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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Volumenstromes einer Flüssigkeit nach Massgabe von deren Überlaufmenge über wenigstens eine Messkante einer Schwelle oder einer sonstigen baulichen Anlage, wobei diese an wenigstens einer Stelle durch eine Ausnehmung von unveränderlicher Form in der feststehenden Messkante unter Ausbildung einer Strömungsein- schnürung eingelassen wird, und die Höhe der Flüssigkeit bzw. die sich ergebende Flüssigkeits- säule im Bereich einer Einschnürung gemessen und daraus der Volumenstrom bzw. die Menge des Wassers errechnet wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei Wasserbehandlungsanlagen, wie z.B. Regenüberlauf- oder Klärbecken usw., ist es erfor- derlich, die fliessenden Wassermengen möglichst exakt zu ermitteln. Nach dem Stand der Technik wird dies üblicherweise durch eine Höhenstands-Messung des Wassers in Relation zur Höhe der Schwelle durchgeführt.
Die Wasserstandshöhe kann beispielsweise mittels einer im Wasser befindlichen Sonde oder mittels eines ausserhalb des Wassers angeordneten und auf die Wasseroberfläche gerichteten Sensors ermittelt werden. In die für die Ermittlung verwendete Formel geht unter anderem ein Formteilwert ein, der von Schwellenlänge und deren geometrischer Formgenauigkeit, sowie von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Diese Abhängigkeiten führen bei üblichen Schwellen, insbesondere bei kleinen überlaufenden Wassermengen, zu nachteilig ungenauen Messergebnis- sen. Dieser Nachteil ergibt sich daraus, dass die Schwelle nur eine konstante Überfallhöhe hat, und bei geringen Volumenströmen sich bei entsprechender Schwellenlänge nur eine sehr geringe Wasserstandshöhe einstellt, die nur relativ ungenau ermittelt werden kann.
Dies führt - wie gesagt - bei geringen Volumenströmen zu einer hohen Messungenauigkeit.
Zur Abhilfe schlägt die DE 44 28 421 A1 vor, dass anstelle oder in die stationäre Überlauf- schwelle mindestens eine bewegliche Überlaufschwelle eingebaut ist. Dabei kann die bewegliche Überlaufschwelle aus ein oder mehreren geometrisch definierbaren Keilen bestehen, die eine messtechnisch günstige Kanalform wie zum Beispiel Rechteck, Dreieck oder gewölbte Oberkante aufweisen. Die Überlaufschwelle ist mittels einem oder mehrerer geeigneter Stellglieder wie bei- spielsweise Kette, Seil, Riemen, Zahnstange etc. verstellbar. Ferner wird eine Ausführungsform einer kaskadenförmigen Hintereinanderschaltung von mehreren beweglichen Überlaufschwellen beschrieben.
Die US-Patente 1,190,400 und 1,239,601 zeigen Messeinrichtungen an wasserbaulichen Anla- gen, wobei anstelle oder in die stationäre Überlaufschwelle mindestens eine bewegliche Überlauf- schwelle eingebaut ist.
Das Dokument GB 2 283 267 A beschreibt ein bewegliches Wehr mit einem motorischen An- trieb zur Höheneinstellung, wobei dessen Messkante an einer Stelle durch eine V-förmige Aus- nehmung und der Ausbildung einer Strömungseinschnürung unterbrochen ist.
Das Dokument US 4,072,052 offenbart eine Vorrichtung zur Höhenstands-Messung beim Überlauf eines Beckens unter Verwendung eines Schwimmkörpers, dessen wasserstandsabhängi- ge Höhenposition mittels eines Seiles und eines Gegengewichtes unter Umschlingung der kreis- förmigen Scheibe einer Messeinrichtung in entsprechende Winkelgrade einer an der Scheibe aufgetragenen Skala transponiert wird.
Das Dokument AT 60712 B betrifft eine Messvorrichtung von Wasser, welches auf dem Weg von einem Wasservorwärmer beispielsweise zu einem Dampfkessel in erwärmten Zustand mittels eines Überlaufwehres gemessen wird. Das Überlaufwehr ist in einer in zwei Abteilungen geteilten Messkammer angeordnet. Das Wehr ist mit mehreren gleichartigen Ablaufkerben versehen, deren unteren Spitzen in einer Ebene liegen, wodurch das fliessende Wasser in Teilströme gespalten wird und das Wasser bzw. die Wassermenge des einen Stromes direkt gemessen wird.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für das Messen kleiner fliessender Wassermengen eine genaue und möglichst wirtschaftliche Lösung ohne bewegliche, höhenverstellbare Teile anzugeben, die es ausserdem ermöglichen soll, die hierfür vorgesehene Messeinrichtung nachträglich in bestehende Schwellen einzubauen.
Zur Lösung der Aufgabe wird zur Bestimmung des Volumenstromes der Flüssigkeit über die Messkante der Schwelle an einer Wasserbehandlungsanlage gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 mit der Erfindung vorgeschlagen, dass zur Bestimmung von Volumenströmen mit erheblichen Unterschieden ihrer Flüssigkeitsmenge entsprechend unterschiedliche Ausnehmungen ausgebildet
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werden, und im Bereich jeder Einschnürung der Strömung durch Messen der Wasserstandshöhe im Bereich jeder Ausnehmung bei vergleichsweise kleinen Volumenströmen eine exakte Bestim- mung derselben vorgenommen wird.
Das hier zugrunde liegende erfindungsgemässe Verfahren beruht darauf, dass die üblicherwei- se durchgehende Schwelle an mehreren Stellen Vertiefungen aufweist, in denen geringe Volumen- ströme durch die vorhandenen Einschnürungen mit entsprechend hohen Flüssigkeitssäulen ent- stehen, die über ein geeignetes Messsystem exakt erfasst werden können. Aus den gemessenen Wasserstandshöhen kann dann problemlos die Wassermenge errechnet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders gut zur messtechnischen Erfassung und men- genmässiger Bestimmung kleinerer Volumenströme von Flüssigkeiten geeignet. Selbstverständlich werden mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens und der beanspruchten Vorrichtung auch grössere Volumenströme einer Flüssigkeit messtechnisch erfasst und bestimmt, wenn die Flüssigkeit über die gesamte Messkante links und rechts der Ausnehmungen abläuft. Die beanspruchte Höhen- standsmessung der Flüssigkeit über der Einschnürung findet folglich vorteilhafterweise Anwendung sowohl für kleinere als auch für grössere Volumenströme.
Das Verfahren sieht erfindungsgemäss vor, dass zur exakten Bestimmung von Volumenströ- men mit erheblichen Unterschieden ihrer Flüssigkeitsmengen entsprechend unterschiedliche Ausnehmungen ausgebildet werden.
Vorteilhaft können die Ausnehmungen mit beliebigen Ausgestaltungen, Profilen oder Formen wie Teile eines Kreises, einer Parabel, einer Ellipse, einer Sinus- oder sonstigen geometrischen oder trigonometrischen Form bzw. treppenartig oder dergleichen ausgebildet sein.
Dabei können Messkanten und oder Ausnehmungen aus Beton oder Metall oder aus Kunst- stoff oder aus deren Kombination bzw. aus anderen Materialien oder Materialkombinationen her- gestellt sein.
Das Verfahren sieht erfindungsgemäss vor, dass die Erfassung der Flüssigkeitshöhe im Bereich jeder Einschnürung mittels Ultraschallmessung, Druckmessung, radiometrischer Messung oder dergleichen dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden kann.
Und schliesslich kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren von der Massnahme Gebrauch gemacht sein, dass wenigstens eine Höhenstandsmessung der Füllhöhe eines vor der Messkante der Schwelle liegenden Flüssigkeitsbeckens zur Ermittlung der Wassermenge mit herangezogen wird.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung des Volumenstromes einer Flüssigkeit bzw. deren Überlauf- menge über die Messkante einer Schwelle an einer Wasserbehandlungsanlage gemäss Oberbegriff von Anspruch 6 zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass zur Bestimmung von Volumen- strömen mit erheblichen Unterschieden ihrer Flüssigkeitsmengen entsprechend unterschiedliche Ausnehmungen ausgebildet sind, und im Bereich jeder Einschnürung der Strömung Mittel zum Messen der Wasserstandshöhe im Bereich jeder Ausnehmung zur Bestimmung von vergleichswei- se kleinen Volumenströmen vorgesehen sind, und dass zum Errechnen der Volumenströme eine Auswertelektronik vorgesehen ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehen- den Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
Es zeigen:
Figur 1 in einer Draufsicht ein Flüssigkeits-Sammelbecken mit einer Messschwelle und einer darin angeordneten Ausnehmung.
Figur 2 In einer Ansicht die Messschwelle mit der Ausnehmung.
Die Zusammenschau der Figuren 1 und 2 zeigt den Stammbaum eines Verfahrens bzw. einer Vorrichtung zur Bestimmung des Volumenstromes einer Flüssigkeit nach Massgabe von deren Überlauf mengen über wenigstens eine feststehende Messkante 1 der Schwelle an einer Wasser- behandlungsanlage 2, insbesondere einer Abwasserbehandlungsanlage bzw. an Bauwerken der Niederschlagswasserbehandlung. Die Messkante 1 ist an wenigstens einer Stelle durch jeweils eine Ausnehmung 3 unterbrochen. Die Ausnehmungen 3 weisen unveränderliche Formen auf. Das Messverfahren nach dem in den Figuren gezeigten Stammbaum erfolgt in der Weise, dass die Summe der Höhen H der Flüssigkeit über die feststehenden Messkanten 1, im Bereich der Aus- nehmungen 3 exakt gemessen und daraus in der Recheneinheit 6 nach einer vorgegebenen Formel die Summe des Volumenstromes V errechnet wird.
Weil mit der Ausnehmung 3 auch kleine
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und kleinste Volumenströme V im Durchlauf durch die Ausnehmung 3 in der Höhe aufkonzentriert werden, können diese bzw. nach einer Umrechnung die Flüssigkeitsmenge messtechnisch exakt erfasst werden.
Hierzu kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass zur exakten Bestimmung von Volumenströmen mit erheblichen Unterschieden ihrer Flüssigkeitsmengen entsprechend unterschiedliche Ausneh- mungen 3 ausgebildet sind.
Mit Hilfe der Einschnürung E im Bereich jeder Ausnehmung 3 wird bei vergleichsweise kleinen Volumenströmen V eine exakte Bestimmung derselben vorgenommen.
Die Ausnehmungen 3 können mit beliebigen geometrischen Formen wie Teile eines Kreises, einer Parabel, einer Ellipse, einer Sinus- oder sonstigen ebenen trigonometrischen bzw. treppenar- tig oder dergleichen ausgebildet sein. Im gezeigten Beispiel ist die Ausnehmung 3 gemäss Fig. 2 ähnlich einem Elliptoid ausgebildet. Andere Formen der Geometrie wie Rotationsparaboloide, Kugelschalen oder Kugelkappen können mit Vorteil Verwendung finden.
Die Messkante 1 und die Ausnehmungen 3 können aus Beton oder Metall oder aus Kunststoff oder aus einer Kombination derselben bzw. aus anderem Material oder deren Kombinationen hergestellt sein.
Die Erfassung der Messwerte der Flüssigkeitshöhen im Bereich von Einschnürungen E kann mittels Ultraschallmessung, Druckmessung oder anderer geeigneter Messverfahren durchgeführt werden. Fallweise kann wenigstens eine Höhenstandsmessung der Füllhöhe H eines vor der Messkante 1 einer Überlaufschwelle liegenden Flüssigkeitsbeckens 5 mit herangezogen werden.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung des Volumenstromes einer Flüssigkeit nach Massgabe von deren Überlaufmenge über die Messkante 1 einer Schwelle an einer baulichen Anlage 2 zeigt, dass die Messkante 1 an wenigstens einer Stelle durch eine Ausnehmung 3 unter Ausbildung einer Strömungseinschnürung E unterbrochen ist. Im Bereich jeder der Ausnehmungen 3 ist eine Mess- einrichtung vorhanden, mit welcher die Höhe der Flüssigkeit über einer Messkante festgestellt und daraus in einer Auswertelektronik 6 die Summe der Volumenströme V errechnet wird.
Der Abfluss wird oder kann stabilisiert werden durch ein oder mehrere Stabilisatoren 7 (Leit- wände), um einen gleichmässigen Abfluss zu realisieren.
Die vorgeschaltete Tauchwand 8 verhindert den Abfluss und Austrag von Feststoffen, die sich an der Wasseroberfläche befinden, und lassen nur einen definierten Abfluss aus der Klarwasser- Schwebstoffzone in Verbindung mit den Stabilisatoren 7 zu.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung des Volumenstromes (V) einer Flüssigkeit nach Massgabe von deren Überlaufmenge über wenigstens eine Messkante (1) einer Schwelle (2) oder einer sonstigen baulichen Anlage, wobei diese an wenigstens einer Stelle durch eine Ausneh- mung (3) von unveränderlicher Form in der feststehenden Messkante (1 ) unter Ausbildung einer Strömungseinschnürung (E) eingelassen wird, und die Höhe (H) der Flüssigkeit bzw. die sich ergebende Flüssigkeitssäule im Bereich einer Einschnürung (E) gemessen und daraus der Volumenstrom (V) bzw.
die Menge des Wassers errechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von Volumenströmen mit erheblichen Unterschieden ihrer Flüssig- keitsmengen entsprechend unterschiedliche Ausnehmungen (3) ausgebildet werden, und im Bereich jeder Einschnürung (E) der Strömung durch Messen der Wasserstandshöhe (H) im Bereich jeder Ausnehmung (3) eine exakte Bestimmung auch bei vergleichsweise kleinen Volumenströmen (V) vorgenommen wird.