DE102020003135A1

DE102020003135A1 - Sensor device for monitoring the function of a pipeline

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Publication number: DE102020003135A1
Application number: DE102020003135.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Es wird eine Sensoreinrichtung zur Funktionsüberwachung einer ein Medium führenden Rohrleitung, insbesondere einer Fernwärmeleitung, beschrieben. Die Sensoreinrichtung umfasst eine Einrichtung zur Messung eines elektrischen Parameters zwischen einem elektrischen Leiter und einem Referenzpotential, einen Microcontroller zur Auswertung eines Messsignales der Messeinrichtung und eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Übertragung von entsprechenden Datengrößen an eine entfernte Empfangseinrichtung. Die Kommunikationseinheit ist hierbei zur Durchführung einer Größenverringerung der zu übertragenden numerischen Datengrößen ausgebildet.A sensor device for monitoring the function of a pipeline carrying a medium, in particular a district heating line, is described. The sensor device comprises a device for measuring an electrical parameter between an electrical conductor and a reference potential, a microcontroller for evaluating a measurement signal from the measuring device and a communication unit for wireless transmission of corresponding data quantities to a remote receiving device. The communication unit is designed to reduce the size of the numerical data to be transmitted.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Funktionsüberwachung einer ein Medium führenden Rohrleitung, die mindestens einen spannungsführenden elektrischen Leiter aufweist, umfassend eine Einrichtung zur Messung eines elektrischen Parameters zwischen dem elektrischen Leiter und einem Referenzpotential, einen Microcontroller zur Auswertung eines Messsignales der Messeinrichtung und zur Generierung von Datengrößen in Abhängigkeit von diesem Messsignal und eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Übertragung der Datengrößen an eine entfernte Empfangseinrichtung.The present invention relates to a sensor device for monitoring the function of a pipeline carrying a medium, which has at least one live electrical conductor, comprising a device for measuring an electrical parameter between the electrical conductor and a reference potential, a microcontroller for evaluating a measurement signal from the measuring device and for generating Data quantities as a function of this measurement signal and a communication unit for wireless transmission of the data quantities to a remote receiving device.

Derartige Sensoreinrichtungen dienen dazu, die Funktion einer ein Medium führenden Rohrleitung, beispielsweise einer Fernwärmeleitung, zu überprüfen, um auf diese Weise Fehlerstellen an einer solchen isolierten Rohrleitung, die sich beispielsweise im Erdreich befindet, festzustellen. Insbesondere werden hiermit Fernwärmeleitungen überwacht, um einen Austritt des Mediums, hier meist aufbereitetes Wasser, aus dem eigentlichen Rohr in die das Rohr umgebende Ummantelung bzw. Isolierung festzustellen. Hierzu weist die Rohrleitung mindestens einen spannungsführenden elektrischen Leiter auf, und eine zugehörige Sensoreinrichtung misst einen elektrischen Parameter zwischen dem elektrischen Leiter und einem Referenzpotential. Das erhaltene Messsignal wird ausgewertet und über eine Kommunikationseinheit an eine entfernte Empfangseinrichtung übertragen. Aus dem Signal kann dann auf eine Fehlerstelle in der Leitung geschlossen werden.Sensor devices of this type are used to check the function of a pipeline carrying a medium, for example a district heating pipeline, in order in this way to determine faults in such an insulated pipeline, which is located, for example, in the ground. In particular, district heating lines are monitored in order to determine whether the medium, here mostly treated water, has escaped from the actual pipe into the casing or insulation surrounding the pipe. For this purpose, the pipeline has at least one live electrical conductor, and an associated sensor device measures an electrical parameter between the electrical conductor and a reference potential. The measurement signal obtained is evaluated and transmitted to a remote receiving device via a communication unit. A fault in the line can then be deduced from the signal.

Auf diese Weise kann beispielsweise zur Grundwasserverseuchung führendes austretendes Wasser oder Korrosionsschäden am Mediumrohr erzeugendes Grundwasser ermittelt werden.In this way, for example, escaping water leading to groundwater contamination or groundwater causing corrosion damage to the carrier pipe can be determined.

Solche Sensoreinrichtungen sind bekannt. Beispielsweise sind in der DE 101 17 238 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlerstellen in isolierten Leitungssystemen beschrieben. Hierbei wird zur Detektion von Fehlerstellen in einen in der Ummantelung des Leitungssystems angeordneten elektrischen Leiter Wechselstrom eingespeist, und es wird eine entsprechende Magnetfeldauswertung durchgeführt.Such sensor devices are known. For example, in the DE 101 17 238 A1 a method and a device for the detection of faults in insulated line systems are described. In order to detect defects, alternating current is fed into an electrical conductor arranged in the sheathing of the line system, and a corresponding magnetic field evaluation is carried out.

Die DE 195 21 018 A1 beschreibt ein Rohrleitungssystem, insbesondere für die Übertragung von Fernwärme, das eine speziell ausgebildete Sensorleitung besitzt.the DE 195 21 018 A1 describes a pipeline system, in particular for the transmission of district heating, which has a specially designed sensor line.

In der DE 41 04 216 A1 ist ein Leitungsrohr zum Transport eines Medium offenbart, das in einem Füllmaterial zwischen Innenrohr und Außenrohr einen Sensor zur Ermittlung von Fehlerstellen aufweist. Hierbei wird der Sensor zusätzlich zur Übertragung von Daten ausgenutzt.In the DE 41 04 216 A1 discloses a conduit pipe for transporting a medium, which has a sensor in a filler material between the inner pipe and the outer pipe for determining faults. Here, the sensor is also used to transmit data.

Die DE 198 05 263 C2 beschreibt ein Verfahren zur Detektion und Ortung von Undichtigkeiten in Räumen, Behältern und/oder Rohrleitungssystemen, denen ein oder mehrere isolierte oder isoliert angeordnete Sensorleitungen zugeordnet sind.the DE 198 05 263 C2 describes a method for the detection and location of leaks in rooms, containers and / or pipeline systems to which one or more isolated or isolated sensor lines are assigned.

Wie bereits erwähnt, weisen derartige Sensoreinrichtungen Microcontroller zur Auswertung der entsprechenden Messsignale der jeweiligen Messeinrichtung und zur Generierung von Datengrößen in Abhängigkeit von diesen Messsignalen auf. Hierzu ist dem jeweiligen Microcontroller ein A/D-Wandler zugeordnet, der die entsprechenden analogen Messsignale in digitale Einheiten umwandelt und auf eine Kommunikationseinheit überträgt, welche die entsprechenden binären Datengrößen drahtlos an eine entfernte Empfangseinrichtung überträgt.As already mentioned, sensor devices of this type have microcontrollers for evaluating the corresponding measurement signals from the respective measurement device and for generating data quantities as a function of these measurement signals. For this purpose, an A / D converter is assigned to the respective microcontroller, which converts the corresponding analog measurement signals into digital units and transmits them to a communication unit, which transmits the corresponding binary data variables wirelessly to a remote receiving device.

Da derartige Sensoreinrichtungen in der Regel im Batteriebetrieb arbeiten, besteht hierbei ein Bedarf, die zu übertragenden Datenmengen so gering wie möglich zu halten. Darüber hinaus ermöglichen bestimmte Übertragungsnetzwerke nur die Übertragung einer beschränkten Datenmenge, so dass auch hierdurch den zu übertragenden Datenmengen Grenzen gesetzt sind.Since sensor devices of this type generally operate in battery mode, there is a need to keep the amount of data to be transmitted as low as possible. In addition, certain transmission networks only allow the transmission of a limited amount of data, so that this also places limits on the amount of data to be transmitted.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die eine besonders effiziente Art der Datenübertragung an eine Empfangseinrichtung ermöglicht.The present invention is therefore based on the object of creating a sensor device of the type described at the beginning which enables a particularly efficient type of data transmission to a receiving device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Sensoreinrichtung der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Kommunikationseinheit zur Durchführung einer Größenverringerung der zu übertragenden numerischen Datengrößen durch Umwandlung derselben in eine gegenüber einer üblichen Binärdarstellung reduzierte Anzahl von Binäreinheiten eines modulierten Binärsystems ausgebildet ist.According to the invention, this object is achieved in a sensor device of the specified type in that the communication unit is designed to reduce the size of the numerical data variables to be transmitted by converting them into a reduced number of binary units of a modulated binary system compared to a conventional binary representation.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung erzeugt die Kommunikationseinheit aus den vom Microcontroller zur Verfügung gestellten numerischen Datengrößen Daten eines modulierten Binärsystems, das im Vergleich zu einer üblichen Binärdarstellung eine reduzierte Anzahl von Binäreinheiten aufweist. Nach der entsprechenden Wandlung bzw. Modulation der Datengrößen wird daher in Bezug auf einen Messwert eine verringerte Anzahl von Binäreinheiten (Bits) erhalten, so dass sich insgesamt eine effizientere Datenübertragung ergibt bzw. die Anforderungen eines Übertragungssystems, das nur die Übertragung einer beschränkten Anzahl von Daten zulässt, erfüllt werden. Hierdurch kann die Anzahl der zu übertragenden Bits bzw. Bytes so gering wie möglich gehalten werden.In the solution according to the invention, the communication unit generates data of a modulated binary system from the numerical data quantities made available by the microcontroller, which has a reduced number of binary units compared to a conventional binary representation. After the corresponding conversion or modulation of the data quantities, a reduced number of binary units (bits) is obtained with respect to a measured value, so that overall a more efficient data transmission results or the requirements of a transmission system that only transmits a limited number of data allows to be fulfilled. This allows the number of bits or bytes to be transmitted to be kept as low as possible.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Microcontroller bei der Auswertung des Messsignales ein Statussignal in Abhängigkeit vom Messsignal erzeugen. Das Statussignal kann dann einer entsprechenden Modulation unterzogen werden, wie vorstehend beschrieben.In a further development of the invention, the microcontroller can generate a status signal as a function of the measurement signal when evaluating the measurement signal. The status signal can then be subjected to a corresponding modulation, as described above.

Insbesondere kann die Kommunikationseinheit einen A/D-Wandler umfassen, der die zu übertragenden numerischen Datengrößen des Messsignales bzw. des Statussignales in die reduzierte Anzahl von Binäreinheiten des modulierten Binärsystems umwandelt.In particular, the communication unit can comprise an A / D converter which converts the numerical data variables of the measurement signal or the status signal to be transmitted into the reduced number of binary units of the modulated binary system.

Um die Datengrößen zu reduzieren, ist die Kommunikationseinheit vorzugsweise zum Aufrunden oder Abrunden einer numerischen Datengröße zum Erhalt von mindestens einer Null an der Endstelle oder den Endstellen der zu übertragenden Datengröße ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Anzahl der Nullen einer Datengröße über einen Binärwert erfasst werden kann (beispielsweise drei Nullen = binär „10“), wobei hierfür nur jeweils zwei Bits benötigt werden. Durch das Aufrunden oder Abrunden der numerischen Datengröße wird zwar die Genauigkeit der erhaltenen Messwerte beeinträchtigt, jedoch wird dies bei der hier beschriebenen Funktionsüberwachung in Kauf genommen. Die Genauigkeit spielt daher nur eine untergeordnete Rolle. Bei einem Wert von beispielsweise 5 kQ ist es unerheblich, ob 4,9 oder 5,1 kQ angezeigt werden.In order to reduce the data sizes, the communication unit is preferably designed to round up or down a numerical data size to obtain at least one zero at the end point or points of the data size to be transmitted. This embodiment has the advantage that the number of zeros in a data variable can be recorded using a binary value (for example three zeros = binary “10”), only two bits being required for this. Rounding up or rounding off the numerical data size adversely affects the accuracy of the measured values obtained, but this is accepted in the function monitoring described here. The accuracy therefore only plays a subordinate role. With a value of 5 kQ, for example, it is irrelevant whether 4.9 or 5.1 kQ are displayed.

Ferner zeichnet sich die vorliegende Erfindung vorzugsweise dadurch aus, dass die Kommunikationseinheit zur Zerlegung einer numerischen Datengröße in Ziffern von einzelnen Dezimalstellen der Datengröße und getrennte Umwandlung der jeweiligen Ziffern in Binäreinheiten ausgebildet ist. Hierbei wird eine numerische Datengröße in einzelne Ziffern, beispielsweise die ersten beiden Ziffern, zerlegt, und diese Ziffern werden getrennt voneinander in Binäreinheiten umgewandelt. Dabei werden für jede Ziffer vier Bits benötigt. Bei Verwendung der beiden Anfangsziffern einer numerischen Datengröße werden somit zur Darstellung dieser beiden Ziffern im Binärsystem acht Bits benötigt.Furthermore, the present invention is preferably characterized in that the communication unit is designed to break down a numerical data size into digits of individual decimal places of the data size and convert the respective digits separately into binary units. Here, a numerical data item is broken down into individual digits, for example the first two digits, and these digits are converted into binary units separately from one another. Four bits are required for each digit. When using the first two digits of a numerical data item, eight bits are required to represent these two digits in the binary system.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kommunikationseinheit so ausgebildet, dass die vorstehend erwähnte Abrundung oder Aufrundung einer numerischen Datengröße mit einer Zerlegung der Datengröße in Ziffern der einzelnen Dezimalstellen kombiniert wird, wobei eine getrennte Umwandlung der jeweiligen Ziffern und der Anzahl der Nullen der Datengröße in Binäreinheiten stattfindet. Beispielsweise wird daher eine numerische Datengröße von 9.512 wie folgt moduliert: Zuerst erfolgt eine Abrundung auf 9.500, so dass die Datengröße zwei Nullen an den Endstellen aufweist. Die beiden ersten Ziffern werden jeweils getrennt voneinander in Binäreinheiten umgewandelt, so dass sich vier Bits für die erste Ziffer und vier Bits für die zweite Ziffer ergeben. Für die Anzahl der Nullen kommen zwei Bits hinzu. Insgesamt wird somit dieser numerische Wert durch zehn Bits dargestellt. Um diesen Wert im normalen System binär darstellen zu können, wird eine größere Anzahl von Bits benötigt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the communication unit is designed so that the aforementioned rounding off of a numerical data size is combined with a breakdown of the data size into digits of the individual decimal places, with a separate conversion of the respective digits and the number of zeros of the data size takes place in binary units. For example, a numerical data size of 9,512 is modulated as follows: First, it is rounded down to 9,500, so that the data size has two zeros at the end positions. The first two digits are converted into binary units separately from one another, so that there are four bits for the first digit and four bits for the second digit. Two bits are added for the number of zeros. Overall, this numerical value is thus represented by ten bits. In order to be able to represent this value in binary form in the normal system, a larger number of bits is required.

Bei der Kommunikationseinheit handelt es sich vorzugsweise um eine modifizierte LoRaWAN-Kommunikationseinheit zur energieeffizienten Datenübertragung mit der entfernten Empfangseinrichtung. Die Kommunikation erfolgt somit vorzugsweise unter Verwendung eines modifizierten LoRaWAN-Netzwerkprotokolls, wobei LoRaWAN für „Low Range Wide Area Network“ steht. Dieses Netzwerk ist insbesondere im Hinblick auf seine Energieeffizienz optimiert und erlaubt Datenraten von bis zu 50 kbit/s bei einem sehr geringen Energieverbrauch, wobei erfindungsgemäß eine modifizierte Einheit Verwendung findet, die es möglich macht, entsprechend geringere Datengrößen zu übertragen. Erfindungsgemäß werden somit die versandten Datenpakete durch die erfolgte Modifikation nochmals beschränkt.The communication unit is preferably a modified LoRaWAN communication unit for energy-efficient data transmission with the remote receiving device. Communication is therefore preferably carried out using a modified LoRaWAN network protocol, LoRaWAN standing for "Low Range Wide Area Network". This network is optimized in particular with regard to its energy efficiency and allows data rates of up to 50 kbit / s with very low energy consumption, a modified unit being used according to the invention which makes it possible to transmit correspondingly smaller data sizes. According to the invention, the data packets sent are thus again restricted by the modification that has taken place.

Hierbei kann, wie erwähnt, die Kommunikationseinheit einen speziellen A/D-Wandler mit Auswertealgorithmus aufweisen, der die Präzision des Messsignales verbessert und die erfindungsgemäße Reduktion der Datengröße, die per LoRaWAN übertragen werden soll, durchführt.As mentioned, the communication unit can have a special A / D converter with an evaluation algorithm that improves the precision of the measurement signal and reduces the data size according to the invention that is to be transmitted via LoRaWAN.

Des Weiteren kann erfindungsgemäß der Kommunikationseinheit und der entfernten Empfangseinrichtung wenigstens ein Gateway zur Weiterleitung und/oder Verstärkung der Datengrößen drahtlos zwischengeschaltet sein. Solche Gateways, aber auch Excess Points, Hubs oder dergleichen können die Reichweite der drahtlosen Übertragung verlängern. Diese Einrichtungen können an günstigen Empfangsstellen positioniert sein und das von der Kommunikationseinheit gesendete Signal empfangen. Sie senden es dann ihrerseits wieder aus oder koppeln es in ein anderes Übertragungsmedium ein, etwa in eine Kabelverbindung oder ein anderes Netzwerk. Dabei kann auch eine Signalverstärkung mit umgesetzt werden, so dass das ursprüngliche Signal eine vergrößerte Reichweite ohne Qualitätsverluste erhält.Furthermore, according to the invention, at least one gateway for forwarding and / or amplifying the data quantities can be wirelessly interposed between the communication unit and the remote receiving device. Such gateways, but also excess points, hubs or the like, can extend the range of the wireless transmission. These devices can be positioned at favorable receiving points and receive the signal sent by the communication unit. You then send it out again or couple it into another transmission medium, such as a cable connection or another network. Signal amplification can also be implemented, so that the original signal has an increased range without any loss of quality.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Sensoreinrichtung dient vorzugsweise zur Funktionsüberwachung einer Fernwärmeleitung. Bei einer derartigen Leitung findet ein Innenrohr, beispielsweise aus Stahl, Verwendung, das eine Ummantelung zu Isolationszwecken aufweist. In diese Ummantelung sind ein oder mehrere elektrische Leiter in der Form von Sensordrähten eingebettet. Mittels Gleich- oder Wechselspannung wird ein Strom eingespeist. Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Sensoreinrichtung findet hierbei beispielsweise eine Überwachung des Schleifenwiderstandes, Isolationswiderstandes und/oder der Fremdgleichspannung statt. Die Fremdgleichspannung (DC) ist die Spannung, die bei Feuchte zwischen zwei unterschiedlichen Metallen (elektrochemische Spannungsreihe) (Fe <> Cu / NiCr) entsteht. Sie ist praktische eine Spannungsquelle.The sensor device designed according to the invention is preferably used to monitor the functioning of a district heating line. In such a line, an inner tube, for example made of steel, is used, which has a jacket for insulation purposes. One or more electrical conductors in the form of sensor wires are embedded in this sheathing. A current is fed in by means of direct or alternating voltage. With the sensor device designed according to the invention, for example, monitoring of the loop resistance, insulation resistance and / or the external DC voltage takes place. The external direct voltage (DC) is the voltage that arises between two different metals (electrochemical series) (Fe <> Cu / NiCr) when there is moisture. It is practically a source of voltage.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Stückes einer Fernwärmeleitung; und
2 eine Schemadarstellung der zur Überwachung einer derartigen Fernwärmeleitung eingesetzten Sensoreinrichtung.

The invention is explained in detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. Show it:

1 a schematic representation of a piece of a district heating pipe; and
2 a schematic representation of the sensor device used to monitor such a district heating pipe.

1 zeigt schematisch ein Stück einer Fernwärmeleitung 1, die ein Innenrohr 2 aus Stahl sowie eine Ummantelung 3 zu Isolationszwecken, beispielsweise einen Kunststoffschaum, aufweist. In die Ummantelung sind ein erster elektrischer Leiter 4 und ein zweiter elektrischer Leiter 5 eingebettet, bei denen es sich in beiden Fällen um Sensordrähte handelt. 1 shows schematically a piece of a district heating pipe 1 who have favourited an inner tube 2 made of steel and a casing 3 for insulation purposes, for example a plastic foam. There is a first electrical conductor in the sheath 4th and a second electrical conductor 5 embedded, which in both cases are sensor wires.

Zur Funktionsüberwachung weist eine derartige Fernwärmeleitung in bestimmten Abständen Sensoreinrichtungen auf, die hier nicht dargestellt sind. Diese Sensoreinrichtungen überwachen die Fernwärmeleitung auf Fehlerstellen, beispielsweise auf Undichtigkeiten an den Rohrverbindungen, in denen das im Rohr 2 geführte Medium (Wasser) in die Rohrummantelung 3 austritt.For function monitoring, such a district heating line has sensor devices at certain intervals, which are not shown here. These sensor devices monitor the district heating pipeline for faults, for example for leaks in the pipe connections in which the pipe is located 2 guided medium (water) into the pipe casing 3 exit.

Im Einzelnen werden dabei beispielsweise folgende Messungen durchgeführt: Zur Messung des Schleifenwiderstandes werden beide Sensordrähte am Ende kurzgeschlossen. Mittels Gleich- oder Wechselspannung wird ein Strom eingespeist. Aus Strom und Spannung wird der Schleifenwiderstand errechnet. Bei Sensordrähten, die nur aus Cu-Draht bestehen, ist dieser Widerstand so niederohmig, dass der Stromfluss nur die geschlossene Schleife anzeigt.For example, the following measurements are carried out in detail: To measure the loop resistance, both sensor wires are short-circuited at the end. A current is fed in by means of direct or alternating voltage. The loop resistance is calculated from the current and voltage. In the case of sensor wires that only consist of Cu wire, this resistance is so low that the current flow only shows the closed loop.

Beispielsweise findet ein isolierter erster Sensordraht und ein blanker/ggf. teilperforierter zweiter Sensordraht Verwendung, die am Ende kurzgeschlossen sind. Es stellt sich ein Schleifenwiderstand in der Größenordnung von 0-10 kΩ oder höher ein. Der isolierte Sensordraht dient nur als elektrischer Rückdraht. Im Fall der Durchfeuchtung nimmt das Innenrohr 2 über den Isolationswiderstand eine Spannung an, die je nach Ort der Durchfeuchtung zwischen 0 V und der maximal angelegten Messspannung liegt. Darüber ist eine entsprechende Fehlerortung möglich.For example, an insulated first sensor wire and a bare / possibly. partially perforated second sensor wire use, which are short-circuited at the end. A loop resistance of the order of magnitude of 0-10 kΩ or higher is established. The insulated sensor wire only serves as an electrical return wire. In the case of moisture penetration, the inner tube decreases 2 A voltage is applied across the insulation resistance which, depending on the location of the moisture penetration, is between 0 V and the maximum applied measuring voltage. A corresponding fault location is also possible.

Ferner kann der Isolationswiderstand bei einem Rohr aus Stahl gemessen werden. Dieser bildet sich zwischen Sensordraht und Rohr aus. Er wird ebenfalls durch die Messung von Strom und Spannung (Draht/Rohr) ermittelt. Im trocknen Zustand nimmt dieser Werte bis zu 50 MΩ an (häufig Abnahmewert) und höher. Dringt durch Beschädigung von außen (Grundwasser u.ä.) und/oder von innen (Transportmedium, beispielsweise aus undichter Schweißnaht) Feuchtigkeit ein, sinkt der Isolationswiderstand je nach Durchfeuchtung auf Werte bis zu 10 kΩ oder niedriger ab.Furthermore, the insulation resistance can be measured on a pipe made of steel. This forms between the sensor wire and the pipe. It is also determined by measuring current and voltage (wire / tube). In the dry state, this value takes up to 50 MΩ (often a decrease value) and higher. If moisture penetrates due to damage from outside (groundwater, etc.) and / or from inside (transport medium, e.g. from a leaky weld seam), the insulation resistance drops to values of up to 10 kΩ or lower, depending on moisture penetration.

Besteht das Innenrohr aus Kunststoff, stellt es keinen elektrischen Leiter dar. Es werden deswegen mehrere Sensordrähte untergebracht, die sozusagen das Rohr ersetzen.If the inner tube is made of plastic, it is not an electrical conductor. Therefore, several sensor wires are accommodated, which, so to speak, replace the tube.

Wie erwähnt, werden die entsprechenden Messungen mithilfe einer Sensoreinrichtung durchgeführt, die einen Microcontroller zur Auswertung eines Messsignales der Messeinrichtung und zur Generierung von Datengrößen in Abhängigkeit von diesem Messsignal aufweist.As mentioned, the corresponding measurements are carried out with the aid of a sensor device which has a microcontroller for evaluating a measurement signal from the measurement device and for generating data quantities as a function of this measurement signal.

In 2 ist der schematische Aufbau einer derartigen Messeinrichtung dargestellt. Es ist wiederum ein Stück einer Fernwärmeleitung 1 angedeutet, die ein Innenrohr 2 aus Stahl und eine Ummantelung 3 zu Isolationszwecken aufweist. In die Ummantelung sind zwei elektrische Leiter 4, 5 eingebettet. Auf diese Leiter wird von einer Batterie 6 eine Gleichspannung aufgeprägt. Dabei wird ein elektrischer Parameter zwischen dem elektrischen Leiter und einem Referenzpotential gemessen.In 2 the schematic structure of such a measuring device is shown. It is, in turn, a piece of a district heating pipe 1 indicated that an inner tube 2 made of steel and a casing 3 for isolation purposes. There are two electrical conductors in the sheath 4th , 5 embedded. On top of this conductor is a battery 6th a DC voltage impressed. An electrical parameter is measured between the electrical conductor and a reference potential.

Zum Messen dient eine Messeinrichtung 8, die Teil einer Sensoreinrichtung 7 ist. Der Messeinrichtung 8 ist ein Microcontroller 9 zugeordnet, welcher das von der Messeinrichtung zugeführte Messsignal auswertet und Datengrößen in Abhängigkeit von diesem Messsignal generiert. Die Datengrößen werden einer modifizierten Kommunikationseinheit 10 zugeführt, welche zur drahtlosen Übertragung der Datengrößen an eine entfernte Empfangseinrichtung 11 dient. Dabei ist die Kommunikationseinheit 10 zur Durchführung einer Größenverringerung der zu übertragenden numerischen Datengrößen (Messsignale) durch Umwandlung derselben in eine gegenüber einer üblichen Binärdarstellung reduzierte Anzahl von Binäreinheiten eines modulierten Binärsystems ausgebildet.A measuring device is used for measuring 8th that are part of a sensor device 7th is. The measuring device 8th is a microcontroller 9 assigned, which evaluates the measurement signal supplied by the measurement device and generates data quantities as a function of this measurement signal. The data sizes are a modified communication unit 10 supplied, which for wireless transmission of the data sizes to a remote receiving device 11th serves. Here is the communication unit 10 designed to reduce the size of the numerical data quantities to be transmitted (measurement signals) by converting them into a reduced number of binary units of a modulated binary system compared to a conventional binary representation.

Im Einzelnen führt dabei die Kommunikationseinheit eine Abrundung oder Aufrundung einer erhaltenen numerischen Datengröße sowie eine Zerlegung derselben in Ziffern der einzelnen Dezimalstellen durch. Ferner bewirkt sie eine getrennte Umwandlung der jeweiligen Ziffern und der Anzahl der durch die Abrundung oder Aufrundung erhaltenen Nullen der Datengröße in Binäreinheiten. Dies sei an einem Beispiel erläutert:

Als Kommunikationseinheit 10 findet grundsätzlich eine LoRaWAN-Kommunikationseinheit Verwendung. Es gilt nun, die Anzahl der zu übertragenden Bits und Bytes so gering wie möglich zu halten, um den Beschränkungen eines derartigen LoRaWAN-Netzwerkes gerecht zu werden.

In particular, the communication unit rounds off or rounds up a received numerical data size and breaks it down into digits of the individual decimal places. It also effects a separate conversion of the respective digits and the number of zeros of the data size obtained by rounding off or rounding up into binary units. This is explained using an example:

As a communication unit 10 a LoRaWAN communication unit is generally used. It is now important to keep the number of bits and bytes to be transmitted as low as possible in order to meet the restrictions of such a LoRaWAN network.

Bei der Überwachung eines derartigen Fernwärmenetzes fallen pro Leitung in den meisten Fällen folgende Messwerte an:

Schleifenwiderstand (RS): 0-10 kΩ
Isolationswiderstand (RI): 0-40 MΩ
Fremdgleichspannung (DC): 0-1,5 V

When monitoring such a district heating network, in most cases the following measured values are generated per line:

Loop resistance (RS): 0-10 kΩ
Insulation resistance (RI): 0-40 MΩ
External direct voltage (DC): 0-1.5 V.

Die Genauigkeit spielt hierbei eine untergeordnete Rolle. Bei einem RS von beispielsweise 5 kΩ ist es unerheblich, ob 4,9 oder 5,1 kΩ angezeigt werden.The accuracy plays a subordinate role here. With an RS of 5 kΩ, for example, it is irrelevant whether 4.9 or 5.1 kΩ are displayed.

Ähnlich wie bei farbcodierten Widerständen wird nunmehr eine numerische Datengröße (Zahlenwert des Dezimalsystems) bei Verlust der Genauigkeit wie folgt zerlegt: Es gibt eine erste Ziffer (0-9), eine zweite Ziffer (0-9) und ggf. noch weitere Ziffern (0-9), abschließend die Anzahl der folgenden Nullen.Similar to color-coded resistors, a numerical data size (numerical value of the decimal system) is now broken down as follows if the accuracy is lost: There is a first digit (0-9), a second digit (0-9) and, if necessary, further digits (0 -9), finally the number of following zeros.

Beispielsweise bei einem Schleifenwiderstand von 0-99 kΩ ergibt sich folgende Darstellung: Zahl 1.Ziffer (4 bit) 2. Ziffer (4 bit) Anzahl der Nullen (2 bit) Auflösung 99 000 9 9 3 1 kΩ 10 000 1 0 3 1 kQ 95 00 9 5 2 100 Ω 99 0 9 9 1 10 Ω 95 9 5 0 10 Ω 9 0 9 0 1 Ω 4 bit = 0-15 dez.
2 bit = 0-3 dez.
1 Byte = 8 bitFor example, a loop resistance of 0-99 kΩ results in the following representation: number 1st digit (4 bit) 2nd digit (4 bit) Number of zeros (2 bit) resolution 99,000 9 9 3 1 kΩ 10,000 1 0 3 1 kQ 95 00 9 5 2 100 Ω 99 0 9 9 1 10 Ω 95 9 5 0 10 Ω 9 0 9 0 1 Ω 4 bit = 0-15 dec.
2 bit = 0-3 dec.
1 byte = 8 bit

Um also einen Zahlenwert von 0-99.000 darstellen zu können, benötigt man nur 10 bit bzw. 1,25 Byte. Demgegenüber benötigt man zur Darstellung der Zahl 99.000 im herkömmlichen Binärsystem 17 bit.In order to be able to represent a numerical value from 0-99,000, you only need 10 bits or 1.25 bytes. In contrast, to represent the number 99,000 in the conventional binary system, 17 bits are required.

Die Größe der zu übertragenden Daten kann daher wesentlich reduziert werden und damit an die Anforderungen der Funktionsüberwachung einer ein Medium führenden Rohrleitung, insbesondere eines Fernwärmesystems, angepasst werden.The size of the data to be transmitted can therefore be significantly reduced and thus adapted to the requirements of the functional monitoring of a pipeline carrying a medium, in particular a district heating system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10117238 A1 [0004]
DE 19521018 A1 [0005]
DE 4104216 A1 [0006]
DE 19805263 C2 [0007]

Claims

Sensor device (7) for monitoring the function of a pipe (1) carrying a medium, which has at least one live electrical conductor (4, 5), comprising a device (8) for measuring an electrical parameter between the electrical conductor (4, 5) and a Reference potential, a microcontroller (9) for evaluating a measurement signal from the measuring device (8) and for generating data quantities as a function of this measuring signal and a communication unit (10) for wireless transmission of the data quantities to a remote receiving device (11), characterized in that the Communication unit (10) is designed to reduce the size of the numerical data variables to be transmitted by converting them into a reduced number of binary units of a modulated binary system compared to a conventional binary representation.

Sensor device according to Claim 1 , characterized in that the microcontroller (9) generates a status signal as a function of the measurement signal when evaluating the measurement signal.

Sensor device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the communication unit (10) comprises an A / D converter which converts the numerical data to be transmitted of the measurement signal or the status signal into the reduced number of binary units of the modulated binary system.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the communication unit (10) is designed to round up or down a numerical data size to obtain at least one zero at the end point or points of the data size to be transmitted.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the communication unit (10) is designed to break down a numerical data size into digits of individual decimal places of the data size and separate conversion of the respective digits into binary units.

Sensor device according to Claim 5 , characterized in that the communication unit (10) is designed to break down a numerical data size into the first two digits of the data size and convert them into four binary units.

Sensor device according to Claim 5 or 6th , characterized in that the communication unit (10) is designed to round off a numerical data size and break it down into digits of the individual decimal places as well as separate conversion of the respective digits and the number of zeros of the data size into binary units.

Sensor device according to Claim 7 , characterized in that the communication unit (10) converts the number of zeros into two binary units.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the communication unit (10) is a modified LoRaWAN communication unit for energy-efficient data transmission with the remote receiving device (11).

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the communication unit (10) and the remote receiving device (11) are interconnected at least one wireless gateway for forwarding and / or amplifying the data quantities.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that it serves to monitor the functioning of a district heating pipe.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that it serves to monitor the loop resistance (RS), insulation resistance (RI) and / or the external direct voltage (DC) of a pipeline (1) carrying a medium.