阅读说明：本技术 改进的用于测量凝结和/或腐蚀进展的装置和方法 (Improved apparatus and method for measuring the progress of coagulation and/or corrosion ) 是由 伊夫·玛丽-路易斯·加布里埃尔·德仕美特 于 2018-11-07 设计创作，主要内容包括：一种测量导管的凝结和/或腐蚀进展的装置,包括：绝缘体,其围绕导管延伸；第一导体和第二导体,其布置为使得绝缘体的至少一部分位于导管与第一导体和第二导体之间,使得第一导体形成电容器的第一极,第二导体形成电容器的第二极,并且它们之间的部分包括第一极与第二极之间的电容耦合；以及至少一个测量仪,其配置为确定代表电容耦合的值。(An apparatus for measuring the progress of coagulation and/or corrosion of a conduit, comprising: an insulator extending around the conduit; a first conductor and a second conductor arranged such that at least a portion of the insulator is located between the conduit and the first conductor and the second conductor such that the first conductor forms a first pole of a capacitor, the second conductor forms a second pole of the capacitor, and the portion between them comprises a capacitive coupling between the first pole and the second pole; and at least one meter configured to determine a value representative of the capacitive coupling.)

改进的用于测量凝结和/或腐蚀进展的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于测量导管的凝结和/或腐蚀进展的装置和方法。此外，本发明涉及用于一个或更多个这样的装置的监测控制器。

背景技术

对于输送某些流体而言，重要的是使这些流体尽可能少地遭受热损失。因此，用于输送比露点温度低的这样的流体的导管通常是绝热的。这例如通过利用绝缘壳封闭管道来实现，该绝缘壳可选地设置有隔汽层(vapour barrier)。

然而，在这样的设备(installation)中存在凝结的危险。由于该设备通常暴露于环境空气，并且如果所包裹的隔汽层中存在泄漏，则环境空气中的水分会在与绝缘体的内侧接触的表面处凝结到导管上。术语绝缘下腐蚀(CUI)通常用于描述该情况。在一段时间内，这样的凝结水分会导致导管腐蚀，从而损坏导管(金属腐蚀，导管最终失去其流动效率、有效性、强度和水密性)。除去这样的凝结水分是困难的，而且更换完整的设备非常昂贵。因此，最好在实际腐蚀发生之前或在任何情况下尽可能早地检测出凝结，从而可以较便宜地部分更换绝缘体。

用于测量导管上的凝结和由于凝结而导致的腐蚀进展的已知系统利用热感相机来检测热图案偏离的位置。然而，该解决方案不是有效的，因为它昂贵并且麻烦，并且例如不允许检测盲点中的热损耗和/或冷损耗。此外，解释这样的热检测是困难的：尚不清楚热损耗或冷损耗是否可归因于局部较薄的绝缘体或隔汽层泄漏，并且由于在光亮表面上的热反射而可能发生变化。

其他已知的测量系统包括时域反射测量技术，该时域反射测量技术通过观察反射波形来确定电气线路的特性。该技术的缺点在于，凝结和/或泄漏的位置不能被准确地检测到，特别是当凝结和/或泄漏在沿着线路的不同位置处发生时。这些系统仍然需要用户通过热感相机搜索导管上的泄漏和凝结。

为了解决这些问题，以与本专利申请相同的申请人的名义的比利时专利申请BE2014/0429(现已被授权为比利时专利BE1022693B9)提供了一种用于导电导管的装置，其中，绝缘体围绕导管延伸，并且其中，至少一个电导体布置在绝缘体上方、绝缘体上或绝缘体中，使得绝缘体的至少一部分位于导管与导体或每个导体之间，并且使得导管形成电容器的第一极，该导体或每个导体形成该电容器的第二极，并且其间的部分形成电介质的一部分，并且其中至少一个测量仪配置为为该导体或每个导体确定表示相对应的电容器的电容作用的值。

然而，在这样的装置中，存在导管必须导电的问题。因此，毫无疑问，这样的装置不能用于例如塑料导管。此外，在这样的装置中，在导管和至少一个电导体之间(例如，在导管阀或其他突起的位置处)存在发生电短路的风险，从而阻碍了所述电容作用，并且因此，不再值得进行测量。

发明内容

本发明的目的在于解决这些问题。

针对该目的，本发明提供一种用于测量导管的凝结和/或腐蚀进展的装置，其包括：绝缘体，其围绕导管延伸；以及第一导体和第二导体，其布置为使得绝缘体的至少一部分位于导管与第一导体和第二导体之间，使得第一导体形成电容器的第一极，第二导体形成电容器的第二极，并且它们之间的部分包括第一极与第二极之间的电容耦合。该装置还包括配置为确定代表电容耦合的值的至少一个测量仪。

该解决方案允许利用各种方式的导管来测量凝结和/或腐蚀进展，由于不是导管本身用作电容器的第二极，而是为此目的单独设置的导体，因此这些导管无需必然地导电。此外，出于相同的理由，也可降低由于导管与两个导体中的一个导体之间发生电短路而导致的无用测量的风险，因为即使两个导体中的一个导体与导管进行了意外的电接触，两个导体中的另一个也继续充当电容器的反极。该解决方案的发明性尤其基于发明人的如下创新见解：在第一导体和第二导体之间的电容作用相比于在已知装置中在导体的位置和导管的位置之间可被更精确地测量。测试表明，在发生泄漏的情况下，确定的值(在这种情况下为电容量本身)可变化约100或1000的数量级的因子，而在周围区域中的温度和湿度波动的情况下，仅发生很小的变化(百分之几的数量级)，这允许测量凝结和/或腐蚀进展。

该装置的实施例的另外的优点在于，第一导体和第二导体以及测量仪可布置在已经安装的绝缘体上，而依然无需在测量仪与导管之间必须进行电连接。

根据实施例，沿着导管的纵向方向观察，第一导体和第二导体彼此相距一定距离进行布置，或者第一导体和第二导体仅在其外端部分地重叠。以此方式，电容耦合可沿绝缘体的大致长度延伸，以允许沿该长度检测任意凝结或泄露。

所述至少一个测量仪的第一测量仪可在第一导体和第二导体之间布置，通常地固定在，绝缘体上或绝缘体上的外层上。例如，可在第一电感器和第二电感器之间的绝缘体上布置外层，并且第一测量仪可固定在该外层上。该外层可以是导电外层，并且该导电外层可接地或浮置。

根据实施例，该装置包括第三导体，该第三导体布置为使得绝缘体的至少另一部分位于导管与第二导体和第三导体之间，使得，第二导体形成另一电容器的第一极，第三导体形成另一电容器的第二极，并且它们之间的另一部分包括第一极与第二极之间的另一电容耦合。其中，至少一个测量仪配置为确定代表另一电容耦合的值。以此方式，可利用至少一个测量仪监测较大部分的绝缘体。

根据实施例，沿着导管的纵向方向观察，第二导体和第三导体彼此相距一定距离进行布置，或者第二导体和第三导体仅在其外端处至少部分地重叠。

根据实施例，第一导体在沿着导管的纵向方向上观察的第一长度延伸，并且，第一导体的表面积是导管沿该第一长度的表面积的至少10％，优选地，至少25％，更优选地，至少50％。该表面积也可等于导管沿第一长度的表面积，或者甚至大于导管沿第一长度的表面积。通过增大第一导体和第二导体的表面积，第一导体与第二导体之间的电容耦合增大。因此，测量的准确度将增加。

根据实施例，第一导体和第二导体各自被实现为用于绝缘体的导电涂层或覆层。以此方式，该装置可更简单地作为整体(具有或者不具有至少一个测量仪)进行安装。

根据实施例，第一导体和第二导体各自成形为导电套筒的至少一部分，该导电套筒配置为容纳绝缘体的至少一部分。以此方式，电容器的相应的极可覆盖大的表面积，并因此具有较大的电容量。

根据实施例，至少一个测量仪可配置为确定代表电容耦合的频率值。以此方式，可利用简单的可确定的参数，来确定代表电容耦合的值。

根据实施例，至少一个测量仪可配置为通过电容耦合驱动变频交流电压或电流，以及测量该变频交流电压或电流的振幅和相位变化。以此方式，出于确定代表连接的阻抗值的目的，可利用简单可确定的参数(交流电压或电流的振幅和相位或者实部或虚部)。该阻抗与频率有关，并且指示凝结和腐蚀的进展。

根据实施例，至少一个测量仪可包括至少一个振荡器。

根据实施例，至少一个测量仪可集成在绝缘体中。以此方式，较好地保护了至少一个测量仪免受外部影响。

根据实施例，至少一个测量仪可包括以下电源中的至少一个：有线电源、能量产生电源和电池电源。有线电源可获得非常长的测量寿命，而电池电源可以是便宜的且易于安装。能量产生电源可以是非常节能和自主的，这在难以到达的导管(诸如，长距离导管)的情况下是有利的。

根据实施例，至少一个测量仪可配置为优选地通过具有低功率和远距离(低功率广域网)的通信技术向监测控制器的无线接收器无线地发送所确定的值。以此方式，可增加使用的便利。此外，集中控制可成为可能的。

根据实施例，第一导体和第二导体可按照沿绝缘体彼此间隔一定间距进行布置。以此方式，可覆盖导管的更大范围，并且可增加测量的精确度。

根据实施例，该装置可包括监测控制器，该监测控制器配置为基于由测量仪或每个测量仪确定的一个或多个值分析导管的凝结和/或腐蚀进展。

根据实施例，该装置可包括：至少一个温度传感器，其配置为测量温度，优选地测量绝缘体的位置处的温度；和/或至少一个湿度传感器，其配置为测量湿度，其中，该监测控制器配置为在分析所述凝结和/或腐蚀进展期间考虑测量的温度和/或测量的湿度。温度传感器和/或湿度传感器允许以较大的精确度执行分析。

根据实施例，导管可以是导电的，并且至少一个测量仪可配置为在值的确定期间考虑具有由第一导体和导管形成的极的第一附加电容器的电容作用以及具有由第二导体和导管形成的极的第二附加电容器的电容作用。

以此方式，根据本发明的装置不仅可有效地用于非导电导管，而且还可同样地用于导电的导管。在所述后一种情况下，由于导管随后一方面在由第一导体形成的第一附加电容器与导管之间形成电接触点，另一方面在由导管形成的第二附加电容器与第二电容器之间形成电接触点，其中，绝缘体在每种情况下用作相应的电介质，因此可有利地测量电容耦合直至绝缘体的较深的位置(即，更靠近导管)。由于形成的凝结随后能够在导管的位置处扩散，当绝缘体是气密的时，这样的测量可更加有效。

根据实施例，导管可接地。可替代地，导管可以是浮置导管。

根据实施例，第一导体和第二导体之间的过渡区域可包括防潮条。防潮条优选地为丁基胶带或橡胶。以此方式，可较好地保护绝缘体免受从外部渗入的水分的影响。

根据实施例，第一导体和第二导体中的至少一个可至少部分地由铝或由不锈钢制造。以此方式，该装置可以是更加耐气候的。

根据实施例，第一导体和第二导体中的至少一个包括互连的多个导电层元件。例如，导电层元件可以是细长的元件，沿着导管的纵向方向延伸，并按照在与该纵向方向垂直的截面中观察、彼此相距一定距离布置在导管周围。以此方式，在降低了材料成本并使得装置更加轻巧的同时，实现了导体的充分大的表面积，使得装置的安装更容易。以此方式，导体的表面积充分大于厚度，从而增加了第一导体与第二导体之间的电容耦合。例如，多个导电细长元件可以是条状的。在其他示例性实施例中，导电层可以是按照沿着纵向方向观察彼此相距一定距离进行布置的圆柱形元件。

在示例性实施例中，互连的多个导电层元件插入在第一绝缘层与第二绝缘层之间，其中，第一绝缘层和第二绝缘层一起形成绝缘体。通过使用互连的多个导电层元件而非完整的套筒，可改善第一绝缘层与第二绝缘层之间的粘附。

根据实施例，第一导体和第二导体嵌在绝缘体中。例如，绝缘体可包括围绕导管延伸的第一绝缘体层和围绕第一绝缘体延伸的第二绝缘体层，并且其中，第一导体和第二导体至少部分地嵌在第二绝缘体层中。以此方式，第一导体和第二导体可容易地集成在绝缘体中，并被保护免受来自环境的外部影响。

根据实施例，该装置还可包括位于测量仪与第一导体和第二导体之间的连接器件，所述连接器件从第一导体和第二导体延伸通过绝缘体至测量仪。以此方式，测量仪容易地连接到导体，从而降低了安装测量仪所需的时间。

根据实施例，第一导体具有第一端和第二端，并且装置还包括：第一连接器元件，其从所述第一端延伸通过绝缘体；以及第二连接器元件，其从第二端延伸通过绝缘体。

本发明还提供一种与以上所述的一个或多个装置一起使用的监测控制器，该监测控制器配置为接收由至少一个测量仪确定的一个或多个值以及基于接收到的一个或多个值分析导管的凝结和/或腐蚀进展。

本领域技术人员将领会的是，与装置的优点和目的类似的优点和目的在细节上做必要修改后也适用于相对应的监测控制器。

根据实施例，监测控制器可包括无线接收器，无线接收器配置为接收由至少一个测量仪确定的一个或多个值。

本发明还包括用于测量导管的凝结和/或腐蚀进展的方法。该方法包括：在导管周围布置绝缘体。该方法还包括布置第一导体和第二导体，使得绝缘体的至少一部分位于导管与第一导体和第二导体之间，使得第一导体形成电容器的第一极，第二导体形成电容器的第二极，并且它们之间的部分包括第一极与第二极之间的电容耦合。该方法还包括确定代表电容耦合的值。

本领域技术人员将领会的是，与装置的优点和目的类似的优点和目的在细节上做必要修改后也适用于相对应的方法。

根据优选实施例，第一导体和第二导体按照沿着导管的纵向方向观察彼此相距一定距离进行布置，或者布置为使得第一导管和第二导管仅在其外端部分地重叠。

根据优选实施例，第三导体布置为使得绝缘体的至少另一部分位于导管与第二导体和第三导体之间，并且使得第二导体形成另一电容器的第一极，第三导体形成另一电容器的第二极，并且绝缘体的另一部分包括第一极与第二极之间的另一电容耦合。确定代表另一电容耦合的值。优选地，沿着导管的纵向方向观察，第二导体和第三导体彼此相距一定距离布置，或者布置为使得第二导体和第三导体仅在其外端处部分地重叠。

根据优选实施例，每个导体沿第一长度设置，其表面积为导管沿第一长度的表面积的至少10％，优选地，至少25％，更优选地，至少50％。表面积也可或多或少等于导管沿第一长度的表面积，或者甚至大于导管沿第一长度的表面积。

根据将要被绝缘的导管的类型，导体的长度可例如在0.5m和10m之间。绝缘体的直径可例如在5mm和1200mm之间，优选在10mm和500mm之间。第一导体与第二导体之间的距离可例如在1cm和200cm之间，优选地，在2cm和150cm之间。

根据优选实施例，该方法包括将第一导体和第二导体中的每个设置为用于绝缘体的导电涂层或覆层。

根据优选实施例，该方法包括将第一导体和第二导体中的每个设置为导电套筒的至少一部分，该导电套筒配置为容纳绝缘体的至少一部分。

根据优选实施例，值的确定方法包括确定代表电容耦合的频率值。

根据优选实施例，该方法包括通过电容耦合驱动变频交流电压或电流以及测量变频交流电压或电流的振幅和相位变化。

根据优选实施例，该方法包括将至少一个测量仪集成在绝缘体中。

根据优选实施例，该方法包括优选地通过具有低功率和远距离(低功率广域网)的通信技术向监测控制器的无线接收器无线地发送所确定的值。

根据优选实施例，该方法包括将第一导体和第二导体按照沿绝缘体彼此间隔一定间距进行布置。

根据优选实施例，该方法包括基于由所确定的一个或多个值分析导管的凝结和/或腐蚀进展。

根据优选实施例，该方法包括：测量温度，优选地，测量在绝缘体的位置处的温度；和/或测量湿度；以及在考虑所测量的温度和/或所测量的湿度的同时分析凝结和/或腐蚀进展。

根据优选实施例，导管是导电的，并且值的确定包括考虑具有由第一导体和导管形成的极的第一附加电容器的电容作用以及具有由第二导体和导管形成的极的第二附加电容器的电容作用。

根据优选实施例，该方法包括使导管接地。可替代地，该方法包括使导管浮置。

根据优选实施例，该方法包括在第一导体和第二导体之间的过渡区域中布置防潮条，防潮条优选地为丁基胶带或橡胶。

根据示例性实施例，该方法包括将第一导体和第二导体嵌在绝缘体中。例如，第一绝缘体层可围绕导管布置，第二绝缘体层可围绕第一绝缘体层布置，其中，第一导体和第二导体可至少部分地嵌入第二绝缘体层中或者可插入在第一绝缘体层与第二绝缘体层之间。

根据示例性实施例，布置第一导体和/或第二导体包括将互连的多个导电细长的元件布置在导管周围，例如，互连的多个导电细长的元件沿着导管的纵向方向延伸，并按照在与该纵向方向垂直的截面中观察、彼此相距一定距离布置在导管周围。

根据示例性实施例，值的确定包括使用从第一导体和第二导体延伸通过绝缘体至测量仪的连接器件来连接测量仪。例如，该方法可包括通过绝缘体将第一连接器元件布置到第一导体并通过绝缘体将第二连接器元件布置到第二导体。

本发明还提供一种用于分析导管的凝结和/或腐蚀进展的方法，包括接收根据以上所述的方法确定的一个或多个值；以及基于接收到的一个或多个值分析导管的凝结和/或腐蚀进展。

根据实施例，该方法包括无线地接收所确定的一个或多个值。

根据本发明的另一方面，提供一种用于测量导管上的表面层的劣化的装置，包括：绝缘体，其围绕导管上的表面层延伸；第一导体和与第一导体相距一定距离的第二导体，所述第一导体和所述第二导体布置为使得绝缘体的至少一部分位于导管与第一导体之间和导管与所述第二导体之间；以及至少一个测量仪，其配置为确定代表绝缘体的所述一部分下方的表面层的阻抗的值。

根据现有技术的解决方案，通常使用电化学阻抗谱测量直接在表面层上测量表面层的劣化。在不能直接接近表面层的隔离导管的情况下，可能会在导管和绝缘体周围的导体之间执行测量。然而，已经发现这样的测量由于外部噪音而不提供精确的结果。通过使用如上所述的第一导体和第二导体，任何外部噪音将同时存在于第一导体和第二导体上，并且将由于测量是在第一导体与第二导体之间执行的差分测量而被消除

至少一个测量仪可包括AC阻抗测量器，例如，电化学阻抗谱测量仪。使用这样的测量，根据频率获得阻抗的相位和振幅。当表面层劣化时，表面层的阻抗改变，这导致相位测量的变化和振幅测量的变化。

此外或可替代地，至少一个测量仪可包括DC阻抗测量器，诸如恒电位仪或恒流器。例如，当绝缘体已经湿润时，恒电位仪测量将进行工作，从而可通过绝缘体和通过表面层进行离子传输，从而得出代表表面层阻抗的测量值。其他测量仪也是可能的，只要其可确定代表绝缘体的所述一部分下方的表面层的劣化的值。该装置还可包括监测控制器，该监测控制器配置为基于由至少一个测量仪确定的一个或多个值分析表面层的劣化。

表面层可例如是以下中的任意一种：涂层、覆盖层、氧化层。例如，表面层可以是耐腐蚀层、保护层等。

表面层可以是粘附到导管的层，或者可以是没有粘附到导管的层，例如单独的箔片。

表面层的厚度通常小于导管的壁厚。例如，表面层的厚度可小于10mm，优选地，小于9mm，更优选地，小于8mm。

根据本发明的另一方面，提供一种用于测量导管上的表面层的劣化的方法，包括：在导管上的表面层周围布置绝缘体；布置第一导体和与第一导体相距一定距离的第二导体，使得绝缘体的至少一部分位于导管与第一导体之间和导管与第二导体之间；以及确定代表绝缘体的所述一部分下方的表面层的阻抗的值。该方法还可包括基于所确定的一个或多个值分析表面层的劣化。

该确定可使用AC阻抗测量(诸如电化学阻抗谱)或DC测量(诸如利用恒电位仪或恒流器的测量)来完成。

以上公开的用于测量导管的凝结和/或腐蚀进展的装置和方法的优选且示例性的特征也可存在于用于测量导管上的表面层的劣化的装置和方法中。此外，装置/方法可进行组合，即，相同的装置可设置有用以确定代表电容耦合的值的第一测量仪和用以确定代表绝缘体的所述一部分下方的表面层的阻抗的值的第二测量仪。实际上，相同的绝缘体和第一导体、第二导体可用于执行两种测量。当装置/方法进行组合时，配置为确定代表电容耦合的值的第一测量仪可定期以第一频率执行测量。相比于代表电容耦合的值的第一测量的持续时间，配置为确定代表表面层的阻抗的值的第二测量仪通常将需要更复杂的测量，且该测量花费更长的时间执行。在可能的实施例中，通过第二测量仪来确定代表表面层的阻抗的值的测量可定期执行，但通常以低于第一频率的第二频率来执行，或者不定期地来执行，例如仅当由第一测量仪进行的第一测量表明泄漏、进水或凝结时执行。

根据本发明的另一方面，提供一种绝缘元件，该绝缘元件优选地用于根据以上实施例中的任一种的装置或方法，包括：绝缘体套筒，其配置为围绕导管延伸并具有外表面；导体，其嵌在绝缘体套筒中；至少一个连接元件，其从导体延伸通过绝缘体套筒至绝缘体套筒的外表面。这样的绝缘元件可布置在导管周围，沿着导管的纵向方向观察彼此相邻。连接元件允许将导体连接到测量仪或连接到相邻绝缘元件的另一导体。

根据示例性实施例，导体成形为导体套筒，该导体套筒的长度小于绝缘体套筒的长度，并且导体套筒完全嵌在绝缘体套筒中。根据另一实施例，导体包括互连的多个导电层元件，例如，细长的元件，沿着绝缘体套筒的纵向方向延伸，并按照在与该纵向方向垂直的截面中观察、彼此相距一定距离布置在绝缘体套筒周围。

根据示例性实施例，绝缘体套筒包括第一绝缘体层和第二绝缘体层。导体可布置在第一绝缘体层与第二绝缘体层之间，或者可嵌在第二绝缘体层中。

根据示例性实施例，绝缘元件还包括布置在绝缘体套筒上或绝缘体套筒中的测量仪。测量仪可配置为优选地通过具有低功率和远距离(低功率广域网)的通信技术向监测控制器的无线接收器无线地发送所测量的值。

根据示例性实施例，导体的表面积大于绝缘体套筒的外表面的表面积的10％，优选地，大于25％，更优选地大于50％。

根据示例性实施例，导体形成为导电涂层或覆层。

根据示例性实施例，绝缘元件包括：至少一个温度传感器，其配置为测量温度；和/或至少一个湿度传感器，其配置为测量湿度。

根据示例性实施例，导体至少部分地由铝或由钢(例如，不锈钢或镀锌钢)制造。

根据绝缘元件的示例性实施例，至少一个连接器元件包括：第一连接器元件，其被布置在沿着绝缘体套筒的纵向方向观察、导体的第一端处；以及第二连接器元件，其被布置在导体的另一端处。

根据将要被绝缘的导管的类型，导体的长度可例如在0.5m和10m之间。绝缘体的直径可例如在5mm和1200mm之间，优选在10mm和500mm之间。

本发明还涉及如上所述的绝缘元件的组件。当将绝缘元件布置在导管周围时，第一绝缘元件的导体可电连接到一个或两个相邻的绝缘元件的导体。导体还连接到测量仪。这允许以方便的方式形成如上所述的装置。

本领域技术人员将领会的是，与装置的优点和目的类似的优点和目的在细节上做必要修改后也适用于绝缘元件和绝缘元件的组件。

附图说明

现在将参考附图中所示的示例性实施例来进一步描述本发明。这些示例性实施例旨在更好地理解本发明的上述特征、优点和目的。它们不以任何方式限制本发明。

在附图中：

图1A是根据本发明的在沿非导电导管的纵向方向的纵向截面中的装置的实施例的示意性图示；

图1B是根据本发明的在沿导电导管的纵向方向的纵向截面中的装置的另一实施例的示意性图示；

图1C是根据本发明的装置的第一可选实施例的一部分的示意性图示；

图1D是根据本发明的装置的第二可选实施例的一部分的示意性图示；

图2是根据本发明的用于在测量仪中使用的电子电路的实施例的示意性图示；

图3是根据本发明的用于在测量仪中使用的电子电路的可替代实施例的示意性图示；

图4是根据本发明的用于在测量仪中使用的电子电路的另一实施例的示意性图示；

图5是在沿导管的纵向方向的纵向截面中的装置的实施例的示意性图示；

图6是指示用于图5的实施例的电容耦合的示意性图；

图7是装置的可替代实施例的示意性透视图；

图8A至图8D示意性地图示了装置的可替代实施例，示出了连接测量仪的不同方式；

图9是绝缘元件的组件的实施例的示意性纵向截面；以及

图10是绝缘元件的实施例的示意性纵向截面；

图11示意性地示出了用于确定导管上的表面层的劣化的装置的实施例；以及

图12A和图12B分别示出了针对具有完整的表面层和具有劣化的表面层的导管的装置的所测量的振幅和相位与频率的函数关系。

在附图中，用相同的参考标号表示相同或相似的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的在沿非导电导管的纵向方向的纵向截面中的装置的实施例的示意性图示。该图以沿导管1的纵向轴向的截面示出了导管1，但本领域技术人员将领会的是，本发明的其他实施例也可应用于不同形状的导管中。

绝缘体2围绕导管1延伸。绝缘体2可配置为用于热绝缘，但(可替代地或另外地)还可配置为用于隔声。绝缘体2可例如包括被夹紧或紧固在导管1周围的预成型壳体，或者可例如包括包裹在导管1周围的垫子。本发明的实施例可应用于所有类型和形式的绝缘体。

在绝缘体2中，第一导体3A和第二导体3B布置为使得绝缘体2的至少一部分位于导管1与第一导体3A和第二导体3B之间，使得第一导体3A形成电容器4C的第一极，第二导体3B形成电容器4C的第二极，并且它们之间的所述部分包括第一极与第二极之间的电容耦合。换句话说，电容器4C具有两个极(即，第一导体3A与第二导体3B)，绝缘体2的位于两个极之间的部分可用作电容器4C的介电层(的一部分)。然后，可将整个电容耦合例如称为C_eq(未示出)，如图2至图4中所示。

图1A还示出了测量仪6，测量仪6配置为确定表示电容耦合的值。测量仪6为此分别通过第一连接6A连接到第一导体3A和通过第二连接6B连接到第二导体3B。本领域技术人员将领会的是，附图中所示出的实施例中示意性地示出了测量仪6在，并且可根据实际情况来选择各种各样的实际实施例。

在一些实施例中，测量仪6可(优选无线地)向监测控制器(未示出)(的无线接收器)发送确定的值，以与根据本发明的一个或多个装置一起使用。监测控制器可配置为接收由测量仪6确定的一个或多个值，并且基于所接收的一个或多个值分析导管1的凝结和/或腐蚀进展。如果使用无线通信，则这可例如通过具有低功率和远距离(低功率广域网)的通信技术来完成。其示例为：LoRa/LoRaWAN、SigFox、蓝牙(LE)。可替代地，还可使用具有相对较高功率的通信技术，诸如无线局域网技术(无线局域网，WLAN，诸如Wi-Fi，即IEEE802.11)或移动蜂窝网络技术(诸如GSM和相关标准和协议)。

图1A还示出了可选的条状物5，该条状物5覆盖位于第一导体3A与第二导体3B之间的过渡区域中的绝缘体2的区域。在该上下文中，过渡区域可包括位于第一导体3A和第二导体3B的外端的边缘和/或壁之间的区域或空间。条状物5有利地是防潮的，以防止水分从外部渗入。在优选的实施例中，条状物5可选地为丁基胶带或橡胶。有利的是，条带5还覆盖第一导体3A和第二导体3B的相应外端的足够宽的部分(例如，至少1cm，优选至少5cm)，以获得更好的操作。

根据可替代实施例，第一导体3A和第二导体3B可集成在绝缘体2的涂层或覆层中。这样具有的优点是，可将该装置整体安装，需要较少的操作步骤。

在具体的实施例(如本文所示)中，第一导体3A和第二导体3B分别成形为导电套筒的至少一部分，该导电套筒被配置成容纳绝缘体2的至少一部分。这样具有的优点是，相比于一些其他形式(诸如绳线或细长板)，每个导体可覆盖较大的表面积，从而电容量也可以更大。

在一些实施例中，测量仪6可通过电位线(potential wire)(未示出)来供电。这样具有的优点是，测量可以更精确。在其他实施例中，测量仪6可通过电池(未示出)来供电。这样具有的优点是，这种方式较便宜，并且安装较容易。在优选的实施例中，可组合这两个可选例，例如，可首先在短期内在较短的时间段内使用电池电源，以全面检测是否存在凝结和/或腐蚀进展的风险，然后，在进行检测之后，长期用电线继续进行供应，以进行更精确的测量。

图1B示出了根据本发明的在沿导电导管的纵向方向的纵向截面中的装置的另一实施例的示意性图示。该图示出了第一附加电容器4A和第二附加电容器4B。该图示出了第一附加电容器4A和第二附加电容器4B。当导管1导电(如图所示)时，就部分地基于其确定的值是有用的意义而言，这些附加电容器是可选的，如该图中所示的情况。这样具有的优点是，由于导电导管1在此是电容活性的，因此可更精确地测量水分和/或腐蚀直至绝缘体2中更深的位置(即，更靠近导管1)。

在这样的其他实施例中，电容耦合，一方面可被视为电容器4C的并联电路，另一方面可被视为第一附加电容器4A和第二附加电容器4B的串联电路。然后，可将整个电容耦合例如称为C_eq(未示出)，如图2至图4中所示。

图1C示出了根据本发明的装置的第一可替代实施例的一部分的示意性图示。该图具体示出了其中第一导体3A和第二导体3B彼此靠近的装置的一部分的截面。在该第一可替代实施例中，第一导体3A和第二导体3B布置为在它们的相应的外端处至少部分地重叠，其中，电绝缘条5在位于第一导体3A和第二导体3B之间的过渡区域中在与该重叠部至少相同的尺寸的区域上延伸，以防止第一导体3A与第二导体3B之间直接导电。例如，条状物5可由具有良好的电绝缘性能而且具有良好的防潮性的橡胶制造而成。

图1D示出了根据本发明的装置的第二可选实施例的一部分的示意性图示。该第二可替代实施例与图1C中所示的第一可替代实施例的不同之处在于，第一导体3A和第二导体3B的外端以互补的方式形成(在该示例中，为两个相互接合的钩)，以更牢固地将条状物5保持在第一导体3A与第二导体3B之间。

图2示出了根据本发明的用于在测量仪(例如，图1A的测量仪6)中使用的电子电路10的实施例的示意性图示。

电路10经由端子Vcc供电，其中，在运行期间，可将电压电平作为电源来供应，该电压电平也被称为Vcc-，该电压电平可例如在2伏特与15伏特之间。电路10包括集成电路(IC)11，集成电路(IC)11在此用于例如基于如由Signetics开发的555IC来确定时间间隔(定时集成电路或IC)。本领域技术人员将领会到的是，可以可替代地使用各种各样的电子部件，但由于本实施例利用了标准的部件，因此这样的本实施例是实用的。

电源被供应到端子8(Vcc)中的IC 11，并且还用于控制具有负复位功能(-RESET)的端子4。如果端子4接地，则IC 11复位。

电源流过电阻R1，并且进一步连接到IC 11的端子7(DIS)，端子7用作开路集电极。剩余的电压从端子7进一步流过电阻R2，并且进一步连接到IC 11的端子6(THR)和端子2(TRIG)，端子6(THR)和端子2(TRIG)可在运行期间用来确定时间间隔的开始和结束。

剩余的电压从电阻R2流过电容器C_eq至接地(GND)。如果导管是非导电的，则电容器C_eq可仅被视为电容器4C，或者如果导管是导电的，则电容器C_eq，一方面被视为电容器4C的并联电路，另一方面被视为第一附加电容器4A和第二附加电容器4B的并联电路。

接地还连接到IC的端子1(GND)，并且经由电容器13(优选具有低电容量，例如，10nF)到IC 11的端子5(CTRL)。端子1可在运行期间用来用作接地参考电压(例如，0伏特)。端子5可在运行期间用来提供对IC 11中的内部分压器的控制访问，以(间接地)控制时间间隔的持续时间。

经由IC 11的端子3(OUT)提供输出信号12(Out)。在运行期间，输出信号12采取矩形电压脉冲的连续电流的形式，该电流具有一定的频率(f_Out)。该频率f_Out可确定为如下：f_Out＝(C_eq·(R1+2·R2)·ln(2))。

通过该配置，电路10可用作稳定的多谐振荡器，即，电子振荡器，其产生频率值f_Out，频率值f_Out代表如针对图1A所论述的装置的电容作用。如果需要，也可例如使用微控制器(未示出)将频率值f_Out可选地转换为以法拉为单位表示的电容量，但本领域技术人员将领会的是，该附加步骤不是能够对一个或多个电容器的电容作用取近似的必需步骤。本领域技术人员还将理解的是，许多其他配置的测量仪是可能的。例如，测量仪可配置为生成诸如正弦波形或方波形的波形，并且测量响应。

图3示出了根据本发明的用于在测量仪(例如，图1A的测量仪6)中使用的电子电路20的可替代实施例的示意性图示。

电路20包括运算放大器21和比较器22。按照与以上参照图2进行的观察类似的观察，运算放大器21的输出端子串联连接到电容器C_eq。电容器C_eq连接到运算放大器21的负输入端子。电容器C_eq还经由电阻R1连接到比较器22的输出端子。此外，电容器C_eq经由电阻R3连接到比较器22的正输入端子，其又经由电阻R2连接到比较器22的输出端子。运算放大器21的正输入端子经由电阻R4连接到比较器22的负输入端子。比较器22的输出端子产生输出信号23(Out)。该输出信号23可以以与图2中的输出信号12类似的方式使用，因为它们均是脉冲。

图4示出了根据本发明的用于在测量仪(例如，图1A的测量仪6)中使用的电子电路40的另一实施例的示意性图示。

电路40包括具有端子45、端子46和端子47的集成电路(IC)48。电容器的第一极41耦合到输入端子47。第一极41经过电容耦合44耦合到电容器的第二极42。源43通过电容耦合44驱动变频交流电压或变频交流电流。IC 48测量其(例如，在输出端子45处的)振幅变化和/或(例如，在输出端子46处的)相位变化，特别地，测量其相移。

图5示出了用于测量导管1的凝结和/或腐蚀进展的装置的另一实施例的示意性图示。装置包括围绕导管延伸的绝缘体2、第一导体3A、第二导体3B和第三导体3C。第一导体3A和第二导体3B布置为使得绝缘体2的至少一部分位于导管1与第一导体3A和第二导体3B之间，使得第一导体3A形成电容器4的第一极，第二导体3B形成电容器4的第二极。第三导体3C布置为使得绝缘体2的至少另一部分位于导管与第二导体3B和第三导体3C之间，并且使得第二导体3B形成另一电容器4的第一极，第三导体3C形成另一电容器4的第二极，并且绝缘体2的所述另一部分包括位于电容器4的第一极与第二极之间的另一电容耦合。沿着导管的纵向方向观察，第一导体3A、第二导体3B和第三导体3C彼此相距一定距离进行布置。

该装置还包括多个测量仪6，该多个测量仪6配置为确定表示相邻的导体3A、导体3B和导体3C之间的电容耦合的值。第一测量仪6可连接在第一导体3A与第二导体3B之间，第二测量6可连接在第二导体3B与第三导体3C之间等。在第一导体3A与第二导体3B之间，中间外层3I(例如，导电中间层)可布置在绝缘体2周围。该导电外层3I可接地或浮置。类似的中间外层3I可布置在其他相邻的导体3B、导体3C等之间。中间传导层可用作针对测量仪6的支撑。优选地，每个导体3A、导体3B和导体3C在沿纵向方向观察的第一长度L1上延伸，并且每个导体的表面积是导体1沿第一长度的表面积的至少10％，优选地，至少25％，更优选地，至少50％。注意的是，导体3A、导体3B和导体3C可延伸至不同的长度。导体3A、导体3B和导体3C可形成为套筒，使得沿长度L的表面积将更加大于导管的表面积。然而，为了节省材料，导体3A、导体3B和导体3C可形成为互连的多个传导层元件，也可参见图6的示例。虽然未在图5中示出，类似于已经在图1A和图1B中所示出和描述的，覆盖绝缘体2的区域的条状物5可布置在第一导体3A与中间层3I之间以及中间层3I与第二导体3B之间。这样的装置具有的优点是，利用相对少量的简单的测量仪6可检测大部分管道。虽然未在附图中示出，但对于本领域技术人员而言将清楚的是，中间层3I和导管1可接地或浮置，或者可根据情况使用接地和浮置的组合。注意的是，第一导体3A与第二导体3B之间的电容耦合可包括多个“电容器”4A至“电容器”4F的串联/并联连接，以产生等效的电容C_eq(与图5中的电容器4相对应)。这被示出在图6中，在图6中，假设中间层3I和导管1由导电材料制成。

根据将要被绝缘的导管的类型，导体3A、导体3B和导体3C的长度L1可例如在0.5m和10m之间。绝缘体的直径可例如在5mm和1200mm之间，优选在10mm和500mm之间。第一导体3A和第二导体3B之间的距离d可例如在1cm和200cm之间，优选在2cm和150cm之间。

图7示出了包括多个绝缘体段2A、绝缘体段2B等的装置的实施例。绝缘体段2A、绝缘体段2B(也被称为绝缘元件)一起形成装置的绝缘体。绝缘体段2A、绝缘体段2B围绕导管1延伸。包括互连的多个导电层元件3A’的第一导体和包括互连的多个导电层元件3B’的第二导体分别布置在第一绝缘体段2A和第二绝缘体段2B上或第一绝缘体段2A和第二绝缘体段2B中。导电层元件3A’、导电层元件3B’可以是沿着导管1的纵向方向延伸的细长条状元件并且按照在与纵向方向垂直的截面中观察、彼此相距一定距离来布置在导管1周围。优选地，每个导体在沿纵向方向观察的第一长度L1延伸，并且每个导体(即，所有的条状物3A’或条状物3B’的每个导体)的总表面积是导体1沿第一长度的表面积的至少10％，优选地，至少25％，更优选地，至少50％。测量仪6可连接在第一导体3A’和第二导体3B’之间。绝缘体段2A、绝缘体段2B之间的空间可填充有绝缘胶或膏。此外，以上针对其他实施例公开的任何特征也可适用于图7的实施例。

图8A至图8D示出了用于执行测量的不同的可能实施例。在图8A的实施例中，多个导体3A至3F彼此相邻地布置在绝缘体2上或绝缘体2中，绝缘体2布置在具有轴线A的导管1周围。第一测量仪6连接在第一导体3A与第三导体3C之间，第二测量仪6连接在第二导体3B与第四导体3D之间，第三测量仪6连接在第三导体3C与第五导体3E之间等。这样的设定可提供高的精确度。事实上，例如，通过第一测量仪6和第三测量仪6均可检测到导管3C下方的泄露。图8B的实施例类似于图6的实施例，但中间传导层3I具有与导体3A、导体3B和导体3C相同的长度。在图8C的实施例中，不存在中间未连接的层，每对相邻的导体3A、导体3B、导体3C和导体3D等连接到测量仪6。在图8D的实施例中，导体3A、导体3B、导体3C等布置在距导管1不同的距离处。例如，导体3A、导体3C、导体3E可布置在绝缘体2的第一绝缘层与第二绝缘层之间，然而导体3B和导体3D布置在绝缘体的外表面上。可选地，测量仪6还可布置在绝缘体2的外表面上。在可替代实施例中，所有的绝缘体3A至绝缘体3E可布置在绝缘体2的第一绝缘层与第二绝缘层之间。更通常地，在图8A至图8D的实施例中，所有的导体3A、导体3B等或一些导体3A、导体3B等可嵌在绝缘体2中。

图9示出了绝缘元件100A、绝缘元件100B、绝缘元件100C、绝缘元件100D、绝缘元件100E的组件的实施例。每个绝缘元件100A至绝缘元件100E包括绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E，绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E配置为围绕导管1延伸，导体3A至导体3E嵌在绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E中，并且至少一个连接元件103、连接元件104从导体3A至导体3E延伸通过绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E至绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E的外表面。导体3A至导体3E可成形为导体套筒，该导体套筒的长度L1小于绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E的长度Li，并且该导体套筒可完全嵌在绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E中。在可替代实施例中，导体3A至导体3E可包括互连的多个导电层元件，例如，如结合图7所公开的，其中，互连的多个导电层元件嵌在绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E中。绝缘体套筒2A至绝缘体套筒2E可包括第一绝缘体层101和第二绝缘体层102，导体层3A至导体层3E可布置在第一绝缘体层101与第二绝缘体层102之间。通过使用互连的多个导电层元件而非用于导体3A至导体3E的完整套筒，可改善第一绝缘体层101与第二绝缘体层102之间的粘附。

测量仪6可布置在绝缘体套筒2D上，如所示出的绝缘元件100D。测量仪6可如所示出的连接到相邻的绝缘元件100C、绝缘元件100E的导体3C、导体3E，但是也可连接绝缘元件中包括的导体(未在图9中示出)。测量仪106可配置为向监测控制器的无线接收器无线地发送所测量的值。为了便于连接，针对每个绝缘元件100A至绝缘元件100E，连接器元件103、连接器元件104从绝缘体2A至绝缘体2E的外表面经过至导体3A至导体3E。在所示出的实施例中，设置了两个连接器元件103和104，在导体3A至导体3E的每个端部处一个，但是可仅设置一个连接器元件或可设置两个以上的连接器元件。连接器元件103、连接器元件104可用于使相邻的导体互连。例如，导体3A通过绝缘元件100A的连接器元件104、连接线110和绝缘元件100B的连接器元件103电连接到导体3B。

图10示出了绝缘元件100的另一实施例。绝缘元件100包括：绝缘体套筒2，其配置为围绕导管1延伸；第一导体3A和第二导体3B，其均嵌在相同的绝缘体套筒2中；以及多个连接元件103、104、105和106，其从第一导体3A和第二导体3B延伸通过绝缘体套筒2至绝缘体套筒2的外表面。导体3A、导体3B可成形为沿轴向方向观察彼此相距距离d的导体套筒，并且可完全嵌在绝缘体套筒2中。在可替代实施例中，导体3A、导体3B可包括互连的多个导电层元件，例如，如结合图7所公开的，其中，互连的多个导电层元件嵌在绝缘体套筒2中。绝缘体套筒2可包括第一绝缘体层101和第二绝缘体层102，导体层3A至导体层3E可布置在第一绝缘体层101与第二绝缘体层102之间。

测量仪6可布置在绝缘体套筒2上。测量仪6可如所示出的连接在第一导体3A与第二导体3B之间，但是也可连接到相邻的绝缘元件的导体。测量仪106可配置为向监测控制器的无线接收器无线地发送所测量的值。为了便于连接，连接器元件103、连接器元件104、连接器元件105、连接器元件106从导体3A、导体3B穿过第二绝缘层102。在所示出的实施例中，每个导体设置两个连接器元件103和104，在导体3A、导体3B的每个端部处一个，但是每个导体3A、3B可仅设置一个连接器元件或可设置两个以上的连接器元件。连接器元件105、连接器元件106可连接到测量仪6，其他连接器元件103、连接器元件104可用于使相邻的绝缘元件100互连。

图11示出了用于测量导管1上的表面层200的劣化的装置和方法的实施例。表面层200可以是涂层、覆盖层、氧化层等。通常地，表面层的厚度ts小于导管1的壁的厚度tc。例如，表面层200的厚度ts可小于10mm，优选地，小于9mm，更优选地，小于8mm。表面层200的厚度ts也可以是微米级的，例如，大约100。绝缘体的厚度ti可例如在5mm与500mm之间，优选在9mm与250mm之间。例如，表面层可以是抗腐蚀表面层或另一保护性表面层，诸如阴极保护。装置包括：绝缘体2，其围绕导管1上的表面层200延伸；第一导体3A和与第一导体相距一定距离的第二导体3B，所述第一导体3A和第二导体3B布置为使得绝缘体的至少一部分位于导管与第一导体之间以及导管与第二导体之间；以及测量仪6，其配置为确定代表绝缘体2的所述一部分下方的表面层的阻抗204C的值。通过使用如以上所述的第一导体3A和第二导体3B，任何外部噪音将同时存在于第一导体和第二导体上，并且将由于测量是在第一导体3A与第二导体3B之间执行的差分测量而被消除。

测量仪6可包括电化学阻抗谱测量仪或任何其他AC阻抗测量。使用这样的测量，根据频率获得阻抗的相位和振幅。当表面层200劣化时，表面层的阻抗204C改变，这导致相位测量的变化和振幅测量的变化。这示出在图12A和图12B中。图12A示意性地示出了针对在没有劣化的情况下的相位的测量曲线1203和针对在劣化的情况下的相位的曲线1204，示出了由于表面层200的劣化而导致的相位曲线的变化。图12B示意性地示出了针对在没有劣化的情况下的振幅的测量曲线1201和针对在劣化的情况下的振幅的曲线1202，示出了由于表面层200的劣化而导致的振幅降低。其他AC或DC测量仪也是可能的，只要其可确定代表绝缘体2的所述一部分下方的表面层200的阻抗204C的值。其他的阻抗104A、阻抗104B、阻抗204A、阻抗204B、阻抗104C(示出在图11中的简化模型中)也将影响测量，但是值中的测量值的变化将代表表面层的劣化。装置还可包括监测控制器，该监测控制器配置为基于由测量仪6确定的一个或多个值分析表面层的劣化。

以上公开的用于测量导管的凝结和/或腐蚀进展的装置和方法的优选且示例性的特征也可存在于用于测量导管上的表面层的劣化的装置和方法中。更具体地，当选择合适的测量仪6时，图1至图10的装置也可用于测量导管上的表面层的劣化。此外，装置/方法可进行组合，即，相同的装置可设置有用以确定代表图1A中所示的电容耦合4C的值的第一测量仪6和用以确定代表绝缘体2的所述一部分下方的表面层的阻抗204C的值的第二测量仪6。实际上，相同的绝缘体2和第一导体3A、第二导体3B可用于执行两种测量。

在图5和图11的实施例中，中间层3I可用于安装一个或多个测量仪6和/或用于为一个或多个测量仪6供电的一个或多个电源。此外，该中间层3I可用于安装支撑件，以将导管1与绝缘体2一起固定到壁。然而，也可使用没有中间层的装置(set-up)，例如，如图1A至图1B和图9中所示。

本领域技术人员将理解的是，在仅由所附权利要求限定的本发明的范围内，可设想出许多修改和变型。