Verfahren und Vorrichtung zur Durchflussmengenmessung in Gerinnen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchflussmengenmessung in Ge rinnen, insbesondere für Wasser und Abwässer.
Für viele Zwecke, insbesondere für den Wasserverbrauch von Städten und Gemeinden, aber auch zur Ermittlung der anfallenden Abwässer ist das Wissen um die vorhandenen Wassermengen wichtig, um die notwendige Planung und Vorsorge zu treffen.
Bisherige Vorrichtungen zur Ermittlung der anfallenden Wassermengen sind sehr unvollkommen. Bekannt ist die Anwendung eines Venturirohres zur Messung von Durchflussgeschwindigkeiten oder Durchflussmengen. Die durch das Rohr strömende Flüssigkeit wird durch eine Verengung auf höhere Geschwindigkeit und niederen Druck, in der folgenden Erweiterung aber nahezu wieder in den ursprünglichen Zustand gebracht.
Die Durchflussgeschwindigkeit oder -menge ist der Wurzel aus dem Druckunterschied zwischen der vorderen Öffnung und der engsten Stelle proportional. Dieser Druckunterschied wird gemessen. Diese Messung ist in offenen Rinnen, die als Abwasser auch Abfälle mit sich führen, ungeeignet.
Vorgeschlagen wurde auch, die sich ändernde Füllhöhe durch einen Schwimmer zu messen. Die Verwendung eines Schwimmers ergibt keine genaue Messung und erfasst insbesondere nicht geringe tFIüssigkeitsmen- gen, weil der Schwimmer abhängig von seiner Verdrängung eine Mindestwassertiefe haben muss, um schwimmfähig zu sein. Flüssigkeitsmengen unterhalb des Mindestwasserspiegels werden somit nicht erfasst.
Die Praxis zeigt jedoch, dass gerade die geringen, bisher praktisch nicht zu messenden Wassermengen von grosser Bedeutung für Gemeinden, insbesondere Kleingemeinden sind, insbesondere unter Berücksichtigung der
2 Tatsache, dass in den Sommermonaten bei Anwendung von Schwimmern bei nur geringen fliessenden Wassermengen über längere Zeiträume überhaupt keine Messungen zu erreichen sind, obwohl der dauernde Fluss selbst geringer Mengen doch beachtliche Wassermengen ergibt. Schwimmer haben zudem den Nachteil, dass insbesondere bei dem Ableiten von Abwässern mitschwimmende feste Gegenstände, beispielsweise Tücher oder dgl. sich am Schwimmer festsetzen. Auch erfolgt eine Fehlanzeige durch den durch die Flüssigkeit auf den Schwimmer ausgeübten Stau.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Nachteile bisheriger Verfahren und Vorrichtungen zur Druchflussmessung in Gerinnen zu beseitigen und dar über hinaus eine Lösung zu schaffen, die sonstige vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Durchflussmengenmessung in Gerinnen vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kapazität zwischen der Flüssigkeit im Gerinne und einer darin eingetauchten und gegen die Flüssigkeit isolierten Kapazitätsmesssonde gemessen wird, wobei der Sonde eine derartige Form gegeben wird, dass die erhaltene Messgrösse proportional zur Durchflussmenge ist.
Unter Gerinne sollen auch sonstige Messquerschnitte, beispielsweise besonders profilierte Messrinnen verstanden werden.
Zur Messung der Durchflussmenge von Wasser und Abwässern in Gerinnen können nach der Erfindung somit die Vorteile der kapazitiven Messmethode ausgenutzt werden, die u. a. in einer linearen Messwertaufnahme, einer guten Reproduzierbarkeit und einer zuverlässigen Fernübertragung der Messwerte bestehen. Weiterhin ist ein einfacher Aufbau der Messstellen mit robusten Elektroden und Geräte ausführungen möglich.
Um die lineare Messgrösse aus dem Durchflussverhalten einer Durchflussmenge im Gerinne zu erhalten, wird der Kapazitätsmessonde eine solche Formgestal- tung gegeben, die den Zusammenhang zwischen Füllhöhe und Durchflussmenge nach physikalischen, hydraulischen und mathematischen Beziehungen berücksichtigt. Somit sind Umrechnungen oder Umwandlungen von der Füllhöhe auf die Durchflussmenge gzw. nach einer Potenzfunktion ausgebildete Skalen oder dergleichen Messeinrichtungen nicht mehr notwendig, weil der Zusammenhang zwischen Füllhöhe und Durchflussmenge durch die hierfür besonders geformte Messsonde bereits berücksichtigt ist.
Die Kapazitätsmesssonde wirkt in der Weise, dass sich zwischen der metallischen Wirkfläche und der zu messenden Flüssigkeit ein Kondensator bildet. Die Wirkfläche und die Flüssigkeit sind hierbei durch ein Dielektrikum getrennt, das z. B. aus Kunststoff tbe- steht.
Die Kapazitätsmesssonde kann als gekrümmter Stab oder Stab mit unterschiedlichen Querschnitten oder als Fläche mit krummliniger Begrenzung ausgebildet sein.
Ein gekrümmter Stab ist nach der mathematischen Beziehung eines Bogenintegrals der Formel
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ausgebildet, wobei Qt die Durchflussmenge bei Teilfüllung ist und somit der kapazitiv zur Wirkung kommenden Bogenlänge des Stabes entspricht. Blel ist entsprechend die benetzte Bogenlänge des Stabes, die kapazitiv zur Wirkung kommt. y bedeutet die Abweichung des gebogenen Stabes von der Lotrechten und x die Füllhöhe.
Sofern die Kapazitätsmesssonde als Fläche ausgebildet ist, sind deren Flächenbegrenzungen nach der mathematischen Beziehung eines Flächenintegrals der Formel
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ausgebildet. Dabei ist Qt die Durchflussmenge bei Teilfüllung, die der benetzten Fläche Fiel, die kapazitiv zur Wirkung kommt, entspricht. y ist der horizontale Abstand zwischen den beiden Längskanten der Flächensonde. x ist die Füllhöhe.
Als Rinne mit einem vorbestimrubaren Messquerschnitt kann eine Rinne rechteckigen Querschnittes benutzt werden. Besonders vorteilhaft wird eine Rinne mit einer Verengung nach Art eines Venturirohres benutzt, weil in dieser Rinne das Wasser durch die Verengung mit höherem Wasserspiegel, nach der folgenden Erweiterung jedoch wieder wie ursprünglich mit niedrigem Wasserspiegel geführt wird. Die Erhöhung des Wasserspiegels vor der Verengung ermöglicht eine genaue Messung. Da die kapazitive Messsonde bis auf den Boden der Rinne reicht, wird jedwede Flüssigkeitsmenge erfasst.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand einiger
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein einfaches Fliessgerinne mit rechteckigem
Querschnitt,
Fig. 2 den Zusammenhang zwischen der Füllhöhe und der Durchflussmenge, dargestellt durch die Kenn linie,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Gerinne mit einer Messsonde, die als gekrümmter Stab ausgebildet ist,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Gerinne mit einer als Platte ausgebildeten Flächensonde,
Fig. 5 die Draufsicht auf das Gerinne nach Fig. 3
Fig. 6 die Draufsicht auf das Gerinne nach Fig. 4,
Fig. 6a die Draufsicht auf eine abgewandelte Rinne im linken Teil,
Fig. 7 einen vertikalen Schnitt nach der Linie VII-VII gemäss Fig. 5 und im rechten Teil nach der
Linie VII-VII gemäss Fig. 6a,
Fig. 8 H- 9 gebogene Flächensonden in der Ansicht von oben,
Fig.
10 bis 14 verschiedene Querschnitte von Gerin nen mit jeweils zugeordneten Ausbildungsformen der
Flächensonden,
Fig. 15 bis 17 ein Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist ein Fliessgerinne von rechteckigem
Querschnitt dargestellt.
Bisher war man bei Durchflussmengen genötigt, den Zusammenhang nach Erfassung der Füllhöhe in kompli zierter Weise durch mechanische oder elektrische Redu zierwerke auf Durchflusswerte zu übersetzen.
Fig. 2 zeigt die Kennlinie für das Rechteck-Gerinne nach Fig. 1, wobei h die Höhe der Rinne und Q die
Durchflussmenge angibt. Mit x ist die Füllhöhe und mit
Q die Teilmenge bei der angegebenen füllhöhe bezeich net. Der Zusammenhang wird dadurch berücksichtigt, dass gemäss Fig. 3 und 5 der kapazitive Messstab 10 nach einer Potenzfunktion bereits gekrümmt ist. Die
Krümmungsfunktion leitet sich aus der Gerinnenkenn linie und der mathematischen Beziehung der für den gekrümmten Stab angegebenen Formel ab. Die Krümmung des Messstabes 10 ist anders zu wählen, beispiels weise wie der strichpunktiert dargestellte Messstab 10', wenn ein abgewandelter Durchtrömungsquerschnitt vorliegt.
Die Krümmung des Messstabes ist also von der Form des Fliessquerschnittes abhängig, d. h. davon, ob der durchflossene Querschnitt rechteckig, trapezförmig, rund, elliptisch oder beliebig ausgebildet ist.
In einer seitlich zur Rinne 11 angeordneten Kammer
12 ist der kapazitive Messstab 10 angeordnet, der bis zum Boden 13 der Kammer 12 reicht, die mit dem Boden 14 der Rinne 11 in einer gemeinsamen Ebene liegt, wie Fig. 7 zeigt. Die Kammer 12 ist in ihrem unteren Bereich durch eine Öffnung 15 mit dem Durchlaufkanal der Rinne verbunden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann in ein Betonbett 16 eingebaut werden. Der Messstab kann wahlweise in einer seitlichen Ausnehmung der Rinnenwand eingelassen werden.
In den Fig. 4 und 6 ist eine Messsonde als
Flächensonde dargestellt, die als Platte 17 oder 17' ausgebildet ist, deren eine Längskante 18 geradlinig und deren andere Längskante 19 nach der für die tBerech- nung der für die Flächensonde angegebenen Formel entsprechend der Durchflussmengenverteilung der Flüs sigkeit in Abhängigkeit von ihrer Füllhöhe funktionell begrenzt ist. Hier gelten natürlich die gleichen Über- legungen wie zu den Figuren 3 und 5 angestellt, nämlich, dass in Abhängigkeit von dem Strömungsquerschnitt die gekrümmte Längskante 19 auch wie in Fig. 4 strich punktiert dargestellt ausgebildet sein kann.
Die plattenförmige Flächensonde besteht aus einer Metallfolie 17. Diese ist allseitig von wasserdichtem
Isoliermaterial 20 umgeben. Als Isoliermaterial eignet sich ein wasserabweisender alterungsbeständiger Kunststoff. Die leitfähige Folie 17 kann auch von einer ringsum verschweissten, wasserdichten Folie aus Isolier material umgeben sein, z. B. aus thermoplastischem
Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen.
Die Figuren 3 und 5 zeigen die Anordnung der
Kapazitätsmesssonde in einer Venturimessstrecke 21.
Die Messsonde ist vorteilhaft im Staubereich der Ein schnürung angeordnet.
Fig. 6a und 7 zeigen noch eine andere Art der Anordnung der flächenförmigen Messsonde 27 die leicht ein- und ausbaubar in einem solchen Masse vertieft angeordnet ist, dass die umgebende Isolationsschicht mit der Wandung der Rinne planeben ist. Dadurch werden Turbulenzen durch Strömungsumlenkungen vermieden.
Es können sich dann auch keine Feststoffe an der Messsonde anlagern.
Messsonden aus Metallfolien haben den Vorteil, dass die Kurven auf der Folie massgenau aufgezeichnet und von Hand mit der Schere oder serienmässig mit sonstigen Schneid- oder Stanzwerkzeugen hergestellt werden können. Die Folie wird dann allseitig in geeigneter Weise durch Klebung oder Verschweissung von Isolationsmaterial umhüllt.
Fig. 8 zeigt, dass die in Draufsicht dargestellte Flächensonde, bestehend aus der elektrisch leitenden Folie 17 und der beidseitigen Kunststoffbeschichtung 20 vielfach abgebogen werden kann, um bei geringen Abmessungen eine grosse Wirkungsfläche zu erhalten.
Zur Erzielung eines gleichen Zwecks ist auch die ebenfalls in Fig. 9 in Draufsicht dargestellte Flächensonde nach einem Stromlinienprofil gebogen, um neben günstigen Strömungsverhältnissen über die Längs der Flächensonde zwei Wirkungsflächen zu erhalten, so dass die Länge vergleichsweise kurz bemessen werden kann.
Die Fig. 10 bis 14 zeigen schematisch die verschiedenen Querschnittsformen von Gerinnen mit zugeordneten Flächenformen der Flächensonden 17, die aibwei- chend von der schematischen Darstellung sich in Längsrichtung der Fliessgerinne erstrecken. Mit x ist die Füllhöhe der Gerinne mit Flüssigkeit angegeben. Der schraffierte Bereich der Flächensonde gibt die bei der angegebenen Füllhöhe x benetzte Fläche an, die kapazitiv zur Wirkung kommt, wobei der erhaltene Messwert nach Fig. 10 direkt auf ein Anzeigegerät 22 oder einen Schreiber 23 oder ein Druckwerk 24 oder auf einen M-.Pnetbandschreiber 25 übertragen werden kann.
Durch die unterschiedliche Flüssigkeitsbedeckung der Messsonde 10, 17 werden entsprechend unterschiedliche elektrische, linearisierte Messgrössen gewonnen und von einem Gebergerät auf nachschaltbare Anzeige oder Auswertgeräte weitergeleitet.
Es ist auch möglich, die y-Werte der Flächensonde massstabsgerecht zu verkleinern, damit auf diese Weise die Sonde nicht zu grosse Bemessungen erhält. Diese Verkleinerung wird dann kompensiert durch eine entsprechende reziprokte Vergrösserung der elektrischen Messwerte bzw. Auswertung.
Durch zusätzliche Bestückung mit einem Grenzschalter lassen sich ohne zusätzliche Elektroden beim Erreichen vorwählbarer Durchflussmengen elektrische Steuerbefehle auslösen, die zur Funktionssteuerung z. B.
von Pumpen, Belüftungseinrichtungen in Kläranlagen oder zur Auslösung sonstiger Signale benutzt werden können.
Die gewonnenen Messwerte lassen sich auch auf Magnet- oder Lochstreifen übertragen und speichern, um zu verschiedenen Zeiten ermittelte Messwerte miteinander vergleichen und auswerten zu können. Auf die beschriebene Weise lassen sich Kostenverteilungsberechnungen für die Bewältigung, Beseitigung und Reinigung von Abwässern durchführen.
Die beschriebene Ausbildung der Messsonde, die infolge ihrer Formgebung den Mengendurchfluss eines Gerinnes unmittelbar in lineare Messgrössen überführt, ist nicht nur anwendbar in künstlichen Rinnen, sondern auch in natürlichen Rinnen beliebiger Form, wie z. B.
Flüssen, weil sich auch deren Durchflussverhalten durch entsprechende Formgebung der Messsonde unmittelbar und linear erfassen lässt.
Fig. 15 zeigt ein Gerinne rechteckigen Querschnittes mit einer Breite B. 1 und den verschiedenen Höhen x.
Die Zahlen können Zentimeter, Dezimeter oder auch Meter sein. Auch können sie andere Messsysteme betreffen, so beispielsweise die Zollmasse.
Unter Zugrundelegung der in Fig. 15 dargestellten Rinne rechteckigen Querschnittes lautet die Kennlinienfunktion allgemein Q = b k xm/n und insbesondere Q b k x312.
Die Auswertung erfolgt in einer Werttafel A für die Breite b = 1 und eine Konstante k, die ebenfalls hier mit 1 angenommen wird. Es ergibt sich die nachfolgende Werttafel: Xx3/2 Q=1 . x3/2 O O o
1 1 > oo 1,oo
2 2,83 2,83
3 5,20 5,20
4 8, oo oo
5 11,20 11,20
Diese Wertetafel, die die Kennlinie der Funktion Q ergibt, ist in Fig. 17 in Gestalt einer Kurve dargestellt.
Anschliessend wird die Differenzialfunktion für die Wirkfläche gebildet und zwar nach der nachfolgenden Gleichung mit m = 3 und n = 2: Y *e Q = b . k . m/n . X (m/n - 1) Y = Q = b . k . 3/2 . x (3/2 - 1 ) 1) = b.k . 3/2 . x12
Diese Wertetafel ergibt folgende Werte.
X x'/2 3/2 X1 /2 =
O o O
1 1,o 1,5
2 1,414 2,121 3 1,737 2,605
4 2,ooo 3,000
5 2,23o ), )50
Diese Wertetafel B ist für die Oberfläche in Fig. 16 in Gestalt einer Kurve dargestellt. Die Kurve ergibt die Wirkfläche bzw. die Flächenbegrenzung der als Platte ausgebildeten Messsonde.
PATENTANSPRtJCH;E
I. Verfahren zur Durchflussmengenmessung in Gerinnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität zwischen der Flüssigkeit im Gerinne und einer darin eingetauchten und gegen die Flüssigkeit isolierten Kapazitätsmesssonde gemessen wird, wobei der Sonde eine derartige Form gegeben wird, dass die erhaltene Mess grösse proportional zur Durchflussmenge ist.
II. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Patentanspruch I mit einer Flächensonde, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längskante (18) der Flächensonde geradlinig und die andere Längskante (19) krummlinig ist.
UNTERANSPRt) E
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine derart gebogene Stabsonde bzw.
eine derart geformte Flächensonde verwendet wird, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der Durchfluss- menge und der gemessenen Kapazität besteht.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächensonde gebogen, abgekantet oder gefaltet ist.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächensonde aus einer elektrisch leitfähigen Folie oder Platte (17) besteht, die allseitig von Isoliermaterial (20) umgeben ist.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Flächensonde in einem Kunststoff, z. B. Giessharz auf der Basis von Polyester- oder Epdxyharzen, eingebettet ist.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Folie (17) der Flächensonde von einer ringsum verschweissten Folie (20) aus Isoliermaterial, insbesondere einer thermoplastischen Kunststofffolie, dicht umgeben ist.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Befestigung der Messsonde (10, 17) in einer Vertiefung der Seitenwandung der Rinne (11) vorgesehen sind, so dass die zur Rinne weisende Aussenfläche der Sonde mit der Seitenwandung eine Ebene bildet.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde als Kasette ausgebildet und Mittel zur lösbaren Befestigung in einer Nische der Rinne vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Befestigung der Messsonde in einer seitlichen Ausnehmung der Rinne vorgesehen sind.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Method and device for flow rate measurement in channels
The invention relates to a method and a device for flow rate measurement in Ge channels, in particular for water and waste water.
For many purposes, especially for the water consumption of cities and municipalities, but also to determine the amount of wastewater that occurs, knowledge of the available water quantities is important in order to make the necessary planning and precautions.
Previous devices for determining the amount of water produced are very imperfect. The use of a venturi tube for measuring flow rates or flow rates is known. The liquid flowing through the pipe is reduced to a higher speed and lower pressure, but is almost restored to its original state in the subsequent expansion.
The flow rate or volume is proportional to the square root of the pressure difference between the front opening and the narrowest point. This pressure difference is measured. This measurement is unsuitable in open channels that also carry waste as wastewater.
It was also suggested that the changing fill level be measured by a float. The use of a float does not give an exact measurement and in particular does not record small amounts of liquid because the float, depending on its displacement, must have a minimum water depth in order to be able to swim. Liquid quantities below the minimum water level are therefore not recorded.
Practice shows, however, that it is precisely the small amounts of water that have not yet been able to be measured in practice that are of great importance for municipalities, especially small communities, especially when
2 The fact that in the summer months when using swimmers with only small amounts of flowing water over long periods of time no measurements at all can be achieved, although the continuous flow of even small amounts results in considerable amounts of water. Swimmers also have the disadvantage that solid objects, for example cloths or the like, which are floating with them when draining waste water, attach themselves to the float. There is also a false indication due to the stagnation exerted on the float by the liquid.
The invention is based on the task of eliminating the disadvantages of previous methods and devices for flow measurement in channels and, moreover, of creating a solution which has other advantageous properties. To solve this problem, a method for flow rate measurement in channels is proposed, which is characterized in that the capacitance between the liquid in the channel and a capacitance measuring probe immersed in it and isolated from the liquid is measured, the probe being given a shape such that the The measured variable obtained is proportional to the flow rate.
Flume should also be understood to mean other measuring cross sections, for example specially profiled measuring flumes.
To measure the flow rate of water and waste water in channels, the advantages of the capacitive measurement method can thus be used according to the invention, which u. a. consist of a linear recording of measured values, good reproducibility and reliable remote transmission of the measured values. Furthermore, a simple structure of the measuring points with robust electrodes and device designs is possible.
In order to obtain the linear measured variable from the flow behavior of a flow rate in the channel, the capacitance probe is given a shape that takes into account the relationship between the fill level and the flow rate according to physical, hydraulic and mathematical relationships. Thus, conversions or conversions from the filling level to the flow rate are gzw. Scales or similar measuring devices designed according to a power function are no longer necessary because the relationship between the filling level and the flow rate is already taken into account by the measuring probe specially designed for this purpose.
The capacitance measuring probe works in such a way that a capacitor is formed between the metallic effective surface and the liquid to be measured. The active surface and the liquid are separated by a dielectric that z. B. made of plastic.
The capacitance measuring probe can be designed as a curved rod or rod with different cross-sections or as a surface with a curvilinear boundary.
A curved rod is, according to the mathematical relationship, an arc integral of the formula
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formed, where Qt is the flow rate with partial filling and thus corresponds to the capacitive arc length of the rod. Blel is accordingly the wetted arc length of the rod, which has a capacitive effect. y means the deviation of the bent rod from the perpendicular and x the filling level.
If the capacitance measuring probe is designed as an area, its area boundaries are based on the mathematical relationship of an area integral of the formula
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educated. Here, Qt is the flow rate with partial filling, which corresponds to the wetted area Fiel, which has a capacitive effect. y is the horizontal distance between the two long edges of the planar probe. x is the fill level.
A channel with a rectangular cross section can be used as a channel with a predetermined measuring cross section. A channel with a narrowing in the manner of a Venturi tube is particularly advantageously used because in this channel the water is guided through the narrowing with a higher water level, but after the subsequent expansion again as originally with a lower water level. The increase in the water level in front of the narrowing enables an accurate measurement. Since the capacitive measuring probe reaches down to the bottom of the channel, any amount of liquid is recorded.
The invention is based on some in the drawing
Embodiments explained in more detail.
Show it:
Fig. 1 shows a simple flow channel with a rectangular
Cross-section,
Fig. 2 shows the relationship between the fill level and the flow rate, represented by the characteristic line,
3 shows a longitudinal section through a channel with a measuring probe which is designed as a curved rod,
4 shows a longitudinal section through a channel with an area probe designed as a plate,
FIG. 5 shows the top view of the channel according to FIG. 3
6 shows the top view of the channel according to FIG. 4,
6a shows the plan view of a modified channel in the left part,
7 shows a vertical section along the line VII-VII according to FIG. 5 and in the right part according to FIG
Line VII-VII according to FIG. 6a,
Fig. 8 H- 9 curved surface probes viewed from above,
Fig.
10 to 14 different cross-sections of Gerin NEN, each with associated forms of the
Area probes,
15 to 17 show an embodiment.
In Fig. 1 is a flow channel of rectangular
Cross-section shown.
In the past, it was necessary for flow rates to translate the relationship to flow values in a complicated manner after recording the fill level using mechanical or electrical reduction units.
Fig. 2 shows the characteristic for the rectangular channel according to FIG. 1, where h is the height of the channel and Q is the
Indicating flow rate. With x is the filling level and with
Q denotes the partial quantity at the specified fill level. The relationship is taken into account in that, according to FIGS. 3 and 5, the capacitive measuring rod 10 is already curved according to a power function. The
The curvature function is derived from the channel characteristic line and the mathematical relationship of the formula given for the curved rod. The curvature of the measuring rod 10 is to be selected differently, for example like the measuring rod 10 'shown in dash-dotted lines, if a modified flow cross-section is present.
The curvature of the measuring stick is therefore dependent on the shape of the flow cross-section, i. H. of whether the cross-section through which it flows is rectangular, trapezoidal, round, elliptical or arbitrary.
In a chamber arranged to the side of the channel 11
12, the capacitive measuring rod 10 is arranged, which extends to the bottom 13 of the chamber 12, which lies in a common plane with the bottom 14 of the channel 11, as FIG. 7 shows. The lower area of the chamber 12 is connected to the channel of the channel through an opening 15. The device according to the invention can be installed in a concrete bed 16. The dipstick can optionally be embedded in a side recess in the channel wall.
In FIGS. 4 and 6, a measuring probe is as
Surface probe is shown, which is designed as a plate 17 or 17 ', one longitudinal edge 18 of which is linear and the other longitudinal edge 19 is functionally limited according to the formula given for the calculation of the surface probe according to the flow rate distribution of the liquid depending on its fill level . Here, of course, the same considerations apply as made to FIGS. 3 and 5, namely that, depending on the flow cross section, the curved longitudinal edge 19 can also be designed as shown in dashed lines in FIG.
The plate-shaped surface probe consists of a metal foil 17. This is watertight on all sides
Surrounding insulating material 20. A water-repellent, age-resistant plastic is suitable as an insulating material. The conductive film 17 can also be surrounded by a welded all around, waterproof film made of insulating material, for. B. thermoplastic
Plastic, such as polyethylene.
Figures 3 and 5 show the arrangement of the
Capacity measuring probe in a venturi measuring section 21.
The measuring probe is advantageously arranged in the congestion area of the constriction.
6a and 7 show yet another type of arrangement of the planar measuring probe 27, which can be easily installed and removed and is recessed in such a way that the surrounding insulation layer is level with the wall of the channel. This avoids turbulence caused by flow deflections.
No solids can then accumulate on the measuring probe.
Measuring probes made of metal foils have the advantage that the curves on the foil can be precisely recorded and produced by hand with scissors or in series with other cutting or punching tools. The film is then enveloped on all sides in a suitable manner by gluing or welding of insulation material.
8 shows that the surface probe shown in plan view, consisting of the electrically conductive film 17 and the plastic coating 20 on both sides, can be bent many times in order to obtain a large effective area with small dimensions.
To achieve the same purpose, the surface probe also shown in plan view in FIG. 9 is curved according to a streamlined profile in order to obtain two effective surfaces along the length of the surface probe in addition to favorable flow conditions, so that the length can be made comparatively short.
FIGS. 10 to 14 schematically show the various cross-sectional shapes of channels with associated surface shapes of the surface probes 17 which, deviating from the schematic illustration, extend in the longitudinal direction of the flow channel. The fill level of the channel with liquid is indicated by x. The hatched area of the surface probe indicates the area wetted at the specified fill level x which has a capacitive effect, the measured value obtained according to FIG. 10 being transmitted directly to a display device 22 or a recorder 23 or a printer 24 or an M- 25 can be transferred.
As a result of the different liquid coverage of the measuring probe 10, 17, correspondingly different electrical, linearized measured variables are obtained and passed on from a transmitter device to a display or evaluation device that can be connected downstream.
It is also possible to reduce the y-values of the planar probe to scale so that the probe does not have dimensions that are too large. This reduction in size is then compensated for by a corresponding reciprocal enlargement of the electrical measured values or evaluation.
By adding a limit switch, electrical control commands can be triggered without additional electrodes when preselectable flow rates are reached. B.
can be used by pumps, ventilation systems in sewage treatment plants or to trigger other signals.
The measured values obtained can also be transferred to magnetic or punched strips and saved in order to be able to compare and evaluate measured values determined at different times. In the manner described, cost allocation calculations for the management, disposal and cleaning of wastewater can be carried out.
The described design of the measuring probe, which, as a result of its shape, converts the mass flow through a channel directly into linear measured values, can be used not only in artificial channels, but also in natural channels of any shape, such as B.
Flows, because their flow behavior can also be recorded directly and linearly by appropriately shaping the measuring probe.
15 shows a channel of rectangular cross-section with a width B. 1 and the different heights x.
The numbers can be centimeters, decimeters or meters. They can also affect other measuring systems, such as the inch mass.
On the basis of the channel of rectangular cross section shown in FIG. 15, the characteristic curve function is generally Q = b k xm / n and in particular Q b k x312.
The evaluation takes place in a table of values A for the width b = 1 and a constant k, which is also assumed to be 1 here. The result is the following table of values: Xx3 / 2 Q = 1. x3 / 2 O O o
1 1> oo 1, oo
2 2.83 2.83
3 5.20 5.20
4 8, oo oo
5 11.20 11.20
This table of values, which gives the characteristic of the function Q, is shown in FIG. 17 in the form of a curve.
The differential function for the effective area is then formed according to the following equation with m = 3 and n = 2: Y * e Q = b. k. m / n. X (m / n - 1) Y = Q = b. k. 3/2. x (3/2 - 1) 1) = b.k. 3/2. x12
This table of values gives the following values.
X x '/ 2 3/2 X1 / 2 =
O o O
1 1, o 1.5
2 1.414 2.121 3 1.737 2.605
4 2,000 3,000
5 2.23o),) 50
This table of values B is shown for the surface in FIG. 16 in the form of a curve. The curve gives the effective area or the area delimitation of the measuring probe designed as a plate.
PATENT APPLICATION; E.
I. A method for measuring the flow rate in channels, characterized in that the capacitance between the liquid in the channel and a capacitance measuring probe immersed in it and isolated from the liquid is measured, the probe being given a shape such that the measured quantity obtained is proportional to the flow rate .
II. Device for carrying out the method according to patent claim I with a surface probe, characterized in that one longitudinal edge (18) of the surface probe is straight and the other longitudinal edge (19) is curvilinear.
SUBJECT TO) E.
1. The method according to claim I, characterized in that such a curved rod probe or
A surface probe shaped in such a way is used that there is a linear relationship between the flow rate and the measured capacitance.
2. Device according to claim II, characterized in that the surface probe is bent, folded or folded.
3. Device according to claim II, characterized in that the surface probe consists of an electrically conductive film or plate (17) which is surrounded on all sides by insulating material (20).
4. Device according to claim II and dependent claim 3, characterized in that the electrically conductive surface probe in a plastic, for. B. casting resin based on polyester or epoxy resins, is embedded.
5. Device according to claim II and the dependent claims 3 and 4, characterized in that the conductive film (17) of the surface probe is tightly surrounded by a film (20) made of insulating material, in particular a thermoplastic film, welded all around.
6. Device according to claim II and the dependent claims 2 to 5, characterized in that means for fastening the measuring probe (10, 17) are provided in a recess in the side wall of the channel (11) so that the outer surface of the probe facing the channel with the side wall forms a plane.
7. Device according to claim II, characterized in that the probe is designed as a cassette and means are provided for releasable fastening in a niche of the channel.
8. Device according to claim II, characterized in that means are provided for fastening the measuring probe in a lateral recess of the channel.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.