CN116209882A - 流速测量装置 - Google Patents

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CN116209882A CN202180060104.XA CN202180060104A CN116209882A CN 116209882 A CN116209882 A CN 116209882A CN 202180060104 A CN202180060104 A CN 202180060104A CN 116209882 A CN116209882 A CN 116209882A
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Abstract

一种用于确定液体管线中的导电液体的流速的流速测量装置(10)包括：气泡注射器(82)，其用于将气泡注射到液体流中；第一电导率测量单元(30)，其在气泡注射器(82)的下游和测量管线(40)的上游；第二电导率测量单元(30’)，其在测量管线(40)的下游；评估单元(20)，其基于两个测量单元(30、30’)的电导率测量结果的时间相关特性来确定测量管线(40)中的液体的流速。

Description

流速测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定液体管道中的导电液体的流速的流速测量装置。
背景技术
本发明具体涉及一种用于污水处理厂的处理池中的水的处理分析器的流速测量装置，其中，流速测量装置具体地布置在采样元件和陆基分析器之间的输送管线中，所述采样元件浸没在污水处理厂的处理池中的水中。来自采样元件的水体样本被采样泵从处理池的水中泵送到陆基分析单元。蠕动泵通常用作采样泵，其射流部分是在必要时可以容易地更换的柔性软管。由于采样泵的射流部分弹性地和塑性地变形，所以采样泵的流速不能用于推断所泵送的水的量。因此，采样元件和分析单元之间的流速测量是必要的，例如，为了能够提供在分析单元中始终分析淡水体样本，并且能够检测现有的或即将到来的堵塞。
当输送更多或更少的未处理的废水时，污物层不断地在输送管的内部增长。这导致许多物理测量方法难以可靠地确定输送管线中的水的流速。利用气泡注射的渡越时间测量已经表现出用于这种应用的良好结果，其中气泡被光学地或光度测定地检测。这里的有用信号也随着污物层的增加而显著劣化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种容许更脏的层的流速测量装置。
本发明通过具有权利要求1的特征的流速测量装置来实现该目的。
根据本发明的流速测量装置不是光学地而是通过电导的方式来确定一个或多个所注射的气泡的存在。因此，首要条件是液体是可导电的，这是废水处理厂中的水或废水的情况。测量装置具有用于将一个或多个气泡注射到水体样本液体流中的气泡注射器。两个分立的电导率测量单元布置在气泡注射器的下游，在这两个电导率测量单元之间布置有流体测量管线，该流体测量管线具有限定的且已知的长度。因此，第一电导率测量单元布置在气泡注射器的下游和测量管线的上游，而第二电导率测量单元布置在测量管线的下游。两个测量单元邻接测量管线。当气泡通过测量单元时，只要气泡位于测量单元的两个电极之间，测得的电导率就显著降低。这产生时间相关的电导率分布。
虽然可以以不同的方式设计电导率测量单元，但是优选地在流体流动方向(即，在纵向方向上，不在横向方向上)上测量电导率。
测量装置还包括评估单元，该评估单元基于两个测量单元的电导率测量结果的时间曲线来确定测量管线中的流体的流速。为此目的，评估单元经由信号连接而在信息上连接到两个测量单元。在气泡注射之后，评估单元记录例如第一电导率测量单元中和第二电导率测量单元中与时间相关的电导率分布，将这些分布彼此进行比较，以及如果这两个图案充分地匹配，则确定这两个电导率测量单元之间的渡越时间。由于这两个电导率测量单元之间的刚性且体积稳定的测量管线的射流长度是已知的，所以评估单元最终根据测量管线中的该流速或液体的流量进行计算。
测试表明，在两个电导率测量单元之间，在纵向方向上，测量单元测量区段的内壁上非常厚的污物层具有在50千欧姆的范围内的典型电阻。测量管线内的流体的电阻与污物层电阻电学地并联，并且水的电阻与污物层的电阻具有大致相同的范围，因而这在没有气泡的情况下产生约25千欧姆的总电阻。如果在测量管线中存在几乎完全填充测量管线内部的整个自由直径的气泡，则可以预期在测量管线的纵向方向上的大于1000千欧姆的流体电阻，从而产生约为50千欧姆的总电阻。即使在测量管线的内部具有较厚的污物层，也可以以非常高的可靠性检测气泡。从而，利用简单且廉价的手段创造了容许污物层的流速测量装置。
电导率是电阻的倒数值，在技术意义上被理解为电阻的同义词。
每个电导率测量单元优选地具有第一电极和第二电极，其中，在流动方向上或在流过测量单元测量区段的方向上，测量单元的两个电极被布置为彼此相距一定距离，使得在流动方向上确定在测量单元测量区段内的液体的电导率。在两个电极之间的纵向方向上(即，在流体流动方向上)测量电阻。两个电极之间的距离应该是典型气泡直径的倍数。
电导率测量单元的两个电极更优选地分别被设计为环形电极主体。这样尤其实现了：在测量单元中存在污物层的情况下，电极和测量单元内部的流体之间的电阻相对较小。
气泡注射器原则上可以独立地起作用，例如，通过以恒定的间隔将一个或多个气泡注射到流体流中。在本发明的优选实施例中，评估单元主动地控制气泡注射器。因此，评估单元可以例如自动地设定测量普遍率或测量频率。此外，评估单元还可以根据次级参数来控制各自的空气供给量。由此可以提供自适应式测量机制。
测量单元测量区段优选地由刚性且不导电的测量单元缆线形成。测量单元测量区段的长度可以是其内径的至少十倍，例如，测量单元测量区段可以具有约1.8mm的内径和约25mm的长度。内径应该选择为使得内径不大于水中的典型气泡直径，即，它最多应为几毫米。
在本发明的优选实施例中，评估单元包括测量信号发生器，该测量信号发生器产生测量电压，该测量电压的峰值电压低于水的典型电解电压。水的电解电压在1.0V和2.0V之间。因此，测量电压的峰值电压优选地应该低于2.0V。
测量信号发生器更优选地产生对称交变电压作为测量电压，该对称交变电压优选地具有在500Hz和100kHz之间的频率。第一电极连接到测量信号发生器，而第二电极连接到接收器，反之亦然。
可以通过调节AC电压频率和接收器的输入处的电容元件来使接收器的输入阻抗与水体样本的典型电导率相匹配。如果在测量单元测量区段中存在气泡，则测量单元的两个电极之间的阻抗发生变化，该变化被电极检测到。
评估单元优选地具有污染检测器，该污染检测器根据具有气泡的情况下的测量单元测量信号和不具有气泡的情况下的测量单元测量信号的比率来确定和输出测量单元测量区段的污染程度。污染程度信息可以用于例如触发清洁周期或维护指令。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明的实施例示例，附图示出：
图1示意性地示出了包括两个电导率测量单元的流速测量装置，这两个电导率测量单元用于对用于处理分析器的水体样本进行采样；以及
图2示出了图1的流速测量装置的电导率测量单元的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了例如在废水处理厂中使用的流速测量装置10，该流速测量装置10用于从陆基处理分析单元100的处理池90取样。
来自处理池90的废水91的水体样本通过浸没的样本过滤器92被采样泵80泵送到处理分析单元100。采样泵80被提供为蠕动泵，以便在必要时采样泵80的整个射流部分可以被容易地更换。导电式流速测量模块10’流体地布置在采样泵80和处理分析单元100之间。导电式流速测量模块10’确定测量管线40中的流体的流速，该测量管线40被配置为刚性的以具有恒定的体积，并且具有限定的测量管线长度X。导电式流速测量模块10’通过所注射的气泡14和渡越时间测量来确定测量管线40中的流体的流速。
三通阀82’流体地布置在样本过滤器92和采样泵80之间，三通阀82’被布置为气泡注射器82，该气泡注射器82将阀出口流体地连接到来自样本过滤器92的管线，或连接到环境空气。由流速测量模块10’的电子评估单元20控制气泡注射器82。
水体样本从采样泵80通过馈送管线12流入到流速测量模块10’中，流速测量模块10’基本上由评估单元20、第一电导率测量单元30、测量管线40和第二电导率测量单元30’组成，该第二电导率测量单元30’在结构上与第一电导率测量单元30相同。评估单元20具有用于每个相应的电导率测量单元30、30’的分立的测量电子模块26、26’，每个电导率测量单元30、30’还具有相应的测量信号发生器22和测量信号接收器24。
在图2中示出了电导率测量单元30的示例。电导率测量单元30包括：第一电极32，其布置在测量单元测量区段36的上游；以及第二电极34，其布置在测量单元测量区段36的下游。两个电极32、34被设计为环形电极主体32’、34’，该环形电极主体由导电性不锈钢构成，并且每个环形电极主体均形成具有它们的圆筒形内圆周表面的流动通道的非常短的区段，即，它们以它们的整个内圆周表面与液体样本进行电接触。
由非导电的且刚性的测量单元管线36’限定测量单元测量区段36，该测量单元管线36’由塑料制成并且具有约1.8mm的内径D和约25.0mm的长度。两个电导率测量单元30、30’之间的刚性测量管线40由管线主体40’构成，该管线主体40’也具有1.8mm的(相同的)内径D和例如250mm的长度X。
在所示的实施例中，在图2所示的整个流体管线的内部已经建立了封闭的污物层15，该封闭的污物层15还覆盖两个电极32、34的内圆周表面，并且因此从根本上使电导率测量复杂化。水体样本13在第一电导率测量单元30的自由腔中流动，该自由腔被气泡14中断。气泡14的直径通常对应于测量单元管线36’的内径D或自由腔。
评估单元20通过控制由三通阀82’注射的气泡14以使得一个或多个气泡被引入到流过的水体样本中，从而启动流速测量。采样泵80以近似恒定的速度持续地运行。
测量信号发生器22产生对称交变电压作为测量电压，该对称交变电压具有例如10kHz的交变电压频率和最高1.5V的峰值电压，该峰值电压低于水的特定电解电压。经由第一电极32将测量电压引入到测量单元测量区段36中。第二电极34电连接到测量信号接收器24，该测量信号接收器24具有输入阻抗，该输入阻抗通过适当调节AC电压频率和测量信号接收器24的输入处的电容元件而与水体样本的典型电导率相适应。当测量的气泡14通过时，测得的阻抗发生显著变化，使得这构成了用于渡越时间测量的开始信号或结束信号。因此，根据两个电导率测量单元30、30’的电导率测量结果的时间曲线，或根据由气泡引起的电导率峰值的时间间隔来确定两个电导率测量单元30、30’之间的测量气泡14的渡越时间。在测量周期期间，测量信号发生器22持续地生成它的对称交变电压，该对称交变电压被测量信号接收器24持续地接收。
评估单元20根据测量管线40的长度X和所确定的渡越时间来计算样本过滤器92和陆基处理分析单元100之间的液体或水体样本的流速或体积流量。
评估单元20具有污染确定器27，该污染确定器27根据所确定的和所存储的具有气泡14的情况下的单元测量信号与不具有气泡14的情况下的单元测量信号的比率来确定测量单元测量区段36的污染程度，并且将其输出到装置控制器。所确定的测量信号比率越大，污染程度就越高。
附图标记列表
10流速测量装置
10’流速测量模块
12馈送管线
13水体样本
14气泡/所注射的气泡
15污物层
20电子评估单元
22测量信号发生器
24测量信号接收器
26测量电子模块(用于第一电导率测量单元)
26’测量电子模块(用于第二电导率测量单元)
27污染确定器
30第一电导率测量单元
30’第二电导率测量单元
32第一电极
32’环形电极主体
34’环形电极主体
34第二电极
36测量单元测量区段
36’测量单元管线
40刚性测量管线
40’管线主体
80采样泵
82气泡注射器
82’三通阀
90处理池
91废水
92样本过滤器
100陆基处理分析单元
D内径
X测量管线长度。

Claims (9)

1.一种用于确定液体管线中的导电液体的流速的流速测量装置(10)，所述流速测量装置(10)包括：
气泡注射器(82)，其用于将气泡注射到液体流中；
第一电导率测量单元(30)，其布置在所述气泡注射器(82)的下游和测量管线(40)的上游；
第二电导率测量单元(30’)，其布置在所述测量管线(40)的下游；以及
评估单元(20)，其被配置为基于所述第一电导率测量单元(30)和所述第二电导率测量单元(30’)的电导率测量结果的时间相关特性来确定所述测量管线(40)中的所述导电液体的流速。
2.根据权利要求1所述的流速测量装置(10)，还包括：
测量单元测量区段(36)，
其中，所述第一电导率测量单元(30)和所述第二电导率测量单元(30’)中的每一个均包括第一电极(32)和第二电极(34)，并且
在流动方向上观看，所述第一电极(32)和所述第二电极(34)被布置成彼此由所述测量单元测量区段(36)间隔开，以便在所述流动方向上确定所述测量单元测量区段(36)内的液体的电导率。
3.根据权利要求2所述的流速测量装置(10)，其中，所述第一电极(32)和所述第二电极(34)中的每一个均形成为环形电极主体(32’、34’)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流速测量装置(10)，其中，所述评估单元(20)还被配置为控制所述气泡注射器(82)。
5.根据前述权利要求2-4中任一项所述的流速测量装置(10)，其中，所述测量单元测量区段(36)由包括长度(L)和内径(D)的测量单元管线(36’)限定，所述长度(L)是所述内径(D)的至少十倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流速测量装置(10)，其中，所述评估单元(20)包括测量信号发生器(22)，所述测量信号发生器被配置为产生测量电压，所述测量电压具有低于水的电解电压的峰值电压。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流速测量装置(10)，其中，所述测量信号发生器(22)还被配置为产生对称交变电压作为所述测量电压。
8.根据权利要求7所述的流速测量装置(10)，其中，所述对称交变电压具有在500Hz和100kHz之间的频率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流速测量装置(10)，其中，所述评估单元(20)还包括污染确定器(27)，所述污染确定器被配置为基于所述第一电导率测量单元(30)和所述第二电导率测量单元(30’)中的具有气泡(14)的情况下的测量信号与不具有所述气泡的情况下的测量信号的比率来确定和输出所述测量单元测量区段(36)的污染程度。
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