DE10245411B3 - Moisture sensor for determining moisture from leakages in reservoir, clarifying tanks and swimming pools comprises measuring line sections, screened by-pass lines, a switch, and control lines for controlling the switch - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor mit in Sektionen angeordneten Messleitungen zur ortsaufgelösten Wassergehaltsbestimmung gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a moisture sensor measuring lines arranged in sections for spatially resolved water content determination according to claim 1.
Für viele Anwendungen ist es wichtig, den Wassergehalt und seine Verteilung in einem Material zu bestimmen. So können durch eine ortsaufgelöste Feuchtebestimmung frühzeitig Leckagen in Bauwerken wie Staudämmen, Klärbecken, Deponieabdichtungen, Bauten im Grundwasser oder Schwimmbadbecken erkannt werden. Dies ermöglicht eine kleinräumige, günstige Reparatur von Schadstellen. Gleichzeitig werden damit erheblich Folgeschäden durch nicht erkannte Leckagen verhindert.For In many applications it is important to have water content and its distribution to determine in a material. So can by a spatially resolved moisture determination early Leaks in structures such as dams, clarifiers, Landfill seals, structures in groundwater or swimming pools be recognized. this makes possible a small-scale, favorable Repair of damaged areas. At the same time it becomes significant Consequential damage through prevents undetected leaks.
In der Landwirtschaft und Gärtnerei hängt die optimale Bewässerung von der großflächigen aber ortsaufgelösten Messung der Bodenfeuchte ab. Eine geringe Wasserzufuhr führt zur Schädigung der Pflanzen, während eine zu starke Bewässerung ein Auswaschen der Nährstoffe und eine Versalzung verursacht. Auch stark beanspruchte Grünflächen wie auf Golfplätzen oder in Sportstadien bedürfen einer gezielten Bewässerung in Abhängigkeit der Bodenfeuchteverteilung.In agriculture and gardening depends on the optimal irrigation from the large-scale but spatially resolved measurement the soil moisture. A low water supply leads to damage to the plants, while a over irrigation washing out the nutrients and caused salinization. Even heavily used green spaces like on golf courses or need in sports stadiums targeted irrigation dependent on the soil moisture distribution.
Biofilter werden in zunehmenden Maße zur Reinigung von Abgasen eingesetzt. Ihre Wirkung hängt stark vom Wassergehalt ab, der im Biofilter eine sehr große örtliche Variabilität aufweist. Mit einer ortsaufgelösten Feuchtemessung lassen sich diese Wassergehaltsunterschiede bestimmen und eine Bewässerungseinrichtung gezielt regeln. Dadurch wird die Funktionsfähigkeit des Biofilters gewahrt und die Umweltbelastungen reduziert. Darüber hinaus können kleinere, kostengünstigere Filteranlagen mit gleicher Wirkung wie ungeregelte Anlagen eingesetzt werden.Biofilters are increasingly used for cleaning of exhaust gases. Their effect depends heavily on the water content which has a very large local variability in the biofilter. With a spatially resolved These differences in water content can be determined by measuring moisture and an irrigation system regulate specifically. This ensures that the biofilter remains functional and reduces the environmental impact. In addition, smaller, cost-effective Filter systems with the same effect as unregulated systems are used.
Im Baubereich kommt es immer wieder zur Durchfeuchtung von Dämmkonstruktionen wie z.B. bei Flachdächern. Eine frühzeitige, ortsaufgelöste Feuchtebestimmung ermöglicht auch hier die kostengünstige kleinräumige Reparatur. Darüber hinaus erreicht man eine Einsparung von Heizenergie, die ansonsten bei durchfeuchteter, aber noch nicht als fehlerhaft erkannter Dämmung aufgewendet werden muss.It always happens in the construction sector for moisturizing insulation constructions such as. for flat roofs. An early spatially resolved moisture determination allows the cost-effective here too small-scale Repair. About that in addition one achieves a saving of heating energy which otherwise with dampened but not yet recognized as faulty insulation must become.
Leckagen an Rohrleitungen wie z.B. zur Wasser- und Fernwärmeversorgung sollen ebenfalls erkannt und ortsaufgelöst gemeldet werden. Dadurch lassen sich Reparaturen schneller ausführen und die Folgeschäden z.B. durch Versorgungsunterbrechungen minimieren.Leakage on pipes, e.g. for water and district heating supply should also be recognized and reported in a location-resolved manner. Let it through carry out repairs faster and the consequential damage e.g. by minimizing supply interruptions.
In der Regel werden zur Feuchtebestimmung Sonden benutzt, die den Dielektrizitätskoeffizienten DK des zu untersuchenden Materials messen. Daraus lässt sich mit Hilfe von Kalibriermessungen die Feuchte ermitteln. Ein eingeführtes Verfahren ist die Zeitbereichs-Reflektionsmessung oder engl. Time Domain Reflektometrie (TDR) genannt. Sie beruht auf der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entlang von Leitungen. Die elektrischen Eigenschaften von Leitungen und somit der Signalübertragung werden u.a. durch die charakteristische Impedanz, die Dämpfung und die Ausbreitungsgeschwindigkeit beschrieben. Diese Größen hängen bekannterweise von dem in der Regel verlustbehafteten Dielektrikum des Raumes ab, über den sich das elektrische Feld erstreckt. Dieser Raum ist bei koaxialen Leitungen durch die äußere Abschirmung begrenzt. In offenen Leitungssystemen wie der Doppelleitung (Lecher-Leitung) oder Drei- und Mehrfachleitungen dringt das Feld jedoch über die nächste Umgebung der Leiter hinaus. Eine dortige Änderung der Materialeigenschaften wie dem Wassergehalt ändert die obigen Übertragungseigenschaften.Usually used for moisture determination Probes used, the dielectric coefficient DK of the to be examined Measure material. Leaves it determine the humidity with the help of calibration measurements. On introduced The method is the time domain reflection measurement or Engl. Time Domain reflectometry (TDR) called. It is based on the spread electromagnetic waves along lines. The electrical Properties of cables and thus signal transmission are among others by the characteristic impedance, the damping and the speed of propagation are described. These sizes are known to depend on the lossy dielectric of the room, via which the electric field extends. This space is at coaxial Wires through the outer shield limited. In open line systems such as the double line (Lecher line) or three and multiple lines, however, the field penetrates through the next Around the ladder. A change in the material properties there how the water content changes the above transmission properties.
Die Time Domain Reflectometry (TDR) zur Wassergehaltsmessung in Böden ist z.B. aus der Zeitschrift Wasser + Boden bekannt (R. Rook, S. Melchior, G. Miehlich, „Die Time Domain Reflectometry (TDR) für die Wassergehaltsmessung in Böden", Wasser + Boden Nr. 4, 1993). Die dort vorgestellten typischen Sonden habe eine als offene Leitung gestaltete Messgabel mit sehr kurzer Messstrecke. Allgemein werden TDR-Sonden nur in Längen von einigen 10 Zentimetern gefertigt und angeboten. Im Deutschen Patent Nr. 19 501 196 wird ein Feuchtesensor für ausgedehnte Schichten beschrieben, der wesentlich größere Leitungslängen erlaubt und mit Hilfe von Übersprechen an Leitungskreuzungen eine Ortsauflösung ermöglicht. Dieser Sensor ist hauptsächlich für flächenhafte Messaufgaben mit einfacher Geometrie geeignet. Eine Auflösung entlang linearer Strukturen wie z.B. Rohrleitungen ist nicht realisierbar. Die Ortsauflösung dieses Sensors hängt von der Zahl der möglichen Übersprechstellen ab und ist dadurch deutlich begrenzt. Eine Erhöhung der Ortsauflösung ist nur durch eine Vergrößerung der Anzahl der Messleitungen möglich was zu hohen Kosten und Installationsaufwand führt. Hook et al. (Hook, W. R., Livingston, N. J., Sun, Z. J. und P. B. Hook, "Remote Diode Shorting Improves Measurement of Soil Water by Time Domain Reflectometry", Soil Sci. Soc. Am. J., Nr 56, 1383–1391, 1992) beschreiben einen Feuchtesensor, der aus aneinandergereihten Leitungsstücken besteht, die durch Kurzschlußdioden voneinander abgetrennt werden können. Es lassen sich damit entlang einer Messleitung mehrere Teilstücke unterscheiden. Die maximale Länge des Sensors ist jedoch auf wenige Meter begrenzt. Nachteilig wirkt sich aus, das das eingespeiste Signal zur Messung eines Teilstücks alle davorliegenden Messstrecken durchlaufen muss und dadurch stark gedämpft wird. Darüber hinaus erschweren die auftretenden Mehrfachreflektionen die Auswertung der Signale (siehe Sun, Z. J. und G. D. Young, 2001, „A cost effective soil moisture Instrument based on time domain transmission measurement", Proceedings of the Second International Symposium and Workshop on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical Applications, Evanston, September 5–7, 109–115). Ein anderer Ansatz zur Ortsauflösung entlang einer Messstrecke wird von Schlaeger et al. beschrieben (Schlaeger, S, Huebner, C., Scheuermann, A. und J. Gottlieb, 2001, „Development and application of TDR inversion algorithms with high spatial resolution for moisture profile determination", Proceedings of the Second International Symposium and Workshop on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical Applications, Evanston, September 5–7, 236–248). Die reflektierten Signale werden durch einen aufwendigen mathematischen Algorithmus ausgewertet und das Feuchteprofil entlang der Messleitung ermittelt. Die mögliche Messlänge ist auch hier wegen der unvermeidlichen Dämpfung und Dispersion des Materials auf kürzere Strecken begrenzt.The time domain reflectometry (TDR) for water content measurement in soils is known, for example, from the magazine Wasser + Boden (R. Rook, S. Melchior, G. Miehlich, "The Time Domain Reflectometry (TDR) for water content measurement in soils", Wasser + No. 4, 1993) The typical probes presented there have a measuring fork designed as an open line with a very short measuring distance. In general, TDR probes are only manufactured and offered in lengths of a few 10 centimeters. German Patent No. 19 501 196 states described a moisture sensor for extended layers, which allows much longer cable lengths and enables spatial resolution with the help of crosstalk at cable crossings.This sensor is mainly suitable for areal measurement tasks with simple geometry.A resolution along linear structures such as pipes is not feasible Sensor depends on the number of possible crosstalk units and is t thereby clearly limited. An increase in the spatial resolution is only possible by increasing the number of test leads, which leads to high costs and installation effort. Hook et al. (Hook, WR, Livingston, NJ, Sun, ZJ and PB Hook, "Remote Diode Shorting Improves Measurement of Soil Water by Time Domain Reflectometry", Soil Sci. Soc. Am. J., No. 56, 1383-1391, 1992) describe a moisture sensor, which consists of strings of lines that can be separated from each other by short-circuit diodes. It can be used to distinguish between several sections along a measuring line. However, the maximum length of the sensor is limited to a few meters. A disadvantageous effect is that the fed-in signal for measuring a section has to go through all the measuring sections lying in front of it and is thereby strongly attenuated. In addition, the multiple reflections that occur complicate the evaluation of the signals (see Sun, ZJ and GD Young, 2001, “A cost effective soil moisture Instru ment based on time domain transmission measurement ", Proceedings of the Second International Symposium and Workshop on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical Applications, Evanston, September 5–7, 109-115). Another approach to spatial resolution along a measurement section is described by Schlaeger et al. (Schlaeger, S, Huebner, C., Scheuermann, A. and J. Gottlieb, 2001, "Development and application of TDR inversion algorithms with high spatial resolution for moisture profile determination", Proceedings of the Second International Symposium and Workshop on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical Applications, Evanston, September 5-7, 236-248). The reflected signals are evaluated by a complex mathematical algorithm and the moisture profile along the measuring line is determined. The possible measuring length is also limited here due to the inevitable damping and dispersion of the material over short distances.
Die Aufgabe der Erfindung ist einen Sensor so auszugestalten, dass er eine möglichst große und beliebig geformte Fläche bzw. eine Strecke bei hoher Ortsauflösung erfasst. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.The object of the invention is To design the sensor so that it has the largest possible and arbitrarily shaped surface or a route with high spatial resolution detected. Solved is achieved by the features of claim 1.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Sensors.The subclaims describe advantageous configurations of the sensor.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert.The invention is illustrated below an example explained with the help of the figures.
Dabei zeigt die
Die
Der Bypass und die Verbindungsleitungen
Messverfahren
Messverfahren
Messverfahren
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