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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anlage zur Detektion und Lokalisierung von Flüssigkeitsleckagen,
welche geeignet ist, Leckagen unmittelbar nach deren Auftreten aufzuspüren und
zu lokalisieren, und zwar insbesondere an gefährlichen Stellen.
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Durch das Dokument EP-A-703 440 ist
eine Vorrichtung zur Detektion und Lokalisierung von Flüssigkeitsleckagen
von Flüssigkeiten
in Kanalisationen bekannt, die zumindest teilweise in der Erde verlegt
oder unterirdisch angeordnet sind. Durch diese Vorrichtung soll
die Identifizierung und Erkennung durch einen Operator erleichtert
werden, welcher einen Helm trägt,
der sonore Wellen ausstrahlt, welche die empfangenen Signale, die
durch die charakteristischen Geräusche
von Flüssigkeitsleckagen
erzeugt werden, verstärkt
darstellen. Eine solche Vorrichtung wird jedoch immer durch Störgeräusche aus
der Umgebung belastet, wodurch relativ komplexe Vorrichtungen erforderlich
sind.
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In dem Dokument WO-A-9427129 schlägt eine
Vorrichtung zur Detektion von Leckagen vor, ein zusammengesetztes
Detektionskabel zu verwenden, welches ein Paar isolierter Adern
und eine Paar nicht isolierter Adern aufweist, wobei Impulse auf
die isolierten Adern abgegeben werden und die Leckagen durch die
gleichzeitige Verwendung reflektometrischer Techniken aufgespürt und lokalisiert
werden. Als Folge von Impulsen, welche in einer Übertragungslinie übermittelt
werden, zeigen die Veränderung
der Ankunftszeit oder der Form der Reflektorimpulse eine Leckage,
die Lokalisierung der Leckage entlang des Kabels und das Leitvermögen oder
das mangelnde Leitvermögen
der Flüssigkeit
an.
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Durch FR-A-2 709 347 ist ebenfalls
eine Anlage bekannt, die auf dem Prinzip des Anlegens eines Stromes
zwischen den Widerstandsdrähten
eines mit einer Flüssigkeit
in Verbindung stehenden Detektionskabels beruht, wobei die Messung
dieses Stromes und der Spannung an den Klemmen des Kabels ermöglicht,
den Abstand zwischen dem Kabelanfang und dem Leckagepunkt zu bestimmen.
Diese Anlage enthält
eine Messzentrale, die eine Reihe analoger Messkarten aufweist,
sowie eine Mikrocon troller-Karte, welche sequentiell die analogen
Informationen der genannten Karten abruft und sie in digitale Angaben
in Form einer Anzeige und/oder eines Ausdruckes der genannten Informationen
umwandelt, so dass die Detektion und Lokalisierung eventueller Leckagen
ermöglicht
wird.
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Die vorerwähnten Anlagen verwenden alle analoge
Informationen, welche aufgespürt,
gemessen und in digitale Angaben umgewandelt werden. Infolgedessen
sind alle gesammelten Informationen, welche bei der Detektion eines
Vorfalles oder Nicht-Vorfalles gesammelt werden, einer mehr oder weniger
großen
Fehlergefahr ausgesetzt.
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Somit kann im Falle von EP-A-703
440 eine Detektion des für
eine Flüssigkeitsleckage
charakteristischen Geräusches
durch die Tatsache des Vorhandenseins eines störenden Hintergrundgeräusches erschwert
werden. In WO-A-9427129 werden ebenfalls analoge Messungen zum Zwecke
der Bestimmung der Frequenzveränderungen
der Reflektorsignale oder der Formveränderungen dieser Signale vorgenommen.
Demzufolge ist die Detektion auch in diesem Falle bedeutenden Fehlergefahren ausgesetzt.
Dies gilt auch für
FR-A-2 709 347, wobei die Detektion in diesem Falle durch die Messung
der Spannung an den Klemmen eines geprüften Widerstandsbelages und
an den Klemmen des Detektionskabels erfolgt.
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Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft,
von analogen Messungen abzukommen und eine Leckage mittels einer
digitalen Messung, welche an eine zentrale Verwaltungseinheit übertragen
wird, aufzuspüren.
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Zu diesem Zwecke betrifft die Erfindung
eine Anlage zur Detektion und Lokalisierung von Flüssigkeitsleckagen,
welche eine Zentraleinheit und einen Datenübertragungsbus für Informationen
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Modul
zur Detektion und Lokalisierung einer Leckage aufweist, wobei jedes
Modul aus einer Detektionseinheit besteht, welche mindestens ein
Detektorkabel aufweist, das mit einem Oszillator verbunden ist,
in welchem beim Anlegen einer Spannung und bei Vorhandensein einer
Leckage die Eingangsspannung zwischen zwei Schaltschwellenwerten
schwingt und dadurch eine Ausgangsspannung in der Form eines praktisch
binären
Ausgangssignals induziert, und einer Verwaltungseinheit, welche
aus Vorrichtungen zur Analyse und Verarbeitung der Frequenz und
des zyklischen Verhältnisses
der Ausgangssignale der Detektoreinheiten besteht, wobei die genannte
Anlage außerdem
Vorrichtungen zur Übertragung
der Informationen in digitaler Form über den Übertragungsbus zur Zentraleinheit
aufweist.
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Diese Anlage beruht auf dem Prinzip
der Frequenzveränderung
eines Oszillators je nach dem äquivalenten
Widerstand einer Gruppe, welche einen Widerstand und eine Leistung
aufweist, wodurch die Dauer des erzeugten Signals bestimmt wird.
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Tatsächlich übernimmt das Detektionskabel, das
vorzugsweise zwei Adern mit konstantem Widerstandsbelag aufweist,
die Funktion des Widerstands. Im Falle einer Leckage wird durch
das Vorhandensein einer leitenden Flüssigkeit ein zusätzlicher Widerstand
zwischen den beiden Adern eingeführt. Dadurch
wird die an die Leistung angeschlossene Ader geteilt, so dass ein
widerstandsfähiger
Spannungsteiler entsteht, wobei die Werte der beiden Widerstandsbeläge je nach
Lokalisierung der Leckage an dem Detektionskabel variieren. Der
durch die Leckage entstandene Spannungsteiler verschiebt die Eingangsspannung
des Oszillator-Komparators, wobei diese die Frequenz des Ausgangssignals
bestimmt, und man erhält
daher ein quasi binäres
Signal, dessen Frequenz von der Lokalisierung der Leckage an dem
Detektorkabel abhängt.
Die Eingangsleistung des Komparators und der Widerstand der Leckage
bilden eine zweite Gruppe RC, welche sich auf das zyklische Verhältnis des
Signals so auswirkt, dass auch die Größe der Leckage durch das Detektorkabel
bestimmt werden kann.
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Das Detektionsmodul kann dann die
Dauer und das zyklische Verhältnis
dieses Ausgangssignals analysieren und verarbeiten und diese Information anschließend an
die Zentraleinheit senden. Jedem Detektionsmodul ist eine logische
Nummer zugeordnet, so dass die Zentraleinheit die verschiedenen
Module der Anlage erkennen kann.
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Was den Dialogmodus zwischen der
Zentraleinheit und den Modulen anbelangt, so erfolgt der Dialog
zwischen der Zentraleinheit und dem Detektionsmodul nach einer ersten
Realisierungsform der Erfindung nach dem Herr-Sklave-Prinzip. Die
Zentrale weist Vorrichtungen zur Einzelabfrage der Detektionsmodule
auf, welche im Standby-Zustand sind, außer wenn sie von der Zentraleinheit
abfragt werden, wobei die Messung während des Dialoges zwischen der
Zentraleinheit und dem jeweils abgefragten Modul stattfindet.
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Nach einer zweiten Realisierungsform
sind die Detektionsmodule ständig
im Standby-Zustand und weisen Fehlererkennungsvorrichtungen auf,
welche sie aktivieren, um Konflikte zu lösen, wenn mehrere Module gleichzeitig
senden, wobei der Dialog dann nach dem Mehrere-Herren-Prinzip erfolgt.
Die Zentraleinheit weist Vorrichtungen zur einzelnen Abfrage der
Detektionsmodule auf, so dass die Verwaltung und Überprüfung der
Funktionsbereitschaft ermöglicht
wird.
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Vorzugsweise wird ein Detektionskabel
verwendet, welches vier Adern mit konstantem Widerstandsbelag aufweist.
Zwei der Adern sind von der äußeren Umgebung
völlig
isoliert, wohingegen die beiden anderen Adern in einer Halbleiterhülle integriert
sind, so dass sie für
die Flüssigkeiten
elektrisch zugänglich,
jedoch für
Feststoffe nicht zugänglich sind.
Diese Adern sind vorzugsweise paarweise angeordnet, so dass die
Entstehung von Störströmen verhindert
und die Detektion eines Bruchs einer dieser Adern ermöglicht wird.
Insbesondere im Falle eines Bruchs sendet das Detektionsmodul eine
geeignete Information an die Zentraleinheit.
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Der Widerstandsbelag der Adern hängt vom Belagdurchgang
und von der verwendeten Legierung ab. Vorzugsweise weist dieser
Widerstandsbelag eine Bandbreite von 1 bis 20 Ohm pro Meter auf.
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Vorzugsweise weist jedes Modul zwei
Detektionskabel auf, welche stromabwärts und stromaufwärts von
der Verwaltungseinheit angeordnet sind. Eine solche Realisierungsform
ermöglicht
es, eine Anlage zu erhalten, bei der die Überwachungszonen durch mehrere
Abschnitte ersetzt werden, welche durch De tektionsmodule bestimmt
sind, welche parallel und/oder in Serie mit einem vom Erdungsbus ausgehenden
Verbindungskabel geschaltet sind.
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Dadurch ergeben sich wesentlich mehr
Möglichkeiten
und Freiheiten bei der Installierung der Detektions- und Lokalisierungsmodule.
Es ist tatsächlich
möglich,
diese Module ausschließlich
in den Gefahrenzonen anzuordnen.
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Außerdem überträgt jedes einzelne Modul seine
Informationen auf sichere Weise, und die Zentraleinheit weist ein
Protokoll über
die Detektion und die Korrektur von Fehlern auf, wobei Störgeräusche praktisch
eliminiert werden.
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Die Zentraleinheit kann drei Eingänge aufweisen,
wobei an diese Eingänge
bis zu hundert Detektionsmodule pro Eingang geschaltet werden können.
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Bei der Anlage nach der Erfindung
ist der Oszillator ein Oszillator mit Komparator. Ein solcher Oszillator
ermöglicht
es, ein Detektionskabel vorteilhaft zu verwenden, welches einen
Widerstandsbelag von 10 bis 5000 Ohm aufweist, vorzugsweise ist
der Komparator mit CMOS-Technologie ausgestattet, so dass ein geringer
Eingangsstrom erzielt werden kann.
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Nach einer ersten Realisierungsform
der Erfindung ist der Komparator ein Analog-Komparator, etwa ein
diskreter Komparator oder ein operationeller Verstärker, welcher
mit einer symmetrischen oder asymmetrischen Spannung gespeist wird.
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Nach einer zweiten Realisierungsform
der Erfindung ist der Komparator ein Digital-Komparator, etwa ein
Schmitt-Trigger.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter
Hinweis auf die Zeichnung detaillierter beschrieben , wobei in der
einzigen Figur der Zeichnung ein Oszillator mit Komparator schematisch
dargestellt ist, wie er in einer Anlage nach der Erfindung verwendet
wird.
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Bei der Einschaltung ist das Leistungspotential
3 des Oszillators an dem Punkt A gleich null. Durch einen Wider standsbelag
R2 ist der Umrichteingang des Komparators U1, Punkt B mit der Masse geschaltet.
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Das Potential an dem Punkt C ermöglicht es, den
oberen Schaltschwellenwert des Oszillators zu bestimmen, und er
liegt immer über
0 V, so dass die Ausgangsspannung des Komparators U1 (Punkt D) gleich
einer Spannung ist, welche einen gegebenen Wert aufweist, zum Beispiel
5V. Die Leistungsfähigkeit
3 beginnt, sich durch den Widerstandsbelag Rcond der Ader 1 und
dieser Letzteren zu laden, wobei diese Letztere niedriger ist als
ein Widerstandsbelag R1 und die Spannung praktisch einen Spannungswert
von 5 V erreicht.
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An dem Punkt A, am Eingang, und an
dem Punkt D, am Ausgang, haben die Spannungen einen logischen Wert
von eins. Dieser Zustand bleibt unverändert, wenn keinerlei Fehler
in der Anlage auftritt.
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Bei einer Leckage wird zwischen der
Ader 1 und der Ader 2 des Detektionskabels ein zusätzlicher Widerstandsbelag
Rf geschaffen. Die Ader 1 teilt sich dann in zwei Teile, so dass
ein Spannungsteiler gebildet wird. Außerdem bildet der Widerstandsbelag
der Leckage Rf mit einem Widerstandsbelag R2 einen zweiten Spannungsteiler.
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Das Potential an dem Punkt B ist
dann höher als
das Potential an dem Punkt C, und der Komparator U1 schwingt. Die
Ausgangsspannung des Komparators U1 an dem Punkt D liegt dann bei
0 V, und das Potential an dem Punkt C tendiert dann ebenfalls gegen
0 V. Dadurch erhält
man den unteren Schaltschwellenwert, und der Zustand des Ausgangs
des Komparators U1 bleibt unverändert,
bis das Potential an dem Punkt B ebenfalls auf 0 V sinkt.
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Die Leistung 3 fängt an, sich durch den Widerstandsbelag
der Ader 1 zu entladen. Die Spannung an den Klemmen der Leistung
3 liegt dann bei 0 V, und der Komparator U1 schwingt erneut. Infolgedessen
nimmt die Ausgangsspannung des Komparators U1 wieder einen gegebenen
Wert wie z. B. 5 V auf, und die Leistung 3 lädt sich erneut auf und entlädt sich
wieder. Das Potential an dem Punkt B schwingt somit zwischen dem oberen
Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert, so dass es an dem Punkt
D des Ausgangs zu einer Schwingung eines binären Signals kommt, solange
die Leckage besteht.
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Die geeignete Auswahl der Werte der
Widerstandsbeläge
R1 bis R6 ermöglicht
es, ein Signal zu erhalten, welches eine asymmetrische, rechteckige Form
aufweist, wobei die Pausendauer lediglich von der Lokalisierung
der Leckage entlang des Detektionskabels abhängt, und das zyklische Verhältnis hängt von
der Bedeutung der Leckage ab.
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Vorzugsweise ist R5 kleiner als R4,
R2 ist kleiner als R6, R1 und R2 sind kleiner als der Widerstandsbelag
der Adern und R4 ist im Wesentlichen gleich R3.
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Bei dem Bruch einer der Adern, die
das Detektionskabel bilden, entlädt
sich die Leistung C und das Potential weist an dem Punkt A einen
Wert von null auf. Es genügt
demzufolge, das logische Niveau an den Klemmen der Leistung C aufzuspüren, so dass
der Zustand des Detektionskabels bestimmt werden kann, wobei eins
logisch Normalbetrieb und null logisch eine Kontinuitätsunterbrechung
des Kabels bedeuten.