JP4354499B2 - Judgment method for buried piping - Google Patents

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Description

本発明は、地中に埋設されたガス管などの配管が、異なる場所に埋設されている配管と同一管であるか否かなどを判定するために好適に実施することができる埋設配管の判定方法に関する。   The present invention is a determination of buried piping that can be suitably performed to determine whether or not a pipe such as a gas pipe buried in the ground is the same pipe as a pipe buried in a different place. Regarding the method.

たとえば水道管工事を行うに際して、掘削しようとする場所に水道管以外の他の配管、たとえば中圧ガス管が近接して埋設されている場合があるため、掘削しようとする場所とは異なる場所で試験掘りなどによって露出させた中圧ガス管に対して、前記掘削場所に存在する複数の配管のうちで、どの配管が前記異なる場所で露出する中圧ガス管と同一管であるかを判定するために、ループチェッカ機能を有するパイプロケータとも呼ばれる測定機器が用いられる。   For example, when performing water pipe construction, other pipes other than water pipes, such as medium-pressure gas pipes, may be buried in close proximity to the place to be excavated. With respect to the medium pressure gas pipe exposed by test digging or the like, it is determined which of the plurality of pipes existing at the excavation site is the same pipe as the medium pressure gas pipe exposed at the different location. Therefore, a measuring instrument called a pipe locator having a loop checker function is used.

このパイプロケータを用いた埋設配管の判定方法では、前記試験掘り等によって露出したガス管が、掘削場所に存在する複数の配管のいずれと同一管であるか否かを確認するため、前記露出したガス管と掘削場所の各配管のそれぞれとの間に2kHzの交流電圧を印加して、そのときのインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスが50Ω以下であれば、同一管であると判定している(たとえば、特許文献1参照)。   In the determination method of the buried pipe using this pipe locator, the exposed gas pipe is exposed to check whether the gas pipe exposed by the test digging is the same pipe as any of the plurality of pipes existing at the excavation site. An AC voltage of 2 kHz is applied between the gas pipe and each pipe at the excavation site, the impedance at that time is measured, and if the measured impedance is 50Ω or less, it is determined that they are the same pipe. (For example, refer to Patent Document 1).

特開昭63−300990号公報JP 63-300990 A

前述のガス管を同定する従来技術では、ガス管の口径、土壌の比抵抗、隣接する他の配管との距離などの媒体の性状によってインピーダンスが変化するため、掘削場所に存在するガス管を正確に判定することができないという問題がある。   In the above-described conventional technology for identifying a gas pipe, the impedance changes depending on the properties of the medium, such as the diameter of the gas pipe, the specific resistance of the soil, and the distance to other adjacent pipes. There is a problem that it cannot be judged.

本発明の目的は、埋設された配管と他の配管との間に存在する土壌などの媒体の性状に拘らず、正確に各配管が同一管であるか否かを判定することができる埋設配管の判定方法を提供することである。   The object of the present invention is to embed pipes capable of accurately determining whether or not each pipe is the same pipe regardless of the properties of a medium such as soil existing between the buried pipe and other pipes. It is to provide a determination method.

本発明は、予め定める第1位置に埋設されている配管と、前記第1位置とは異なる第2位置に埋設されている配管との間に、50Hz〜10kHzの周波数範囲で交流電圧を印加して、電流および電圧を測定し、前記第1位置に埋設されている配管と、前記第2位置に埋設されている配管とが同一管であるか否かを判定する埋設配管の判定方法であって、前記周波数範囲のうち、電流位相が電圧位相よりも進むような周波数がある場合には、第1位置に埋設されている配管と第2位置に埋設されている配管とは異なる配管であると判定し、電流位相が電圧位相よりも進むような周波数がない場合には、第1位置に埋設されている配管と第2位置に埋設されている配管とが同一の配管であると判定することを特徴とする埋設配管の判定方法である。 In the present invention, an AC voltage is applied in a frequency range of 50 Hz to 10 kHz between a pipe embedded in a predetermined first position and a pipe embedded in a second position different from the first position. Te, measure the current and voltage, a pipe which is embedded in prior Symbol first position, embedded and pipe is embedded in the second position you determine whether the same tube設配tube In the determination method , when there is a frequency in which the current phase advances from the voltage phase in the frequency range, the pipe embedded in the first position and the pipe embedded in the second position If it is determined that the pipes are different, and there is no frequency at which the current phase is higher than the voltage phase, the pipe embedded in the first position and the pipe embedded in the second position are the same pipe. determination method der buried piping and judging that there .

本発明に従えば、50Hz〜10kHzの周波数範囲で周波数を変化させて電流および電圧を測定するとき、電流位相が電圧位相よりも進むような周波数が確認された場合には、第1位置に埋設されている配管と第2位置に埋設されている配管とは異なる配管であると判定し、電流位相が電圧位相よりも進むような周波数がない場合には、第1位置に埋設されている配管と第2位置に埋設されている配管とが同一の配管であると判定する。
異なる配管である場合には、周波数が50Hzにおいて電圧波形を基準としたときの電流波形の遅れを示す位相角θが負の値(すなわち、電流位相が電圧位相よりも進んでいる状態)であり、周波数が増加するとともに位相角θが増加するのに対し、同一の配管である場合には、周波数が50Hzにおいて位相角θが正の値であり、周波数が増加するとともに位相角θが増加することが実験的に確認されている。すなわち、異なる配管である場合には、50Hz〜10kHzの周波数範囲において、位相角θが負の値となる周波数が存在するのに対し、同一の配管である場合には、50Hz〜10kHzの周波数範囲において、位相角θが負の値となる周波数が存在しないことが実験的に確認されている。
したがって、第1および第2位置にそれぞれ埋設される各配管の間に存在する土壌などの媒体の性状に拘らず、測定した位相角θに基づいて正確に各配管の異同を判定することができ、判定精度が向上され、信頼性の高い判定結果を得ることができる。
According to the present invention, when the current and voltage are measured by changing the frequency in the frequency range of 50 Hz to 10 kHz , if a frequency at which the current phase is higher than the voltage phase is confirmed, it is embedded in the first position. It is determined that the pipe that is embedded and the pipe that is embedded in the second position are different from each other, and if there is no frequency that causes the current phase to advance beyond the voltage phase, the pipe that is embedded in the first position And the pipe embedded in the second position are determined to be the same pipe.
In the case of different pipes, the phase angle θ indicating the delay of the current waveform when the frequency is 50 Hz with reference to the voltage waveform is a negative value (that is, the current phase is ahead of the voltage phase). When the frequency is increased, the phase angle θ increases. On the other hand, in the case of the same piping, the phase angle θ is a positive value at a frequency of 50 Hz, and the phase angle θ increases as the frequency increases. This has been confirmed experimentally. That is, in the case of different pipes, there is a frequency where the phase angle θ is a negative value in the frequency range of 50 Hz to 10 kHz, whereas in the case of the same pipe, the frequency range of 50 Hz to 10 kHz. It has been experimentally confirmed that there is no frequency at which the phase angle θ has a negative value.
Therefore, it is possible to accurately determine the difference between the pipes based on the measured phase angle θ regardless of the properties of the medium such as soil existing between the pipes embedded in the first and second positions. , determination accuracy is improved, it is possible to obtain a highly reliable determination result.

さらに本発明は、前記各配管に複数の接触子を接触させて各接触子間の導通を確認した後、各接触子のいずれか一方または双方を介して前記交流電圧を印加することを特徴とする。   Furthermore, the present invention is characterized in that after the plurality of contacts are brought into contact with each of the pipes and the continuity between the contacts is confirmed, the AC voltage is applied via one or both of the contacts. To do.

本発明に従えば、各配管に複数の接触子を接触させて各接触子間の導通を確認した後、各接触子のいずれか一方または双方を介して前記交流電圧を印加するので、各配管が同一管であるか否かを、より高い信頼性で判定することができる。   According to the present invention, since a plurality of contacts are brought into contact with each pipe and conduction between the respective contacts is confirmed, the AC voltage is applied through one or both of the contacts. Can be determined with higher reliability.

本発明によれば、異なる場所に埋設される各配管が同一管であるか否かを、各配管の間の位相角θに基づいて判定するので、各配管の間に存在する土壌などの性状に拘らず、高精度で判定することができる。   According to the present invention, since it is determined based on the phase angle θ between the pipes whether or not the pipes embedded in different places are the same pipe, properties such as soil existing between the pipes Regardless of, it can be determined with high accuracy.

図1は本発明の実施の一形態の埋設配管の判定方法が適用される各ガス管A,Bの埋設状態を示す平面図である。埋設配管である中圧ガス管(以下、「配管」と記す。)A,Bの接続確認作業において、予め定める第1位置P1に埋設されている一方の配管AまたはBと、前記第1位置P1とは異なる第2位置P2に埋設されている他方の配管Bとの間に、位相角測定装置1によって、50Hz〜10kHzの周波数範囲で交流電圧を印加して、電流および電圧の位相角θを測定する。   FIG. 1 is a plan view showing an embedded state of each of the gas pipes A and B to which the method for determining an embedded pipe according to an embodiment of the present invention is applied. In connection confirmation work of medium pressure gas pipes (hereinafter referred to as “piping”) A and B which are buried pipes, one pipe A or B buried in a predetermined first position P1 and the first position An alternating voltage is applied in the frequency range of 50 Hz to 10 kHz by the phase angle measuring device 1 between the other pipe B embedded in the second position P2 different from P1, and the current and voltage phase angle θ. Measure.

一方の配管Aは、一方の道路2に沿って埋設される配管部分A1と、この配管部分A1に直角に屈曲して接続され、他方の道路3に沿って埋設される配管部分A2とを有する。他方の配管Bは、一方の道路2に沿って延在する配管部分B1と、配管部分B1に接続され、前記一方の道路2に交差する他方の道路3に沿って延在する配管部分B2とを有する。これらの配管A,Bは、外径21.7mm、肉厚2.8mmの亜鉛めっき鋼管(呼び径15A)である。   One pipe A has a pipe part A1 buried along one road 2 and a pipe part A2 bent and connected perpendicularly to this pipe part A1 and buried along the other road 3. . The other pipe B includes a pipe part B1 extending along one road 2 and a pipe part B2 connected to the pipe part B1 and extending along the other road 3 intersecting the one road 2 Have These pipes A and B are galvanized steel pipes (nominal diameter 15A) having an outer diameter of 21.7 mm and a wall thickness of 2.8 mm.

位相角測定装置1は、後述の交流電源装置によって実現されてもよく、LCRメータによって実現されてもよい。このような位相角測定装置1によって測定される位相角θの測定値によって、前記第1位置P1に埋設されている配管AまたはBと、前記第2位置P2に埋設されている配管Bとが同一管であるか否かを判定する。   The phase angle measuring device 1 may be realized by an AC power supply device described later or may be realized by an LCR meter. The pipe A or B embedded in the first position P1 and the pipe B embedded in the second position P2 according to the measured value of the phase angle θ measured by the phase angle measuring apparatus 1 as described above. It is determined whether or not they are the same tube.

具体的には、位相角測定装置1には位相角θの測定値を表示する表示部4が設けられ、この表示部4に表示される位相角θの測定値を、測定者が目視で観察する。前記位相角θの測定値が0°≦θであるとき、第1位置P1に埋設されている配管Bと第2位置P2に埋設されている配管Bとが同一管であると判定し、前記位相角θの測定値がθ<0°であるとき、前記第1位置P1に埋設されている配管Aと第2位置P2に埋設されている配管Bとは異なる配管であると判定する。   Specifically, the phase angle measuring device 1 is provided with a display unit 4 for displaying the measured value of the phase angle θ, and the measurer visually observes the measured value of the phase angle θ displayed on the display unit 4. To do. When the measured value of the phase angle θ is 0 ° ≦ θ, it is determined that the pipe B embedded in the first position P1 and the pipe B embedded in the second position P2 are the same pipe, When the measured value of the phase angle θ is θ <0 °, it is determined that the pipe A embedded in the first position P1 and the pipe B embedded in the second position P2 are different pipes.

前記位相角測定装置1は、各配管A,Bに各複数(本実施の形態では各2)の接触子5a,5b;6a,6bを接触させて、各接触子5a,5b間および各接触子6a,6b間の導通を確認した後、各接触子5a,5b;6a,6bのいずれか一方5a,6aまたは双方5a,5b;6a,6bを介して前記交流電圧を印加する。各接触子5a,5b間および各接触子6a,6b間の導通の確認は、各接触子5a,5b間および各接触子6a,6b間に直列に接続されたランプの点灯・消灯によって実現されてもよい。このような構成を用いた場合には、ランプの点灯によって各接触子5a,5bおよび6a,6b間が導通しており、各接触子5a,5bおよび各接触子6a,6bのすべてが配管A,Bに電気的に接触して導通していることを確認することができる。また、ランプが消灯しているときには、各接触子5a,5bの少なくとも一方および各接触子6a,6bの少なくとも一方が各配管A,Bに電気的に接触していないことを確認することができる。   In the phase angle measuring device 1, a plurality of contacts (2 each in the present embodiment) 5a and 5b; 6a and 6b are brought into contact with the pipes A and B, respectively, and between the contacts 5a and 5b and each contact. After confirming the continuity between the children 6a and 6b, the AC voltage is applied via either one of the contacts 5a and 5b; 6a and 6b or both 5a and 5b; 6a and 6b. Confirmation of continuity between the contacts 5a and 5b and between the contacts 6a and 6b is realized by turning on and off the lamps connected in series between the contacts 5a and 5b and between the contacts 6a and 6b. May be. When such a configuration is used, the contacts 5a, 5b and 6a, 6b are electrically connected by lighting of the lamp, and all the contacts 5a, 5b and the contacts 6a, 6b are connected to the pipe A. , B can be confirmed to be in electrical contact with each other. Further, when the lamp is turned off, it can be confirmed that at least one of the contacts 5a and 5b and at least one of the contacts 6a and 6b are not in electrical contact with the pipes A and B. .

このような構成によって、各接触子5a,5b;6a,6bを各配管A,Bに確実に導通させて、位相角測定装置1からの位相角θを測定するための交流電圧を各配管A,B間に印加することができる。   With such a configuration, each contact 5a, 5b; 6a, 6b is reliably connected to each pipe A, B, and an AC voltage for measuring the phase angle θ from the phase angle measuring device 1 is supplied to each pipe A. , B can be applied.

前述の位相角測定装置1として交流電源装置を用いる場合には、ファンクションジェネレータによって、印加する周波数の電圧制御型波形を発生させ、この波形を、交流電源に入力し、交流電源では、入力電圧に比例した交流電流を電流制御によって発生させる。この交流電流を前述の各接触子5a,5b;6a,6bに与え、そのときの電流波形と電圧波形とをデジタルオシロスコープで測定し、記録し、データをディスク状記録媒体に書き込む。書き込んだデータは、パーソナルコンピュータにコピーし、電圧波形のピーク値を電流波形のピーク値で割ることによって、インピーダンスの絶対値|Z|を求め、位相のずれから位相角θを求める。   When an AC power supply device is used as the phase angle measuring device 1 described above, a voltage-controlled waveform having a frequency to be applied is generated by a function generator, and this waveform is input to the AC power supply. Proportional alternating current is generated by current control. This alternating current is applied to each of the aforementioned contacts 5a, 5b; 6a, 6b, the current waveform and voltage waveform at that time are measured and recorded with a digital oscilloscope, and the data is written on the disk-shaped recording medium. The written data is copied to a personal computer, and the absolute value | Z | of the impedance is obtained by dividing the peak value of the voltage waveform by the peak value of the current waveform, and the phase angle θ is obtained from the phase shift.

また、前記位相角測定装置1としてLCRメータを用いる場合には、一方の配管Aの各接触子5a,5bまたは他方の配管Bの各接触子6a,6bからのリード線を、LCRメータのH側の電流端子と電圧端子とに接続し、一方の配管Aまたは他方の配管Bに第1および第2位置P1,P2以外の箇所に接続したリード線を、LCRメータのL側の電流端子と電圧端子とに接続する。測定項目としては、インピーダンスの絶対値|Z|と位相角θとの測定モードに設定することによって、これらの値が得られる。   When an LCR meter is used as the phase angle measuring device 1, lead wires from the contacts 5a, 5b of one pipe A or the contacts 6a, 6b of the other pipe B are connected to the H of the LCR meter. The lead wire connected to the current terminal and the voltage terminal on the side, and connected to one pipe A or the other pipe B at locations other than the first and second positions P1, P2 is connected to the L-side current terminal of the LCR meter. Connect to the voltage terminal. As measurement items, these values can be obtained by setting the measurement mode of the absolute value | Z | of the impedance and the phase angle θ.

次に、各配管A,B間に、50Hz〜10kHzの周波数範囲で交流電圧を印加して、電流および電圧の位相角θを測定することによって、各配管A,Bが異なる2地点で同一管であるか否かを、各配管A,Bの間に存在する土壌などの媒体の性状に拘らず、正確に各配管の異同を判定することができることを確認するために、本件発明者が行った実験について説明する。   Next, an AC voltage is applied between the pipes A and B in a frequency range of 50 Hz to 10 kHz, and the current and voltage phase angle θ is measured, so that the pipes A and B are the same at two different points. In order to confirm that the difference between the pipes can be accurately determined regardless of the properties of the medium such as the soil existing between the pipes A and B, the inventor has conducted The experiment will be described.

<実験設備>
実験に用いたガス管は、図2に示されるように、15A(外径21.7mm、肉厚2.8mm)の亜鉛めっき鋼管から成る長さ3.8mのL字管と長さ3.0mの直管とを用い、L字管のコーナ部はエルボ8によって直角に接続し、L字管および直管の端部4箇所には、キャップ9を装着して内部への水の浸入を防止した。
<Experimental equipment>
As shown in FIG. 2, the gas pipe used in the experiment is an L-shaped pipe having a length of 3.8 m and a length of 3. 5 mm made of a galvanized steel pipe of 15 A (outer diameter 21.7 mm, wall thickness 2.8 mm). A 0m straight pipe is used, and the corners of the L-shaped pipe are connected at right angles by elbows 8, and caps 9 are attached to the four ends of the L-shaped pipe and the straight pipe so that water can enter the interior. Prevented.

図3に実験に用いた水槽の底面に平行にL字管と直管とを配置した状態を示し、図4にL字管と直管とを直交して配置した状態を示す。図3に示すように、L字管の水平部の端部に端子T、直管の端部に端子T、L字管の垂直部に端子Tを、それぞれ端部から100mmの位置に設けた。 FIG. 3 shows a state in which the L-shaped pipe and the straight pipe are arranged in parallel to the bottom surface of the water tank used in the experiment, and FIG. 4 shows a state in which the L-shaped pipe and the straight pipe are arranged orthogonally. As shown in FIG. 3, the terminal T A is located at the end of the horizontal portion of the L-shaped tube, the terminal T B is positioned at the end of the straight tube, the terminal T C is positioned at the vertical portion of the L-shaped tube, and 100 mm from the end. Provided.

<実験条件>
実験条件を表1に示す。
<Experimental conditions>
Table 1 shows the experimental conditions.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

水槽に入れる媒体は、工業用水、0.045%の塩水(以下、塩水A)および0.51%の塩水(以下、塩水B)の3種類である。実験で用いたガス管の位置関係は、平行と直交の2パターンである。ギャップは、それぞれの場合について、0mm、16mm、160mmの3ケースである。ギャップ0mmの場合は、L字管と直管は接触している。ただし、平行の場合は、両端のキャップの部分が接触するため、両端以外の平行部のギャップは4mmとした。   There are three types of media to be put in the water tank: industrial water, 0.045% salt water (hereinafter, salt water A) and 0.51% salt water (hereinafter, salt water B). The positional relationship of the gas pipe used in the experiment is two patterns that are parallel and orthogonal. The gap is 3 cases of 0 mm, 16 mm and 160 mm in each case. When the gap is 0 mm, the L-shaped tube and the straight tube are in contact. However, in the case of being parallel, since the cap portions at both ends are in contact, the gap between the parallel portions other than both ends was set to 4 mm.

<測定方法>
交流電源を用いたインピーダンス測定結果を表2に示す。
<Measurement method>
Table 2 shows the results of impedance measurement using an AC power source.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

この表2の電圧振幅V0Pは、ピーク・ツー・ピークの全振幅の半分の値、即ち半値幅である。電流振幅I0Pも半値幅である。インピーダンスの絶対値|Z|は、この電圧振幅V0Pを電流振幅I0Pで割った値である。遅れ時間Δtは、電圧波形を基準としたときの電流波形の遅れ時間である。位相角θは、遅れ時間Δtを周期で割って360°を掛けた値である。 The voltage amplitude V 0P in Table 2 is a half value of the full amplitude of the peak-to-peak, that is, a half value width. The current amplitude I 0P is also a half width. The absolute value | Z | of the impedance is a value obtained by dividing the voltage amplitude V 0P by the current amplitude I 0P . The delay time Δt is a delay time of the current waveform with respect to the voltage waveform. The phase angle θ is a value obtained by dividing the delay time Δt by the period and multiplying by 360 °.

LCRメータの測定結果と交流電源の測定結果とを比較すると、ケース2−1からケース4−15までの各ケースについて、LCRメータでも、インピーダンスの絶対値|Z|と位相角θとを測定した。LCRメータの測定値と交流電源による測定値は、両者の測定結果が良い一致を示すことを確認した。   Comparing the measurement result of the LCR meter and the measurement result of the AC power supply, the absolute value | Z | and the phase angle θ of the impedance were measured for each case from case 2-1 to case 4-15 even with the LCR meter. . It was confirmed that the measurement value of the LCR meter and the measurement value by the AC power source showed good agreement between the measurement results.

<水中での測定結果>
水槽に工業用水を水深106cmまで入れ、水温9℃、9℃での導電率0.202mS/cm(比抵抗4950Ω・cm)であった。この状態で、2本のガス管を平行にし、ギャップが0mm、16mm、160mmの場合の測定を行い、次の結果を得た。
<Measurement results in water>
Industrial water was put in a water tank to a depth of 106 cm, and the electrical conductivity at a water temperature of 9 ° C. and 9 ° C. was 0.202 mS / cm (specific resistance 4950 Ω · cm). In this state, the measurement was performed when the two gas pipes were parallel and the gaps were 0 mm, 16 mm, and 160 mm, and the following results were obtained.

(1)同一管(T−T端子間)の場合、および違う管(T−T端子間)でもギャップが0で接触している場合は、インピーダンスの絶対値|Z|は10kHz以下の領域で2Ω以下であり、インピーダンスは周波数が増加すると、増加した。 (1) In the case of the same pipe (between T A and T C terminals), and even when different pipes (between T B and T C terminals) are in contact with zero gap, the absolute value of impedance | Z | The impedance was 2Ω or less in the following region, and the impedance increased as the frequency increased.

(2)ギャップが16mmと160mmの場合は、インピーダンスの絶対値|Z|は、周波数の増加とともに一度減少し、その後、増加に転じている。(平行でギャップが16mmの場合も13.7kHz以降は増加する。)   (2) When the gap is 16 mm and 160 mm, the absolute value | Z | of the impedance decreases once as the frequency increases, and then increases. (If the gap is parallel and the gap is 16 mm, it will increase after 13.7 kHz.)

(3)同一管(T−T端子間)の場合および違う管(T−T端子間)でも、ギャップが0で接触している場合は、位相角θは正の値から増加したが、違う管でギャップが16mmと160mmの場合は、負の値(電流位相が電圧位相より進んでいる状態)から次第に増加したる。 (3) In the case of the same pipe (between T A and T C terminals) and different pipes (between T B and T C terminals), when the gap is 0 and the phase angle θ increases from a positive value However, when the gap is 16 mm and 160 mm with different pipes, it gradually increases from a negative value (a state where the current phase is ahead of the voltage phase).

(4)ギャップが16mmから160mmの直交の場合は、平行の場合より、インピーダンスの絶対値|Z|が大きくなり、初期(50Hz付近)の位相角θは負であるが、その絶対値は平行の場合より小さかった。   (4) When the gap is orthogonal from 16 mm to 160 mm, the absolute value | Z | of the impedance is larger than that of the parallel case, and the initial phase angle θ (near 50 Hz) is negative, but the absolute value is parallel. It was smaller than the case.

<塩水A中での測定結果>
水槽内に5kgの食塩を投入し、30分水を循環させてから、その水を150mlほど採取して導電率を測定したところ、13.8℃で0.441mS/cmであった。同様にして、さらに5kg(合計10kg)投入して、導電率を測定すると、0.731mS/cm(14.0℃)となり、合計で14kgで、0.938mS/cm(13.3℃)、合計15kgで0.993mS/cm(11.8℃)となったので、投入を止めた。その後、この塩水を冷蔵庫で冷却し、8℃(水槽の水深45cmでの水温)での導電率を測定したところ、導電率は1.01×10−3S/cm(比抵抗990Ω・cm)であった。以下、この塩水を「塩水A」と呼ぶ。水の量は33.4m(7.13m×4.42m×1.06m)であるので、塩の重量濃度は0.045%である。この塩水A中でガス管が平行の場合のインピーダンスの絶対値|Z|の測定結果、次のことが判る。
<Measurement results in salt water A>
After putting 5 kg of salt into the water tank and circulating the water for 30 minutes, about 150 ml of the water was sampled and the conductivity was measured. As a result, it was 0.441 mS / cm at 13.8 ° C. Similarly, when 5 kg (10 kg in total) was added and the conductivity was measured, it was 0.731 mS / cm (14.0 ° C.), and the total was 14 kg, 0.938 mS / cm (13.3 ° C.). The total amount of 15 kg was 0.993 mS / cm (11.8 ° C.), so the charging was stopped. Then, when this salt water was cooled with the refrigerator and the electrical conductivity in 8 degreeC (water temperature in the water depth of 45 cm of a water tank) was measured, electrical conductivity was 1.01 * 10 < -3 > S / cm (specific resistance 990 ohm * cm). Met. Hereinafter, this salt water is referred to as “salt water A”. Since the amount of water is 33.4 m 3 (7.13 m × 4.42 m × 1.06 m), the weight concentration of the salt is 0.045%. As a result of measuring the absolute value | Z | of the impedance when the gas pipes are parallel in the salt water A, the following can be understood.

(1)同一管(T−T端子間)の場合および違う管(T−T端子間)でも、ギャップが0で接触している場合は、インピーダンスの絶対値|Z|は10kHz以下の領域で2Ω以下であり、インピーダンスは周波数が増加すると、増加した。 (1) In the case of the same pipe (between T A and T C terminals) and different pipes (between T B and T C terminals), when the gap is 0 and the contact is absolute, the absolute value | Z | The impedance was 2Ω or less in the following region, and the impedance increased as the frequency increased.

(2)ギャップが16mmと160mmの場合は、インピーダンスの絶対値|Z|は、周波数の増加と共に一度減少し、その後、増加に転じた。   (2) When the gap was 16 mm and 160 mm, the absolute value | Z | of the impedance once decreased with an increase in frequency, and then started to increase.

(3)同一管(T−T端子間)の場合および違う管(T−T端子間)でもギャップが0で接触している場合は、位相角θは正の値から増加したが、違う管でギャップが16mmと160mmの場合は、負の値(電流位相が電圧位相より進んでいる状態)から次第に増加した。 (3) In the case of the same pipe (between T A and T C terminals) and in a different pipe (between T B and T C terminals), when the gap is 0 and the phase angle θ increases from a positive value However, when the gap was 16 mm and 160 mm with different tubes, it gradually increased from a negative value (a state in which the current phase is ahead of the voltage phase).

(4)ギャップが16mmと160mmの直交の場合は、平行の場合よりもインピーダンスが大きくなり、初期(50Hz付近)の位相角θは負であったが、その絶対値は平行の場合より小さくなった。   (4) When the gap is 16 mm and 160 mm orthogonal, the impedance is greater than when parallel, and the initial (near 50 Hz) phase angle θ is negative, but its absolute value is smaller than when parallel. It was.

(5)ギャップが16mmと160mmの場合は、工業用水のみの場合と比較して、インピーダンスの絶対値は小さくなり、初期の位相角(負の値)の絶対値は大きくなった。   (5) When the gap was 16 mm and 160 mm, the absolute value of the impedance was smaller and the absolute value of the initial phase angle (negative value) was larger than when only the industrial water was used.

<媒体の比抵抗とインピーダンスとの関係>
以上の実験では、測定を行った媒体毎にインピーダンスの測定結果を確認したが、ここでは、各実験条件毎に、比抵抗をパラメータとして検討した。工業用水のみ、塩水Aおよび塩水Bを、それぞれ比抵抗の概略値である5000Ω・cm、1000Ω・cm、および100Ω・cmと表記する。インピーダンスの絶対値に関しては、媒体の比抵抗が5000Ω・cmの場合のインピーダンスの絶対値の周波数に関する最低値は、媒体の比抵抗が1000Ω・cmの場合のインピーダンスの絶対値の周波数に関する最低値の約5倍から6倍となった。これは、比抵抗が約5倍となったことと対応している。ただし、媒体の比抵抗が100Ω・cmの場合、この比で予想されるよりインピーダンスの絶対値の最低値は大きめになった。
<Relationship between specific resistance and impedance of medium>
In the above experiment, the measurement result of the impedance was confirmed for each measured medium. Here, the specific resistance was examined as a parameter for each experimental condition. Only industrial water, salt water A and salt water B are expressed as 5000Ω · cm, 1000Ω · cm, and 100Ω · cm, which are approximate values of specific resistance, respectively. Regarding the absolute value of impedance, the minimum value regarding the frequency of the absolute value of impedance when the specific resistance of the medium is 5000 Ω · cm is the minimum value regarding the frequency of the absolute value of impedance when the specific resistance of the medium is 1000 Ω · cm. It was about 5 to 6 times. This corresponds to the fact that the specific resistance has increased about five times. However, when the specific resistance of the medium was 100 Ω · cm, the minimum value of the absolute value of the impedance was larger than expected with this ratio.

同一管(T−T端子間)の測定結果に関し、平行の場合のインピーダンスの絶対値と位相角θを測定したところ、測定結果は、媒体の比抵抗に関係なく、ほぼ同じ値を示した。これは、電流がほとんどリード線とL字形ガス管を流れているので、当然の結果であった。 Regarding the measurement result of the same tube (between T A and T C terminals), when measuring the absolute value of impedance and the phase angle θ when parallel, the measurement result shows almost the same value regardless of the specific resistance of the medium. It was. This was a natural result because most of the current was flowing through the lead wires and the L-shaped gas tube.

ガス管間のインピーダンスが2次元面内寸法に関し、比例則が成り立つと仮定すると、長さは同じ3mとして、亜鉛めっきしたガス管の直径が200Aや300Aと大きくなった場合、表3に示すように、ギャップが1.6mや2.3mであっても、比抵抗が5000Ω・cm以下の水中では、50Hzから10kHzにおいて、インピーダンスが50Ω以下になることを示している。   Assuming that the proportionality is established with respect to the two-dimensional in-plane impedance of the gas pipe, the length is the same 3 m, and when the diameter of the galvanized gas pipe is increased to 200A or 300A, as shown in Table 3 Furthermore, even when the gap is 1.6 m or 2.3 m, the impedance becomes 50 Ω or less at 50 Hz to 10 kHz in water having a specific resistance of 5000 Ω · cm or less.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

また、周波数が50Hz、500Hzおよび1990Hzにおけるインピーダンスの絶対値|Z|と位相角θを、表4に示す。   Table 4 shows the absolute value | Z | of impedance and the phase angle θ at frequencies of 50 Hz, 500 Hz, and 1990 Hz.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

ギャップが16mmまたは160mmの場合、50HzにおけるBC端子間インピーダンスの位相角θは、−27°から−8°と明確に負の値となることが確認された。   When the gap was 16 mm or 160 mm, it was confirmed that the phase angle θ of the impedance between BC terminals at 50 Hz was clearly a negative value from −27 ° to −8 °.

<等価回路モデルによる検討>
(1)Cのみの1素子モデル
ここでは、等価回路モデルを用いて前述の測定結果の検討を行う。実験に応じて、Cのみの1素子、LRの2素子、LCR5素子モデル、およびWarburgインピーダンスを含む5素子モデルを検討する。
<Examination by equivalent circuit model>
(1) C-only one-element model Here, the above-described measurement results are examined using an equivalent circuit model. Depending on the experiment, one C-only element, two LR elements, an LCR five-element model, and a five-element model including Warburg impedance are considered.

まず、媒体が空気の場合のインピーダンス測定の結果を、電気容量Cのみの1素子モデルで検討し、静電容量の2次元の解析解が3次元の実験で使用できるかどうかを検討した。コンデンサが1個の場合の等価回路モデルの複素インピーダンスZは、次式で表される。

Figure 0004354499
First, the results of impedance measurement when the medium is air were examined using a one-element model with only the capacitance C, and whether a two-dimensional analytical solution of capacitance can be used in a three-dimensional experiment was examined. The complex impedance Z of the equivalent circuit model when there is one capacitor is expressed by the following equation.
Figure 0004354499

ここで、ωは角周波数(=2πf)、Cはコンデンサの容量、jは虚数単位(j=−1)である。従って、インピーダンスの絶対値|Z|と位相角θは、次のように表される。

Figure 0004354499
Here, ω is an angular frequency (= 2πf), C is a capacitance of the capacitor, and j is an imaginary unit (j 2 = −1). Accordingly, the absolute value | Z | of the impedance and the phase angle θ are expressed as follows.
Figure 0004354499

式(2),(3)より、特定の周波数でのインピーダンスの絶対値が判れば、静電容量Cは次式で求められる。

Figure 0004354499
If the absolute value of the impedance at a specific frequency is found from the equations (2) and (3), the capacitance C can be obtained by the following equation.
Figure 0004354499

代表値として500Hzでのインピーダンスの絶対値から、静電容量を計算した。この測定結果と計算値との比較結果を、表5に示す。   The capacitance was calculated from the absolute value of impedance at 500 Hz as a representative value. Table 5 shows a comparison result between the measurement result and the calculated value.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

この表5の計算値は、単位長さあたりの静電容量の理論値に、長さ3mを乗じて求めた値である。計算値はすべて平行の場合の計算値である。従って、測定値と計算値の比率は、直交の場合の方が小さくなっている。L字管と直管の間の静電容量に関し、測定値と計算値は、いずれも10−11のオーダであるので、解析解はオーダの検討には使用できると考えられる。誤差の原因としては、2次元の解析解を、2次元に近い3次元の形状に適用していること、ガス管の間以外の静電容量が考えられる。 The calculated values in Table 5 are values obtained by multiplying the theoretical value of capacitance per unit length by a length of 3 m. The calculated values are all calculated in parallel. Therefore, the ratio between the measured value and the calculated value is smaller in the case of orthogonality. Regarding the capacitance between the L-shaped tube and the straight tube, the measured value and the calculated value are both on the order of 10 −11 , so the analytical solution can be used for studying the order. Possible causes of the error include applying a two-dimensional analytical solution to a three-dimensional shape close to two dimensions and a capacitance other than between the gas pipes.

図5に空気中で平行、ギャップ16mmの場合のインピーダンスの絶対値に関し、測定値と1素子モデル(C=4.55×10−11F)の式2による計算結果との比較を示す。比較的良い一致を示している。 FIG. 5 shows a comparison between the measured value and the calculation result according to Formula 2 of the one-element model (C = 4.55 × 10 −11 F) with respect to the absolute value of the impedance when the gap is 16 mm in parallel in the air. A relatively good agreement.

<LRの2素子モデルによる検討>
次に、同じL字管のT端子とT端子との間のインピーダンスを測定したデータについて検討し、測定回路のリード線の影響によるインピーダンスLと抵抗Rの値を求める。この場合、コンデンサCに相当する部分がないため、図6に示すような2素子等価回路モデルで検討する。
<Examination by LR two-element model>
Next, consider the data obtained by measuring the impedance between T A terminal and T C terminal of the same L-shaped tube, obtaining the value of the resistor R 2 and the impedance L due to the influence of the lead wire of the measurement circuit. In this case, since there is no portion corresponding to the capacitor C, a two-element equivalent circuit model as shown in FIG. 6 is considered.

複素インピーダンスZ、その絶対値|Z|および位相角θは、次式によって表される。
Z=R+jωL …(5)
|z|={R +(ωL)1/2 …(6)
θ=tan−1(ωL/R) …(7)
The complex impedance Z, its absolute value | Z |, and the phase angle θ are expressed by the following equations.
Z = R 2 + jωL (5)
| Z | = {R 2 2 + (ωL) 2 } 1/2 (6)
θ = tan −1 (ωL / R 2 ) (7)

式6と式7のRとLを変化させ、測定データと最も良く合うRとLを求めると、それぞれ0.18Ωと2.0×10−5Hとなる。このときのインピーダンスの絶対値に関する測定値と計算値の比較を、図7に示す。また、位相角θに関する測定値と計算値の比較を、図8に示す。極めて良く一致していることが判る。 Varying the R 2 and L of Formula 6 and Formula 7, when determining the best fit R 2 and L and the measurement data, respectively the 0.18Ω and 2.0 × 10 -5 H. FIG. 7 shows a comparison between the measured value and the calculated value regarding the absolute value of the impedance at this time. Further, FIG. 8 shows a comparison between the measured value and the calculated value regarding the phase angle θ. It can be seen that there is a very good agreement.

ここで、抵抗Rの0.18Ωは、リード線の抵抗にほぼ対応する値である。一方、インダクタンスLについては、以下に長方形回路のインピーダンスとして検討する。 Here, 0.18Ω of the resistance R 2 is a value substantially corresponding to the resistance of the lead wire. On the other hand, the inductance L will be considered below as the impedance of a rectangular circuit.

断面が半径rのリード線で、一辺の長さがa、他辺の長さがbの長方形回路のインピーダンスは、式8で与えられる。

Figure 0004354499
The impedance of a rectangular circuit whose cross section is a lead wire having a radius r and whose one side is a and whose other side is b is given by Equation 8.
Figure 0004354499

この式8aに測定回路の概略寸法として、r=1×10−3m、a=3m、b=1mを代入すると、次式を得る。
L=1.09×10−5[H] …(8b)
Substituting r = 1 × 10 −3 m, a = 3 m, and b = 1 m as approximate dimensions of the measurement circuit into this equation 8a, the following equation is obtained.
L = 1.09 × 10 −5 [H] (8b)

この値は、ベストフィット値の1/1.83であるが、オーダは合っている。測定回路の一部がガス管となっており、回路から測定器までさらに8mほど平行線が存在する等の要因があるため、誤差が生じている可能性がある。   This value is 1 / 1.83 of the best fit value, but the order is correct. Since a part of the measurement circuit is a gas pipe and there are other factors such as the presence of a parallel line of about 8 m from the circuit to the measuring instrument, an error may have occurred.

次の検討では、リード線の抵抗はこのRの値0.18Ω、測定回路のインピーダンスはこのLの値2.0×10−5Hを用いる。 In the next examination, the resistance of the lead wire uses this R 2 value of 0.18Ω, and the measurement circuit impedance uses this L value of 2.0 × 10 −5 H.

<LCRの5素子モデルによる検討>
次に、水中あるいは塩水中で、ギャップがある状態において、直管のT端子とL字管のT端子間のインピーダンス測定について、図9に示す5素子の等価回路モデルで検討する。枠内は2本のガス管の部分であり、この部分に交流インピーダンス法で用いられる等価回路モデルを用いる。左側の部分は、前述の2素子モデルである。
<Examination by LCR 5-element model>
Next, in water or in saline, in a state where there is a gap, the impedance measurements between T C terminal T B terminal and the L-shaped tube straight tube, consider an equivalent circuit model of 5 elements shown in FIG. The inside of the frame is a portion of two gas pipes, and an equivalent circuit model used in the AC impedance method is used in this portion. The left part is the aforementioned two-element model.

この5素子モデルの場合の複素インピーダンス、その絶対値および位相角θは、次のとおりである。   The complex impedance, its absolute value, and phase angle θ in the case of this five-element model are as follows.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

たとえば、水中、平行でギャップが160mmの場合に、式10と式11のR1,3,Cの定数の値を変えて、測定データを比較し、最も測定データにフィットする値を求めると、次のとおりである。
=24.82Ω、R=14Ω、C=3.0×10−4
For example, if the gap is 160 mm in water and the gap is 160 mm, the values of R 1, R 3, and C in Equation 10 and Equation 11 are changed, the measured data are compared, and the value that best fits the measured data is obtained. ,It is as follows.
R 1 = 24.82Ω, R 3 = 14Ω, C = 3.0 × 10 −4 F

このときのインピーダンスの絶対値の測定値と計算値の比較を、図10および図11(2MHzまで)に示す。また、位相角θの測定値と計算値の比較を、図12および図13(2MHzまで)に示す。計算値と測定値は比較的良い一致を示している。   A comparison between the measured value and the calculated value of the absolute value of the impedance at this time is shown in FIGS. 10 and 11 (up to 2 MHz). Moreover, the comparison between the measured value and the calculated value of the phase angle θ is shown in FIGS. 12 and 13 (up to 2 MHz). The calculated and measured values show a relatively good agreement.

<Warburgインピーダンスを用いた等価回路による検討>
電流がイオンによって伝導されており、このイオン伝導の律速が物質拡散速度である場合には、この現象の等価回路素子としてWarburgインピーダンスが用いられる。このインピーダンスZwは、次式で与えられる。

Figure 0004354499
<Examination by equivalent circuit using Warburg impedance>
When the current is conducted by ions and the rate limiting of the ion conduction is the material diffusion rate, Warburg impedance is used as an equivalent circuit element for this phenomenon. This impedance Zw is given by the following equation.
Figure 0004354499

ここで、WはWarburg係数、ωは角周波数(=2πf)である。Warburgインピーダンスのみの場合、絶対値は式13によって、位相角θは式14によって表される。   Here, W is the Warburg coefficient, and ω is the angular frequency (= 2πf). In the case of only Warburg impedance, the absolute value is expressed by Equation 13 and the phase angle θ is expressed by Equation 14.

Warburgインピーダンスは、ほとんどの場合、電荷移動抵抗Rが直列に接続されたり、電気2重層容量Cが並列に接続されて共に表れるので、判定が難しいが、次のような図を作成して判定することができる。 Warburg impedance, in most cases, or charge transfer resistance R 1 is connected in series, the electric double layer capacitance C appears together are connected in parallel, it is difficult determination, the determination to create a drawing, such as: can do.

まず、図14に示すように、ガス管と媒体部分のインピーダンスの実部(Z’=Re(Z))と1/√ωの関係をプロットする。さらに、インピーダンスの虚部(Z’’=Img(Z))に−1を乗じた値と1/√ωの関係をプロットする。この2本のプロットが、共に直線で、平行であるかどうかをチェックする。また、虚部の直線は原点を通ることもチェックする。このとき、実部の直線が虚軸と交差する点の値が、直列に接続された電荷移動抵抗Rである。 First, as shown in FIG. 14, the relationship between the real part (Z ′ = Re (Z)) of the impedance of the gas pipe and the medium part and 1 / √ω is plotted. Further, the value obtained by multiplying the imaginary part of impedance (Z ″ = Img (Z)) by −1 and 1 / √ω is plotted. Check if these two plots are both straight and parallel. Also check that the straight line of the imaginary part passes through the origin. At this time, the value at the point where the straight line of the real part intersects the imaginary axis is the charge transfer resistance R 1 connected in series.

ここで、式12から判るように、実部と虚部の直線の傾きがWarburg係数Wである。   Here, as can be seen from Equation 12, the slope of the straight line between the real part and the imaginary part is the Warburg coefficient W.

次に、図15に示すように、ガス管と媒体部分のインピーダンスからRを引いたインピーダンスの絶対値|Z−R|の対数と周波数の対数のプロット図を作成する。通常のRとCの等価回路モデルの場合は、この傾きが−1となるのに対し、Warburgインピーダンスの場合、この線の傾きが式13より−1/2となる。以上のチェック条件を満たした場合、この現象は、Warburgインピーダンスでモデル化可能な導電現象である。 Next, as shown in FIG. 15, a plot of the logarithm of the absolute value | Z−R 1 | of the impedance obtained by subtracting R 1 from the impedance of the gas pipe and the medium portion and the logarithm of the frequency is created. In the case of a normal R and C equivalent circuit model, this slope is −1, whereas in the case of Warburg impedance, the slope of this line is −½ according to Equation 13. When the above check conditions are satisfied, this phenomenon is a conductive phenomenon that can be modeled by Warburg impedance.

また、Warburgインピーダンスの場合、図16に示す複素インピーダンス図では、式12から予想されるように、傾きが45°の直線になるので、この図14も判定の指標となる。   Further, in the case of Warburg impedance, the complex impedance diagram shown in FIG. 16 is a straight line with a slope of 45 ° as expected from Equation 12, so FIG. 14 is also an index for determination.

次に、Warburgインピーダンスを用いた測定データを検討する。全体の等価回路モデルとしては、図17のような5素子のモデルを考える。ここで、Lは測定回路のインピーダンス、Rはリード線抵抗で、2素子モデルで検討したように、それぞれ2.0×10−5Hと0.18Ωである。ガス管と媒体の部分は、Warburgインピーダンス、電荷移動抵抗Rおよび電気2重層容量Cからなるモデルである。 Next, measurement data using Warburg impedance will be examined. As a whole equivalent circuit model, a five-element model as shown in FIG. 17 is considered. Here, L is the impedance of the measurement circuit, R 2 is the lead wire resistance, which are 2.0 × 10 −5 H and 0.18Ω, respectively, as studied in the two-element model. The gas pipe and the medium part are models composed of Warburg impedance, charge transfer resistance R 1 and electric double layer capacitance C.

ガス管と媒体の部分の3素子の合成インピーダンスをZpとすると、このインピーダンスZpは次式で与えられる。   If the combined impedance of the three elements of the gas pipe and the medium is Zp, this impedance Zp is given by the following equation.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

したがって、5素子全体のインピーダンスZは、次のようになる。   Therefore, the impedance Z of the entire five elements is as follows.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

ここで、RとLとは既知であるから、残りのR、WおよびCを求めればよい。
次に、例として、水中、平行、ギャップが160mmの場合について、Warburgインピーダンスが適用できるかどうかを検討する。
Here, since R 2 and L are known, the remaining R 1 , W, and C may be obtained.
Next, as an example, it will be examined whether Warburg impedance can be applied in the case of underwater, parallel, and a gap of 160 mm.

まず、複素インピーダンス図を、図18に示す。周波数が50Hzから大きくなるにつれて、直線的に斜め左下の方向に向かっている。次に、図14に示したようなWarburgプロットを、図19に示す。上にある実部の線も下の虚部の線も共に直線的で平行に近く、虚部の線は、原点に向かっている。周波数が50Hzと62.9Hzという低周波領域の2点を選び、2本の曲線の傾きの平均から、Warburg係数Wを求めると、91.69Ω/√sであった。また、上の実部の線に関し、この2つの周波数に対応する2点を結んだ直線と、虚軸の交点の虚軸の値からRを求めると、23.63Ωであった。 First, a complex impedance diagram is shown in FIG. As the frequency increases from 50 Hz, it is linearly toward the lower left direction. Next, a Warburg plot as shown in FIG. 14 is shown in FIG. The upper real part line and the lower imaginary part line are both straight and parallel, and the imaginary part line is toward the origin. When two points in the low frequency range of 50 Hz and 62.9 Hz were selected and the Warburg coefficient W was determined from the average of the slopes of the two curves, it was 91.69 Ω / √s. Further, regarding the real part line above, R 1 obtained from the value of the imaginary axis at the intersection of the imaginary axis and the straight line connecting the two points corresponding to these two frequencies was 23.63Ω.

ガス管と媒体のインピーダンスの測定値Zpから、このRの値を引いて求めたZwに関し、log|Zw|とlogfの関係をプロットした図を、図20に示す。同図において、周波数が50Hzと62.9Hzという低周波領域の2点に対応する点の傾きを求めると−0.43となり、Warburgインピーダンスの傾き−0.5に近い値となった。以上より、この測定結果は、Warburgインピーダンスでモデル化することが適切と考えられる。 FIG. 20 shows a plot of the relationship between log | Zw | and logf with respect to Zw obtained by subtracting the value of R 1 from the measured value Zp of the impedance of the gas pipe and the medium. In the figure, the slope of a point corresponding to two points in the low frequency region with frequencies of 50 Hz and 62.9 Hz was found to be −0.43, which was close to the Warburg impedance slope of −0.5. From the above, it is considered appropriate to model this measurement result with Warburg impedance.

図17に示す残りの係数Cについては、実験データから決めるのは、難しかったので、ここでは、前述した空気中での静電容量の測定値に、水の比誘電率85(水温7℃から9℃の値)と空気の比誘電率1.000536との比を掛けて求めた。静電容量の予測値を表6に示す。   Since it was difficult to determine the remaining coefficient C shown in FIG. 17 from the experimental data, the relative permittivity of water (from a water temperature of 7 ° C.) is added to the measured value of the capacitance in the air described above. 9) and the relative dielectric constant of air, 1.000536. Table 6 shows the predicted values of capacitance.

Figure 0004354499
Figure 0004354499

以上のようにして求めた等価回路の定数は、次のとおりである。
L=2.0×10−5[H]
R2=0.18[Ω]
R1=23.63[Ω]
W=91.69[Ω/√s]
C=2.80×10−9[F]
The constants of the equivalent circuit obtained as described above are as follows.
L = 2.0 × 10 −5 [H]
R2 = 0.18 [Ω]
R1 = 23.63 [Ω]
W = 91.69 [Ω / √s]
C = 2.80 × 10 −9 [F]

これらの定数の値を用いて、式16によって計算したインピーダンスの絶対値と測定値の比較を図21に示す。また、周波数範囲を1MHzまでにして横軸を対数表示したものを、図22に示す。位相角θに関する式16による計算値と実験値の比較を図23に示す。また周波数範囲を1MHz以下にして横軸を対数表示したものを図24に示す。これらの図から明らかなように、測定値とWarburgインピーダンスを含む5素子等価回路モデルによる計算値は、比較的良い一致を示すことが確認され、他のケースも同様であった。   FIG. 21 shows a comparison between the absolute value of the impedance calculated by Equation 16 and the measured value using the values of these constants. FIG. 22 shows the logarithmic display of the horizontal axis with the frequency range up to 1 MHz. FIG. 23 shows a comparison between the calculated value by Equation 16 and the experimental value regarding the phase angle θ. FIG. 24 shows a logarithmic display of the horizontal axis with a frequency range of 1 MHz or less. As is apparent from these figures, it was confirmed that the measured values and the calculated values by the five-element equivalent circuit model including Warburg impedance showed a relatively good match, and the other cases were the same.

以上の検討結果から明らかなように、水槽に工業用水を入れた状態(比抵抗が約5000Ω・cm)、食塩を投入して比抵抗を約1000Ω・cmおよび約100Ω・cmにした状態の3種類の媒体中に、直径21.7mm(呼び径15A)の長さ3mのガス管2本を設置し、その間のインピーダンスを周波数50Hzから10kHzにおいて測定する実験を行った結果をまとめると、次のとおりである。   As is clear from the above examination results, the state in which industrial water is put in the water tank (specific resistance is about 5000 Ω · cm), and the specific resistance is about 1000 Ω · cm and about 100 Ω · cm by adding salt. The results of an experiment in which two gas pipes with a diameter of 21.7 mm (nominal diameter 15 A) and a length of 3 m are installed in a medium of various kinds and the impedance between them is measured at a frequency of 50 Hz to 10 kHz are summarized as follows. It is as follows.

(1)亜鉛めっきされた直径21.7mm(呼び径15A)で長さ3mの2本のガス管(白管)が、比抵抗5000Ω・cmの水中にある場合、その間に160mmのギャップがあっても、インピーダンスの絶対値|Z|が50Hzから10kHzにおいて40Ω以下になるという測定値が得られた。媒体が食塩の場合(比抵抗1000Ω・cmおよび100Ω・cm)は、さらにインピーダンスの絶対値が低下した。従来の判定基準の50Ωが適用できない場合があることが確認された。   (1) When two galvanized gas pipes (white tube) with a diameter of 21.7 mm (nominal diameter 15 A) and a length of 3 m are in water with a specific resistance of 5000 Ω · cm, there is a gap of 160 mm between them. However, the measured value that the absolute value | Z | of the impedance was 40Ω or less from 50 Hz to 10 kHz was obtained. When the medium was salt (specific resistances 1000 Ω · cm and 100 Ω · cm), the absolute value of the impedance further decreased. It has been confirmed that the conventional criterion 50Ω may not be applicable.

(2)前記(1)の測定結果は、両面相似則が成り立つとすると、直径216.3mm(呼び径200A)で長さ3mの2本のガス管が1.6m離れている場合に対応する。   (2) The measurement result of (1) corresponds to the case where two gas pipes having a diameter of 216.3 mm (nominal diameter 200 A) and a length of 3 m are separated by 1.6 m, assuming that the double-sided similarity rule holds. .

(3)同一管のT−T端子間の場合、および2本のガス管が金属接触しているT−T端子間の場合は、インピーダンスの位相角θは50Hzで3°と正の値であり、周波数が増加するに従って、位相角θも増加する。これに対し、ギャップが16mmと160mmのT−T端子間の場合、位相角θは、周波数が50Hzにおいて−27°から−8°と負の値(電流位相が電圧位相より進む)であり、その後、周波数の増加とともに増加する。 (3) The impedance phase angle θ is 3 ° at 50 Hz in the case of between the T A and T C terminals of the same tube and between the T B and T C terminals where the two gas tubes are in metal contact. It is a positive value, and the phase angle θ increases as the frequency increases. In contrast, when the gap is between the T B -T C terminal of 16mm and 160 mm, the phase angle theta, at -8 ° and a negative value from -27 ° at frequency 50 Hz (current phase leads the voltage phase) Yes, and then increases with increasing frequency.

(4)測定データについて、いくつかの等価回路モデルを用いて検討した結果、Warburgインピーダンスを含む5素子等価回路モデルにより、測定結果を模擬できることが明らかになった。このWarburgインピーダンスは、導電挙動が、物質の拡散過程に支配される場合に用いられるインピーダンス素子モデルである。   (4) As a result of examining the measurement data using several equivalent circuit models, it became clear that the measurement results can be simulated by a five-element equivalent circuit model including Warburg impedance. The Warburg impedance is an impedance element model used when the conductive behavior is governed by the diffusion process of a substance.

(5)Warburgインピーダンスを含む5素子等価回路モデルにより、50Hz以下の場合を予測した結果、周波数が小さくなるほど位相角θが−45°に近づくという結果が得られた。   (5) As a result of predicting a case of 50 Hz or less using a five-element equivalent circuit model including Warburg impedance, a result was obtained that the phase angle θ approaches −45 ° as the frequency decreases.

(6)ガス管同士が接触している場合は、インピーダンスが小さく、同一管の場合と判定が困難であるが、表面のアスファルトジュート巻きのような被覆があれば、判定することが可能である。   (6) When the gas pipes are in contact with each other, the impedance is small and it is difficult to determine the same pipe, but it is possible to determine if there is a coating such as asphalt jute winding on the surface. .

本発明の実施の一形態の埋設配管の判定方法が適用される各ガス管A,Bの埋設状態を示す平面図である。It is a top view which shows the embedment state of each gas pipe A and B to which the determination method of embedment piping of one Embodiment of this invention is applied. 実験に用いたガス管A,Bを示す図である。It is a figure which shows the gas pipes A and B used for experiment. 実験で用いた水槽にガス管A,Bを平行に浸漬した状態を示す図であり、図3(1)はその平面を示し、図3(2)はその断面を示す。It is a figure which shows the state which immersed gas pipes A and B in the water tank used in experiment in parallel, FIG. 3 (1) shows the plane, FIG. 3 (2) shows the cross section. 実験で用いた水槽にガス管A,Bを直交させて浸漬した状態を示す図であり、図4(1)はその平面を示し、図4(2)はその断面を示す。It is a figure which shows the state which made gas pipes A and B orthogonally immersed in the water tank used for experiment, FIG. 4 (1) shows the plane, FIG. 4 (2) shows the cross section. 空気中でガス管A,Bをギャップ16mmで平行に浸漬した状態におけるインピーダンス|Z|の測定値と1素子等価回路モデルによる計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison of the measured value of impedance | Z | in the state which immersed gas pipes A and B in air with a gap of 16 mm in parallel, and the calculated value by a 1 element equivalent circuit model. LRの2素子等価回路モデルを示す図である。It is a diagram showing a two-element equivalent circuit model of the LR 2. 塩水A中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態におけるインピーダンス|Z|の測定値と計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value of impedance | Z | in the state which immersed gas pipes A and B in salt water A in parallel with the gap of 160 mm, and a calculated value. 塩水A中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における位相角θの測定値と計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value and calculated value of phase angle (theta) in the state which immersed the gas pipes A and B in the salt water A in parallel with the gap of 160 mm. LCR5素子等価回路モデルを示す図である。It is a figure which shows a LCR5 element equivalent circuit model. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における周波数10kHz以下のインピーダンス|Z|の測定値と計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value and calculated value of impedance | Z | with a frequency of 10 kHz or less in the state where gas pipes A and B were immersed in water with a gap of 160 mm in parallel. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における周波数2MHz以下のインピーダンス|Z|の測定値と計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value and calculated value of impedance | Z | with a frequency of 2 MHz or less in the state where gas pipes A and B were immersed in water with a gap of 160 mm in parallel. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における周波数10kHz以下の位相角θの測定値と計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value and calculated value of phase angle (theta) of the frequency of 10 kHz or less in the state which immersed the gas pipes A and B in water with the gap of 160 mm in parallel. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における周波数20MHz以下の位相角θの測定値と計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value and calculated value of phase angle (theta) of the frequency of 20 MHz or less in the state which immersed the gas pipes A and B in water with the gap of 160 mm in parallel. Warburgプロット図である。It is a Warburg plot figure. Warburgインピーダンスのボード線図である。It is a Bode diagram of Warburg impedance. 複素インピーダンス図である。It is a complex impedance diagram. Warburgインピーダンスを用いた5素子等価回路モデルを示す図である。It is a figure which shows the 5 element equivalent circuit model using Warburg impedance. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における複素インピーダンス図である。It is a complex impedance figure in the state where gas pipes A and B were immersed in water with a gap of 160 mm in parallel. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態におけるWarburgプロット図である。It is a Warburg plot figure in the state where gas pipes A and B were immersed in water with a gap of 160 mm in parallel. 水中のガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態におけるlog|Zw|とlog(f)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between log | Zw | and log (f) in the state which immersed the gas pipes A and B in water in parallel with the gap of 160 mm.

水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態におけるインピーダンス|Z|の測定値とWarburgインピーダンスの等価回路モデルによる計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison of the measured value of impedance | Z | in the state which immersed gas pipes A and B in water in parallel with the gap of 160 mm, and the calculated value by the equivalent circuit model of Warburg impedance. 水中のガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における周波数1MHz以下のインピーダンス|Z|の測定値とWarburgインピーダンスの等価回路モデルによる計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison of the measured value of impedance | Z | with a frequency of 1 MHz or less and the calculated value by the equivalent circuit model of Warburg impedance in the state where the gas pipes A and B in water are immersed in parallel with a gap of 160 mm. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における位相角θの測定値とWarburgインピーダンスの等価回路モデルによる計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value of the phase angle (theta) in the state which immersed the gas pipes A and B in water in parallel with the gap of 160 mm, and the calculated value by the equivalent circuit model of Warburg impedance. 水中にガス管A,Bをギャップ160mmで平行に浸漬した状態における周波数1MHz以下の位相角θの測定値とWarburgインピーダンスの等価回路モデルによる計算値との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the measured value by the equivalent circuit model of Warburg impedance with the measured value of phase angle (theta) below 1 MHz in the state where the gas pipes A and B were immersed in water with a gap of 160 mm in parallel.

符号の説明Explanation of symbols

位相角測定装置1
道路2
接触子5a,5b;6a,6b
配管A,B
第1位置P1
第2位置P2
位相角θ
Phase angle measuring device 1
Road 2
Contacts 5a, 5b; 6a, 6b
Piping A, B
1st position P1
Second position P2
Phase angle θ

Claims (2)

予め定める第1位置に埋設されている配管と、前記第1位置とは異なる第2位置に埋設されている配管との間に、50Hz〜10kHzの周波数範囲で交流電圧を印加して、電流および電圧を測定し、前記第1位置に埋設されている配管と、前記第2位置に埋設されている配管とが同一管であるか否かを判定する埋設配管の判定方法であって、
前記周波数範囲のうち、電流位相が電圧位相よりも進むような周波数がある場合には、第1位置に埋設されている配管と第2位置に埋設されている配管とは異なる配管であると判定し、電流位相が電圧位相よりも進むような周波数がない場合には、第1位置に埋設されている配管と第2位置に埋設されている配管とが同一の配管であると判定することを特徴とする埋設配管の判定方法
An AC voltage is applied in a frequency range of 50 Hz to 10 kHz between a pipe embedded in a first position determined in advance and a pipe embedded in a second position different from the first position. the voltage is measured, met determination method of the preceding SL and has pipe is embedded in the first position, embedded and pipe is embedded in the second position you determine whether the same tube設配tube And
If there is a frequency in which the current phase is ahead of the voltage phase in the frequency range, it is determined that the pipe embedded in the first position and the pipe embedded in the second position are different pipes. However, when there is no frequency at which the current phase advances more than the voltage phase, it is determined that the pipe embedded in the first position and the pipe embedded in the second position are the same pipe. Judgment method of characteristic buried piping .
前記各配管に複数の接触子を接触させて各接触子間の導通を確認した後、各接触子のいずれか一方または双方を介して前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項1記載の埋設配管の判定方法。 After the confirming the conduction between each contact child by contacting a plurality of contacts in the pipes, according to claim 1 Symbol, characterized in that for applying the AC voltage either or through both of the respective contact Judgment method of listed underground piping.
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