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JP6483812B2 - Non-invasive heat distribution flow meter with timekeeping or fluid leak detection and freeze burst prevention - Google Patents

Non-invasive heat distribution flow meter with timekeeping or fluid leak detection and freeze burst prevention Download PDF

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JP6483812B2
JP6483812B2 JP2017514252A JP2017514252A JP6483812B2 JP 6483812 B2 JP6483812 B2 JP 6483812B2 JP 2017514252 A JP2017514252 A JP 2017514252A JP 2017514252 A JP2017514252 A JP 2017514252A JP 6483812 B2 JP6483812 B2 JP 6483812B2
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Description

本発明は、一般に流体漏れ検出の分野に関する。より詳細には、本発明は、流体流量の監視および評価に有用な装置に関する。本発明は、限定されないが、より詳細には、流体導管システム内の最小の流体漏れさえも検出し、漏れに応答して流体の流れを終了させ、他の表示、警報、または制御機能を提供することができる非侵襲的な漏れ検出システムである。   The present invention relates generally to the field of fluid leak detection. More particularly, the present invention relates to an apparatus useful for fluid flow monitoring and evaluation. The present invention, more particularly but not exclusively, detects even the smallest fluid leak in the fluid conduit system and terminates the fluid flow in response to the leak and provides other indication, alarm, or control functions A non-invasive leak detection system that can.

居住用または商業用建物の建設の過程では、建造者は水道管を事前に配管してから、床スラブ(floor slab)を作るコンクリート混合物の内部に基礎レベルの配管を入れる。配管は、配管が破壊され、漏れるまで、構造物のために使用され続ける。スラブの漏れ(Slab leak)は、通常、一定期間の圧力、スラブ材との摩擦、および熱膨張および収縮からパイプまたは継手においてピンホールサイズの破断が形成された場合に始まる。より多くの水が開口を通過するにつれて、やがて破裂の大きさが増大する。検出されないと、逃げ水(escaping water)は最終的に土台において洪水を引き起こし、床と壁を傷つけ、最終的に侵食による建物の下の地面を損なうことになる。水のコントロールは、当初から挑戦されてきた。今日の世界は、この生活排水の運送と抑制から利益及び悩みを受けている。文化、階級、場所に関係なく、材料、設置、圧力、及び維持、並びに水質、気候条件、及び電気分解等の内外の条件の影響など、同様の問題が考慮される。これらは望ましくない影響や損害をもたらす可能性がある。   In the process of building a residential or commercial building, the builder pre-pipes the water pipe and then puts the foundation level pipe inside the concrete mixture that creates the floor slab. The piping continues to be used for the structure until the piping is broken and leaks. A slab leak usually begins when a pinhole size break is formed in a pipe or joint from a period of pressure, friction with the slab material, and thermal expansion and contraction. As more water passes through the opening, the magnitude of the burst increases over time. If not detected, escaping water will eventually cause flooding at the base, damage floors and walls, and ultimately damage the ground beneath the building due to erosion. Water control has been challenged from the beginning. The world today benefits and suffers from the transport and control of domestic wastewater. Similar issues are considered, regardless of culture, class, or location, such as the effects of materials, installation, pressure, and maintenance, and water quality, climatic conditions, and internal and external conditions such as electrolysis. These can cause undesirable effects and damage.

漏れは遅く緩やかである可能性があり、重大な物的損害の発生を検出するまで何年もかかることがある。または、さまざまな損害の結果がすぐに発生する大きな漏れがあるかもしれない。これらの水に関連する損害から、世界中で毎日膨大な費用が費やされている。損害は非常に高額であり且つ広範囲であり、現代の世界のほぼすべての人が個人的に影響を受けている。   Leaks can be slow and gradual and can take years to detect the occurrence of serious property damage. Or there may be a major leak that immediately results in various damages. These water-related damages are costing huge amounts every day around the world. The damage is very expensive and extensive, and almost everyone in the modern world is personally affected.

漏水は、施工中および施工後の両方で、水システムの機能すべての段階で発生する。建設中に漏れが発生するのは、不適切な設置、欠陥のある材料、テスト、意図しない輸送による損害、および破壊行為によるものである。水システムが設置されると、腐食、環境影響、および不適切なメンテナンスのために漏れが発生する。漏出を引き起こす環境影響の例示的な例は、ゼロ温度よりも低い温度の期間中である。水が凝固点以下であるとき、水は液相から固相に変わり、体積が増大する。閉システムの体積の増加は、システム圧力を増加させ、ひずみを引き起こし、システムの構造的完全性を危うくし、最終的に漏れを引き起こす。   Leakage occurs at all stages of water system function, both during and after construction. Leakage during construction is due to improper installation, defective materials, testing, unintended transport damage, and vandalism. When water systems are installed, leaks occur due to corrosion, environmental impact, and improper maintenance. An illustrative example of an environmental impact that causes leakage is during a period of temperature below zero temperature. When the water is below the freezing point, the water changes from the liquid phase to the solid phase and the volume increases. Increasing the volume of a closed system increases system pressure, causes distortion, compromises the structural integrity of the system, and ultimately causes leakage.

損害は、責任のある当事者と、保険会社と、しばしば反証することができないか又は責任のある当事者が頻繁に大きな損害賠償を支払う能力を持たないために責任がない者とに広がる。事実、建設業界の誰でも、最近のプロジェクトで水害に関する恐怖の話をすることができる。業界の大半の人は、これらの損害を建設業界の一部として受け入れており、実際にこれらの損害を排除または最小限に抑える解決策があるとは考えていない。   The damage spreads to the responsible party, the insurance company, and the person who is not liable because it is often unable to disprove or the responsible party does not have the ability to pay large damages frequently. In fact, anyone in the construction industry can talk about fears of flooding in a recent project. Most people in the industry accept these damages as part of the construction industry and do not believe there is a solution that actually eliminates or minimizes these damages.

建物、家または施設が占有されると、保険引受人が証明できるため、漏れのリスクは変化する可能性があるが、依然として法的な責任がある。漏れに起因する修理と改装は、大きな産業であり、最近ではカビ(mold)の恐怖と現実によって悪化している。壁や天井や隠されたエリア内の漏れを検出するのが遅く、難しいのは、制御された環境の暖かく安定した雰囲気に湿気を導入し、大規模な損傷を引き起こす可能性のあるカビの成長をもたらし、家または建物の収用を含む可能性がある。   If a building, house or facility is occupied, the risk of leakage may change because the underwriter can prove it, but it remains legally responsible. Repair and refurbishment due to leaks is a large industry, and has recently been exacerbated by mold fear and reality. The slow and difficult to detect leaks in walls, ceilings and concealed areas are the growth of mold that can introduce moisture into the warm and stable atmosphere of the controlled environment and cause massive damage And may include expropriation of a house or building.

大きな漏れや破裂は、時には非常に短時間で、時には数分で壊滅的になることがある。商業的な構造では、コンピュータシステムに損害を与え、コンピュータデータの無駄な損失を招く可能性がある。これらのリスクは単に物的損害に限定されるものではなく、人身傷害および死亡を含む。有毒なカビは、検証可能な数の命を奪っていた。漏れはまた、電気ショックのリスクを実質的に増大させるが、漏れによって引き起こされる医学的に敏感なリスクは言うまでもない。漏れは、移住者がいなくなったときに発生する時間の無差別なものである。   Large leaks and ruptures can sometimes be devastating in a very short time, sometimes in minutes. Commercial structures can damage computer systems and cause unnecessary loss of computer data. These risks are not limited to property damage, but include personal injury and death. Toxic mold took a verifiable number of lives. Leaks also substantially increase the risk of electric shock, not to mention the medically sensitive risks caused by leaks. The leak is an indiscriminate amount of time that occurs when migrants are gone.

最近まで、漏れ防止および/または漏れ損傷の低減は非常に制限されていた。保険会社の損害賠償プログラムは、「損害賠償」の真の尺度を提供するよりも、以前の漏洩請求の履歴を持つ顧客の引受を最小限にすることに主に焦点を当ててきた。   Until recently, leakage prevention and / or reduction of leakage damage was very limited. Insurance companies' liability programs have focused primarily on minimizing the underwriting of customers with previous claims history rather than providing a true measure of “damage”.

既存の水道メーターは水の消費を検出し報知することができるが、パドルホイール(paddle wheels)、タービン、または他のそのような羽根車を使用するこれらのシステムは、小さな流量が未検出の検出器を通過して見逃す機械的な限界に悩まされ、且つ水温を監視していない。   Although existing water meters can detect and report water consumption, these systems using paddle wheels, turbines, or other such impellers detect small flow rates that are not detected Suffers from mechanical limitations that are missed through the vessel and does not monitor water temperature.

本発明の好ましい実施形態では、漏れ検出システムは、住宅および商業建築物構造における加圧されたパイプまたは固定具から漏れる水を検出するための水流モニタおよび警報システムである。センサプローブは摩耗する可動部分を有しておらず、1時間にわずか数オンスの水分でも検出できる。水の流れが停止せずに、設定された時間連続して水が流れると、アラームが開始される。また、ディスプレイの変更や弁の制御など、システムに関連する他の機能を起動することもある。アラーム機能は、住宅所有者または施設を監視する監視会社に警告するように設定することができる。システムには、住宅所有者または専門家が漏れを検出するのを助けるためのユーザーガイドと機能が組み込まれている。   In a preferred embodiment of the present invention, the leak detection system is a water flow monitor and alarm system for detecting water leaking from pressurized pipes or fixtures in residential and commercial building structures. The sensor probe has no moving parts to wear and can detect even a few ounces of moisture per hour. An alarm is triggered when water flows continuously for a set time without stopping the flow of water. It may also activate other functions related to the system, such as changing the display and controlling the valve. The alarm function can be set to alert a homeowner or a monitoring company that monitors the facility. The system incorporates user guides and features to help homeowners or professionals detect leaks.

このような警報状態は、故障した弁または「スラブの漏れ(slab leak)」として知られるよりも深刻な状態を示すことができる。検出されてないスラブの漏れ(コンクリートスラブ床の中または下の破損したパイプ)は、数千ドルを超える構造的損傷をもたらし、その結果生じる保険請求からその財産を放棄する可能性がある。   Such an alarm condition can indicate a more serious condition than what is known as a failed valve or “slab leak”. Undetected slab leaks (damaged pipes in or below the concrete slab floor) can cause structural damage in excess of thousands of dollars and can abandon the property from the resulting insurance claims.

好ましい実施形態では、2つの別個のセンサプローブが、流体とシステムとの間のパイプまたは熱伝導性熱伝達媒体の外側に直接クランプされて、すべての流れ条件を検出することができる。他のポイントの漏れ検出競合機器(leak detection competitive device)と同様な温水ヒーター、食器洗い機、又は製氷機で水が損失するだけでなく、構造全体でも水が損失する。包括的なシステムには、漏れ検知システムとともに湿気センサが含まれている。これにより、構造物およびその内容物の即時および長期の保護が保証され、排水及び廃棄システム、機器、並びに外部環境からの水の侵入と同様に加圧された供給側からの漏れを検出する。水資源の節約と水の節約は、数千ガロンが排水口から排出する前に、又は構造物の基礎内部に排出する前に、未知の水損失を検出することによっても促進される。   In a preferred embodiment, two separate sensor probes can be clamped directly to the outside of the pipe between the fluid and the system or the thermally conductive heat transfer medium to detect all flow conditions. Not only is water lost in hot water heaters, dishwashers, or ice makers similar to leak detection competitive devices at other points, but water is lost throughout the structure. The comprehensive system includes a moisture sensor along with a leak detection system. This ensures immediate and long-term protection of the structure and its contents and detects leaks from the pressurized supply side as well as water ingress from drainage and disposal systems, equipment, and the external environment. Water resource savings and water savings are also facilitated by detecting unknown water losses before thousands of gallons are discharged from the drain or before they are discharged into the foundation of the structure.

好ましい実施形態は、上流クランプ及び下流クランプにおける温度を測定することによって機能する。下流クランプは、温度センサと加熱要素の両方を含む。2つの温度センサは、ホイートストンブリッジの検知部の一部を形成し、その検知部の一部では、ブリッジ回路の平衡を維持させるために加熱素子によって付加された熱エネルギーの量が、パイプ内の流体の流量に比例する。   The preferred embodiment works by measuring the temperature at the upstream and downstream clamps. The downstream clamp includes both a temperature sensor and a heating element. The two temperature sensors form part of the sensing part of the Wheatstone bridge, where the amount of thermal energy added by the heating element to maintain the balance of the bridge circuit is within the pipe. Proportional to fluid flow rate.

別の実施形態では、単一の温度センサおよび別個の加熱素子がパイプ上にクランプされる。加熱素子は、温度センサから数インチ(センチ)下流に配置される。センサと加熱素子の両方が絶縁体で包まれているので、センサと加熱素子を周囲状況から隔離し、測定の精度とシステムの感度を高める。この実施形態は、ヒーターが通電される前に温度を測定し、次にヒーターを所定時間通電することによって機能する。温度が連続的に監視されて、ヒーターによって付加された熱エネルギーが温度センサに伝導する時間を決定する。その時間量は、パイプの流量を決定するために使用される。熱エネルギーがセンサに到達するのにかかる時間が長いほど、パイプ内の流量が増大している。熱エネルギーがセンサに到達するのにかかる時間が短いほど、パイプ内の流量が減少している。伝導時間が決定された後、ヒーターが消勢されてヒーター及びセンサを周囲状況に戻し、新しい試験を実行することができる。   In another embodiment, a single temperature sensor and a separate heating element are clamped on the pipe. The heating element is located a few inches (centimeters) downstream from the temperature sensor. Since both the sensor and the heating element are encased in an insulator, the sensor and the heating element are isolated from ambient conditions, increasing the accuracy of the measurement and the sensitivity of the system. This embodiment works by measuring the temperature before the heater is energized and then energizing the heater for a predetermined time. The temperature is continuously monitored to determine the time that the thermal energy applied by the heater is conducted to the temperature sensor. That amount of time is used to determine the pipe flow rate. The longer the time it takes for the thermal energy to reach the sensor, the greater the flow rate in the pipe. The shorter the time it takes for the thermal energy to reach the sensor, the lower the flow rate in the pipe. After the conduction time is determined, the heater can be turned off to return the heater and sensor to ambient conditions and a new test can be performed.

代替的には、漏れ検出システムに対する追加の外部環境センサプローブおよび温度センサパッケージが、漏れを防止し且つ検出することができるより包括的なシステムを作成する。代替的な実施形態は、漏れ検出システムの温度センサパッケージ、外部環境温度センサ、および追加の温度センサパッケージで温度を取得し、データをマイクロプロセッサに供給し、マイクロプロセッサでは、温度データを、制御ROMおよびフラッシュメモリに記憶されたユーザ入力データと比較することにより流体が膨張しているかどうかを決定するように解析することにより機能する。膨張している場合、マイクロプロセッサはリリーフ弁を開き、流体を流して余分な圧力を解放し、構造物のパイプシステムの損傷を防止する。極端な状況では、マイクロプロセッサは遮断弁を遮断して、追加の流体がシステムに入り込むのを防止し、リリーフ弁を開放し、流体を排出してシステム内の過剰な圧力を解放する。マイクロプロセッサは、空気弁を開いて、システム内の流体の排出を支援する。   Alternatively, additional external environmental sensor probes and temperature sensor packages for the leak detection system create a more comprehensive system that can prevent and detect leaks. An alternative embodiment obtains temperature with a temperature sensor package of the leak detection system, an external environment temperature sensor, and an additional temperature sensor package and provides the data to the microprocessor, where the temperature data is transferred to the control ROM And by analyzing to determine if the fluid is expanding by comparing it with user input data stored in flash memory. When inflated, the microprocessor opens the relief valve and allows fluid to flow to relieve excess pressure and prevent damage to the structural pipe system. In extreme situations, the microprocessor shuts off the shut-off valve to prevent additional fluid from entering the system, opens the relief valve, drains the fluid and releases excess pressure in the system. The microprocessor opens the air valve to assist in draining the fluid in the system.

コントロールパネルは使いやすく、魅力的である。その表示は、リアルタイムシステムと流れの状態を提供する。パネルは、アラーム状態を示す。パネルは、アラーム状態(アラームが発生したときの流量)を示し、ビープ音を鳴らし、何の動作もしないと、産業用のモーター駆動のボール弁が作動して構造物への水が遮断される。コントロールパネルは、住宅所有者に水滴などの簡単な漏れを検出させるための情報を表示する。パネルは、流体温度及び外部環境温度を監視して構造体のパイプシステムの過圧を防止するように、他の動作モードを選択するか、又はリーク検出システムの他の機能を選択するように用いられてもよい。   The control panel is easy to use and attractive. The display provides real-time system and flow status. The panel shows the alarm condition. The panel indicates the alarm condition (flow rate when the alarm occurs), beeps and if no action is taken, the industrial motor-driven ball valve is activated to shut off water to the structure . The control panel displays information that allows the homeowner to detect simple leaks such as water drops. The panel is used to select other operating modes or to select other functions of the leak detection system to monitor the fluid temperature and external environment temperature to prevent overpressure of the pipe system of the structure May be.

漏れ検出システムが自動ダイヤル電話機器に接続される場合、電話を持っている人に誰にでも問題があることを知らせることができる。初期製品の設計である電気式水弁に接続すると、システムは、手動でリセットされるまで水を自動的に遮断することができる。他のデバイスが漏れ検出システムに接続されて、湿度および過圧センサを調整し、構造全体における漏れを検出することができる。   If the leak detection system is connected to an auto-dial phone device, anyone who has a phone can be notified that there is a problem. When connected to an electrical water valve, which is an initial product design, the system can automatically shut off water until it is manually reset. Other devices can be connected to the leak detection system to adjust humidity and overpressure sensors to detect leaks throughout the structure.

本発明のコントローラの例示的な図であって、構造と統合され、アラームインジケータ、補助インジケータ、流れインジケータ、および電力インジケータを含むシステムの状態パネルを示す図である。FIG. 2 is an exemplary diagram of a controller of the present invention showing a system status panel integrated with the structure and including an alarm indicator, an auxiliary indicator, a flow indicator, and a power indicator. 非侵襲センサを金属パイプにクランプされた場合の3つの斜視図を含む。3 includes three perspective views of a non-invasive sensor clamped to a metal pipe. 成形中の熱キャリアを介してプラスチック管にクランプされた場合のセンサおよびヒーターの斜視図である。It is a perspective view of a sensor and a heater when clamped to a plastic tube via a heat carrier during molding. ブリッジを平衡させるのに必要なエネルギーを検出し、検出された流量が調整可能なレベルを上回った場合にLEDを活性化させるように使用されるホイートストンブリッジの実施態様を示す基本的な電気回路図である。Basic electrical schematic showing an embodiment of a Wheatstone bridge used to detect the energy required to balance the bridge and activate the LED when the detected flow rate exceeds an adjustable level. It is. 本発明のシステムの例示的な動作のフロー図であり、マイクロプロセッサ・コントローラを用いてトリップレベルおよびタイマー設定を監視する場合の一連の動作を含む。FIG. 2 is a flow diagram of an exemplary operation of the system of the present invention, including a series of operations when monitoring trip levels and timer settings using a microprocessor controller. 本発明のシステムの例示的な動作のフロー図であり、マイクロプロセッサ・コントローラを用いてヒーターの電力を循環させてエネルギーを節約し、パイプセクションの過度な加熱を防止する場合の一連の動作を含む。FIG. 5 is a flow diagram of an exemplary operation of the system of the present invention, including a series of operations when a microprocessor controller is used to circulate heater power to save energy and prevent excessive heating of the pipe section. . パイプにおける温度センサおよび流量信号を検出するように構成された増幅器の配置を示す電気概略図である。FIG. 3 is an electrical schematic diagram illustrating an arrangement of an amplifier configured to detect a temperature sensor and a flow signal in a pipe. 本発明のシステムの全体的な動作を示す例示的な動作フローチャートである。3 is an exemplary operational flowchart illustrating the overall operation of the system of the present invention. アナログ回路およびデジタル回路に接続されたデュアル温度センサ、導管における流体の流れを遮断するためのユーザインターフェース・ディスプレイおよび弁を示す本発明の別の実施形態のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of the present invention showing dual temperature sensors connected to analog and digital circuits, a user interface display and valves for blocking fluid flow in a conduit. 本発明の代替的な実施形態のブロック図であり、加熱素子の上流にある単一のセンサを示し、様々な入力および出力、アラームおよびモード制御、およびタイマー制御を有する中央制御ユニットを有する。さらに図9は、中央制御ユニットと、温度センサと、ヒーターとの間のインターフェースを示す。FIG. 5 is a block diagram of an alternative embodiment of the present invention, showing a single sensor upstream of a heating element, having a central control unit with various inputs and outputs, alarm and mode controls, and timer controls. Furthermore, FIG. 9 shows the interface between the central control unit, the temperature sensor and the heater. 周囲温度が華氏約75度(摂氏約24度)である場合にヒーターを所定時間オンにすることに応答して、無流量、低流量、および中流量条件の経時的な温度変化を示すグラフである。A graph showing temperature changes over time for no flow, low flow, and medium flow conditions in response to turning on the heater for a predetermined time when the ambient temperature is about 75 degrees Fahrenheit (about 24 degrees Celsius). is there. 図10Aのグラフにそれぞれ関連するデータポイントである。It is a data point respectively relevant to the graph of FIG. 10A. 周囲温度が華氏37度(摂氏約3度)である所定の期間にヒーターがオンすることに応答して無流量、低流量、および中流量の条件での経時的な温度変化を示すグラフである。6 is a graph showing temperature changes over time under conditions of no flow rate, low flow rate, and medium flow rate in response to the heater being turned on for a predetermined period in which the ambient temperature is 37 degrees Fahrenheit (about 3 degrees Celsius). . 図11Aのグラフにそれぞれ関連するデータポイントである。Data points associated with the graph of FIG. 11A, respectively. 流体導管システムに取り付けられた2つの温度センサパッケージと、流体温度、流体流量、及び外部環境温度の変化を検出する回路を形成するために信号プロセッサに接続された外部環境温度センサを示す図である。FIG. 2 shows two temperature sensor packages attached to a fluid conduit system and an external environment temperature sensor connected to a signal processor to form a circuit that detects changes in fluid temperature, fluid flow rate, and external environment temperature. . アナログ回路およびデジタル回路に接続された外部環境温度センサ及び2つの温度センサパッケージと、ユーザインターフェース・ディスプレイと、流体の流れを制御するための3つの弁とを示す図12に示される本発明の代替実施形態のブロック図である。An alternative to the invention shown in FIG. 12 showing an external ambient temperature sensor and two temperature sensor packages connected to analog and digital circuits, a user interface display, and three valves for controlling fluid flow. It is a block diagram of an embodiment.

本発明の新規な特徴は、その構造及びその動作の両方に関して、本発明自体と同様に、参照符号が同様の部分を指す添付の説明と併せて、添付の図面から最も良く理解されるであろう。   The novel features of the present invention, both as to the structure and operation thereof, are best understood from the accompanying drawings in conjunction with the accompanying description, wherein like reference numerals refer to like parts, as with the invention itself. Let's go.

本発明は、パイプの外側または流体とシステムとの間の熱伝導性熱伝達媒体に直接クランプ(clamping directly)することにより、導管またはパイプ内の流体の流れを測定することを目的とする電子温度モニタシステムに関する。図1を参照すると、本発明は、取水口101、水漏れモニタ102、及び遮断弁120を有する構造100への漏れ検出技術の適用に好適である。水漏れモニタ102は、電力インジケータ104、インジケータ106を有するタイマーセット105と、インジケータ110を有するトリップレベルセット(trip level set)108とを含む。感度調整109は、ユーザに、装置の感度を調整する機能を提供する。リセットボタン107は、アラーム状態が生成された後にシステムをリセットすることを可能にするように設けられている。   The present invention relates to an electronic temperature intended to measure fluid flow in a conduit or pipe by clamping directly to a heat conductive heat transfer medium outside the pipe or between the fluid and the system. It relates to the monitor system. Referring to FIG. 1, the present invention is suitable for application of a leak detection technique to a structure 100 having a water intake 101, a water leak monitor 102, and a shutoff valve 120. The water leak monitor 102 includes a power indicator 104, a timer set 105 having an indicator 106, and a trip level set 108 having an indicator 110. The sensitivity adjustment 109 provides a user with a function of adjusting the sensitivity of the apparatus. A reset button 107 is provided to allow the system to be reset after an alarm condition is generated.

例示的な実施形態では、本発明は、水供給ラインを形成する商業用および住宅用の配管システムに一般的に見られる典型的な薄壁銅パイプセクション(typical thin wall copper pipe section)と関連して説明される。銅は温度特性の優れた導体であるため、この計測器は、パイプ部分の外板温度を測定することによって水温を推測する。別の実施形態は、密閉された導管内の流体の流れを測定し、それによって熱伝導性の伝達媒体が導管内に埋め込まれ、空気又は窒素等のガスと同様にガソリン、ディーゼル油、液体スラリーのような流体のスムーズな低熱量測定を許容する。   In an exemplary embodiment, the present invention relates to a typical thin wall copper pipe section commonly found in commercial and residential piping systems that form water supply lines. Explained. Since copper is a conductor with excellent temperature characteristics, this measuring instrument estimates the water temperature by measuring the outer plate temperature of the pipe portion. Another embodiment measures the flow of fluid in a sealed conduit, whereby a thermally conductive transmission medium is embedded in the conduit, and gasoline, diesel oil, liquid slurry as well as gas such as air or nitrogen Allows smooth low calorimetric measurement of fluids such as

例示的な実施形態における熱伝導手段は、パイプに取り付けられ、計測器とパイプとの間の機械的接続だけでなく熱的接続も形成するクランプ(clamp)である。クランプは、計測器に及び計測器から熱を伝達し、パイプ内の水に及び水から熱を伝達するように構成されている。パイプは、流体を収容し且つ内部の流体への熱伝導手段を可能にするような任意の形状であってもよい。   The heat conducting means in the exemplary embodiment is a clamp that is attached to the pipe and forms a thermal connection as well as a mechanical connection between the instrument and the pipe. The clamp is configured to transfer heat to and from the instrument and to transfer heat to and from the water in the pipe. The pipe may be of any shape that contains the fluid and allows heat transfer means to the fluid inside.

例示的な実施形態では、パイプおよび流体の現在の温度を読み取るサーミスタ、熱電対、または抵抗温度検出器(resistance temperature detector : RTD)などの統合温度検出要素を含む1つの上流温度基準クランプ(upstream temperature reference clamp)がある。熱エネルギーをパイプ内の水と水の中に伝達する抵抗ヒーターとを含む。このクランプは実際の流量測定を実行する。   In an exemplary embodiment, a single upstream temperature reference clamp that includes an integrated temperature sensing element such as a thermistor, thermocouple, or resistance temperature detector (RTD) that reads the current temperature of the pipe and fluid. reference clamp). Includes water in the pipe and a resistance heater that transfers the heat energy into the water. This clamp performs the actual flow measurement.

図2を参照すると、クランプは、銅パイプ200の外径を部分的に包囲し、クランプをパイプ200に強固に押圧するようにばねクリップ203,206によって保持されるヒートシンクマウント(heat sink mount)又は「シュー(shoe)」202,207から構成されている。センサ/ヒートシュー207は、サーミスタ205とヒーター204の両方のための取り付け穴を有する。基準温度シュー202は、基準サーミスタ201のための取り付け穴を有する。銅パイプ200は様々な直径になるので、シュー202,207は効果的な温度結合およびヒーター負荷を行うのに必要な表面積の量に応じて、様々なサイズおよび幅で構成することができる。   Referring to FIG. 2, the clamp partially surrounds the outer diameter of the copper pipe 200, or a heat sink mount held by spring clips 203, 206 to firmly press the clamp against the pipe 200. It consists of “shoe” 202 and 207. The sensor / heat shoe 207 has mounting holes for both the thermistor 205 and the heater 204. The reference temperature shoe 202 has a mounting hole for the reference thermistor 201. As the copper pipe 200 comes in various diameters, the shoes 202, 207 can be configured in various sizes and widths depending on the amount of surface area required to provide effective temperature coupling and heater loading.

図2は、接続されていないリードを有する電子部品201,204,205の例示的な実施形態を示しているが、単一のプリント回路基板がこれらのリードに接続されるか、または追加のワイヤがこれらのリードに追加されてリモートコントロール操作を形成する。   Although FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of electronic components 201, 204, 205 having unconnected leads, a single printed circuit board is connected to these leads or additional wires Are added to these leads to form a remote control operation.

さらに、図2Aは、イン・モールド・サーマル・キャリア(in-molding thermal carriers)226,227によってプラスチック・パイプ225を介して熱を伝達し、サーミスタ201,205及びヒーター204をこれらの熱キャリア226,227に直接取り付ける手段を示す。この手段は、プラスチック、テフロン(登録商標)、ABS、PVCなどの非熱伝導性材料を用いて本発明を動作させる。   Further, FIG. 2A shows that heat is transferred through the plastic pipe 225 by in-molding thermal carriers 226, 227, and the thermistors 201, 205 and heater 204 are transferred to these heat carriers 226, 226. Means for direct attachment to 227 are shown. This means operates the present invention using non-thermally conductive materials such as plastic, Teflon, ABS, PVC.

図3を参照すると、ヒーターR17の温度が上昇すると、熱的に結合されたサーミスタR11が温度変化を検出し、パワートランジスタQ1を変調することによってホイートストンブリッジ回路の平衡を維持するようにサーボアンプ(servo amp)U1Aを調整する。パワートランジスタQ1は、ヒーターR17への電力を増大または減少させてホイートストンブリッジの平衡を維持する。このシステムは、サーボアンプU1Aが基準温度サーミスタR10を読み取ったときに、閉ループフィードバックを形成して感度バイアス電圧(sensitivity bias voltage)U1Dを加算し、それをサーミスタR11の温度と比較する。この動作により、基準サーミスタR10は、流入した水の温度変化に応じて回路を調整することができ、ヒーターR17は、感度調整R5によって設定された上記流入した水の一定温度を提供することができる。より大きな水の流れは、この温度差を維持するためにより多くの熱を必要とし、より多くの熱は、比較器U1Cによって読み取られるブリッジを平衡させるためのヒーターによって消費される電力量であり、抵抗R1を介して調節可能な流れトリップ閾値(preset trip threshold)を規定する。ヒーターの電力が予め設定されたトリップ閾値を超えて増加すると、比較器U1Cは、TRIP LED D2を活性化させて発光させ、他の実施形態では、マイクロコントローラに接続されて流れ及び時間を監視することができる。   Referring to FIG. 3, when the temperature of the heater R17 rises, the thermally coupled thermistor R11 detects the temperature change and modulates the power transistor Q1 to maintain the balance of the Wheatstone bridge circuit so that the servo amplifier ( servo amp) Adjust U1A. The power transistor Q1 increases or decreases the power to the heater R17 to maintain the balance of the Wheatstone bridge. When the servo amplifier U1A reads the reference temperature thermistor R10, this system forms a closed loop feedback, adds a sensitivity bias voltage U1D, and compares it with the temperature of the thermistor R11. By this operation, the reference thermistor R10 can adjust the circuit according to the temperature change of the flowing water, and the heater R17 can provide the constant temperature of the flowing water set by the sensitivity adjustment R5. . The larger water flow requires more heat to maintain this temperature difference, and more heat is the amount of power consumed by the heater to balance the bridge read by the comparator U1C; Define an adjustable trip trip threshold via resistor R1. When the heater power increases beyond a preset trip threshold, the comparator U1C activates the TRIP LED D2 to emit light, and in other embodiments, is connected to a microcontroller to monitor flow and time. be able to.

図4は、トリップレベルおよびタイマー設定を監視するためにマイクロプロセッサ・コントローラを使用する場合の一連の動作を伴う実施形態を説明するフローチャートである。トリップレベルを超えると、カウンタは、アラーム出力がアクティブとなるタイムアウト設定に一致するまで連続的にインクリメントする。この例では、トリップ値がトリップしきい値を下回ると、アラームが自動的に解除されるが、装置は、アラームが電気的な水遮断弁120(図示せず)を使用して流れが遮断された後にアクティブになるように、トリガされたときにアラームをラッチする必要がある。アラーム出力は、既存の市販のアラームパネルに配線され得る。アラーム出力信号はまた、低電力RF送信機を駆動し、無線信号を介してその状態を伝えることができる。   FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment with a series of operations when using a microprocessor controller to monitor trip levels and timer settings. When the trip level is exceeded, the counter continuously increments until the alarm output matches the time-out setting at which it becomes active. In this example, when the trip value falls below the trip threshold, the alarm is automatically cleared, but the device uses an electrical water shutoff valve 120 (not shown) to shut off the flow. The alarm must be latched when triggered so that it becomes active after a short time. The alarm output can be wired to an existing commercially available alarm panel. The alarm output signal can also drive a low power RF transmitter and communicate its status via a radio signal.

図5を参照すると、マイクロコントローラは、ヒーターの電力を循環させてエネルギーを節約し、銅管部分の過度の加熱を防止するように構成され得る。ユニットが電力を増大させ、長い時間をかけて漏れ試験を実行すると、漏れが検出されることになる。システムが起動してヒーターに電力が供給されると、システムは通常の動作に移行する。   Referring to FIG. 5, the microcontroller may be configured to circulate the heater power to save energy and prevent excessive heating of the copper tube portion. If the unit increases power and performs a leak test over a long period of time, a leak will be detected. When the system starts up and power is supplied to the heater, the system transitions to normal operation.

図6は、送水管(導管)611にクランプされた流れセンサ610、及び導管611における流体625の流れによって生成される流れセンサ610の抵抗の変化を検出する回路を形成するように構成された増幅器614,618の配置を示す電気回路である。増幅器614,616は、これらの信号をアナログ/デジタル変換器619,620に供給して、流量信号のデジタル表現を生成する。次に、デジタル表現は、マイクロプロセッサ621に供給されて解析され、流れデータを制御ROMおよびフラッシュメモリ622に格納されたデータと比較することによって流量を決定する。そして、マイクロプロセッサ621は、メモリ622に記憶されたデータと比較するように測定された流量に基づいて、リレーの活性化、LEDの発光、または可聴アラームを生成することができる。マイクロプロセッサ621はまた、流れセンサ610を流れる電流を検出し、流れセンサ610を流れる一定の電流を維持するように流れセンサ610を流れる電流を調整する。   FIG. 6 illustrates an amplifier configured to form a flow sensor 610 clamped to a water pipe (conduit) 611 and a circuit that detects a change in resistance of the flow sensor 610 generated by the flow of fluid 625 in the conduit 611. 6 is an electric circuit showing the arrangement of 614 and 618; Amplifiers 614 and 616 supply these signals to analog / digital converters 619 and 620 to generate a digital representation of the flow signal. The digital representation is then fed to the microprocessor 621 and analyzed to determine the flow rate by comparing the flow data with the data stored in the control ROM and flash memory 622. Microprocessor 621 can then generate a relay activation, LED emission, or audible alarm based on the measured flow rate for comparison with data stored in memory 622. Microprocessor 621 also detects the current through flow sensor 610 and adjusts the current through flow sensor 610 to maintain a constant current through flow sensor 610.

図7は、本発明のシステムの全体的な動作を示す例示的な動作フローチャートであり、一般にアイテム250と呼ばれる。工程252の開始時に、センサは非活性化され、センサが周囲温度まで冷却され、将来の計算に使用するための基準温度を規定する(254)。次に、センサは、基準温度+オフセット温度に加熱される(256)。温度が較正されていない場合(258)、システムは、アキュムレータ(accumulator)およびアラームをリセットし(280)、フロータイマーが終了(expired)したかどうかを判定する(262)。フロータイマーが終了した場合(262)、システムは、フロータイマーをリセットし(284)、その後プロセス254を再開する。フロータイマーが終了していない場合(262)、システムは、ステップ256に進んでセンサ256を加熱する。   FIG. 7 is an exemplary operational flowchart showing the overall operation of the system of the present invention, generally referred to as item 250. At the start of step 252, the sensor is deactivated and the sensor is cooled to ambient temperature to define a reference temperature for use in future calculations (254). The sensor is then heated to reference temperature + offset temperature (256). If the temperature is not calibrated (258), the system resets the accumulator and alarm (280) and determines if the flow timer has expired (262). If the flow timer expires (262), the system resets the flow timer (284) and then resumes process 254. If the flow timer has not expired (262), the system proceeds to step 256 to heat the sensor 256.

温度が較正されていれば(258)、システムは、時間遅延(time delay)266の存在をチェックする。遅延時間値に達していない場合、システムはステップ256に戻り、RTDを加熱し続ける。遅延時間値に達した場合(266)、システムは、アキュムレータおよび記録フローに時間を追加する(268)。アキュムレータが最大値に達していない場合(270)、システムは、ステップ256に戻ってRTDを加熱し続ける。アキュムレータがその最大値に達した場合(270)、システムは、計算された流量をフローのトリップポイント(flow trip point)と比較する(272)。トリップポイントに達していない場合(272)、システムは、ステップ268に戻って時間をアキュムレータに追加し、フローを記録する。トリップポイントに達した場合(272)、システムは、アラーム、インジケータ、および自動弁閉鎖部等の機能を作動させる(274)。当業者であれば、多くの異なる機能をシステムによって制御することができ、上記した機能は、システムの排他的な機能ではないことを理解するだろう。   If the temperature is calibrated (258), the system checks for the presence of a time delay 266. If the delay time value has not been reached, the system returns to step 256 and continues to heat the RTD. If the delay time value is reached (266), the system adds time to the accumulator and recording flow (268). If the accumulator has not reached the maximum value (270), the system returns to step 256 and continues to heat the RTD. If the accumulator reaches its maximum value (270), the system compares the calculated flow rate to the flow trip point (272). If the trip point has not been reached (272), the system returns to step 268 to add time to the accumulator and record the flow. When the trip point is reached (272), the system activates functions such as alarms, indicators, and automatic valve closure (274). One skilled in the art will appreciate that many different functions can be controlled by the system, and that the functions described above are not exclusive functions of the system.

図8は、本発明の別の実施形態の図であり、概して300で示されている。この図は、既知の距離328で離間された2つの温度センサ324,326を含む温度センサパッケージ306のクランプを示している。温度センサパッケージ306は、アナログ回路318およびデジタル回路312の両方を有するコントローラ302に結合され、コントローラ302は、ユーザインターフェース・ディスプレイ304と、漏れが検出された場合にパイプまたは導管310を通る水の流れを遮断するための弁308とを備えている。コントローラ302は、内部電源321と、メモリ316を有するマイクロプロセッサ314と、絶縁弁308、温度センサパッケージ306、および表示ユニット304等の要素を制御するためのインターフェース回路とを有する。ディスプレイ304は、マイクロコントローラ331を使用して、ユーザ表示パネル330と、電話、インターネット、アラームなどの外部インターフェース332を制御する。   FIG. 8 is a diagram of another embodiment of the present invention, generally indicated at 300. This figure shows a clamp of a temperature sensor package 306 that includes two temperature sensors 324, 326 separated by a known distance 328. The temperature sensor package 306 is coupled to a controller 302 having both an analog circuit 318 and a digital circuit 312, and the controller 302 and the flow of water through the user interface display 304 and the pipe or conduit 310 if a leak is detected. And a valve 308 for shutting off. The controller 302 includes an internal power source 321, a microprocessor 314 having a memory 316, and an interface circuit for controlling elements such as the insulation valve 308, the temperature sensor package 306, and the display unit 304. The display 304 uses the microcontroller 331 to control the user display panel 330 and an external interface 332 such as a telephone, the Internet, and an alarm.

代替的な実施形態
ここで図9を参照すると、本発明の代替的な実施形態が示されており、概して500で示されている。この実施形態は、パイプまたは導管524にダンピングされた(damped)RTD、サーミスタ、または熱電対等の単一の温度センサ520と、温度センサ520から下流に距離522だけ離れて取り付けられた加熱素子518とを備える。温度センサ520および加熱素子518は、両方とも絶縁材料518で包まれているか又は覆われているので、システムの精度および感度が向上する。
Alternative Embodiment Referring now to FIG. 9, an alternative embodiment of the present invention is shown, generally indicated at 500. This embodiment includes a single temperature sensor 520, such as an RTD, thermistor, or thermocouple, damped to a pipe or conduit 524, and a heating element 518 mounted at a distance 522 downstream from the temperature sensor 520. Is provided. Since the temperature sensor 520 and the heating element 518 are both encased or covered with an insulating material 518, the accuracy and sensitivity of the system is improved.

この代替的な実施形態は、熱伝導、伝搬および時間を用いて包囲された金属導管524内に液体の流れがあるかどうかを決定する。図10A、10B、11A、及び11Bは、無流量、低流量、及び中流量条件を有する導管に付与される既知の熱エネルギー量に応じたグラフ及び関連するデータポイントからなる。グラフおよびデータポイントは、それぞれ加熱試験及び冷却試験に関するものである。2つの要素は、この機能を電気的に実行するのに必要である。一方は、アナログまたはデジタルのいずれかの温度センサ520であり、他方は、導管524の外径のまわりを包む抵抗性ヒータバンド(heater band)518である。ヒーター518及びセンサ520は、1インチ〜3インチ(約1.5〜7.6センチ)等の短い距離522だけ離間し、導管524の横断面にわたってより平均的な加熱を生じさせ、また導管524自体の対流冷却によって内部流動液体534が伝導熱を伝達することを可能にする。   This alternative embodiment uses heat transfer, propagation and time to determine if there is a liquid flow in the enclosed metal conduit 524. 10A, 10B, 11A, and 11B consist of graphs and associated data points depending on the known amount of thermal energy applied to a conduit having no flow, low flow, and medium flow conditions. Graphs and data points relate to the heating test and the cooling test, respectively. Two elements are necessary to perform this function electrically. One is either an analog or digital temperature sensor 520 and the other is a resistive heater band 518 that wraps around the outer diameter of the conduit 524. The heater 518 and the sensor 520 are separated by a short distance 522, such as 1 to 3 inches (about 1.5 to 7.6 centimeters), causing more average heating across the cross-section of the conduit 524, and the conduit 524. Its own convective cooling allows the internally flowing liquid 534 to transfer conduction heat.

通常の動作では、この実施形態は間欠動作で実行する。較正された時間が経過した後、ヒーター518は通電され、これにより熱エネルギーが導管524に供給される。コントローラ502は、ヒーター518が作動する直前に温度センサ520を読み取り、さらなる計算のためにその値を記憶する。金属導管524から伝導された熱は、熱源518の中心から外側に向かって容易に伝導し、最終的に温度センサ520に達する。熱が温度センサ520に伝導するのに要する時間は、コントローラ502に記録され、導管524内の液体流534の直接的な関数である。長い伝導時間は、大きな有効流量を反映する。   In normal operation, this embodiment is performed in an intermittent operation. After the calibrated time has elapsed, the heater 518 is energized, thereby supplying thermal energy to the conduit 524. The controller 502 reads the temperature sensor 520 just before the heater 518 is activated and stores the value for further calculations. The heat conducted from the metal conduit 524 is easily conducted outward from the center of the heat source 518 and finally reaches the temperature sensor 520. The time required for heat to conduct to the temperature sensor 520 is recorded in the controller 502 and is a direct function of the liquid flow 534 in the conduit 524. Long conduction times reflect large effective flow rates.

ヒーターの電力は、所定の「流れがない」条件のタイマーが終了した後に遮断される。コントローラ502は、継続的に温度センサ520を読み取って熱伝導を分析し、到達したピーク温度を表す値にロックする(lock)。この値は、導管524内の液体流534の直接的な関数でもある。ヒーター518が、適用された熱エネルギーを除去する対流力が全くかほとんどない単に液体の流れのない「ポケット(pocket)」を生成するため、より高いピーク温度は低有効流量を示す。   The heater power is cut off after a predetermined “no flow” timer expires. The controller 502 continuously reads the temperature sensor 520 and analyzes the heat transfer and locks it to a value representing the peak temperature reached. This value is also a direct function of the liquid flow 534 in the conduit 524. The higher peak temperature indicates a low effective flow rate because the heater 518 creates a “pocket” with no or little liquid flow that removes the applied thermal energy.

最後に、所定の時間が経過した後、コントローラ502は、ヒーター518が起動される前に、温度センサ520から単一の最終読み取り値を取得し、以前に記憶された値と比較する。前後の温度測定値の比は、導管524内の液体流534の直接的な関数でもある。2つの値が近いほど、液体流534が周囲液体温度(ambient fluid temperature)を回復して以前に加えられた熱エネルギーの影響を無効にするため、導管524内の有効流量が増大する。   Finally, after a predetermined time has elapsed, the controller 502 obtains a single final reading from the temperature sensor 520 and compares it with the previously stored value before the heater 518 is activated. The ratio of the front and back temperature measurements is also a direct function of the liquid flow 534 in the conduit 524. The closer the two values, the greater the effective flow rate in conduit 524 as liquid stream 534 recovers ambient fluid temperature and negates the effect of previously applied thermal energy.

計算された温度および時間変数のすべては、周囲温度および導管/ヒーター524/518の熱伝導率に応じて有効流量を正規化するアルゴリズムでスコアリングされる。スコアリングされたスコアによって、液体流量534が決定され、次いで、コントローラ502は、その流量を記録し、マスタ時間値526によって決定された短時間でパワーダウンし、ヒーター518および温度センサ520を自然対流を用いて周囲の状態に戻す。   All of the calculated temperature and time variables are scored with an algorithm that normalizes the effective flow rate as a function of ambient temperature and conduit / heater 524/518 thermal conductivity. The scored score determines the liquid flow rate 534, and the controller 502 then records the flow rate and powers down in a short time as determined by the master time value 526, causing the heater 518 and temperature sensor 520 to convect naturally. Use to return to the ambient condition.

システムが加熱サイクル及び冷却サイクルで継続して動作すると、動作状態が蓄積される。全てのサイクルにおいて流体流量が単一の「流れがない」というスコアが提供されない場合、システムは、アラーム状態になり、リレー514を活性化すること及び可聴アラート512を生成することのうちのいずれか、またはその両方を実行する。アラームは、流体流を停止することによって、又はすべてのタイマー及びスコアリング状態の結果を効果的にリセットする別の動作モード510(ホームまたはアウェイ)に切り替えることによってキャンセルされ得る。   As the system continues to operate in heating and cooling cycles, operating conditions are accumulated. If the fluid flow rate is not provided with a single “no flow” score in all cycles, the system goes into alarm state and either activates relay 514 and generates audible alert 512 Or both. The alarm can be canceled by stopping the fluid flow or by switching to another operating mode 510 (home or away) that effectively resets the results of all timers and scoring conditions.

ヒーター518および温度センサ520は、長年にわたり測定された長期間の一貫した結果を保証するために、導管524に適切に固定されなければならない。ヒーター518は、可撓性のシリコーンバンドであり、導管524の周りを被覆し、湿気を封止し且つ最適な熱伝導率を確保するヒーター518に連続的な圧力を付与するように特別に設計された自己接着性の加硫包装テープ(self adhesive vulcanizing wrapping tape)で保持される。当業者であれば、システムの要求を満たす多くのヒーター518の構成が存在することを理解されたい。また、温度センサ520は、導管524の温度が適切に報知されることを保証するために、設置中に同じ処理を必要とする。ヒーター/センサ518/520がセクション全体及び数インチを超えて断熱材516内に封入することも不可欠である。これにより、周囲または環境空気流が、導管524内の流体流534の直接的な結果ではない加熱又は冷却効果により較正された流れ読取値に影響を及ぼすことを防止する。   The heater 518 and temperature sensor 520 must be properly secured to the conduit 524 to ensure long-term consistent results measured over the years. The heater 518 is a flexible silicone band, specially designed to apply continuous pressure to the heater 518 that coats around the conduit 524 and seals moisture and ensures optimal thermal conductivity. It is held by a self adhesive vulcanizing wrapping tape. Those skilled in the art will appreciate that there are many heater 518 configurations that meet the requirements of the system. The temperature sensor 520 also requires the same processing during installation to ensure that the temperature of the conduit 524 is properly reported. It is also essential that the heater / sensor 518/520 be enclosed within the insulation 516 over the entire section and beyond a few inches. This prevents ambient or ambient air flow from affecting calibrated flow readings due to heating or cooling effects that are not a direct result of fluid flow 534 in conduit 524.

ヒーター518の間欠動作は、周囲状況と平衡となる機会を有する延長された「無流量」期間を設ける必要がある。そうでない場合には、ヒーター518および温度センサ520は、導管524の試験部分内に局所的な「給湯器(hot water heater)」を作成する。したがって、この装置は、熱質量流量計(Thermal Mass Flow Meter)などの他の技術が使用されるため、流量または流量の合計を測定するために使用されないことがある。このシステムは、銅管/パイプ524の閉鎖部分を用いて動作するように現在説明されているが、試験部分が内部にイン・モールド・金属板(in-molded metal plates)または「シュー(shoe)」を有するプラスチック導管を用いて実行してもよい。ヒーター518および温度センサ520は、金属構造の全てと同じ動作を実行するために、流体の直接的な熱伝導を必要とする。   The intermittent operation of the heater 518 needs to provide an extended “no flow” period with an opportunity to equilibrate with ambient conditions. Otherwise, heater 518 and temperature sensor 520 create a local “hot water heater” within the test portion of conduit 524. Thus, this device may not be used to measure the flow rate or the sum of the flow rates because other techniques are used such as a Thermal Mass Flow Meter. Although this system is currently described as operating with a closed portion of copper tube / pipe 524, the test portion is internally housed in-molded metal plates or “shoe”. May be used with a plastic conduit having The heater 518 and temperature sensor 520 require direct heat transfer of the fluid to perform the same operation as all of the metal structure.

ヒーター518は、その試験を正確かつ確実に実行するために、かなりのエネルギー出力(>12ワット)を必要とするので、AC/DC電源504を使用することができる。また、警報パネルインタフェースは、命令/制御設備に対する有線および/または無線動作の両方を含むように拡張されてもよい。   Since the heater 518 requires significant energy output (> 12 watts) to perform its testing accurately and reliably, an AC / DC power supply 504 can be used. The alarm panel interface may also be extended to include both wired and / or wireless operation for command / control equipment.

設置及び較正
本発明の代替的な実施形態は、試験部分を適切に組み立てるために約8インチ〜10インチ(約20.3〜25.4センチ)の清浄な銅パイプ524を必要とする。選択された送水管524のセクションは、全ての入水供給を構造全体に送るべきであり、ヒーター518及び温度センサ520の要素を保護することが不可能である場所の外側に配置すべきではない。
Installation and Calibration An alternative embodiment of the present invention requires a clean copper pipe 524 of about 8 inches to 10 inches (about 20.3 to 25.4 centimeters) to properly assemble the test portion. The section of the selected water pipe 524 should route all incoming water supply to the entire structure and should not be located outside where it is impossible to protect the heater 518 and temperature sensor 520 elements.

ヒーター518および温度センサ520が適切に取り付けられ、配線および電力供給が完了したら、装置は特定の設備に対して較正されなければならない。較正機能を作動させる前に、試験部分内のすべての水の流れを止めなければならない。   Once the heater 518 and temperature sensor 520 are properly installed and the wiring and power supply is complete, the device must be calibrated to the specific equipment. All water flows in the test section must be stopped before the calibration function is activated.

較正機能は、オンボードスイッチ(on-board switch)、または無線命令、または独自のモード選択によってアクティブにすることができる。較正の間において、ユニットは、ヒーター518を活性化する。温度センサ520が華氏4度〜10度(摂氏−15〜−12度)の温度上昇を記録すると、この試験中に経過する時間が、コントローラ502によって記録され、今後の全てのヒーターのタイミング変数に対して記憶される。較正は自動的に終了し、問題がある場合にはシステムは、設置業者に警告するか、すべて正常であれば通常の動作を開始する。   The calibration function can be activated by an on-board switch, or radio command, or a unique mode selection. During calibration, the unit activates heater 518. When the temperature sensor 520 records a temperature increase of 4-10 degrees Fahrenheit (-15-15 degrees Celsius), the time elapsed during this test is recorded by the controller 502 and is included in all future heater timing variables. It is memorized for. Calibration ends automatically and if there is a problem, the system alerts the installer or starts normal operation if everything is normal.

本発明は、非侵襲的熱速度測定法(noninvasive thermal anemometry)を用いた独自の流量測定方法を組み込んだ、多くの用途および実施形態を有する流体流量計である。ホイートストンブリッジを使用すると、システムの感度と精度が大幅に向上し、多くのアプリケーションで使用できる。   The present invention is a fluid flow meter with many applications and embodiments that incorporates a unique flow measurement method using noninvasive thermal anemometry. Using a Wheatstone bridge greatly improves the sensitivity and accuracy of the system and can be used in many applications.

凍結バーストの検出と防止
図12は、本発明の代替的な実施形態を示す図であり、概して700で示されている。図12は、流体導管システム720の入口付近に取り付けられた第1の温度センサパッケージ702と、流体導管システム720の出口付近に取り付けられた第2の温度センサパッケージ706と、外部環境温度センサ704とを示しており、第1の温度センサパッケージ702、第2の温度センサパッケージ706、及び外部環境温度センサ704の全ては、信号プロセッサ710に接続されてセンサの抵抗変化を検出するための回路を形成する。温度センサパッケージ702,706の抵抗測定値が用いられて流体温度および流体流量を同時に決定することができる。当業者であれば、代替的な温度センサパッケージ702,706が、サーミスタ、熱電対、または抵抗温度検出器等の代替的な温度検出素子を利用して使用されることができることは理解されよう。抵抗測定値は、信号プロセッサ710に供給され、流れおよび温度データを示すデジタル信号に変換される。次いで、デジタル信号は、マイクロプロセッサ712に供給され、マイクロプロセッサ712において、デジタル信号が、流れデータを制御ROMおよびフラッシュメモリ716に格納されたデータと比較することによって流量を決定し、温度データを、温度センサパッケージ702,708の温度データを比較することによって、流体導管システム720の入口および出口の流体温度間の温度差を決定する。
Frozen Burst Detection and Prevention FIG. 12 shows an alternative embodiment of the present invention, generally indicated at 700. FIG. 12 illustrates a first temperature sensor package 702 attached near the inlet of the fluid conduit system 720, a second temperature sensor package 706 attached near the outlet of the fluid conduit system 720, and an external environmental temperature sensor 704. The first temperature sensor package 702, the second temperature sensor package 706, and the external environment temperature sensor 704 are all connected to the signal processor 710 to form a circuit for detecting a change in sensor resistance. To do. Resistance measurements of the temperature sensor packages 702, 706 can be used to simultaneously determine fluid temperature and fluid flow rate. One skilled in the art will appreciate that alternative temperature sensor packages 702, 706 can be utilized utilizing alternative temperature sensing elements such as thermistors, thermocouples, or resistance temperature detectors. The resistance measurement is supplied to the signal processor 710 and converted to a digital signal indicative of flow and temperature data. The digital signal is then provided to the microprocessor 712, where the digital signal determines the flow rate by comparing the flow data with the data stored in the control ROM and flash memory 716, and the temperature data, By comparing the temperature data of the temperature sensor packages 702, 708, the temperature difference between the inlet and outlet fluid temperatures of the fluid conduit system 720 is determined.

外部環境温度センサ704は、外部環境の温度変化を検出する。センサ704は、抵抗測定値を信号プロセッサ710に供給して、温度データのデジタル信号を生成してマイクロプロセッサ712に供給し、マイクロプロセッサ712において温度データのデジタル信号は、温度データと制御ROM及びフラッシュメモリ716に格納されたデータとを比較することによって温度を決定するように分析される。   The external environment temperature sensor 704 detects a temperature change in the external environment. The sensor 704 supplies resistance measurement values to the signal processor 710, generates a digital signal of temperature data and supplies it to the microprocessor 712, where the digital signal of temperature data is the temperature data, the control ROM and the flash. It is analyzed to determine the temperature by comparing it with data stored in memory 716.

センサからの流れおよび温度データは、マイクロプロセッサ712によってさらに分析されて、センサの流れおよび温度データを制御ROMおよびフラッシュメモリ716に記憶されたユーザ入力データと比較することによって流体の状態を判定する。測定された流れおよび温度データが、メモリ716に記憶されたユーザデータに基づいて応答をトリガする場合、マイクロプロセッサ712は、弁を開放するか、リレーを活性化するか、LEDを点灯するか、または可聴アラームを生成する等の様々な機能714を実行する。   Sensor flow and temperature data is further analyzed by microprocessor 712 to determine fluid status by comparing sensor flow and temperature data to user input data stored in control ROM and flash memory 716. If the measured flow and temperature data triggers a response based on user data stored in the memory 716, the microprocessor 712 opens the valve, activates the relay, lights the LED, Or perform various functions 714 such as generating an audible alarm.

図12は、導管システム720への流体の流れを遮断する遮断弁722と、排水管726を流れるシステム内の流体の流れを開放するリリーフ弁(relief valve)724と、大気(atmospheric air)がシステムに流入することを可能にする空気弁728とを示す。空気弁728は、システムの高い位置に配置され、リリーフ弁724は、システムの出口付近の低い位置に配置される。制御ROMまたはフラッシュメモリ716に記憶された値がセンサ702,704、および/または706によって例えば、華氏32度(摂氏0度)で到達されると、マイクロプロセッサ712はリリーフ弁724を開放する。華氏32度(摂氏0度)の水は凍って膨張し、その量は増大する。従って、流体が水であり、温度が華氏32度(摂氏0度)である場合には、水が膨張しているとの判定が行われ、リリーフ弁724が開放される。値が制御ROMまたはフラッシュメモリ718に格納された重度の凍結状態等の第2の値以下である場合、マイクロプロセッサ712は、遮断弁722を閉鎖して水がシステムに流入するのを防止し、リリーフ弁724を開放してシステムの水を排出する。空気弁726が開放されて大気がシステムに流入し、流体の排出を助け、真空の形成を防止する。弁は、システムを通る最も流体の効率的な流れを可能にする位置に設置される。制御ROMおよびフラッシュメモリ716は、入口温度と出口温度との間の温度差などの異なるトリガポイントに対するいくつかの値を記憶することができる。   FIG. 12 shows a shutoff valve 722 that shuts off the flow of fluid to the conduit system 720, a relief valve 724 that opens the fluid flow in the system through the drain 726, and an atmospheric air system. And an air valve 728 that allows the air to flow into. The air valve 728 is located at a high position in the system and the relief valve 724 is located at a low position near the outlet of the system. When the value stored in control ROM or flash memory 716 is reached by sensors 702, 704, and / or 706, for example, at 32 degrees Fahrenheit (0 degrees Celsius), microprocessor 712 opens relief valve 724. Water at 32 degrees Fahrenheit (0 degrees Celsius) freezes and expands, and its amount increases. Therefore, when the fluid is water and the temperature is 32 degrees Fahrenheit (0 degrees Celsius), it is determined that the water is expanding, and the relief valve 724 is opened. If the value is less than or equal to a second value, such as a severe freeze condition stored in the control ROM or flash memory 718, the microprocessor 712 closes the shut-off valve 722 to prevent water from entering the system; The relief valve 724 is opened to drain the system water. Air valve 726 is opened to allow the atmosphere to enter the system, helping to drain fluid and prevent the formation of a vacuum. The valve is placed in a position that allows the most efficient flow of fluid through the system. The control ROM and flash memory 716 can store several values for different trigger points, such as the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature.

図13は、図12に示す本発明の代替的な実施形態を示す図であり、概して800で示されている。図13は、既知の距離で離間されたデュアル温度センサ824,826を含む第1の温度センサパッケージ806上の第1のクランプと、既知の距離だけ離間されたデュアル温度センサ842,844を含む第2の温度センサパッケージ840と、外部環境温度センサ827とを示す。第1の温度センサパッケージ806、第2の温度センサパッケージ840、及び外部環境温度センサ827には、アナログ回路818およびデジタル回路812の両方を有するコントローラ802に結合され、ユーザインターフェース・ディスプレイ804が装備されている。遮断弁808は、漏れが検出されると、配管又は導管システム810内の水の流れを遮断し、リリーフ弁809は、過剰な圧力が検出されると、配管又は導管システム720内の水の流れを排水管807を介して放出し、空気弁846は、システムを大気に開放する。遮断弁808は、導管システム810の入口近くに設置され、空気弁846は、システムの高い位置に設置され、リリーフ弁809は、システムの出口付近の低い位置にある。弁の位置は、システムにおける流体の最も効率的な流れを許容する。   FIG. 13 shows an alternative embodiment of the invention shown in FIG. FIG. 13 illustrates a first clamp on a first temperature sensor package 806 that includes dual temperature sensors 824 and 826 that are separated by a known distance, and a first clamp that includes dual temperature sensors 842 and 844 that are separated by a known distance. 2 shows a temperature sensor package 840 and an external environment temperature sensor 827. The first temperature sensor package 806, the second temperature sensor package 840, and the external environment temperature sensor 827 are coupled to a controller 802 having both an analog circuit 818 and a digital circuit 812 and are equipped with a user interface display 804. ing. A shutoff valve 808 shuts off the flow of water in the piping or conduit system 810 if a leak is detected, and a relief valve 809 detects the flow of water in the piping or conduit system 720 if excessive pressure is detected. Through the drain 807 and the air valve 846 opens the system to the atmosphere. The isolation valve 808 is installed near the inlet of the conduit system 810, the air valve 846 is installed at a high position in the system, and the relief valve 809 is at a low position near the outlet of the system. The position of the valve allows the most efficient flow of fluid in the system.

コントローラ802は、内部電源821、メモリ816を有するマイクロプロセッサ814、及びインターフェース回路を有し、遮断弁808、リリーフ弁809、空気弁846、第1の温度センサパッケージ806、第2の温度センサパッケージ840、外部環境温度センサ827、ディスプレイユニット804等の要素を制御する。ディスプレイユニット804は、マイクロコントローラ831を利用して、ユーザディスプレイパネル830、並びに電話、インターネット、及びアラーム等の外部インターフェース832を制御する。本発明の好ましい実施形態であると現在考えられる事項が示されているが、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。
The controller 802 includes an internal power supply 821, a microprocessor 814 having a memory 816, and an interface circuit, and includes a shutoff valve 808, a relief valve 809, an air valve 846, a first temperature sensor package 806, and a second temperature sensor package 840. Control elements such as the external environment temperature sensor 827 and the display unit 804. The display unit 804 uses the microcontroller 831 to control the user display panel 830 and an external interface 832 such as a telephone, the Internet, and an alarm. While what is presently considered to be a preferred embodiment of the invention has been shown, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the scope and spirit of the invention. Let's go.

Claims (4)

加圧流体導管内の流体の膨張を検出した場合に流体を排出する装置であって、
流体導管の入口付近に配置された前記流体導管と熱伝達し、流体温度に対応するアナログ温度信号を生成するように構成された第1の温度センサと、
前記流体導管の出口付近に配置された前記流体導管と熱伝達し、流体温度に対応するアナログ温度信号を生成するように構成された第2の温度センサと、
前記流体導管の外部環境と熱伝達し、外部温度に対応するアナログ温度信号を生成するように構成された外部環境温度センサと、
前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサ、及び前記外部環境温度センサと電気的に通信し、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサ、及び前記外部環境温度センサから前記アナログ温度信号を検出するコントローラと、
前記第1の温度センサの温度信号、前記第2の温度センサの温度信号、および前記外部環境温度センサの信号を所定のユーザ入力値と比較し、該比較に応答して開放信号又は閉鎖信号を生成する手段と、
前記コントローラと通信し、前記流体導管の入口付近に配置され、前記コントローラから前記閉鎖信号を受け取り、該閉鎖信号に応答して弁を閉鎖する遮断弁と、
前記コントローラと通信し、前記流体導管の出口寄りで低い位置に配置され、前記コントローラから前記開放信号を受信して弁を開放し、該開放に応答して前記流体を排水パイプに流すリリーフ弁と、
前記コントローラと通信し、前記流体導管の高い位置に配置され、前記コントローラから前記開放信号を受信して弁を開放し、該開放に応答して大気を前記流体導管に流入させる空気弁と、を備え
第1のトリガーポイントは、第1のトリガーポイント温度を有し、
第2のトリガーポイントは、前記第1のトリガーポイント温度よりも低い第2のトリガーポイント温度を有し、
前記コントローラは、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサ、および前記外部環境温度センサを含む群から選択されたセンサの信号が前記第1のトリガーポイント温度より低い温度を示す場合に、前記リリーフ弁を開くための信号を生成するように構成され、
前記コントローラは、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサ、および前記外部環境温度センサを含む群から選択されたセンサの信号が前記第2のトリガーポイント温度よりも低い温度を示す場合に、前記遮断弁を閉じるための信号および前記空気弁を開くための信号を生成するように構成される、装置。
A device for discharging fluid when the expansion of the fluid in the pressurized fluid conduit is detected,
A first temperature sensor configured to transfer heat to the fluid conduit disposed near an inlet of the fluid conduit and generate an analog temperature signal corresponding to the fluid temperature;
A second temperature sensor configured to transfer heat with the fluid conduit disposed near an outlet of the fluid conduit and generate an analog temperature signal corresponding to the fluid temperature;
An external environmental temperature sensor configured to transfer heat to an external environment of the fluid conduit and generate an analog temperature signal corresponding to the external temperature;
Electrically communicating with the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the external environment temperature sensor, and the analog from the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the external environment temperature sensor; A controller for detecting a temperature signal;
The temperature signal of the first temperature sensor, the temperature signal of the second temperature sensor, and the signal of the external environment temperature sensor are compared with a predetermined user input value, and an open signal or a close signal is sent in response to the comparison Means for generating;
A shutoff valve in communication with the controller, disposed near the inlet of the fluid conduit, receiving the closure signal from the controller, and closing the valve in response to the closure signal;
A relief valve in communication with the controller, disposed at a low position near the outlet of the fluid conduit, receiving the opening signal from the controller, opening the valve, and flowing the fluid to a drain pipe in response to the opening; ,
An air valve in communication with the controller, disposed at a high position in the fluid conduit, receiving the opening signal from the controller to open the valve, and in response to the opening, air to flow into the fluid conduit; Prepared ,
The first trigger point has a first trigger point temperature;
The second trigger point has a second trigger point temperature lower than the first trigger point temperature;
The controller, when a signal of a sensor selected from the group including the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the external environment temperature sensor indicates a temperature lower than the first trigger point temperature, Configured to generate a signal for opening the relief valve;
When the signal of the sensor selected from the group including the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the external environment temperature sensor indicates a temperature lower than the second trigger point temperature. An apparatus configured to generate a signal for closing the shut-off valve and a signal for opening the air valve .
前記コントローラは、
マイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサと通信し、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサ、及び前記外部環境温度センサからの前記アナログ温度信号をデジタル温度信号に変換可能な信号プロセッサと、
前記マイクロプロセッサと通信するメモリとをさらに含む、請求項1に記載の装置。
The controller is
A microprocessor;
A signal processor in communication with the microprocessor and capable of converting the analog temperature signal from the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the external environment temperature sensor into a digital temperature signal;
The apparatus of claim 1, further comprising a memory in communication with the microprocessor.
前記メモリは、
前記デジタル温度信号と、対応する流体温度及び流体膨張データとを有するルックアップテーブルと、
前記マイクロプロセッサと通信し、前記ユーザ入力値およびルックアップデータを前記マイクロプロセッサに供給するように構成されたEEPROMと、を含む、請求項2に記載の装置。
The memory is
A look-up table having said digital temperature signal and corresponding fluid temperature and fluid expansion data;
3. An apparatus according to claim 2, comprising: an EEPROM configured to communicate with the microprocessor and to provide the user input value and lookup data to the microprocessor.
流体膨張が起こっている場合に閉流体導管から排出する方法であって、
流体温度を検出し、対応するアナログ温度信号を生成可能な第1の温度センサを設けること、
流体温度を検出し、対応するアナログ温度信号を生成可能な第2の温度センサを設けること、
流体温度を検出し、対応するアナログ温度信号を生成可能な外部温度センサを設けること、
前記アナログ温度信号をデジタル温度信号に変換可能な信号プロセッサを設けること、
前記アナログ温度信号を前記デジタル温度信号に変換すること、
流体膨張データを有する前記デジタル温度信号に対応する一連のルックアップテーブル、第1のトリガーポイント温度、前記第1のトリガーポイント温度よりも低い第2のトリガーポイント温度を格納可能なメモリを設けること、
前記デジタル温度信号を前記ルックアップテーブルからのデータ、前記第1のトリガーポイント温度、および前記第2のトリガーポイント温度と比較する手段を設けること、
前記第1のトリガーポイント温度および前記第2のトリガーポイント温度に応答して駆動信号を生成可能なマイクロプロセッサを設けること、
流体導管の入口に配置され、前記第2のトリガーポイント温度に応答して前記駆動信号を受け取ることに応答して閉鎖可能な遮断弁を設けること、
前記流体導管の出口付近の低い位置に配置され、前記第1のトリガーポイント温度に応答して前記駆動信号を受け取ることに応答して開放可能なリリーフ弁を設けること、
前記流体導管の高い位置に配置され、前記第2のトリガーポイント温度に応答して前記駆動信号を受け取ることに応答して開放可能な空気弁を設けることを備え、
前記流体導管が、流体が膨張している場合に前記遮断弁を閉鎖し、前記リリーフ弁を開放し、前記空気弁を開放することによって、前記流体導管内の流体を排出する、方法。
A method of draining a closed fluid conduit when fluid expansion is occurring,
Providing a first temperature sensor capable of detecting a fluid temperature and generating a corresponding analog temperature signal;
Providing a second temperature sensor capable of detecting a fluid temperature and generating a corresponding analog temperature signal;
Providing an external temperature sensor capable of detecting the fluid temperature and generating a corresponding analog temperature signal;
Providing a signal processor capable of converting the analog temperature signal into a digital temperature signal;
Converting the analog temperature signal into the digital temperature signal;
Providing a memory capable of storing a series of look-up tables corresponding to the digital temperature signal having fluid expansion data, a first trigger point temperature, and a second trigger point temperature lower than the first trigger point temperature ;
Providing means for comparing the digital temperature signal with data from the lookup table , the first trigger point temperature, and the second trigger point temperature ;
Providing a microprocessor capable of generating a drive signal in response to the first trigger point temperature and the second trigger point temperature ;
Providing a shut-off valve disposed at an inlet of a fluid conduit and closable in response to receiving the drive signal in response to the second trigger point temperature ;
Providing a relief valve disposed in a low position near an outlet of the fluid conduit and openable in response to receiving the drive signal in response to the first trigger point temperature ;
Providing an air valve disposed at an elevated position of the fluid conduit and openable in response to receiving the drive signal in response to the second trigger point temperature ;
A method wherein the fluid conduit discharges fluid in the fluid conduit by closing the shut-off valve, opening the relief valve, and opening the air valve when fluid is expanding.
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