专利名称：泄漏检测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及泄漏检测设备(leakage detecting apparatus),且更具 体地说，涉及安装了用于检测液体流过的管道上的泄漏的检测管线 (detection pipeline)且基于4企测管线的电压改变来确定液体是否乂人管道 泄漏的泄漏4企测设备。
背景技术：
由于例如水管线(water pipeline)或油管线(oil pipeline)的管 道一般埋在地面下，所以当液体由于管道的损坏或其老化而^Mv管道泄漏时， 在早期检测不到管道的泄漏，而是在已发生液体的泄漏之后才检测到，这 需要很多时间和费用。为处理这些问题，常规的方法安装用于检测管线中 的泄漏的检测管线，且基于检测管线的所测量电压来估计已发生泄漏的位 置点。图l说明常规的泄漏检测设备。参看图1，常规的泄漏检测设备安装了 沿管线包含四条线(2条检测线(detection 1 ines )和2条普通线(normal lines ))的检测管线，将恒定电流施加到检测管线，测量特定位置点处的 电压，且确定检测管线是否断开或短路。同样，常规的泄漏检测设备通过 使用微处理器输出的控制信号所控制的开关来改变检测管线的连接类型， 将恒定电流施加到检测管线，测量特定位置点处的电压，且确定是否已发 生泄漏以及在何处发生泄漏。如果在第一开关SW1闭合且第二开关SW2打开的情况下测量一节点Nl 的电压，由于检测管线的每米的管线电阻和流过检测管线的管线电流是已 知的，所以常规的泄漏检测设备可计算出检测管线的长度。同样，如果在 第一开关SW1打开且第二开关SW2闭合的情况下测量该节点Nl的电压，由 于可基于检测管线的所计算长度来预测该节点Nl的电压，所以常规的泄漏 检测设备可确定该检测管线是断开还是短路。如果在第一开关SW1打开且第二开关SW2打开的情况下测量该节点Nl 的电压，由于检测管线的每米的管线电阻和流过;f企测管线的管线电流是已漏。如果泄漏尚未发i，那么该^点:的电压为0 V;;然而，二果泄漏已 发生，那么该节点N1的电压与已发生泄漏的位置点A的电压相同。因此， 常规的泄漏检测设备可基于节点Nl的电压来确定已发生泄漏的位置点A。图2说明常规的泄漏检测管线。参考图2,常规的泄漏检测管线包含四 条线(2条检测线和2条普通线)，其中检测线和普通线经绞绕以防止其彼 此分离。；险测线使用相对大的电阻线作为芯线(core wires),且普通线4吏 用铜线或铁线作为芯线。检测线和普通线涂布有聚乙烯(vinyl)以使其绝 缘且防止其被损坏。其间，普通线用于确定检测线是否断开，且检测线用 于才企测液体是否已泄漏。(其"k日状态由开关J制1作为检测管线，此大大地增加了费用:由于检观J 管线安装于埋在地面下的管道(例如水管线或油管线)中，所以电线的数 目大大地影响了费用。因此，需要能够增加检测效率同时减少包含在检测 管线中的电线数目的泄漏检测设备和泄漏检测管线。发明内容本发明提供一种泄漏检测设备，其经由二极管来连接泄漏检测管线的 末端部分，且通过使用微处理器来控制施加到泄漏检测管线的恒定电流的 流动，从而在使用包含较少数目的线的泄漏检测管线的情况下有效地检测 该泄漏;险测管线是否断开和短路以及是否已发生泄漏，且本发明提供该泄 漏检测管线。根据本发明的一方面，提供一种通过使用包含多条导线的检测管线来 检测是否已发生泄漏的泄漏检测设备，所述泄漏检测设备包含检测管线， 其包含第一电线到第三电线，其中第一电线和第二电线的末端部分经由二 极管而电连接；管线测量单元，在将恒定电流施加到第一电线之后其测量 第二电线和第三电线中的每 一 者的特定位置点处的管线电压；以及微处理 器，其基于第二和第三电线中的每一者的管线电压来确定是否已发生泄漏。
通过参看附图来详细描迷本发明的示范性实施例，本发明的上述以及 其它特征与优势将变得显而易见，其中 图1说明常规的泄漏检测设备。 图2说明常规的泄漏检测管线。 图3说明根据本发明的实施例的泄漏检测设备。 图4说明根据本发明的实施例的泄漏检测管线。 图5说明根据本发明的另一实施例的泄漏检测管线。 图6说明根据本发明的另一实施例的泄漏检测管线。 图7说明根据本发明的另一实施例的泄漏检测设备的方框图。 图8为根据本发明的实施例的图7的管线测量单元的电路图。5图9为根据本发明的实施例的图7的恒定电流产生单元的电路图。 图IO为根据本发明的实施例的图7的屏幕显示单元(screen display unit)的图。图11为根据本发明的实施例的图7的报警单元(alarm unit)的电路图。图12为根据本发明的实施例的图7的软件输入单元(software input unit)的电^各图。图13为根据本发明的实施例的图7的外部通信单元(external communication unit)的电路图。图14为根据本发明的实施例的图7的电源单元(power supply unit) 的电路图。
具体实施方式
参看用于说明本发明的示范性实施例的附图以便获得对本发明的充分 理解、其优点以及通过实施本发明而实现的目的。在下文中，将参看附图更充分地描述本发明，附图中绘示本发明的示 范性实施例。在描述本发明时，省略对关于相关众所周知的功能或配置的 详细描述，其可能会混淆本发明的要点。图3说明根据本发明的实施例的泄漏检测设备。参看图3,本实施例的 泄漏检测设备安装了沿管线包含3条线(2条检测线和1条普通线)的检测 管线，将恒定电流施加到检测管线，测量特定位置点处的电压，且确定检 测管线是否断开和短路。同样，泄漏检测设备通过使用微处理器输出的控 制信号所控制的开关来改变检测管线的连接类型，将恒定电流施加到检测 管线，测量特定位置点处的电压，且确定是否已发生泄漏且在何处发生泄 漏。如果在第一开关SW1打开且第二开关SW2闭合的情况下测量两个节点 N2和N3各自的电压，由于检测管线的每米的管线电阻和流过检测管线的管 线电流是已知的，所以泄漏检测设备可计算出检测管线的长度。同样，如 果两条^^测线的管线电阻为XI (。/M), —条普通线的管线电阻为X2 /M)，节点N2的电压为V2 (V)，节点N3的电压为V3 (V),且检测管线的 管线电流为Ic (A),那么可根据以下方程式l来计算检测管线的长度L。<formula>formula see original document page 6</formula>............(i)如果在第一开关SWl打开且第二开关SW2闭合的情况下测量节点Nl到 N3各自的电压，那么泄漏检测设备可确定检测管线是否断开和短路。如果检测管线断开，由于电流未流到节点N3，那么节点N3的电压为0 V。如果 检测管线短路，那么节点Nl和N2的电压;f皮此相同或节点N2和N3的电压 彼此相同。如果在第一开关SW1闭合且第二开关SW2打开的情况下测量节点N2和 N3各自的电压，由于检测管线的每米的管线电阻和流过检测管线的管线电漏。如果泄漏尚未发t，由于连i 2条检测线的二极^防止电i的流动:所以电流不在节点N2与N3之间流动。因此，节点N2与N3的电压为0 V。 其间，如果已发生泄漏，尽管连接2条检测线的二极管Dl防止电流的 流动，但流过节点Nl的电流由于从特定位置点泄漏的液体而在节点N2与 N3之间流动。因此，节点N2和N3的电压并非0 V而是分别为特定电压。 具体来说，由于节点N2的电压与已发生泄漏的位置点A的电压相同，如果 计算节点N2与N3的电压之间的差异，那么泄漏检测设备可确定已发生泄 漏的位置点A。图4说明根据本发明的实施例的泄漏检测管线。参看图4,本实施例的 泄漏检测管线包括3条线(2条检测线和1条普通线)，其中检测线和普通 线以三角形形状连接以防止彼此分离且形成芯线。检测线使用相对较大的 电阻线(例如，镍4各线(nickel-chrome lines))作为芯线以增加测量准 确度。4企测线的芯线可各自具有大于0. 5 mm的直径。普通线的芯线可具有 大于1. 0 mm的直径。图5说明根据本发明的另一实施例的泄漏检测管线。参看图5，本实施 例的泄漏检测管线的围绕检测管线的表面的涂层被部分移除预定的间隙以 便检测已发生液体泄漏的位置点。涂层移除宽度可为约1 mm。涂层移除深 度可与涂层的厚度相同以便防止芯线被损坏。涂层移除间隙可介于约1 cm 与约5cm之间。然而，涂层移除间隙可在必要时进行适当调整。其间，未 移除围绕普通线的涂层。图6说明根据本发明的另一实施例的泄漏检测管线。参看图6，为方便 构造，本实施例的泄漏检测管线通过将围绕检测管线的表面的涂层部分移 除预定间隙来指示距离。通过以下步骤来指示所述距离在1 M中连续两 次移除涂层来指示1 M的距离，在5 M中连续三次移除涂层来指示5 M的 距离，以及在10 M中连续四次移除涂层来指示10 M的距离。其间，未移 除围绕普通线的涂层。图7为根据本发明的另一实施例的泄漏检测设备的方框图。参看图7， 泄漏检测设备包含微处理器110、管线测量单元120、恒定电流产生单元 (constant current generating unit) 130、屏幕显示单元140、报警单元150、软件输入单元160、外部通信单元170以及电源单元180。在下文中， 现将详细描述以上元件。微处理器IIO将控制信号发送到管线测量单元120,且将施加到检测管 线的恒定电流的流动改变预定的时段。管线测量单元120测量节点电压且 确定在检测管线中是否已发生事故。具体来说，微处理器110确定4全测管 线是否断开和短路且基于所测量的节点电压来确定是否已发生泄漏。微处 理器110还控制屏幕显示单元140、纟艮警单元150、软件输入单元160和外 部通信单元170。管线测量单元120直接连接到包含两条检测线和一条普通线的检测管 线，且将从恒定电流产生单元130接收的恒定电流施加到两条检测线中的 一者。具体来说，管线测量单元120通过^f吏用从微处理器110接收的控制 信号所控制的开关来改变用于施加恒定电流的两条检测线。其间，两条检 测线和一条普通线的末端部分彼此连接，且一个方向性二极管 (directional diode)连接在两条检测线之间。恒定电流产生单元130通过使用从电源单元180接收的驱动功率电压 来产生具有与负载电阻的大小无关的预定幅值的恒定电流，且将恒定电流 供应到管线测量单元120。同样，恒定电流产生单元130进一步包含温度补 偿电路，其用于防止负载电流由于一种参考电压根据温度而变化而发生改 变。同样，屏幕显示单元140在屏幕上显示从微处理器110接收的数据， 且可包含发光二才及管(light-emitting diodes , LEDs )、液晶显示器(1 iquid crystal display ， LCD )以及柔性数字显示器(Flexible Numeric Display ， FND)。报警单元150基于从微处理器110接收的数据而产生报警光线或报警 声音。软件输入单元160基于用户的操作输入而将输入信号发送到樣i处理 器110。外部通信单元170将数据传输到高端计算机(higher computer ) 且接收来自高端计算机的数据。电源单元180将220V的交流电压转换为5 V的直流电压，且将直流电压供应到另一模块。尽管未绘示，但泄漏检测设 备进一步包含用于存储数据的存储器。图8为根据本发明的实施例的图7的管线测量单元120的电路图。参 看图8,管线测量单元120包含多个电阻器Rl到R6、多个电容器C3到C5 以及多个光电耦合器(photo-couplers) PC1和PC2。在下文中，现将详细 描述以上元件。具体来说，现将依序描述计算管线长度、检测断开、检测 短路、检测泄漏、；险测已发生泄漏的位置点等的方法。光电耦合器PCI和PC2分别包含两个二极管Dl和D2以及两个晶体管 TR1和TR2。当电流流过二极管Dl和D2时，晶体管TR1和TR2操作。电阻 器Rl和R2是允许预定电流流过光电耦合器PCI和PC2的元件。如果将低电平控制信号施加到电阻器Rl和R2，那么晶体管TR1和TR2由于流过二极 管Dl和D2的电流而操作，且恒定电流Ic流过检测线Ll和L2。电阻器R3 到R5分别与电容器C3到C5组合，且每一组合用作低通滤波器。现将描述计算管线长度的方法。通过将低电平控制信号施加到电阻器 R2,恒定电流Ic流过4佥测线L2,且流过冲企测线L2的恒定电流Ic流过电阻 器R6到普通线L3。测量节点N2与N3各自的电压，且计算节点N2与N3的 电压之间的差异。基于节点N2与N3的电压之间的差异、检测线L2和普通 线L3的管线电阻以及管线电流来计算管线长度。现将描述检测断开的方法。通过将低电平控制信号施加到电阻器R2， 恒定电流Ic流过才企测线L2。测量节点N3的电压。基于节点N3的电压来确 定检测线L2或普通线L3是否断开。当;^测线L2或普通线L3断开时，由于恒定电流Ic未流过电阻器R3, 所以节点N3的电压为0 V。现将描述检测短路的方法。通过将低电平控制信号施加到电阻器R2， 恒定电流Ic流过^r测线L2。测量节点Nl到N3各自的电压。基于节点Nl 到N3的电压来确定检测管线Ll和L2以及普通线L3是否断开。当检测管 线Ll和L2以及普通线L3断开时，节点Nl和N2的电压彼此相同或节点N2 和N3的电压4皮此相同。现将描述检测泄漏的方法。通过将低电平控制信号施加到电阻器Rl, 恒定电流Ic流过检测线Ll。测量节点N2和N3各自的电压。基于节点N2 和N3的电压来确定是否已发生泄漏。当已发生泄漏时，由于恒定电流Ic 由于反向二4及管(inverse direction diode) D3而未流过4企测线L2，所 以节点N3的电压为0 V。现将描述检测已发生泄漏的位置点的方法。通过将低电平控制信号施 加到电阻器R1，恒定电流Ic流过^企测线L2。测量节点N2和N3各自的电 压。计算节点N2和N3的电压之间的差异。基于节点N2与N3的电压之间 的差异、检测管线Ll和L2的管线电阻以及管线电流来计算已发生泄漏的 位置点。当已发生泄漏时，恒定电流Ic流过普通线L3到检测线L2。图9为根据本发明的实施例的图7的恒定电流产生单元130的电路图。 参看图9，恒定电流产生单元13G包含参考电压调整集成电路(reference voltage adjustment integrated circuit) IC1、多个电阻器Rl和R2以 及二极管Dl。现将详细描述所述元件。具体来说，还将描述温度补偿电路 元件R2和Dl。参考电压调整集成电路IC1维持施加到两端的参考电压。举例来说， 当周围温度为25。C时，施加到参考电压调整集成电路IC1的参考电压被维 持在67.7mV。具体来说，当负载电流Ic由于负载电阻的大小的改变而改变时，参考电压调整集成电路IC1根据负载电流Ic的改变而改变施加到两 端的参考电压。举例来说，如果负载电阻的减小导致负载电流Ic的增加， 那么通过减小该参考电压来产生恒定电流，且如果负载电阻的增加导致负载电流Ic的减小，那么通过增加该参考电压来产生恒定电流。其间，尽管负载电阻保持不变，但参考电压调整集成电路IC1的参考 电压根据周围温度而变化，其可能导致负载电流Ic的改变。举例来说，如 果周围温度增加rC，那么参考电压调整集成电路IC1的参考电压增加277 /A/。因此，需要一种电路来根据周围温度而补偿该参考电压的改变。为此，本实施例使用二极管di。如果周围温度增加rc,那么两端电压减小到2. 6mV。因此，二极管Dl的特性可用以根据周围温度来补偿该参考电压的改变。 更详细来说，如果周围温度增加，那么电阻器R1的两个端子处的电压 增加，且流过电阻器R1的电流增加。然而，如果周围温度增加，那么二极 管Dl的两个端子的电压减小且流过电阻器R2的电流减小。因此，调整电 阻器Rl和R2以^^消流过电阻器Rl的电流的增加和流过电阻器R2的电流 的减小，从而产生与周围温度无关的恒定电流。具体来说，电阻器R2的电 阻可为电阻器R1的电阻的10倍。图10为根据本发明的实施例的图7的屏幕显示单元140的图。参看图 10,屏幕显示单元140包含多个LED (P0WER、 RUN和RTX )、多个柔性数字 显示器(FNDs)和多个集成电路(IC1和IC2)。在下文中，现将详细描述 所述元件。集成电路IC1和IC2为晶体管阵列IC，且将从微处理器接收的数据^: 大为可由LED或FNDs来显示的信号。在正常供应电力的情况下接通POWER LED,且在未正常供应电力的情况下关闭POWER LED。在;f企测管线正常的情 况下接通RUNLED，且在检测管线异常的情况下关闭RUN LED。在通信状态 正常的情况下接通RTX LED,且在通信状态异常的情况下关闭RTX LED。 FNDs 具有关闭状态且如果发生泄漏，那么使用小数点后的一个数字来显示已发 生泄漏的位置点的距离。图11为根据本发明的实施例的图7的报警单元150的电路图。参考图 11，报警单元150包含电阻器R1、晶体管TR1、 二极管D1以及蜂鸣器BZl。 在下文中，现将详细描述所述元件。从微处理器接收的控制信号经由电阻器Rl而被传输到晶体管TRl,且 如果输入高电平控制信号，那么晶体管TRl操作且蜂鸣器BZl操作。二极 管Dl防止蜂鸣器BZl所产生的电抗噪声。当在检测管线中发生泄漏的情况 下，微处理器输出控制信号以用于操作蜂鸣器BZl。10图12为根据本发明的实施例的图7的软件输入单元160的电路图。参 看图12，软件输入单元160包含电容器Cl、多个电阻器R1和R2以及一按 压开关SW1。在下文中，现将详细描述所述元件。电阻器Rl和电容器Cl执4亍高通滤波功能(high pass filter function) 和防颤功能(chattering prevention function )。电阻器R2执行上拉 (pulling-up)节点电压的功能。用户使用该按压开关SWl来控制泄漏检测 设备。如果用户在报警响铃时按压一次按压开关SW1,那么报警停止且使用 小数点后一个数字来在屏幕显示单元140上显示参考点与已发生泄漏的位 置点之间的距离。在泄漏经修复后，如果该按压开关SW1被按压了较长时 期，那么将不显示已发生泄漏的位置点。图13为根据本发明的实施例的图7的外部通信单元170的电路图。参 看图13,外部通信单元170包含数据转换集成电路IC1、多个电阻器Rl和 R2以及多个齐纳二才及管(Zener diodes ) ZD1和ZD2。在下文中，现将详细 描述所述元件。数据转换集成电路IC1转换将要传输到信号RS-485的数据，将数据传 输到高端计算机，将从高端计算机传输的数据转换为可由微处理器辨別的 信号，且将所述信号传输到微处理器。齐纳二极管ZD1和ZD2移除包含在 通信管线中的噪声或错误信号。电阻器Rl为通信管线端电阻器 (communication pipeline end resistor )。 电阻器R2为接收端上拉电阻 器(receiving end pull-up resistor )。高端计算才几用以管理泄漏检测设 备。微处理器在发生断开/短路/泄漏的情况下将通知数据传输到高端计算 机。图14为根据本发明的实施例的图7的电源单元180的电路图。参看图 14，电源单元180包含TNR元件(变阻器)TNR1、变压器TRANS1、桥式二 极管(bridge diode) BD1、多个电容器C2、 C3和C5、多个电解电容器 (electrolytic capacitors ) Cl、 C4和C6以及多个恒定电压调节器IC1和 IC2。在下文中，现将详细描述所述元件。TNR元件TNR1接收AC 220 V，且移除过电压(overvoltage)和噪声。 变压器TRANS1将AC 220 V转换为AC 12 V。桥式二极管BD1对AC 12 V的 波形进行整流且产生DC 12 V。电解电容器C1和C4、电容器C2和C3以及 恒定电压调节器IC1从DC 9 V产生DC 5 V,其中DC 5 V用于与微处理器 相关的电路中。如上所述，本发明的泄漏检测设备可在使用包含与常规的4企测管线相 比时较少数目的电线的检测管线的情况下有效地检测在管线中可能发生的 泄漏，从而减少费用。虽然已参考本发明的示范性实施例来特定绘示并描述了本发明，但所11属领域的技术人员将了解，可在不偏离权利要求书所界定的本发明的精神 和范围的情况下进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1、一种泄漏检测设备，其特征在于其通过使用包含多条导线的检测管线来检测是否已发生泄漏，所述泄漏检测设备包括所述检测管线，其包含第一电线到第三电线，其中所述第一电线和第二电线的末端部分经由二极管而电连接；管线测量单元，在将恒定电流施加到所述第一电线之后其测量在所述第二电线和第三电线的特定位置点处的管线电压；以及微处理器，其基于所述第二电线和第三电线中的每一者的所述管线电压来确定是否已发生所述泄漏。
2、 根据权利要求l所述的泄漏检测设备，其特征在于所述微处理器基 于所述第二电线和第三电线的所述管线电压之间的差异来计算已发生所述 泄漏的位置点。
3、 根据权利要求2所述的泄漏检测设备，其特征在于所述微处理器通 过使用所述第二电线和第三电线的每米的管线电阻来计算已发生所述泄漏 的所述位置点。
4、 根据权利要求3所述的泄漏检测设备，其特征在于所述微处理器通 过使用流过所述第二电线和第三电线的所述恒定电流来计算已发生所述泄 漏的所述位置点。
5、 根据权利要求1所述的泄漏检测设备，其特征在于所述第一电线和 第二电线具有比所述第三电线大的电阻值。
6、 根据权利要求5所述的泄漏检测设备，其特征在于所述第一电线和 第二电线包含由镍和铬形成的芯线。
7、 根据权利要求5所述的泄漏检测设备，其特征在于所述第一电线和 第二电线由#皮部分移除预定间隙的涂层围绕。
8、 根据权利要求7所述的泄漏检测设备，其特征在于所述第一电线和 第二电线由通过预定间隙来指示距离的涂层围绕。
9、 根据权利要求1所述的泄漏检测设备，其特征在于所述第一电线到 第三电线以三角形形状连接。
10、 根据权利要求1所述的泄漏检测设备，其特征在于所述管线测量 单元包括将所述恒定电流中继到所述检测管线的开关。
11、 根据权利要求1G所述的泄漏检测设备，其特征在于所述开关根据 从所述微处理器输出的控制信号而操作。
12、 根据权利要求11所述的泄漏检测设备，其特征在于所述开关为光 电耦合器。
13、 根据权利要求1所述的泄漏检测设备，进一步包括恒定电流产生单元，其产生所述恒定电流。
14、 根据权利要求13所述的泄漏检测设备，其特征在于所述恒定电流 产生单元包括根据温度来补偿电压改变的补偿电路。
15、 根据权利要求14所述的泄漏检测设备，其特征在于所述恒定电流 产生单元包括含有二极管和电阻器的所述补偿电路。
16、 根据权利要求1所述的泄漏检测设备，其特征在于在将所述恒定 电流施加到所述第二电线之后所述管线测量单元测量所述第二电线和第三 电线中的每一者的特定位置点处的管线电压，且其中所述微处理器基于所述第一电线和第二电线的管线电压之间的差 异来计算所述检测管线的长度。
17、 根据权利要求16所述的泄漏检测设备，其特征在于在将所述恒定 电流施加到所述第二电线之后所述管线测量单元测量所述第三电线的特定 位置点处的管线电压，且其中所述微处理器基于所述第三电线的电压来确定所述检测管线是否 已断开。
18、 根据权利要求17所述的泄漏检测设备，其特征在于在将所述恒定 电流施加到所述第二电线之后所述管线测量单元测量所述第 一 电线到第三 电线中的每一者的特定位置点处的管线电压，且其中所述微处理器基于所述第 一 电线到第三电线的所述电压之间的差 异来确定所述检测管线是否已短路。
全文摘要
本发明提供一种泄漏检测设备，其安装了用于检测液体流过的管道上的泄漏的检测管线，且基于检测管线的电压改变来确定液体是否从所述管道泄漏。提供一种泄漏检测设备，其通过使用包含多条导线的检测管线来检测是否已发生泄漏，所述泄漏检测设备包含检测管线，其包含第一电线到第三电线，其中第一电线和第二电线的末端部分经由二极管而电连接；管线测量单元，在将恒定电流施加到第一电线之后其测量第二电线和第三电线中的每一者的特定位置点处的管线电压；以及微处理器，其基于第二电线和第三电线中的每一者的管线电压来确定是否已发生泄漏。
文档编号G01R19/00GK101576430SQ20091013640
公开日2009年11月11日 申请日期2009年5月5日 优先权日2008年5月6日
发明者安基凤, 申尚熙 申请人:中央制御株式会社