. Die Information der Wegmesseinrichtung wird der Auswerteeinheit 3 zugeführt, so dass Messwerte und Weginformation zusammen gespeichert werden können.The measuring device 2 and optionally the evaluation unit 3 are waterproof on or housed in a housing such that only the ends of the rod-shaped temperature sensors 4 . 5 stick in the water. The housing in turn is attached to a positioning and possibly moving kinematics, which is a positioning of the measuring device 2 permitted with respect to the channel wall and possibly a locomotion. This positioning and locomotion kinematics is in operative connection with a path measuring device, not shown, such that, due to the measured path, a correlation between the measuring signals of the temperature device 2 and the measuring location can be produced. The information of the displacement measuring device is the evaluation unit 3 supplied, so that measured values and route information can be stored together.

Für die Detektion der Undichtigkeit bzw. der Infiltration im Flüssigkeitsbereich wird die Kinematik zusammen mit der abgedichteten Messvorrichtung 2 und gegebenenfalls Auswerteeinheit 3 in die Flüssigkeit eingetaucht und darin fortbewegt. Dabei weisen der Referenz- und Messsensor 5, 4 vorzugsweise einen Abstand von 5 bis 20 cm in Strömungsrichtung 6 auf und sie werden in Abständen von vorzugsweise 30 mm bis 100 mm entlang des Rohr- bzw. Kanalumfangs geführt. Diese Werte sind nur beispielhaft angegeben, sowohl der Abstand der Sensoren untereinander als auch von der Rohrwand kann größer sein.For the detection of leakage or infiltration in the liquid area, the kinematics together with the sealed measuring device 2 and optionally evaluation unit 3 immersed in the liquid and moved therein. In this case, the reference and measuring sensor 5 . 4 preferably a distance of 5 to 20 cm in the flow direction 6 and they are guided at intervals of preferably 30 mm to 100 mm along the pipe or channel circumference. These values are given by way of example only; both the distance of the sensors from one another and from the pipe wall can be greater.

Bei der Fortbewegung wird jeweils die Differenztemperatur ΔT zwischen dem Referenz- und Messsensor 5, 4 bestimmt und ausgewertet, z.B. durch den Vergleich der Differenz mit den genannten Schwellenwerten, wobei bei Überschreiten des Schwellenwertes ein Signal für das Vorhandensein einer Infiltration, die in der Figur mit 8 bezeichnet ist, abgibt. Durch systematisches Abscannen der Umfangsflächen wird aufgrund der möglicherweise vorhandenen Temperaturdifferenz auf eine mögliche Infiltration zwischen den Sensoren 4 und 5 geschlossen, wobei sehr geringe Mengen, im Promillebereich des Verhältnisses Flüssigkeit und Infiltration, erfasst werden. Dazu können die Temperaturdifferenzen bis kleiner als 10 Milli-Kelvin betragen. Zur Erfassung kann die Infiltration sowohl zwischen den zwei Temperatursensoren 4, 5 (1) als auch stromaufwärts zu den Sensoren 4, 5 liegen.During locomotion, the difference temperature ΔT between the reference and the measuring sensor is determined 5 . 4 determined and evaluated, for example, by comparing the difference with said thresholds, wherein when the threshold is exceeded, a signal for the presence of an infiltration, in the figure with 8th is designated, gives off. By systematically scanning the peripheral surfaces, a possible infiltration between the sensors will occur due to the potential difference in temperature 4 and 5 closed, with very small amounts, in the per mill range of the ratio of liquid and infiltration, are recorded. For this purpose, the temperature differences can be less than 10 milli-Kelvin. For detection, infiltration can occur between both temperature sensors 4 . 5 ( 1 ) as well as upstream of the sensors 4 . 5 lie.

In der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass die Messvorrichtung 2 ein Paar von Sensoren, Referenz- und Messsensor umfasst. Es können weitere Sensoren oder ein oder mehrere Paare von Sensoren vorgesehen werden. Weiterhin werden die Sensoren als Widerstandssensoren beschrieben, bei denen die Temperatur aufgrund der Widerstandsänderung erfasst wird, es können aber auch Thermoelemente verwendet werden.In the above description it was assumed that the measuring device 2 a pair of sensors, reference and measuring sensor comprises. Additional sensors or one or more pairs of sensors may be provided. Furthermore, the sensors are described as resistance sensors, in which the temperature is detected due to the change in resistance, but it can also be used thermocouples.

In 1. ist schematisch die Auswerteeinheit 3 entfernt von der Messeinheit 2 dargestellt, wobei die Übertragung der Messsignale sowohl über Verbindungsleitungen als auch über Funk oder ähnliches geschehen kann.In 1 , is schematically the evaluation unit 3 away from the measuring unit 2 represented, wherein the transmission of the measuring signals can be done both via connecting lines as well as by radio or the like.

In 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Messvorrichtung 2 an einem Wagen 9 befestigt ist und in unterschiedliche Richtungen bewegt werden kann. Auf dem Wagen befindet sich die Auswerteeinheit 3. In 2 schematically another embodiment is shown, in which the measuring device 2 on a cart 9 is attached and can be moved in different directions. The evaluation unit is located on the cart 3 ,

Wenn es verlangt wird, kann die gesamte Vorrichtung in explosionsgeschützter Ausführung hergestellt werden.If it is required, the entire device can be manufactured in explosion-proof design become.

Claims

Method for detecting infiltrations in liquid-filled channels, in which the temperature of the liquid is detected with a temperature sensor arrangement and the sensor arrangement along of the channel is moved and a temperature difference between the temperature sensors is determined by at least two spaced-apart temperature sensors, which are immersed in the liquid, characterized in that the rod-shaped temperature sensors are moved by a kinematics at a predetermined distance from the channel wall, that the temperature difference is compared with a predetermined threshold value and that an infiltration is concluded when the predetermined threshold value is exceeded.

Method according to claim 1, characterized in that that the temperature sensors at a predetermined distance of 30 mm to 100 mm to the channel wall to be moved.

A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that the way of movement of the temperature sensors is measured and assigned to the measured temperature differences.

Device for detecting infiltrations in liquid-filled channels with a sensor arrangement for detecting the temperature of the liq fluid and an evaluation device for evaluating the detected temperature, wherein the sensor array is movable along the channel and at least two temperature sensors ( 4 . 5 ), which in the direction of movement have a fixed, predetermined distance from each other, and the evaluation device ( 3 ) for determining the temperature difference between the two sensors is formed, characterized in that the sensor arrangement is connected to a kinematics for positioning and locomotion, which moves the rod-shaped temperature sensors at a predetermined distance from the channel wall and the evaluation device for comparison with a predetermined threshold and is designed to deliver a signal for the presence of infiltration at the threshold is exceeded.

Device according to claim 4, characterized in that that the temperature sensors as resistance sensors or thermocouples are formed.

Device according to one of claims 4 to 5, characterized a distance measuring device is provided, which is used to measure the covered Way the sensor array is formed.