DE10104534C1 - Ground thermic parameter determination method uses parameters sensors within hollow cylindrical body cooled to temperature at least 1 degree K below mean ground temperature - Google Patents
Ground thermic parameter determination method uses parameters sensors within hollow cylindrical body cooled to temperature at least 1 degree K below mean ground temperatureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines oder mehrerer thermischer Parameter im Boden, wobei die thermischen Parameter mittels mindestens eines in ei nem im wesentlichen hohlrohrförmigen Körper befindlichen Sensors erfasst werden.The invention relates to a method for determining one or more thermal Parameters in the soil, the thermal parameters using at least one in egg nem essentially hollow tubular sensor are detected.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung eines oder mehrerer thermischer Parameter im Boden umfassend zumindest einen im wesentlichen hohl rohrförmigen Körper zur Aufnahme mindestens eines Sensors zur Erfassung der ther mischen Parameter.The invention further relates to a device for determining one or more thermal parameters in the soil comprising at least one essentially hollow tubular body for receiving at least one sensor for detecting the ther mix parameters.
Aus der eigenen deutschen Patentschrift DE 41 27 646 C2 ist beispielsweise ein sol ches Verfahren bekannt. Die Bestimmung thermischer Parameter wie der Temperatur im Erdboden ist dort für verschiedenartige Anwendungen beschrieben, nämlich bei spielsweise zur Erfassung von Leckagen an Dämmen und sonstigen Uferbefestigun gen, zur Erfassung von Aussickerungen aus Deponien, zur Erfassung von Undichtig keiten in Kanal- und Rohrleitungssystemen, zur Erfassung von aufsteigendem Ther mal- und Karstwasser oder zur Erfassung von Abwärmeeinleitungen. Die Temperatur messung erfolgt mittels mehrerer in einer Sensorkette angeordneter Sensoren in einem Hohlgestänge aus zylindrischem Rohr mit einer Kegelspitze, wobei die Messsonden als Temperaturfühler verwendete elektrische Messwiderstände umfassen.From its own German patent DE 41 27 646 C2, for example, a sol ches known process. The determination of thermal parameters such as temperature in the ground there is described for various applications, namely at for example to record leaks on dams and other bank fortifications conditions, for the seepage of landfills, for the detection of leaks in sewer and piping systems, for the detection of ascending Ther painting and karst water or for recording waste heat discharges. The temperature measurement is carried out by means of several sensors arranged in a sensor chain in one Hollow rod made of cylindrical tube with a cone tip, the measuring probes include electrical measuring resistors used as temperature sensors.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 196 21 797 A1 ist außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leckageüberwachung an Objekten und Bauwerken, insbe sondere an Dämmen, Deichen, Uferbefestigungen, Klärbecken, sonstigen Wasser bauwerken, Speicher- und Rückhalteeinrichtungen für Flüssigkeiten und dergleichen, durch Ermitteln von thermischen Parametern im Boden mittels thermischer Sensoren bekannt. Dabei werden als passive Temperatursensoren ein oder mehrere Lichtwel lenleiter (faseroptische, mit Laserlicht beaufschlagte Sensorkabel unter Anwendung einer Laufzeit- und Intensitätsauswertung des rückgestreuten Laserlichtes) einge setzt. Im Falls einer Leckage wird das Leck durch Ermitteln der Temperaturänderun gen im Leckagebereich erfasst. Die Lichtwellenleiter werden im wesentlichen schlau fenförmig mit vertikal verlaufenden Schlaufenästen, in Hydraulik-Leitungen, in Hohlrohren oder in Schläuchen oder in durch ein Horizontalbohrverfahren verlegten Roh ren angeordnet.A method is also known from German patent application DE 196 21 797 A1 and a device for leakage monitoring on objects and structures, in particular especially on dams, dikes, bank fortifications, clarifiers, other water buildings, storage and retention devices for liquids and the like, by determining thermal parameters in the soil using thermal sensors known. One or more light waves are used as passive temperature sensors lenleiter (fiber-optic, with laser light exposed sensor cable using a transit time and intensity evaluation of the backscattered laser light) puts. In the event of a leak, the leak will change by detecting the temperature changes conditions in the leakage area. The optical fibers become essentially smart window-shaped with vertical loop branches, in hydraulic lines, in hollow tubes or in hoses or in pipes laid using a horizontal drilling method ren arranged.
Da in der Praxis die für die Anwendung dieses in der deutschen Patentanmeldung DE 196 21 797 A1 beschriebenen Verfahrens erforderliche Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des strömenden und/oder sickernden Fluids und der Temperatur des Mediums in der Umgebung des Lichtwellenleiters jedoch häufig nicht oder nicht immer gegeben ist oder nur unter technisch aufwendigen Bedingungen geschaffen werden kann, ist in der eigenen deutschen Patentschrift DE 198 25 500 C1 vorgesehen, dem Lichtwellenleiter zumindest zeitweise Wärme zuzuführen oder zu entziehen. Danach wird zum Erfassen und/oder Lokalisieren von Fluidbewegungen, welche in dem durch sickerten und/oder durchströmten Medium mit einem Wärmetransport, durch den in gemessenen Temperaturprofilen charakteristische Verläufe auftreten, verbunden sind, in einem für Fluide zumindest in Teilbereichen durchlässigen Medium mindestens ein Lichtwellenleiter als Temperatursensor im Medium zur Ermittlung der Temperaturprofile eingesetzt, wobei dem Lichtwellenleiter zumindest zeitweise Wärme zugeführt oder entzogen wird und entweder anhand einer bezogen auf die erfolgte Wärmezufuhr lokal geringeren Erwärmung des Lichtwellenleiters und/oder schnelleren Abgabe der zuge führten Wärme vom Lichtwellenleiter als bei Fluidstillstand oder anhand einer bezogen auf den erfolgten Wärmeentzug lokal geringere Kühlung des Lichtwellenleiters und/oder schnelleren Aufnahme von Wärme vom Lichtwellenleiter als bei Fluidstillstand die Fluidbewegungen im durchlässigen Medium detektiert werden.Since in practice the application for this in German patent application DE 196 21 797 A1 described method required temperature difference between the temperature of the flowing and / or seeping fluid and the temperature of the Medium in the vicinity of the optical waveguide, however, often not or not always is given or can only be created under technically complex conditions can, is provided in the own German patent DE 198 25 500 C1, the Optical fibers at least temporarily add or remove heat. After that is used for the detection and / or localization of fluid movements caused by the seeped and / or flowed medium with a heat transport through which in measured temperature profiles, characteristic curves occur, are connected, in a medium permeable to fluids at least in some areas at least one Optical fiber as a temperature sensor in the medium to determine the temperature profiles used, at least temporarily supplied to the optical waveguide or is withdrawn and either locally based on the heat input less heating of the optical waveguide and / or faster delivery of the supplied conducted heat from the optical waveguide than when the fluid stopped or based on one due to the removal of heat locally less cooling of the optical waveguide and / or faster absorption of heat from the optical waveguide than when the fluid is at a standstill the fluid movements in the permeable medium are detected.
Nach der Patentschrift DE 198 25 500 C1 kann dem Lichtwellenleiter unter anderem auch mittels Wärmetausch über ein Kühlfluid Wärme entzogen werden. Die Art und Zusammensetzung des Kühlfluids wird dabei in der Patentschrift DE 198 25 500 C1 nicht näher erläutert. Allerdings wird mitgeteilt, dass eine oder mehrere Leitungen für das Kühlfluid zum Wärmetausch mit dem Lichtwellenleiter vorgesehen sein können und dass der Wärmetausch zwischen Kühlfluid und Lichtwellenleiter indirekt erfolgt.According to the patent specification DE 198 25 500 C1, the optical waveguide can be used, among other things heat can also be extracted by means of heat exchange via a cooling fluid. The type and The composition of the cooling fluid is described in the patent DE 198 25 500 C1 not explained in more detail. However, it is communicated that one or more lines for the cooling fluid can be provided for heat exchange with the optical waveguide and that the heat exchange between the cooling fluid and the optical waveguide takes place indirectly.
Die Anmelderin setzt seit einigen Jahren Bodentemperaturmessungen nach der Lehre der oben erwähnten Patentschrift DE 41 27 646 C2 erfolgreich zur Leckageortung un ter anderem in Bautrögen ein. Sind in Bautrögen die horizontalen bzw. vertikalen Dichtungselemente aus zementhaltigen Baustoffen hergestellt, führt die dabei freige setzte Hydratationswärme zu einer deutlichen Erhöhung der Bodentemperaturen in der Umgebung der Dichtungselemente. Kann bei einem Pumpversuch Grundwasser durch Schwachstellen des Dichtungssystems treten, kommt es im Bereich der Zutrittsstelle zu einem signifikanten Temperaturrückgang. Diese Temperaturänderung kann prob lemlos mittels der beschriebenen Bodentemperaturmessungen nachgewiesen werden. Das konnte anhand von etwa 100 derartiger Messungen bestätigt werden.The applicant has been taking soil temperature measurements according to the teaching for several years the above-mentioned patent DE 41 27 646 C2 successfully for leak detection un inter alia in real estate. Are the horizontal or vertical in building archives Sealing elements made of cementitious building materials, which leads free put heat of hydration to a significant increase in soil temperatures in the Environment of the sealing elements. Can run through groundwater during a pump test If there are weak points in the sealing system, it occurs in the area of the access point to a significant drop in temperature. This temperature change can prob be demonstrated without hesitation using the soil temperature measurements described. This could be confirmed on the basis of about 100 such measurements.
Im Zusammenhang mit Spundwänden und natürlichen Dichtsohlen ist in der Regel kei ne ausreichende Temperaturdifferenz gegenüber dem Ausgangszustand vorhanden bzw. es entsteht diese nicht.In connection with sheet piling and natural sealing soles there is usually no There is a sufficient temperature difference compared to the initial state or it does not arise.
Durch Ausnützen der jahreszeitlichen Temperaturvariationen an der Geländeoberflä che, aufgrund deren bekanntlich in den verschiedenen oberflächennahen Tiefen im Boden unterschiedliche Temperaturen herrschen, sind Messungen mit Einschränkun gen möglich. Treten bei einem Pumpversuch in einem Bautrog mit natürlicher Dichtung bzw. Spundwänden Wasserzutritte auf, wird die Bodentemperatur-Tiefenverteilung dann gestört, wenn Strömungen mit einer vertikalen Komponente auftreten. Dies kann dadurch positiv unterstützt werden, dass die Brunnen nur bis zur Tiefe der Aushubebe ne verfiltert werden.By taking advantage of seasonal temperature variations on the terrain surface che, due to which, as is known, in the various shallow depths in the Soil different temperatures prevail, measurements are restricted possible. Occurs during a pump test in a construction trough with a natural seal or sheet pile water intakes, the soil temperature depth distribution then disturbed when flows with a vertical component occur. This can are positively supported by the fact that the wells only reach the depth of the excavation ne be filtered.
Für eine Untersuchung von Dichtelementen in Tiefen unter etwa 15 m unter der Gelän deoberfläche ist die Leckortung über eine bloße Temperaturmessung wegen der gerin gen Temperaturgradienten in diesen Tiefen nur noch bedingt möglich.For an examination of sealing elements at depths below approximately 15 m below the rail The surface location is the leak detection via a mere temperature measurement because of the against temperature gradients at these depths is only possible to a limited extent.
Hier kann aber durch Einsatz des in der Patentschrift DE 41 27 646 C2 beschriebenen Heizdrahtes das als HPM (Heat Pulse Method) bezeichnete Verfahren angewendet werden, bei der das Messgestänge mittels des elektrischen Heizdrahtes erwärmt wird. Der Wärmeabtransport vom Messgestänge ist proportional zur Anströmung des Mess gestänges. Mittels mathematischer Rechnungen (Lösen der Wärmeleitungsgleichung als Differentialgleichung unter Vernachlässigung des Wärmetransportteils durch Strahlung im Boden aufgrund der niedrigen Temperaturen und des Wärmetransports durch freie Konvektion, aber unter Berücksichtigung der Dispersion und des advektiven Wärmestroms etwa als erzwungene Konvektion durch beispielsweise Grundwasser strömung) kann die Strömungsgeschwindigkeit für einzelne Messtiefen bestimmt wer den. Here, however, by using that described in the patent specification DE 41 27 646 C2 Heating wire uses the process called HPM (Heat Pulse Method) in which the measuring rod is heated by means of the electrical heating wire. The heat dissipation from the measuring rod is proportional to the flow of the measuring linkage. Using mathematical calculations (solving the heat conduction equation as a differential equation, neglecting the heat transfer part by Radiation in the ground due to the low temperatures and heat transport by free convection, but taking into account dispersion and advective Heat flow, for example, as forced convection through, for example, groundwater flow) can determine the flow velocity for individual measuring depths the.
Bei der Anwendung des HPM-Verfahrens hat sich gezeigt, dass aus Gründen der Sen sitivät die Aufheizzeit über den Heizdraht mehrere Stunden betragen muss. Daher ist das zeitnahe Bestimmen der lokalen Filtergeschwindigkeit in vielen Messgestängen technisch sehr aufwendig und darüber hinaus infolgedessen auch teuer.When using the HPM process, it has been shown that for reasons of Sen The heating-up time over the heating wire must be several hours. thats why the timely determination of the local filter speed in many measuring rods technically very complex and consequently also expensive.
Aus der DE 43 40 775 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Bodenfeuchte mit Hilfe von Temperaturmessungen durch Aufheizen oder Abkühlen einer hohlrohrförmigen, mit einem Temperaturfühler versehenen Sonde bekannt, wobei das Aufheizen, nicht aber die Kühlung und insbesondere nicht das Kühlmittel näher ausgeführt sind.DE 43 40 775 A1 describes a method for measuring soil moisture with the help of temperature measurements by heating or cooling a hollow tubular known with a temperature sensor probe, the heating, not but the cooling and in particular not the coolant are detailed.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genann ten Art aufzuzeigen, bei welchem diese Nachteile beseitigt werden und insbesondere eine Messung auch bei geringen oder keinen Temperaturgradienten im Boden ermög lichen soll. Es sollte außerdem in Bautrögen mit natürlicher Dichtung bzw. Spund wänden eine Leckortung durchführbar sein. Ein zeitnahes Bestimmen der Filterge schwindigkeiten im Bodenbereich um den im wesentlichen hohlrohrförmigen Körper sollte auf möglichst einfache Art und Weise erreicht werden können.The invention is therefore based on the object, a method of the beginning to show the way in which these disadvantages are eliminated and in particular measurement even with little or no temperature gradients in the soil lichen. It should also be used in building troughs with a natural seal or bung leak detection can be carried out. A timely determination of the filterge Velocity in the bottom area around the essentially hollow tubular body should be achieved in the simplest possible way.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der im wesentlichen hohlrohrförmige Körper durch Einbringen eines Kühlmittels gekühlt wird, wobei als Kühlmittel ein unter Normal bedingungen in gasförmigem Aggregatzustand vorliegender Stoff in flüssigem und/oder festem Zustand oder ein solches Stoffgemisch eingesetzt werden.This object is achieved in that the essentially hollow tubular body is cooled by introducing a coolant, the coolant being below normal conditions in gaseous state of matter present in liquid and / or solid state or such a mixture of substances can be used.
Die Erfindung basiert auf der Idee, den im wesentlichen hohlrohrförmigen Körper bzw. das Messgestänge zumindest kurzzeitig verhältnismäßig stark abzukühlen. Diese star ke und schnelle Abkühlung wird durch das Einbringen eines Kühlmittels in den im we sentlichen hohlrohrförmigen Körper bzw. das Messgestänge erreicht. Die erfindungs gemäß herbeigeführte Abkühlung klingt verhältnismäßig langsam durch Wärmeleitung im Boden ab, unabhängig davon, ob der Boden mit Wasser gesättigt oder ungesättigt ist. Das Verfahren wird von der Anmelderin als FPM-Verfahren (Frost Pulse Method) bezeichnet.The invention is based on the idea of the essentially hollow tubular body or to cool the measuring rod relatively strongly at least for a short time. This star ke and rapid cooling is by introducing a coolant into the we substantial hollow tubular body or the measuring rod reached. The fiction according to the induced cooling sounds relatively slowly due to heat conduction in the soil, regardless of whether the soil is saturated or unsaturated with water is. The applicant uses the FPM method (Frost Pulse Method). designated.
Als Kühlmittel finden erfindungsgemäß flüssige und/oder feste Stoffe Verwendung. Da durch, dass als Kühlmittel ein unter Normalbedingungen in gasförmigem Aggregatzu stand vorliegender Stoff oder ein solches Stoffgemisch verwendet wird, kann sichergestellt werden, dass nach der Erwärmung kein festes oder flüssiges Kühlmittel im hohl rohrförmigen Körper bzw. Messgestänge verbleibt, weil das nach Erwärmung gasför mige Kühlmittel aus dem hohlrohrförmigen Körper entweichen kann. Das Kühlmittel kann in den hohlrohrförmigen Körper bzw. in das Messgestänge bevorzugt mit bereits darin befindlichem Sensor eingebracht werden, aber auch (kurzzeitig) bevor der Sensor darin eingebracht wird.According to the invention, liquid and / or solid substances are used as coolants. because due to the fact that a coolant is a gaseous aggregate under normal conditions The existing substance or such a mixture of substances can be ensured be that after heating no solid or liquid coolant in the hollow tubular body or measuring rod remains because after heating it is gas coolant can escape from the hollow tubular body. The coolant can preferably already in the hollow tubular body or in the measuring rod inside Sensor, but also (briefly) before the sensor is inserted into it becomes.
Vorteilhafterweise weist das Kühlmittel eine Temperaturdifferenz von wenigstens 1 K, bevorzugt wenigstens 2,5 K, besonders bevorzugt wenigstens 10 K gegenüber der mittleren Temperatur des Bodens um den im wesentlichen hohlrohrförmigen Körper auf. Dies stellt eine rasche Abkühlung sicher.The coolant advantageously has a temperature difference of at least 1 K, preferably at least 2.5 K, particularly preferably at least 10 K over the average temperature of the soil around the substantially hollow tubular body on. This ensures rapid cooling.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und der mittleren Temperatur des Bodens zwischen 5 und 200 K, vorzugsweise zwischen 10 und 200 K.In an embodiment of the method according to the invention, the temperature difference is between coolant and the average temperature of the floor between 5 and 200 K, preferably between 10 and 200 K.
Als Kühlmittel können alle geeigneten Kühlstoffe eingesetzt werden, vor allem solche, die einen gefahrlosen und möglichst wenig aufwendigen Einsatz mit sich bringen. Ins besondere können als Kühlmittel zumindest teilweise Trockeneis, verflüssigter Stick stoff, verflüssigter Sauerstoff, verflüssigtes Kohlendioxid und/oder verflüssigte Luft verwendet werden.All suitable coolants can be used as coolants, especially those that involve a safe and as little effort as possible. in the Special can be at least partially dry ice, liquefied stick as a coolant substance, liquefied oxygen, liquefied carbon dioxide and / or liquefied air be used.
Trockeneis besitzt in festem Aggregatzustand eine Temperatur von etwa -78°C. Bei Erwärmung sublimiert Kohlendioxid in die Gasphase. Als besonders geeignetes Kühl mittel hat sich Trockeneis in Form von CO2-Pellets und/oder CO2-Schnee erwiesen. Bevorzugt werden CO2-Pellets benutzt. Sie sind einfach zu transportieren und zu handhaben, da keine Schlauchleitungen am Messort verlegt werden müssen. Ferner sorgt ihre runde oder abgerundete geometrische Form für ein problemloses Einbringen in den im wesentlichen hohlrohrförmigen Körper bzw. das Messgestänge.When dry, dry ice has a temperature of around -78 ° C. When heated, carbon dioxide sublimes into the gas phase. Dry ice in the form of CO 2 pellets and / or CO 2 snow has proven to be a particularly suitable coolant. CO 2 pellets are preferably used. They are easy to transport and handle because no hose lines have to be laid at the measuring location. Furthermore, their round or rounded geometric shape ensures problem-free insertion into the essentially hollow tubular body or the measuring rod.
Als Temperatursensoren können elektrische Messwiderstände (z. B. PT-100 Elemente) und/oder Lichtwellenleiter (faseroptische, mit Laserlicht beaufschlagte Sensorkabel unter Anwendung einer Laufzeit- und Intensitätsauswertung des rückgestreuten Laser lichtes) verwendet werden.Electrical measuring resistors (e.g. PT-100 elements) can be used as temperature sensors. and / or optical waveguides (fiber optic sensor cables exposed to laser light using a runtime and intensity evaluation of the backscattered laser light) can be used.
Mit Vorteil kann ein im wesentlichen hohlrohrförmiger Körper mit einem Querschnitt in Form eines Kreises, einer Ellipse, eines Dreiecks, eines Quadrats, eines Rechtecks o der eines Vielecks verwendet werden. Advantageously, an essentially hollow tubular body with a cross section in Shape of a circle, an ellipse, a triangle, a square, a rectangle o that of a polygon.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Leckortung in Trogbaugru ben mit Spundwänden und/oder natürlicher horizontaler Dichtung dienen.The method according to the invention can be used in particular for locating leaks in trough burrows serve with sheet piling and / or natural horizontal seal.
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Diagramme zu einer Labormessung und zu einer Versuchsmessung als Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is based on several diagrams for a laboratory measurement and explained in more detail for a test measurement as an exemplary embodiment.
Hierbei zeigen:Here show:
Fig. 1 eine Bodentemperaturmessung in gekühlter Temperatursondierung, Fig. 1 is a bottom temperature measurement in cooled temperature probe,
Fig. 2 ein Temperatur-Zeit-Diagramm zu einer Beispielsmessung und Fig. 2 is a temperature-time diagram for an example measurement and
Fig. 3 ein Diagramm zur Bodentemperatur in Abhängigkeit von der Tiefe zu der Fig. 2 zugrundeliegenden Beispielsmessung. Fig. 3 is a diagram soil temperature in function of the depth to the FIG. 2 example underlying measurement.
Das Diagramm in Fig. 1 gibt im Labor gemessen Daten für die Abkühlung eines Messgestänges mit CO2-Pellets wieder. Die Messung wurde an gesättigtem Fein- Mittelsand bei konstantem Wasserspiegel durchgeführt. Der größtenteils bei tieferen Temperaturen verlaufende Graph zeigt den Verlauf der Bodentemperatur in zentraler, gekühlter Sondierung, während der zweite größtenteils oberhalb verlaufende Graph den Bodentemperaturverlauf in etwa 10 cm Entfernung zur gekühlten Sondierung an gibt. Der Figur kann deutlich die rasche Abkühlung im Vergleich zur langsamen Wie dererwärmung ohne Filterströmung entnommen werden.The diagram in FIG. 1 shows data measured in the laboratory for cooling a measuring rod with CO 2 pellets. The measurement was carried out on saturated fine medium sand at constant water level. The graph, which mostly runs at lower temperatures, shows the course of the soil temperature in a central, cooled probe, while the second, mostly graph above, shows the course of the soil temperature at a distance of about 10 cm from the cooled probe. The figure clearly shows the rapid cooling in comparison to slow reheating without filter flow.
Wird das Messgestänge wie im Fall einer Leckage beispielsweise von Grundwasser umströmt, wird dem Messgestänge sehr rasch wieder Wärme zugeführt. Der ohne Umströmung mehrere Stunden dauernde Temperaturangleich reduziert sich gegebe nenfalls auf wenige Minuten. Bei einer Anströmung des Messgestänges mit einer Fil tergeschwindigkeit von 0,5 cm/min (8,3.10-5 m/s) dauert dies etwa 15 Minuten.If groundwater flows around the measuring rod, for example in the event of a leak, heat is very quickly returned to the measuring rod. The temperature adjustment, which lasts several hours without flow, may be reduced to a few minutes. This takes about 15 minutes when the measuring rod flows in at a filter speed of 0.5 cm / min (8.3.10 -5 m / s).
Anhand von Berechnungen ergibt sich für eine sandgefüllte, kreisförmige Leckageöff nung in einer Sohle bei einem Durchmesser von 25 cm und einer hydraulischen Poten tialdifferenz von 5 m zwischen Innen- und Außenwasserstand bereits Filtergeschwind gigkeiten im Nahbereich des Lecks von 1.10-3 m/s. Daran ist ersichtlich, dass mit Hilfe der Erfindung auch kleine Leckagen nachgewiesen werden können. Based on calculations, filter speeds for a sand-filled, circular leakage opening in a base with a diameter of 25 cm and a hydraulic potential difference of 5 m between the inside and outside water level are already close to the leak of 1.10 -3 m / s. This shows that even small leaks can be detected using the invention.
In Fig. 2 ist ein Diagramm zu einer Messung in einem Damm an einem Stausee mit einer Abkühlung eines Messgestänges mit verflüssigtem Kohlendioxid (LCO2) darge stellt. Die Kühlung erfolgte über eine Vereisungsdauer von circa 2½ Minuten. Im Dia gramm sind Graphen mit Bodentemperaturen über der Zeit aufgetragen für verschie dene Tiefen unter der Geländeoberfläche, nämlich für Tiefen von 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 5 m, 6 m, 7 m, 8 m und 9 m.In Fig. 2 is a diagram for a measurement in a dam on a reservoir with a cooling of a measuring rod with liquefied carbon dioxide (LCO 2 ) Darge represents. The cooling took place over an icing period of approximately 2½ minutes. In the diagram, graphs with soil temperatures over time are plotted for different depths below the surface of the terrain, namely for depths of 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 5 m, 6 m, 7 m, 8 m and 9 m.
Auffallend ist der im wesentlichen horizontale Verlauf in einer Tiefe von 3 m bei einer Temperatur von etwa 14°C und zwar bereits ab etwa 10 Minuten nach dem Beginn der Vereisung. Ungefähr diese Bodentemperatur lag aber auch vor der Abkühlung mit ver flüssigtem Kohlendioxid vor (zum Zeitpunkt 16:20 Uhr).What is striking is the essentially horizontal course at a depth of 3 m at one Temperature of about 14 ° C and already from about 10 minutes after the start of Icing. About this floor temperature was also before the cooling with ver liquid carbon dioxide before (at 4:20 p.m.).
Fig. 3 zeigt ein weiteres Diagramm zu der der Fig. 2 zugrundeliegenden Messung. Hier sind im Unterschied zu Fig. 2 Graphen mit den verschiedenen Tiefen über Bo dentemperaturen für verschiedene Zeitpunkte aufgetragen. Deutlich erkennbar tritt bei einer Tiefe von 3 m trotz Abkühlung mittels verflüssigtem Kohlendioxid praktisch keine Veränderung in der Bodentemperatur an den gemessenen Zeitpunkten auf. Die ge messenen Bodentemperaturen in der Tiefe von 3 m unterhalb der Geländeoberfläche liegen allesamt zwischen 14 und 15°C, während in anderen Tiefen innerhalb von etwa 65 Minuten nach der Variationen in der Größenordnung von zumindest etwa 7 bis 10°C in der Bodentemperatur gemessen wurden. FIG. 3 shows a further diagram for the measurement on which FIG. 2 is based. In contrast to FIG. 2, graphs are plotted with the different depths over bottom temperatures for different times. Clearly recognizable at a depth of 3 m, despite cooling with liquefied carbon dioxide, there is practically no change in the soil temperature at the measured times. The measured soil temperatures at a depth of 3 m below the surface of the site are all between 14 and 15 ° C, while at other depths within about 65 minutes after the variations in the order of magnitude of at least about 7 to 10 ° C in the soil temperature were measured ,
Fig. 2 und 3 zeigen eine hohe Wärmezufuhr bei einer Tiefe von etwa 3 m. So kann im gezeigten Beispiel eine Leckage an dem zu überwachenden Objekt auf relativ ein fache Art und Weise erfasst werden, beispielsweise auch in einem Bautrog mit Spund wänden und/oder natürlicher Dichtsohle. Fig. 2 and 3 show a high degree of heat at a depth of about 3 m. In the example shown, a leak on the object to be monitored can be detected in a relatively simple manner, for example also in a building trough with sheet piling and / or a natural sealing base.
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|---|---|---|---|---|
| CN111395296A (en) * | 2020-02-25 | 2020-07-10 | 石家庄铁道大学 | Evaluation method and device for temperature difference of subgrade in frozen soil area |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4127646C2 (en) * | 1991-08-21 | 1994-10-13 | Gtc Kappelmeyer Gmbh | Method and device for determining thermal parameters |
| DE4340775A1 (en) * | 1993-11-30 | 1995-06-01 | Erwin Halstrup | Measuring moisture content of materials, especially soil |
| DE19621797A1 (en) * | 1996-05-30 | 1997-12-04 | Gtc Kappelmeyer Gmbh | Leak detection method for water installations |
| DE19825500C1 (en) * | 1998-06-08 | 2000-03-30 | Gtc Kappelmeyer Gmbh | Device to measure or localize fluid movements |
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2001
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4127646C2 (en) * | 1991-08-21 | 1994-10-13 | Gtc Kappelmeyer Gmbh | Method and device for determining thermal parameters |
| DE4340775A1 (en) * | 1993-11-30 | 1995-06-01 | Erwin Halstrup | Measuring moisture content of materials, especially soil |
| DE19621797A1 (en) * | 1996-05-30 | 1997-12-04 | Gtc Kappelmeyer Gmbh | Leak detection method for water installations |
| DE19825500C1 (en) * | 1998-06-08 | 2000-03-30 | Gtc Kappelmeyer Gmbh | Device to measure or localize fluid movements |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111395296A (en) * | 2020-02-25 | 2020-07-10 | 石家庄铁道大学 | Evaluation method and device for temperature difference of subgrade in frozen soil area |
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