WO2007006693A1 - Device for position-dependently detecting a leak in a hidden externally-inaccessible pipeline system - Google Patents

Device for position-dependently detecting a leak in a hidden externally-inaccessible pipeline system Download PDF

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WO2007006693A1
WO2007006693A1 PCT/EP2006/063869 EP2006063869W WO2007006693A1 WO 2007006693 A1 WO2007006693 A1 WO 2007006693A1 EP 2006063869 W EP2006063869 W EP 2006063869W WO 2007006693 A1 WO2007006693 A1 WO 2007006693A1
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ultrasonic
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Patrick Oudoire
Achim Wiest
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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Abstract

The invention relates to a device for position-dependently detecting a leak in a hidden and externally-inaccessible pipeline system (2), wherein ultrasound-flowrate measuring points (3) are positioned at the defined points of the pipeline system (2), at least one external adjusting/evaluation unit (4) is connected to the flowrate measuring points (3) from the outside and provides information about the flowrate at the defined points of the pipeline system (2) and the leak is located in the area between the flowrate measuring points (3) of the pipeline system (2) by comparing flowrate values determined at the different defined points of said pipeline system (2).

Description

Beschreibung description
Vorrichtung zur positionsabhängigen Detektion einer Leckage in einem verdeckten, von außen unzugänglichen RohrleitungssystemDevice for the position-dependent detection of leakage in a concealed, inaccessible from the outside piping system
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur positionsabhängigen Detektion einer Leckage / eines Zuflusses in einem verdeckten, von außen unzugänglichen Rohrleitungssystem.The invention relates to a device for position-dependent detection of leakage / inflow in a hidden, inaccessible from the outside piping system.
[0002] In der Trink- und Abwasserversorgung liegen die Rohrleitungssysteme oft tief vergraben im Erdreich. Tritt ein Störfall in Form eines Lecks oder einer Verstopfung auf, so ist es üblicherweise notwendig, das Rohrleitungssystem über lange Strecken auszugraben, um die Störstelle lokalisieren zu können.In the drinking and wastewater supply, the piping systems are often buried deep in the ground. If a fault occurs in the form of a leak or a blockage, it is usually necessary to excavate the pipeline system over long distances in order to localize the fault.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Störstelle in einem Rohrleitungssystem gezielt aufzufinden.The invention has for its object to locate an impurity targeted in a pipeline system.
[0004] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an mehreren definierten Stellen des Rohrleitungssystems Ultraschall-Durchflussmessstellen vorgesehen sind, dass zumindest eine externe Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, die von außen mit den Durchfluss- messstellen verbindbar ist, wobei die Regel-/Auswerteeinheit Information über den Durchfluss an den definierten Stellen des Rohrleitungssystems zur Verfügung stellt und anhand eines Vergleichs der an unterschiedlichen definierten Stellen in dem Rohrleitungssystem bestimmten Durchflussmesswerte die Leckage auf den Bereich zwischen zwei definierten Stellen des Rohrleitungssystem eingrenzt.The object is achieved in that ultrasound flow measuring points are provided at several defined points of the pipeline system, that at least one external control / evaluation unit is provided, which is connectable from the outside to the flow measuring points, wherein the control / evaluation unit Providing information about the flow at the defined locations of the piping system and limiting the leakage to the area between two defined locations of the piping system based on a comparison of the flow measurements determined at different defined locations in the piping system.
[0005] Erfindungsgemäß werden also in das Rohrleitungssystem in vorgegebenenAccording to the invention thus in the pipeline system in predetermined
Abständen vorgefertigte Ultraschall-Durchflussmessstellen montiert. Hierdurch lässt sich eine flächenüberdeckende Überwachung des Rohrleitungssystems erreichen. Tritt ein Störfall auf, wird das Rohrleitungssystem mit einer oder besser mit mehreren Regel-/Auswerteeinheiten überprüft. Die Regel-/Auswerteeinheiten sind bevorzugt als portable Messgeräte ausgebildet.Interspaces prefabricated ultrasonic flow measuring points mounted. This makes it possible to achieve a surface-covering monitoring of the piping system. If a fault occurs, the piping system is checked with one or better with several control / evaluation units. The control / evaluation units are preferably designed as portable measuring devices.
[0006] Idealerweise wird die Überprüfung mit mindestens zwei Messgeräten erfolgen, die bevorzugt in direkter Funkverbindung miteinander stehen, so dass die von beiden Messgeräten bereitgestellten Messdaten direkt miteinander verglichen werden können. Alternativ können die von den Messstellen gelieferten Messdaten mittels eines Datenloggers aufgezeichnet werden und nach der Messerwerterfassung an den einzelnen vergrabenen Durchflussmessstellen off-line miteinander verglichen werden.Ideally, the review will be done with at least two meters, which are preferably in direct radio communication with each other, so that the measurement data provided by both measuring devices can be compared directly with each other. Alternatively, the measurement data provided by the measuring points can be recorded by means of a data logger and compared off-line with each other after the measured value detection at the individual buried flow measuring points.
[0007] Um eine Leckage in einem Rohrleitungssystem feststellen zu können, sind prinzipiell zwei Vorgehensweisen möglich:In order to be able to determine a leakage in a pipeline system, two approaches are possible in principle:
- Normalerweise sind die üblichen Verbraucher, die an das Rohrleitungssystem angeschlossen sind, nachts abgeschaltet, so dass zumindest nähe- rungsweise davon ausgegangen werden kann, dass nur noch durch das Leck Medium aus dem Rohrleitungssystem austritt. Die Leckage kann dann mittels einer portablen Regel-/Auswerteeinheit aufgespürt werden, über die der Durchfluss in dem Rohrleitungssystem an verschiedenen Stellen bestimmt wird.- Normally the usual consumers, which are connected to the piping system, are switched off at night, so that at least near- It can be assumed that only through the leak medium will escape from the piping system. The leakage can then be detected by means of a portable control / evaluation unit, via which the flow in the pipeline system is determined at various locations.
Während des Normalbetriebs des Rohrleitungssystems, wenn also über die Verbraucher Medium aus dem Rohrleitungssystem ent-nommen wird, werden zumindest zwei aufeinanderfolgende Durchfluss-messstellen gleichzeitig vermessen. Die Messdaten werden miteinander verglichen. Dies kann in Echtzeit sowohl über eine drahtlose als auch eine verdrahtete Verbindung zwischen den beiden an das Rohrleitungssystem angeschlossenen Regel- /Auswerte-einheiten geschehen; möglich ist aber auch der Einsatz eines Daten-loggers, der die Daten aufzeichnet und eine spätere Auswertung bzw. einen Vergleich der Messdaten ermöglicht.During normal operation of the piping system, ie when medium is removed from the piping system via the consumers, at least two consecutive flow measuring points are measured simultaneously. The measured data are compared with each other. This can be done in real time both via a wireless and a wired connection between the two connected to the piping control / evaluation units; but it is also possible to use a data logger, which records the data and enables later evaluation or comparison of the measured data.
[0008] Liegt eine Leckage in dem Rohrleitungssystem vor, so spiegelt sich dies in den an unterschiedlichen Stellen des Rohrleitungssystems gemessenen Durchflusswerten wieder. Der Durchfluss in einem verbundenen Rohrleitungs-system entspricht gemäß der Kirchhoff sehen Knotenregel der Summe aller an einem ausgewählten Punkt des Rohrleitungssystems abgehenden Durch-flüsse zuzüglich des Verlusts an dem Leck. Ist die Summe der abgehenden Durchflüsse in dem Rohrleitungssystem bekannt, so kann der Verlust infolge eines Lecks örtlich eingegrenzt bestimmt werden. [0009] Ein Verschluss bzw. eine Verstopfung wird sich in dem Rohrleitungssystem so auswirken, dass die Rohrleitung bis zum Verschluss mit Medium angefüllt ist, während sie hinter dem Verschluss nur teilgefüllt oder leer ist. Die momentane Befüllung einer Rohrleitung lässt sich über Ultraschall-Messsignale auf einfache Art und Weise bestimmen, indem die Ultraschallsensoren bzw. ein Ultraschallsensor an einer Stelle angebracht ist, die bei einer teilgefüllten Rohrleitung unterbrochen bzw. mit einem anderen Medium, wie beispiels- weise Luft, gefüllt ist. Bei einer Füllstandsmessung mittels Ultraschall-Mess-signalen kann beispielsweise die durch das Medium übertragene Schall-energie gemessen werden. Liegt ein Vergleichswert bei einer gefüllten oder teilgefüllten Rohrleitung vor, so lässt sich über die Messung der übertragenen Schallenergie zwischen einem Sende- und einem Empfangs-Ultra- schallsensor der jeweilige Zustand der Rohrleitung detektieren. Möglich ist darüber hinaus auch, eine Füllstandsbestimmung mittels einer Ultraschall-Dopplermessung mit nur einem Ultraschallsensor durchzuführen. Bei der Dopplermessung wird verfahrensbedingt die Reflexion an der Grenzschicht zwischen dem Ultraschallsensor und dem Medium gemessen. Ist eine exakte Aussage über den jeweiligen Füllstand in der Rohrleitung erforderlich, so ist dies über die bekannte Echomethode möglich. [0010] Zusammenfassend lässt sich Folgendes sagen: Als vorteilhaft im Zusammen-hang mit der vorliegenden Erfindung wird es erachtet, wenn zumindest an einigen der Durchflussmessstellen jeweils ein Detektor zur Erkennung des Füllstandes in dem Rohrleitungssystem vorgesehen ist. Bei dem Detektor handelt es sich beispielsweise um einen Ultraschallsensor, der im oberen Bereich der Rohrleitung angeordnet ist. Bevorzugt werden die Ultraschall-Messsignale senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung bzw. des Messrohres ausgesendet bzw. empfangen.If there is a leak in the piping system, this is reflected in the measured at different points in the pipeline system flow values again. Flow in a connected piping system, according to the Kirchhoff see node rule, is the sum of all outflows at a selected point in the piping system plus the loss at the leak. If the sum of the outgoing flows in the piping system is known, the loss due to a leak can be determined locally. A plug or plug will affect the piping system such that the tubing is filled to medium with the closure, while behind the closure it is only partially filled or empty. The instantaneous filling of a pipeline can be determined in a simple way by means of ultrasound measurement signals by the ultrasound sensors or an ultrasound sensor being mounted at a location which is interrupted by a partially filled pipeline or by another medium, such as air, for example. is filled. In a level measurement by means of ultrasonic measurement signals, for example, the sound energy transmitted through the medium can be measured. If a comparative value is available for a filled or partially filled pipeline, the respective state of the pipeline can be detected by measuring the transmitted sound energy between a transmitting and a receiving ultrasonic sensor. It is also possible to carry out a fill level determination by means of an ultrasonic Doppler measurement with only one ultrasonic sensor. In the Doppler measurement, the reflection at the boundary layer between the ultrasonic sensor and the medium is measured by the method. If an exact statement about the respective fill level in the pipeline is required, this is possible via the known echo method. In summary, the following can be said: It is considered advantageous in connection with the present invention, if in each case a detector for detecting the level in the piping system is provided at least at some of the flow measuring points. The detector is, for example, an ultrasonic sensor which is arranged in the upper region of the pipeline. Preferably, the ultrasonic measuring signals are transmitted or received perpendicular to the longitudinal axis of the pipe or of the measuring tube.
[0011] Gemäß einer vorteilhaften und kostengünstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei den Ultraschall-Durchflussmess-stellen um passive Ultraschall-Durchflussmessstellen, die jeweils über ein rohrförmiges Verbindungsteil einen Zugang zu der externen Regel-/Auswerte-einheit aufweisen. Bevorzugt sind die Durchflussmessstellen mit Ultraschall-sensoren ausgestattet, die mittels elektrischer Signale von der externen Regel-/Auswerteeinheit her angesteuert werden. Die Verbindungsleitungen werden bevorzugt über rohrförmige, in das Erdreich eingegrabene Verbindungsteile geführt. Bei den Verbindungsteilen handelt es sich beispielsweise um glasfaserverstärkte Kunststoffrohre oder um Rohre aus Beton, also um Rohre mit hoher Widerstandsfähigkeit.According to an advantageous and inexpensive embodiment of the device according to the invention is in the ultrasonic flow measuring points to passive ultrasonic flow measuring points, each having a tubular connection part access to the external control / evaluation unit. Preferably, the flow measuring points are equipped with ultrasonic sensors, which are controlled by means of electrical signals from the external control / evaluation unit ago. The connecting lines are preferably guided over tubular, buried in the ground connecting parts. The connecting parts are, for example, glass fiber reinforced plastic pipes or pipes made of concrete, ie pipes with high resistance.
[0012] Unter einer passiven Ultraschall-Durchflussmessstelle wird in diesem Fall eine Messstelle ohne Regel-/Auswerteelektronik und ohne eigene Energie- Versorgung verstanden. Allerdings sind in die Messstelle die passiven Ultraschallsensoren integriert, also insbesondere die piezoelektrischen Elemente, die über die elektrischen Messsignale von der Regel-/Auswerte-einheit her angesteuert werden, die Ultraschall- Messsignale erzeugen bzw. empfangen und ihre Durchfluss-Messdaten in Form von elektrischen Signalen über die Verbindungsleitungen zu der Regel-/Auswerteeinheit führen.Under a passive ultrasonic flow measuring point is understood in this case, a measuring point without control / evaluation and without its own power supply. However, the passive ultrasound sensors are integrated into the measuring point, that is to say in particular the piezoelectric elements which are actuated by the electrical measuring signals from the control / evaluation unit, which generate or receive ultrasonic measuring signals and their flow measurement data in the form of electrical signals Lead signals via the connecting lines to the control / evaluation unit.
[0013] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die passiven Ultraschall-Durchflussmessstellen nur noch die Öffnungen zur Positionierung der Ultraschallsensoren auf; die Ultraschall-sensoren sind also nicht mehr permanent in die verdeckte Durchfluss-messstelle integriert, sondern sie werden bei Bedarf von außen über das rohrförmige Verbindungsteil in den Öffnungen eingebracht und dort positioniert. Die Positionierung muss so erfolgen, dass die Ultraschallsensoren die Öffnung dicht verschließen, so dass kein Medium aus der Rohrleitung austreten kann; ebenso muss dafür Sorge getragen werden, dass die Öffnungen bei Nicht-Montage der Ultraschallsensoren dicht verschlossen sind. Der durch das rohrförmige Verbindungsteil eingeführte Ultraschallsensor wird auf eine Ankoppelfläche mit einer definierten Kraft so angepresst, dass kein Spalt zwischen dem Ultraschallsensor und der Aufnahmeöffnung vorhanden ist. Bevorzugt wird übrigens auch eine Koppelflüssigkeit, z.B. Wasser verwendet. Die Anpressung mit einer de- fϊnierten Kraft kann beispielsweise über entsprechend angeordnete Magnete realisiert werden.According to an alternative embodiment of the device according to the invention, the passive ultrasonic flow measuring points only on the openings for positioning the ultrasonic sensors; The ultrasonic sensors are therefore no longer permanently integrated into the concealed flow measuring point, but they are introduced if necessary from the outside via the tubular connecting part in the openings and positioned there. The positioning must be such that the ultrasonic sensors seal the opening tightly, so that no medium can escape from the pipeline; It must also be ensured that the openings are tightly closed when the ultrasonic sensors are not installed. The ultrasonic sensor inserted through the tubular connecting part is pressed onto a coupling surface with a defined force in such a way that no gap is present between the ultrasonic sensor and the receiving opening. Incidentally, a coupling fluid, eg water, is also preferably used. The contact pressure with a Fϊnierten force can be realized for example via appropriately arranged magnets.
[0014] Die Verwendung von passiven Durchflussmessstellen stellt eine sehr kostengünstige Lösung dar, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf den Einsatz von passiven Durchflussmessstellen beschränkt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei den Ultraschall- Durchflussmessstellen um aktive Durchflussmessstellen handelt, die über elektrische Anschlussleitungen mit der Regel-/Auswerteeinheit verbindbar sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass jeder Ultraschall-Durchflussmessstelle eine eigene Regel- /Auswerteeinheit und/oder eine eigene Energieversorgung (z.B. eine Batterie) zugeordnet sind / ist.The use of passive flow measuring points is a very cost effective solution, but the invention is by no means limited to the use of passive flow measuring points. An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the ultrasonic flow measuring points are active flow measuring points which can be connected to the control / evaluation unit via electrical connection lines. In particular, it is provided that each ultrasound flow measuring point is / are assigned its own control / evaluation unit and / or its own energy supply (for example a battery).
[0015] Im Zusammenhang mit der zuletzt genannten Variante der erfindungs-gemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass jede Regel-/Auswerteeinheit eine Schnittstelle zur kabellosen Datenübertragung der an einer Durchfluss-messstelle ermittelten Durch- flussmesswerte zu einer übergeordneten Kontrolleinheit oder zu einer anderen Regel- /Auswerteeinheit, die einer anderen Durchflussmessstelle zugeordnet ist, aufweist. Kabellose Datenübertragung umfasst dabei die Übertragung per Funk - und zwar sowohl optisch oder über Schall.[0015] In connection with the last-mentioned variant of the device according to the invention, it is proposed that each control / evaluation unit has an interface for wireless data transmission of the flow measured values determined at a flow measuring point to a higher-level control unit or to another control unit. Evaluation unit that is assigned to another flow measuring point has. Wireless data transmission includes transmission by radio - both optically or via sound.
[0016] Bevorzugt wird die verdeckte bzw. vergrabene Durchflussmessstelle über die externe Auswerte-/Regeleinheit mit Energie versorgt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Regel-/Auswerteeinheit einen Energiespeicher aufweist, der über eine induktive oder kapazitive Einkopplung mit Energie versorgbar ist. Um Energie einzusparen, steuert die Regel-/Auswerteeinheit die Durchflussmessstelle gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung intermittierend derart an, dass die Durchflussmessstelle bzw. gewisse Komponenten der Durchflussmessstelle nur während einer Messphase Energie benötigt bzw. benötigen, während sie während der Ruhephase keine Energie verbrauchen und auf Standby-Betrieb gehen. Bei den Komponenten mit hohem Energiebedarf, die nur während der Messphase aktiv sind, handelt es sich beispielsweise um einen Verstärker.The buried or buried flow measuring point is preferably supplied with energy via the external evaluation / control unit. Alternatively, however, it is also possible that the control / evaluation unit has an energy store, which can be supplied with energy via an inductive or capacitive coupling. In order to save energy, the control / evaluation unit controls the flow measuring point according to an advantageous development of the device intermittently such that the flow measuring point or certain components of the flow measuring only needed or need energy during a measurement phase, while consuming no energy during the rest phase and go to standby mode. For example, the high-energy components that are only active during the measurement phase are an amplifier.
[0017] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
[0018] Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,1 is a perspective view of a preferred embodiment of the device according to the invention,
[0019] Fig. 2: einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,FIG. 2 shows an enlarged detail of the embodiment shown in FIG. 1; FIG.
[0020][0020]
[0021] Fig. 3: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung undFig. 3: a second embodiment of the device according to the invention and
[0022] Fig. 4: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit integriertem Füllstandssensor.4 shows an embodiment of the device according to the invention with integrated level sensor.
[0023] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungs-form der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. In Fig.2 ist die Durchflussmess-stelle 3 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt.Fig. 1 shows a perspective view of a preferred embodiment of the device according to the invention 1. In Figure 2, the flow measuring point 3 of FIG. 1 is shown enlarged.
[0024] Das Rohrleitungssystem 2 mit den Ultraschall-Durchflussmessstellen 3 ist imThe piping system 2 with the ultrasonic flow measuring points 3 is in
Erdreich 9 vergraben. Die Ultraschall-Durchflussmessstellen 3 sind in vorge-gebenen Abständen in das Rohrleitungssystem 2 integriert. Die Ultraschall-Durch- flussmessstellen 3 weisen im gezeigten Fall in der Rohrwand 6 zwei Öffnungen 7 auf, über die die Ultraschall-Messsignale in den Innenraum des Messrohres 16 hinein- bzw. herausgeführt werden.Soil 9 buried. The ultrasonic flow measuring points 3 are integrated in pre-given intervals in the piping system 2. In the case shown, the ultrasonic flow measuring points 3 have two openings 7 in the tube wall 6, via which the ultrasonic measuring signals are fed into or out of the interior of the measuring tube 16.
[0025] Bei der Ultraschall-Durchflussmessstelle 3 handelt es sich beispielsweise um eine passive Durchflussmessstelle 3, bei der die Ultraschallsensoren 8 zur Erzeugung und zum Empfang der Ultraschall-Messsignale in das Messrohr 16 integriert sind. Die Signalleitungen / Verbindungsleitungen 17 zwischen den Ultraschallsensoren 8 und der Regel-/Auswerteeinheit 4 werden in den beiden rohrförmigen Verbindungsteilen 5 geführt. Die Verbindungsteile 5 sind aus einem widerstandsfähigen Material gefertigt. Die Ultraschallsensoren 8 umfassen im wesentlichen piezoelektrische Elemente und entsprechende Ankoppelelemente zur optimierten Ein-/Auskopplung der Ultraschall- Mess-signale in das bzw. aus dem Medium 19.The ultrasonic flow measuring point 3 is, for example, a passive flow measuring point 3 in which the ultrasonic sensors 8 for generating and receiving the ultrasonic measuring signals are integrated into the measuring tube 16. The signal lines / connecting lines 17 between the ultrasonic sensors 8 and the control / evaluation unit 4 are guided in the two tubular connecting parts 5. The connecting parts 5 are made of a resistant material. The ultrasonic sensors 8 essentially comprise piezoelectric elements and corresponding coupling elements for optimized coupling / uncoupling of the ultrasonic measuring signals into and out of the medium 19.
[0026] Die Anschlussstelle 18, über die der Kontakt zwischen der Regel-/Auswerte-Einheit 4 und der Ultraschall-Durchflussmessstelle 3 bei Bedarf herstellbar ist, ist so angeordnet, dass sie von außen problemlos zugänglich ist.The connection point 18, via which the contact between the control / evaluation unit 4 and the ultrasonic flow measuring point 3 can be produced if necessary, is arranged so that it is easily accessible from the outside.
[0027] Alternativ können die passiven Ultraschall-Durchflussmessstellen jedoch auch so ausgestaltet sein, dass die Öffnungen 7 nicht zur Aufnahme von Ultra-schallsensoren 8, sondern lediglich zur Ein- oder Auskopplung der Ultraschall-Messsignale aus dem Messrohr 16 dienen. Dabei sind die rohrförmigen Verbindungsleitungen 5 als Wellenleiter ausgestaltet. Eine weitere alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Ultraschallsensoren 8 bei Bedarf durch die rohrförmigen Verbindungsteile 5 zu den Öffnungen 7 des Messrohres 16 geführt und dort z.B. mittels eines Magnetverschlusses positioniert werden. Nach Abschluss der Messung werden die Ultraschallsensoren 8 wieder von der Durchflussmessstelle 3 entfernt. Der Einsatz von passiven Ultraschall- Durchflussmessstellen 3 hat den Vorteil, dass sich hierdurch ein sehr kostengünstiges Leckage-Überwachungssystem in einem verdeckten bzw. vergrabenen Rohrleitungssystem 2 realisieren lässt.Alternatively, however, the passive ultrasonic flow measuring points can also be designed so that the openings 7 are not used to accommodate ultrasonic sensors 8, but only for coupling or decoupling the ultrasonic measurement signals from the measuring tube 16. In this case, the tubular connecting lines 5 are designed as waveguides. A further alternative embodiment provides that the ultrasonic sensors 8 are guided, if required, through the tubular connecting parts 5 to the openings 7 of the measuring tube 16, where they are e.g. be positioned by means of a magnetic closure. After completion of the measurement, the ultrasonic sensors 8 are removed again from the flow measuring point 3. The use of passive ultrasonic flow measuring points 3 has the advantage that in this way a very cost-effective leakage monitoring system can be realized in a covered or buried pipeline system 2.
[0028] Liegt eine Leckage in dem Rohrleitungssystem 2 vor, so spiegelt sich dies in den an den unterschiedlichen Messstellen 3 des Rohrleitungssystems 2 gemessenen Durchflusswerten wieder. Der Durchfluss in einem verbundenen Rohrleitungssystem 2 entspricht gemäß der Kirchhoff sehen Knotenregel der Summe aller an einem ausgewählten Punkt des Rohrleitungssystems 2 abgehenden Durchflüsse zuzüglich des Verlusts an dem Leck. Ist die Summe der abgehenden Durchflüsse in dem Rohrlei- tungssystem 2 bekannt, so kann der Verlust infolge eines Lecks örtlich eingegrenzt bestimmt werden.If there is a leakage in the pipeline system 2, this is reflected in the flow values measured at the different measuring points 3 of the pipeline system 2. The flow rate in a connected pipeline system 2 corresponds, according to Kirchhoff's node rule, to the sum of all outgoing flows at a selected point of the pipeline system 2 plus the loss at the leak. If the sum of the outgoing flows in the pipeline is System 2 known so the loss due to a leak can be determined localized.
[0029] Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auch Verstopfungen in dem Rohrleitungssystem 2 gezielt erkennen. Ein Verschluss bzw. eine Verstopfung wird sich in dem Rohrleitungssystem 2 so auswirken, dass die Rohrleitung 2 bis zum Verschluss mit Medium 19 angefüllt ist, während sie hinter dem Verschluss nur teilgefüllt oder leer ist. Die momentane Befüllung einer Rohrleitung 2 lässt sich über Ultraschall-Messsignale auf einfache Art und Weise bestimmen, indem die Ultraschallsensoren 13 bzw. ein Ultraschallsensor 13 an einer Stelle angebracht ist, die bei einer teilgefüllten Rohrleitung 2 unterbrochen bzw. mit einem anderen Medium 19, wie beispielsweise Luft, gefüllt ist. Bei einer Füllstandsmessung mittels Ultraschall-Messsignalen kann beispielsweise die durch das Medium 19 übertragene Schallenergie gemessen werden. Liegt ein Vergleichswert bei einer gefüllten oder teilgefüllten Rohrleitung 2 vor, so lässt sich über die Messung der übertragenen Schallenergie zwischen einem Sende- und einem Empfangs-Ultra- schallsensor 13 der jeweilige Zustand in der Rohrleitung 2 detektieren. Möglich ist darüber hinaus auch, eine Füllstandsbestimmung mittels einer Ultraschall-Dopplermessung mit nur einem Ultraschallsensor 13 durchzuführen. Bei der Dopplermessung wird verfahrensbedingt die Reflexion an der Grenzschicht zwischen dem Ultraschallsensor 13 und dem Medium 19 gemessen. Ist eine exakte Aussage über den jeweiligen Füllstand des Mediums 19 in der Rohrleitung 2 erforderlich, so ist dies über die bekannte Echomethode möglich. In Fig. 4 ist übrigens eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit integriertem Füllstandssensor gezeigt.As already mentioned at the previous point, blockages in the piping system 2 can be detected specifically with the device 1 according to the invention. A plug or blockage will act in the piping system 2 such that the tubing 2 is filled to medium 19 with the closure, while behind the closure it is only partially filled or empty. The instantaneous filling of a pipeline 2 can be determined via ultrasonic measuring signals in a simple manner by the ultrasonic sensors 13 and an ultrasonic sensor 13 is mounted at a position that is interrupted in a partially filled pipe 2 or with another medium 19, such as for example, air, is filled. In a level measurement by means of ultrasonic measurement signals, for example, the sound energy transmitted through the medium 19 can be measured. If there is a comparison value in the case of a filled or partly filled pipeline 2, the respective state in the pipeline 2 can be detected by measuring the transmitted sound energy between a transmitting and a receiving ultrasonic sensor 13. In addition, it is also possible to carry out a fill level determination by means of an ultrasonic Doppler measurement with only one ultrasonic sensor 13. In the Doppler measurement, the reflection at the boundary layer between the ultrasonic sensor 13 and the medium 19 is measured due to the process. If an exact statement about the respective fill level of the medium 19 in the pipeline 2 is required, this is possible via the known echo method. Incidentally, FIG. 4 shows an embodiment of the device according to the invention with integrated level sensor.
[0030] Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Bei der Durchflussmessstelle 3 handelt es sich im gezeigten Fall bevorzugt um eine aktive Durchflussmessstelle 3 mit entsprechender Ultaschall-Sensorik. Die Verbindung zwischen der außerhalb des Erdreichs 9 angeordneten Regel-/Auswerteeinheit 4 und der vergrabenen bzw. verdeckten Ultraschall-Messstelle 3 erfolgt über Funk. Auf die rohrförmigen Verbindungs-teile 5 kann bei dieser Ausgestaltung verzichtet werden. Die Kommunikation zwischen der Ultraschall-Durchflussmessstelle 3 und der Regel- /Auswerteeinheit 4 erfolgt über die außerhalb des Erdreichs 9 angeordnete erste Spule 15a, die beispielsweise der mobilen Regel-/Auswerteeinheit 4 zugeordnet ist, und über die im Erdreich 9 angeordnete Spule 15b, die der Durchflussmessstelle 3 zugeordnet ist. Kommunikation bedeutet hierbei sowohl Austausch von Messdaten und Messsignalen als auch die Versorgung mit Energie.FIG. 3 shows a second embodiment of the device 1 according to the invention. In the case shown, the flow measuring point 3 is preferably an active flow measuring point 3 with a corresponding ultrasonic sensor system. The connection between the outside of the soil 9 arranged control / evaluation unit 4 and the buried or hidden ultrasonic measuring point 3 via radio. On the tubular connecting parts 5 can be omitted in this embodiment. The communication between the ultrasonic flow measuring point 3 and the control / evaluation unit 4 takes place via the outside of the soil 9 arranged first coil 15a, which is assigned for example the mobile control / evaluation unit 4, and arranged in the ground 9 coil 15b, the the flow measuring point 3 is assigned. Communication here means the exchange of measured data and measurement signals as well as the supply of energy.
[0031 ] Bezugszeichenliste[0031] List of Reference Numerals
[0032] 1 erfindungsgemäße Vorrichtung[0032] FIG. 1 device according to the invention
[0033] 2 Rohrleitungssystem / Rohrleitung [0034] 3 Durchflussmessstelle2 pipeline system / pipeline 3 flow measuring point
[0035] 4 Regel-/Auswerteeinheit[0035] 4 control / evaluation unit
[0036] 5 rohrförmige Verbindungsleitung[0036] FIG. 5 tubular connection line
[0037] 6 Rohrwand6 pipe wall
[0038] 7 Öffnung7 opening
[0039] 8 Ultraschallsensor[0039] 8 Ultrasonic sensor
[0040] 9 Boden / Erdreich9 soil / soil
[0041] 10 Anschlussleitung10 connecting cable
[0042] 11 Schnittstelle11 interface
[0043] 12 Kontrolleinheit12 control unit
[0044] 13 Detektor zur Füllstandsmessung[0044] 13 Detector for level measurement
[0045] 14 Energiespeicher14 Energy storage
[0046] 15 Einkopplung[0046] 15 coupling
[0047] 16 Messrohr16 measuring tube
[0048] 17 Verbindungsleitung / Signalleitung17 connection line / signal line
[0049] 18 Anschlussstelle18 connection point
[0050] 19 Medium 19 medium

Claims

AnsprücheExpectations
[0001] 1. Vorrichtung zur positionsabhängigen Detektion einer Leckage in einem verdeckten, von außen unzugänglichen Rohrleitungssystem (2), wobei an definierten Stellen des Rohrleitungssystems 1. Device for position-dependent detection of a leak in a hidden, externally inaccessible pipeline system (2), at defined points of the pipeline system
(2) Ultraschall- Durchflussmessstellen(2) Ultrasonic flow measuring points
(3) vorgesehen sind, wobei zumindest eine externe Regel-/Auswerteeinheit (4) vorgesehen ist, die von außen mit den Durchflussmessstellen (3) verbindbar ist, wobei die Regel-/Auswerteeinheit (4) Information über den Durchfluss an den definierten Stellen des Rohrleitungssystems (2) zur Verfügung stellt und anhand eines Vergleichs der an unterschiedlichen definierten Stellen in dem Rohrleitungssystem (2) bestimmten Durchflussmesswerte die Leckage auf den Bereich zwischen zwei definierten Durchflussmessstellen (3) des Rohrleitungssystem (2) eingrenzt.(3) are provided, wherein at least one external control/evaluation unit (4) is provided, which can be connected from the outside to the flow measuring points (3), the control/evaluation unit (4) providing information about the flow at the defined points of the Piping system (2) is available and, based on a comparison of the flow measurement values determined at different defined points in the pipe system (2), the leakage is limited to the area between two defined flow measuring points (3) of the pipe system (2).
[0002] 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Ultraschall-2. Device according to claim 1, wherein the ultrasound
Durchflussmessstellen (3) um passive Ultraschall-Durchflussmessstellen (3) handelt, die jeweils über ein rohrförmiges Verbindungsteil (5) einen Zugang zu der externen Regel-/Auswerteeinheit (4) aufweisen.Flow measuring points (3) are passive ultrasonic flow measuring points (3), each of which has access to the external control/evaluation unit (4) via a tubular connecting part (5).
[0003] 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die passiven Ultraschall-3. Device according to claim 1 or 2, wherein the passive ultrasound
Durchflussmessstellen (3) Ultraschallsensoren (8) aufweisen, die jeweils über die Regel-/Auswerteeinheit (4) und über das rohrförmige Verbindungsteil (5) angesteuert werden.Flow measuring points (3) have ultrasonic sensors (8), which are each controlled via the control/evaluation unit (4) and via the tubular connecting part (5).
[0004] 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die passiven Ultraschall-4. Device according to claim 1 or 2, wherein the passive ultrasound
Durchflussmessstellen (2) Öffnungen (7) zur Positionierung der Ultraschallsensoren (8) aufweisen und wobei die Ultraschallsensoren (8) über die rohrförmigen Verbindungsteile (5) in den Öffnungen (7) positionierbar sind.Flow measuring points (2) have openings (7) for positioning the ultrasonic sensors (8) and the ultrasonic sensors (8) can be positioned in the openings (7) via the tubular connecting parts (5).
[0005] 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den Ultraschall-5. Device according to claim 1 or 2, wherein the ultrasound
Durchflussmessstellen (2) um aktive Durchflussmessstellen (2) handelt, die über Anschlussleitungen (10) mit der Regel-/Auswerteeinheit (4) verbindbar sind.Flow measuring points (2) are active flow measuring points (2) which can be connected to the control/evaluation unit (4) via connecting lines (10).
[0006] 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Ultraschall-Durchflussmessstelle (2) eine eigene Regel-/Auswerteeinheit6. Device according to one or more of the preceding claims, wherein each ultrasonic flow measuring point (2) has its own control/evaluation unit
(4) zugeordnet ist.(4) is assigned.
[0007] 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jede Regel-/Auswerteeinheit (4) eine7. Device according to claim 6, wherein each control/evaluation unit (4) has one
Schnittstelle (11) zur kabellosen Datenübertragung der an einer Durchfluss- messstelle (2) ermittelten Durchflussmesswerte zu einer übergeordneten Kontrolleinheit (12) oder zu einer anderen Regel-/Auswerteeinheit (4), die einer anderen Durchflussmessstelle (2) zugeordnet ist, aufweist.Interface (11) for wireless data transmission of the flow measurement values determined at a flow measuring point (2) to a higher-level control unit (12) or to another control/evaluation unit (4) which is assigned to another flow measuring point (2).
[0008] 8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 7, wobei zumindest an einigen der Durchflussmessstellen (2) jeweils ein Detektor (13) zur Erkennung des Füllstandes in dem Rohrleitungssystem (2) vorgesehen ist.8. Device according to at least one of claims 1-7, wherein at least some of the flow measuring points (2) have a detector (13) for detection the level in the pipeline system (2) is provided.
[0009] 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Regel-/Auswerteeinheit (4) einen Energiespeicher (14) aufweist, der über eine induktive oder kapazitive Einkopplung (15) mit Energie versorgbar ist.9. Device according to claim 6 or 7, wherein the control/evaluation unit (4) has an energy storage (14) which can be supplied with energy via an inductive or capacitive coupling (15).
[0010] 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 9, wobei die Regel-/Auswerteeinheit10. Device according to claim 6, 7 or 9, wherein the control/evaluation unit
(4) die Durchflussmessstelle (2) intermittierend derart ansteuert, dass die Durch- flussmessstelle (2) nur während einer Messphase mit Energie versorgt ist, während ihr während der Ruhephase keine Energie zur Verfügung steht. (4) controls the flow measuring point (2) intermittently in such a way that the flow measuring point (2) is only supplied with energy during a measuring phase, while no energy is available to it during the rest phase.
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