СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕЧИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ИЗ ТРУБОПРОВОДА
SYSTEM FOR DETECTING LEAKAGE OF HEAT CARRIER FROM PIPE

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах для определения течи теплоносителя из трубопровода, особенно в условиях ограниченного и затесненного пространства, например в рабочем помещении, где размещено оборудование контура принудительной циркуляции теплоносителя.
Известна система для определения течи теплоносителя из трубопровода, состоящая из источника питания, устройства для обработки данных и соединенных между собой контрольно-измерительных каналов, каждый из которых содержит датчик, соединенный с усилителем, и устройство для передачи данных (патент РФ №2232977, МПК G01D 21/02, опубл. 20.07.2004 г.).
В известной системе для определения течи из трубопровода выходы контрольно-измерительных каналов последовательно соединены общим проводом, источник питания подключен к одному из каналов и является общим для всех контрольно-измерительных каналов, устройство для передачи данных содержит инвертор, переключающий элемент, преобразователь напряжение-ток и общий провод, соединяющий каналы и выполняющий функцию суммирования их сигналов, а устройство для обработки данных выполнено в виде блока управления, подключенного к общему проводу.
Недостатками известной системы являются невысокие быстродействие и чувствительность, достаточно частые отказы в работе, а также затруднения при проведении ремонтно-восстановительных работ. Все перечисленные недостатки объясняются последовательным соединением каналов друг с другом и с общим источником тока, поэтому обрыв одного из соединительных проводов приводит к отключению системы от источника питания, а необходимость соблюдения жестко установленной последовательности в измерении приводит к невозможности ускоренной обработки сигналов с датчиков, кроме этого, множество проводов, уменьшающих свободное пространство в рабочем помещении, влечет за собой невозможность увеличения числа контрольно-измерительных каналов и, следовательно, чувствительности системы.
Задачей настоящего изобретения является создание надежно работающей системы для определения течи теплоносителя из трубопровода, обеспечивающей практически одновременное измерение и обработку сигналов с датчиков, возможность увеличения числа контрольно-измерительных каналов, а также упрощения монтажных и ремонтных работ.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности, быстродействия и чувствительности системы определения течи теплоносителя из трубопровода.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе для определения течи теплоносителя из трубопровода, состоящей из источника питания, устройства для обработки данных и соединенных между собой контрольно-измерительных каналов, каждый из которых содержит датчик, соединенный с усилителем, и устройство для передачи данных,
в качестве устройства для обработки данных использован микроконтроллер, который введен в каждый контрольно-измерительный канал и соединен с выходом усилителя, причем устройство для передачи данных содержит упомянутый микроконтроллер и подключенный к его выходу трансивер, при этом соединение контрольно-измерительных каналов выполнено в виде радиосвязи, а источник питания выполнен локальным для каждого контрольно-измерительного канала и представляет собой термоэлектрический преобразователь, установленный на контролируемом трубопроводе.
Заявленная совокупность существенных признаков позволяет за счет образования локальной беспроводной «ячеистой» сети датчиков выполнять такие функции обработки сигналов, которые недоступны устройствам, работающим по принципу последовательной обработки сигналов. Это свойство сети позволяет увеличить чувствительность, быстродействие системы, а также повысить надежность. Кроме этого, заявленная совокупность существенных признаков позволяет обеспечить соединение каналов между собой в любом сочетании, что сохраняет работоспособность системы при нарушении связи между отдельными каналами или с источником питания за счет обхода нарушенной связи путем использования другого тракта для прохода сигнала. Кроме этого, заявленная совокупность существенных признаков позволяет за счет исключения проводной связи упростить технологию ремонтно-монтажных работ и при необходимости дополнительно повысить чувствительность системы за счет увеличения в ней числа каналов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема системы для определения течи теплоносителя из трубопровода.
Система для определения течи теплоносителя из трубопровода содержит контрольно-измерительные каналы 1, каждый из которых содержит датчик 2, подключенный к усилителю 3, который соединен с микроконтроллером 4, выполняющим функцию устройства для обработки данных, выход которого подключен к трансиверу 5 (радиоприемник и передатчик). Микроконтроллер 4 и трансивер 5 образуют устройство для передачи данных. Выходы каналов 1 соединены линиями 6 радиосвязи. Система для определения течи трубопровода содержит локальные источники питания, каждый из которых выполнен в виде термоэлектрического преобразователя 7, установленного на контролируемом трубопроводе (на схеме не показан) с теплоносителем, нагревающим трубопровод до температуры, достаточной для функционирования термоэлектрического преобразователя 7. Каждый из термоэлектрических преобразователей 7 подключен своим выходом к соответствующему каналу 1, а именно к усилителю 3, микроконтроллеру 4 и трансиверу 5. Для информирования оператора о параметрах течи система содержит терминал 8 оператора.
Система для определения течи работает следующим образом.
Перед началом работы регистрируются геометрические координаты относительно осей помещения, в котором размещена система для определения течи, каждого из каналов 1 и вводятся в терминал 8 оператора. Затем с терминала 8 оператора на каналы 1 подается команда включения, сигнал которой принимают трансиверы 5. Встроенное в микроконтроллер 4 программное обеспечение дает команду трансиверам 5 на поиск и установку информационных соединений с помощью линий 6 радиосвязи между соседними (близлежащими) каналами 1 для формирования сети. Линии 6 радиосвязи позволяют каждому каналу 1 передавать как свою информацию соседнему каналу 1, так и информацию, полученную от другого соседнего канала 1. В случае выхода из строя какого-либо из каналов 1 соседние каналы 1 устанавливают новые маршруты для передачи сообщений. После установления всех соединений формирование сети заканчивается образованием структуры "ячеистая сеть", в которой каждый канал 1 связан с соседними каналами 1, при этом из всех каналов 1 лишь некоторые каналы 1 связаны с терминалом 8 оператора (фактически запоминаются адреса-номера соседних каналов). Далее в каждый канал 1 с терминала 8 оператора передаются измеренные ранее их геометрические координаты для записи в памяти микроконтроллеров 4.
Затем осуществляется процесс поиска течи. Сигнал с датчика 2, пропорциональный уровню измеряемого диагностического параметра (в качестве которого могут быть звуковое давление, радиационный фон, температура и т.п.) и сформированный усилителем 3, поступает на микроконтроллер 4. Микроконтроллер 4 преобразует сигнал в цифровую форму и сохраняет его в своей внутренней памяти. Преобразование сигналов всех каналов 1 выполняется микроконтроллерами 4 строго синхронно, чем обеспечивается одновременность фиксации показаний датчиков 2. Наличие в памяти микроконтроллера 4 каждого канала 1 одного или нескольких последовательно зафиксированных синхронных значений измеряемого параметра, а также, при необходимости, параметров, измеренных соседними датчиками 2, позволяет реализовать множество алгоритмов определения наличия течи, места и расхода течи. Например, если в качестве измеряемого диагностического параметра используется акустический шум, то:
- для определения наличия течи трубопровода производится вычисление среднего уровня шума по помещению. Микроконтроллер 4 одного из каналов 1 передает измеренное значение соседнему каналу 1, который суммирует его со своим измеренным значением и передает следующему каналу 1. В микроконтроллере 4 последнего канала 1 формируется сумма показаний всех датчиков 2, которая при делении на число каналов 1 определяет среднее значение уровня шума в помещении. Величина полученного среднего значения уровня шума передается каждому микроконтроллеру 4 каждого канала 1, что позволяет выполнять последующие измерения относительно полученного среднего значения и, следовательно, увеличить чувствительность системы к изменению показаний датчиков 2. Увеличение показаний одного датчика 2 или группы соседних датчиков 2 может свидетельствовать о возможном появлении течи;
- для определения места течи производится вычисление ВКФ (взаимно-корреляционной функции) по показаниям каждой пары соседних датчиков 2, увеличивших свои показания относительно среднего уровня, который может быть вычислен предварительно по показаниям всех датчиков 2 или отдельной группы. Положение максимума ВКФ соответствует величине разности путей акустических сигналов от течи до каждого из датчиков выбранной пары. По предварительно определенным геометрическим координатам датчиков 2 определяется место источника акустического сигнала, т.е. течи. Если места течи, рассчитанные по нескольким близлежащим парам датчиков, совпадают, то проведенное определение места течи считается достоверным;
- для определения расхода течи предварительно определяется место возникшей течи, а затем вычисляется расстояние от места течи до каждого из окружающих датчиков 2. По сигналу каждого датчика 2 и расстоянию от него до места течи вычисляется величина акустического сигнала течи и его среднее значение. По предварительно полученной экспериментальным путем зависимости акустического сигнала от расхода теплоносителя вычисляется расход теплоносителя через течь. Периодические вычисления расхода течи позволяют получить информацию о темпе роста трещины стенки трубопровода и приближении ее размера к критическому, после которого возможно разрушение трубопровода в целом;
- для определения места и расхода течи в сложной шумовой обстановке применяется алгоритм адаптивной фильтрации (отдаления сигнала от шума), при котором по сигналам соседних датчиков 2 и геометрическим координатам их нахождения выделяется наиболее вероятная шумовая составляющая, которая компенсируется в сигнале одного или нескольких датчиков 2, что значительно повышает величину отношения сигнала к шуму.