DE4104216A1 - Leitungsrohr zum transport eines mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Leitungsrohr zum Transport eines Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Leitungsrohre dienen z. B. zur Übertragung flüssiger Medien für Fernheizungssysteme. Bei einem derartigen Leitungsrohr liegt in dem Füllmaterial, z. B. Polyurethan, in dem Zwischen­ raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ein elektrisch zugänglicher Leiter, mit dem durch Widerstandsmessung Fehler­ stellen wie z. B. Rohrleckagen festgestellt und geortet wer­ den können. Zur Übertragung von Meßdaten von einer Kontroll­ stelle zu einer Auswertstelle ist außerdem ein isoliertes Kabel vorgesehen, das innerhalb des Füllmaterials liegen oder auch außerhalb des Rohres getrennt von diesem verlaufen kann. Es ist auch bekannt, für die Datenübertragung Mietka­ bel oder den TEMEX-Dienst der Deutschen Bundespost auszunut­ zen. Eine derartige Datenübertragung erfordert somit einen zusätzlichen Aufwand an Leitungen oder Gebühren für bereits vorhandene Datenübertragungsleitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derarti­ gen Leitungsrohr den Aufwand und die Kosten für die Daten­ übertragung zu verringern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sensor zusätzlich zur Übertragung der Daten ausgenutzt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Sensor besteht im allgemeinen aus einem nicht isolier­ ten, blanken Draht, der ungeschützt der Umgebung, insbesonde­ re dem Füllmaterial, ausgesetzt ist. Auftretende Feuchtig­ keit z. B. wirkt unmittelbar auf den Sensor ein, so daß die­ ser ein sehr empfindliches Bauteil darstellt. Diese hohe Emp­ findlichkeit des Sensors ist notwendig, da er sonst seine Funktion als Sensor nicht erfüllen kann. Deshalb wurde bis­ lang angenommen, daß der Sensor wegen der großen Sensitivi­ tät gegenüber der Umgebung für die Übertragung von Daten nicht geeignet ist. Überraschend wurde festgestellt, daß der Sensor trotz dieser extremen unvermeidbaren Sensitivität für die Übertragung der Daten eingesetzt werden kann. Es hat sich sogar gezeigt, daß die Datenübertragung erst bei einem erstaunlich hohen Schwellwert von Feuchtigkeit und somit niedrigem ohmschen Widerstand gegen Erde im Bereich des Sen­ sors beeinträchtigt wird.

Durch die erfindungsgemäße Doppelausnutzung des Sensors, ei­ nerseits für die Sensorfunktion zur Ermittlung von Fehler­ stellen selbst und andererseits für die Datenübertragung er­ geben sich mehrere Vorteile. Bisherige Kabel oder sonstige Übertragungsstrecken für die Datenübertragung können entfal­ len. Ein Kabelbruch im Verlauf des Sensors wird sogar dop­ pelt gemeldet, da dann neben der Sensor-Fehlermeldung zusätz­ lich ein Ausfall der Daten auftritt. Durch schaltungsmäßige Entkopplung und Arbeit in verschiedenen Frequenzbereichen ist auch eine weitestgehend rückwirkungsfreie Arbeitsweise für die beiden Funktionen gewährleistet. Durch die Ausnut­ zung des im allgemeinen ohnehin vorhandenen Sensors für die Datenübertragung ist eine Nachrüstung von Altanlagen in Rich­ tung einer Datenübertragung leicht möglich. Durch diese Mög­ lichkeit können auch Hausstationen und ähnliche Einrichtun­ gen in die Kontrolle einbezogen werden. Der Personalaufwand für die Überwachung der Rohrleitung kann wesentlich redu­ ziert und gleichzeitig die Betriebssicherheit erhöht werden.

Vorzugsweise ist die Datenquelle und/oder die Datensenke in­ duktiv oder kapazitiv an den Sensor angekoppelt. Dadurch wird eine Trennung von der mit Gleichspannung arbeitenden eigentlichen Sensorfunktion sichergestellt. Bei einem Sensor mit einer ersten, als Fühler für eine Fehlerstelle dienenden Ader und mit einer zweiten, als Rückleiter dienenden Ader wird vorzugsweise die zweite Ader für die Übertragung der Daten ausgenutzt. Die als Rückleiter dienende Ader hat im allgemeinen weniger Abzweigungen als die Meßader selbst und ist daher weniger den Störungen und Fehlern ausgesetzt.

Im allgemeinen besteht ein Rohrleitungssystem aus einem er­ sten Rohr für den Hinlauf und einem zweiten Rohr für den Rücklauf. Dann können die als Rückleiter dienenden Adern der beiden Rohre als symmetrische Leitung für die Übertragung der Daten ausgenutzt werden. Die Übertragung der Daten er­ folgt vorzugsweise in Form digitaler Signale, die einem Trä­ ger in Frequenzmodulation aufmoduliert sind.

An der Speisestelle oder der Entnahmestelle sind vorzugswei­ se Gabelschaltungen vorgesehen, die eine schaltungsmäßige Trennung der Daten und der Energie ermöglichen.

Der Sensor kann in einer Weiterbildung der Erfindung gleich­ zeitig drei Aufgaben erfüllen. Er dient erstens als reiner Sensor zur Ermittlung und Ortung einer Fehlerstelle, zwei­ tens zu der beschriebenen Übertragung der Daten und drittens zur Übertragung einer Energie, die an den Kontrollstellen oder Außenstellen zur Erzeugung von Betriebsspannungen für aktive Bauteile benötigt wird. Beispielsweise erfolgt die Sensorfunktion mittels einer Gleichspannung, die Datenüber­ tragung mittels eines modulierten Trägers von etwa 1-5 kHz oder auch bis zu 50 kHz und die Energieübertragung mittels einer Wechselspannung von 50 Hz, aus der durch Gleichrich­ tung die benötigten Betriebsspannungen gewonnen werden.

Die Schaltungen für die Datenübertragung enthalten im allge­ meinen aktive Bauteile, die eine Betriebsspannung benötigen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine solche Be­ triebsspannung mit einem Pelletier-Element erzeugt werden. Ein derartiges Element erzeugt aus einer Temperaturdifferenz an seinen beiden Elektronen eine Betriebsspannung. Dann kann an bestimmten Stellen der gesamten Rohrleitungsstrecke auf die Zuführung einer Betriebsspannung verzichtet werden. Bei einer solchen Lösung ist vorzugsweise das Hinlaufrohr und Rücklaufrohr für das Medium je mit einem am Ende geschlosse­ nen Rohrstutzen mit den beiden Elektroden des Pelletier-Ele­ mentes verbunden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 den grundätzlichen Aufbau des Leitungsrohres mit dem als Sensor und Datenübertrager dienenden Leiter,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Lösung,

Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel für die Einspeisung und Entnahme der Daten und einer Energie,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit induktiver Einkopp­ lung,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit kapazitiver Ein- und Auskopplung und

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für die Erzeugung einer Betriebsspannung mit einem Pelletier-Ele­ ment.

In Fig. 1 besteht das Leitungsrohr R aus dem das Medium füh­ renden Innenrohr 1, dem das Innenrohr 1 mit Zwischenraum umge­ benden Außenrohr 2, dem im Zwischenraum angeordneten Füllma­ terial 3 aus z. B. Polyurethan sowie dem Sensor in Form eines blanken Drahtes 4. Der ohne lsolation im Füllmaterial 3 gela­ gerte Draht 4 dient als Sensor zur Ermittlung einer Fehler­ stelle wie z. B. einer Rohrleckage und zusätzlich für die Übertragung von Meßdaten.

In Fig. 2 ist an das Meßsystem MS der Sensor S angeschlos­ sen, der aus der zur Messung dienenden Ader A1 und der als Rückleiter dienenden Ader A2 besteht. Der Sensor S verläuft in dem Rohr R gemäß Fig. 1 und ist an Zuführungen Z1, Z2 aus der Rohrleitung R zu Überwachungszwecken herausgeführt. Von der Datenverarbeitung DV werden Daten D über den Datentran­ skoder DT in den Sensor S eingekoppelt. Je nach Bedarf wer­ den die Daten in dem Datendekoder DD ausgewertet und der Da­ tenerfassung und/oder Prozeßsteuerung DEP zugeführt. Die Dop­ pelpfeile zeigen an, daß die Datenübertragung vorzugsweise bidirektional erfolgt. Der Sensor S, der sich in der Regel über die gesamte Länge der Rohrleitung R erstreckt, dient also einmal zur Meldung einer Fehlerstelle an das Meßsystem MS und andererseits zur Übertragung der Daten D zwischen den dargestellten Bauteilen. Die Daten D werden in Form von digi­ talen Signalen übertragen, die einem Träger von z. B. 50 kHz durch Frequenzmodulation aufmoduliert sind. Die Frequenz des Trägers kann auch niedriger liegen, z. B. im Bereich von 1 bis 5 kHz. Diese Frequenzlage kann vorteilhaft sein, um po­ stalische Forderungen zu erfüllen. Dabei ist die Frequenz des Trägers für die beiden binären Werte des digitalen Si­ gnals zwischen zwei Werten umgetastet. Eine andere Möglich­ keit besteht darin, daß der Träger für den binären Wert "1" vorhanden und für den binären Wert "0" ausgetastet ist.

Fig. 3 zeigt eine Gabelschaltung zur Einkopplung oder Aus­ kopplung der Daten D und der zur Sensorfunktion oder zur Speisung von aktiven Schaltungen benötigten Energie E. Die Datenstrecke D ist an die Wicklung W1 des Übertragers Ü1 an­ geschlossen, dessen Primärwicklung W2 an die beiden Adern A1 der beiden Rohrleitungen R1, R2 angeschlossen ist. Die Ener­ giestrecke E ist an die Wicklung W3 des Übertragers Ü2 ange­ schlossen, dessen Wicklung W4 zwischen dem Mittelabgriff der Wicklung W2 und den miteinander verbundenen Innenrohren 1 der beiden Rohrleitungen R1, R2 liegt. Dieser Punkt ist der Bezugspunkt oder der Erdpunkt für die dargestellte Schal­ tung. Die die Sensorfunktion erfüllenden Adern A1 der beiden Rohrleitungen R1, R2 bilden also zusätzlich eine symmetri­ sche Leitung für die Datenübertragung.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung, die im wesentlichen der Schal­ tung nach Fig. 2 entspricht. Die beiden Leitungsrohre R1, R2 enthalten je einen Sensor S1, S2 mit der stärker gezeichne­ ten eigentlichen Meßader A1 und der als Rückleiter dienenden Ader A2. An verschiedenen Stellen ist die Meßader A1 in Häu­ ser H1, H2 zu Überwachungszwecken herausgeführt. Die beiden als Rückleiter dienenden Adern A2 der beiden Rohrleitungen R1, R2 dienen zusätzlich als symmetrische Leitung zur Über­ tragung der Daten D und der Energie E. Für die Einkopplung oder Auskopplung ist wieder die Gabelschaltung mit den bei­ den Übertragern Ü1, Ü2 gemäß Fig. 3 vorgesehen.

In Fig. 5 erfolgt die Einkopplung und Auskopplung der Daten D nicht wie in Fig. 4 induktiv, sondern kapazitiv. Von der Kontrollstelle K werden die Daten D über die Kondensatoren C1, C2 in den Sensor S eingekoppelt. Mit den Kondensatoren C3, C4 werden die Daten ausgekoppelt und dem Datendekoder DD zugeführt.

In Fig. 6 führt die Rohrleitung R1 für den Hinlauf das Medi­ um mit einer Temperatur von +90°C, während die als Rücklei­ ter dienende Rohrleitung R2 das Medium mit einer Temperatur von +50°C führt. An die Rohrleitung R1 ist ein Rohrstutzen 5 angesetzt, in den das Medium eindringt, der aber am Ende mit einem Blindflansch 6 abgeschlossen ist. Der Blindflansch 6 steht mit der Elektrode 7 des dargestellten Pelletier-Ele­ mentes 8 in Wärmekontakt. Entsprechend ist die Rohrleitung R2 für den Rücklauf über den zum Dehnungsausgleich dienen­ den Wellrohr-Rohrstutzen 9 versehen, der am Ende mit dem Blindflansch 10 abgeschlossen ist und mit der Elektrode 11 des Pelletier-Elementes 8 in Verbindung steht. Durch diese Anordnung nimmt die Elektrode 7 eine Temperatur von etwa +90°C und die Elektrode 11 eine Temperatur von etwa +50°C an. Durch diese Temperaturdifferenz wird durch die Eigenart des Pelletier-Elementes 8 an den Klemmen 12 eine Betriebs­ spannung UB erzeugt. Diese kann an den verschiedenen Stellen der Anordnung nach Fig. 2, 4, 5 zur Speisung aktiver Bautei­ le wie Verstärker, Impedanzwandler, Prozessoren und dgl. ver­ wendet werden.

In der Praxis kann es vorkommen, daß sich in den Rohren per­ manente Luftblasen oder Ablagerungen bilden, die zu einer Korrosionsmöglichkeit führen können. Deshalb kann es zweckmä­ ßig sein, in Fig. 6 die beiden Rohrstutzen 5, 9, die an sich durch das Element 8 getrennt sind, über das Rohr 13 zu ver­ binden. In dem Rohr 13 ist noch das manuell einstellbare Ven­ til 14 vorgesehen. Das Rohr 13 bildet einen geringen soge­ nannten Bypaß, der auch einer Auskühlung am Pelletier-Ele­ ment vorbeugt.

Claims (10)

1. Leitungsrohr zum Transport eines Mediums mit einem das Medium führenden Innenrohr (1), einem Außenrohr (2), ei­ nem Füllmaterial (3) in dem Zwischenraum zwischen den Rohren, einem in dem Zwischenraum verlaufenden Sensor (S) in Form eines elektrischen Leiters zur Erfassung von Fehlerstellen und mit einer Leitung zur Übertragung von Daten, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) zusätzlich zur Übertragung der Daten (D) ausgenutzt ist.

2. Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenquelle und/oder die Datensenke induktiv oder kapazitiv an den Sensor (S) angekoppelt ist.

3. Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Sensor (S) mit einer ersten, als Fühler für eine Fehlerstelle dienenden Ader (A1) und mit einer zweiten, als Rückleiter dienenden Ader (A2) die zweite Ader (A2) für die Übertragung der Daten (D) ausgenutzt ist (Fig. 3, 4).

4. Leitungsrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückleiter (A2) der Sensoren (Sa, S2) von zwei parallel verlaufenden Rohren (R1, R2) als symmetrische Leitung für die Übertragung der Daten (D) ausgenutzt sind (Fig. 4).

5. Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten (D) digitale Signale sind und durch Fre­ quenzmodulation eines Trägers übertragen werden.

6. Leitungsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenquelle oder -senke an eine erste Wicklung (W1) eines ersten Übertragers (Ü1) und dessen zweite Wicklung (W2) an zwei Sensoren (S1, S2) von zwei Lei­ tungsrohren (R1, R2) angeschlossen ist und daß eine En­ ergiequelle oder -senke an eine Wicklung (W3) eines zweiten Übertragers (Ü2) angeschlossen ist, dessen ande­ re Wicklung (W4) zwischen einem Abgriff der zweiten Wicklung (W2) und den miteinander elektrisch verbunde­ nen Innenrohren (1) der beiden Leitungsrohre (R1, R2) liegt (Fig. 3).

7. Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) zur Ermittlung einer Fehlerstelle, zur Übertragung der Daten (D) und zur Übertragung einer Energie (E) zur Speisung von aktiven Schaltungen an ei­ ner Meß- oder Auswertstelle ausgenutzt ist.

8. Leitungsrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfunktion mittels einer Gleichspannung, die Datenübertragung mittels eines modulierten Trägers mit einer Frequenz von 1-50 kHz und die Energieüber­ tragung mittels einer Wechselspannung von 50 Hz erfolgt.

9. Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung von Betriebsspannungen für Bautei­ le für die Datenübertragung ein Pelletier-Element (8) vorgesehen ist (Fig. 6).

10. Leitungsrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hinlaufrohr (R1) und ein Rücklaufrohr (R2) für das Medium je mit einem am Ende abgeschlossenen Rohr­ stutzen (5, 9) mit den beiden Elektroden (7, 11) des Pelletier-Elements (8) verbunden sind, von denen minde­ stens einer (9) flexibel angeschlossen ist (Fig. 6).