DE1291523B

DE1291523B - Inductive flow meter for liquids in open channels or channels, especially in sewers

Info

Publication number: DE1291523B
Application number: DEE28420A
Authority: DE
Inventors: Rolff Jacob Johannes Paulus
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1964-12-24
Filing date: 1964-12-24
Publication date: 1969-03-27
Also published as: DE1291523C2

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Durchflußmesser für Flüssigkeiten in offenen Kanälen, Gerinnen od. dgl., insbesondere in Abwässerkanälen mit zwei in einer Meßebene sich erstreckenden und senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden stabförmigen Elektroden und in Strömungsrichtung verlaufenden, ein Magnetfeld erzeugenden elektrischen Wicklungsdrähten, die auf der vom durchströmenden Medium abgewandten Seite der Elektroden angeordnet sind, zur Bestimmung der mittleren Durchflußgeschwindigkeit, sowie mit Einrichtungen zur Bestimmung des Niveaus, wobei aus den Werten der Durchflußgeschwindigkeit und des Niveaus die Durchflußmenge im offenen Kanal ermittelt und angezeigt wird. The invention relates to an inductive flow meter for liquids in open channels, channels or the like, especially in sewers with two extending in a measuring plane and standing perpendicular to the direction of flow Rod-shaped electrodes and running in the direction of flow, generating a magnetic field electrical winding wires on the facing away from the flowing medium Side of the electrodes are arranged to determine the mean flow rate, as well as with devices for determining the level, from the values of the flow rate and the level, the flow rate in the open channel is determined and displayed.

Bei bekannten Anlagen kamen bereits Vorrichtungen zur Anwendung die der allgemeinen Strömungsmeßtechnik entnommen sind. So wurde in einen Abwasserkanal ein Überfallwehr eingebaut, das den Abwasserstrom aufstaut und die Stauhöhe mißt. Eine solche Anordnung erfordert zusätzlichen baulichen Aufwand und weist den Nachteil auf, daß die Verschmutzungen sich am Meßort ablagern. In known systems, devices have already been used are taken from general flow measurement technology. So was in a sewer an overflow weir was built in, which damms the sewage flow and measures the water level. Such an arrangement requires additional structural effort and has the disadvantage on that the contamination is deposited at the measuring location.

Es ist ebenfalls bekannt, die Abwassermenge zu bestimmen, indem in bestimmten Zeitabständen das Strömungsprofil manuell mit Hilfe eines Flügelradzählers od. dgl. ausgemessen wird. Diese Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß die Überwachung nicht ständig erfolgen kann und die Messung und Auswertung sehr zeitraubend ist. It is also known to determine the amount of wastewater by adding in the flow profile manually with the help of an impeller counter at certain time intervals or the like. Is measured. These devices have the disadvantage that the monitoring cannot be done continuously and the measurement and evaluation is very time-consuming.

Weiterhin sind induktive Durchflußmesser für Rohrströmungen bekannt. Senkrecht zum Rohrquerschnitt wird ein magnetisches Feld erzeugt, das in der Rohrströmung eine Spannung induziert, die an zwei diametral in der Rohrwand angeordneten Elektroden abgegriffen wird. Die Verbindungslinie der Elektroden steht wiederum senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes. Ein solcher Durchflußmesser ist auch als elektromagnetische Durchflußsonde ausgebildet worden, die ebenfalls erlaubt, das Strömungsprofil einer beliebig gearteten Strömung auszumessen. Inductive flow meters for pipe flows are also known. A magnetic field is generated perpendicular to the pipe cross-section, which is in the pipe flow a voltage induced on two diametrically arranged electrodes in the pipe wall is tapped. The connecting line of the electrodes is in turn perpendicular to the Direction of the magnetic field. Such a flow meter is also called electromagnetic Flow probe has been designed, which also allows the flow profile of a measure any type of flow.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Durchflußmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, welche geeignet ist, bei den in offenen Kanälen, Gerinnen od. dgl. herrschenden unterschiedlichen und sich stark ändernden Wasserständen eingesetzt zu werden und auch die Wicklungsdrähte vor unbeabsichtigter Beschädigung von außen zu schützen, sowie diese auf einfache Weise am Kanalstück anzubringen, ohne daß eine Störung des elektrischen Feldes den Meßverlauf beeinträchtigt. The invention is based on the object of an inductive flow meter of the type mentioned to create, which is suitable in the open Channels, channels od. The like. Ruling different and strongly changing Water levels get used and also the winding wires from accidental To protect damage from the outside, as well as this in a simple way on the duct piece to be attached without a disturbance of the electric field affecting the measurement process.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die Elektroden vom Boden des Kanals bis zu der Stelle des maximalen Flüssigkeitsspiegels erstrecken und die elektrischen Wicklungsdrähte an oder in der Kanalwand angeordnet sind und außerhalb der Meßebene am oder im Kanalboden verlaufen, derart, daß sich ein in Strömungsrichtung rinnenförmiges Spulengebilde ergibt. According to the invention this object is achieved in that the electrodes extend from the bottom of the channel to the point of maximum liquid level and the electrical winding wires are arranged on or in the duct wall, and extend outside the measuring plane on or in the channel bottom, in such a way that an in Direction of flow results in a channel-shaped coil structure.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Meßspannung des induktiven Durchflußmessers unabhängig von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels gemessen werden und das gesamte Spulengebilde bzw. die Meßeinheit direkt in die Kanalwand, bzw. in ein vorgefertigtes Kanalstück eingegossen werden kann. Ferner ist die Möglichkeit für eine ständige und sichere Überwachung der abströmenden Abwassermenge auch von einer vom Meßort entfernten Meßwarte aus gegeben. The measures according to the invention have the advantage that the measuring voltage of the inductive flow meter depending on the flow velocity can be measured regardless of the height of the liquid level and the whole Coil structure or the measuring unit directly in the duct wall or in a prefabricated one Channel piece can be poured. There is also the option of permanent and secure monitoring of the outflowing amount of wastewater also from one of the measuring location remote control room.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Durchflußmessers wird zur Anzeige der Durchflußmenge ein Spannungsmeßgerät einschließlich einer elektrischen Fernübertragungseinrichtung verwendet. Auf diese Weise kann die Kontrolle unabhängig vom Meßort erfolgen. In a preferred embodiment of the flow meter is used for Display of the flow rate a voltmeter including an electrical one Remote transmission facility used. In this way the control can be independent from the measuring location.

Zweckmäßigerweise werden beide Elektroden in der Kanalwand angebracht bzw. ähnlich wie die Magnetwicklung eingegossen. Both electrodes are expediently attached to the duct wall or in a similar way to the magnet winding.

In einer weiteren Ausführungsform des Durchflußmessers ist vorgesehen, daß eine der beiden Elektroden aus mehreren, jeweils mit Hilfe von Widerständen hintereinandergeschalteten Teilelektroden besteht. Damit trifft je nach der Höhe des Flüssigkeitsniveaus ein größerer oder kleinerer Spannungsabfall zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden auf. Auf diese Weise ist es möglich, mit der Elektrodenanordnung allein sowohl die Strömungsgeschwindigkeit durch den Kanalquerschnitt als auch die Höhe des Flüssigkeitsspiegels gleichzeitig zu registrieren, so daß nach einer geeigneten Eichung der Meßvorrichtung die Abwassermenge direkt ermittelt und angezeigt werden kann ohne daß eine zusätzliche Einrichtung zur Niveaubestimmung erforderlich ist. Auch diese Teilelektroden und die Widerstände können innerhalb der Kanalwand angeordnet sein. In a further embodiment of the flow meter it is provided that one of the two electrodes consists of several, each with the help of resistors series-connected partial electrodes. This applies depending on the height of the liquid level, a greater or lesser voltage drop between the two opposing electrodes. In this way it is possible to use the Electrode arrangement alone both the flow rate through the channel cross-section as well as register the height of the liquid level at the same time, so that after a suitable calibration of the measuring device, the amount of waste water is determined directly and can be displayed without the need for an additional level determination device is required. These partial electrodes and the resistors can also be inside be arranged on the channel wall.

Da das Eingießen der elektromagnetischen Windungen in den Beton unter Umständen Schwierigkeiten bereiten kann, und außerdem beim Fehlen einer exakten Parallelität der einzelnen Wicklungsdrähte Störquellen für das elektromagnetische Feld in der Meßebene entstehen können, wird bei einer weiteren Ausführungsform nur eine einzige Windung der elektrischen Wicklung im Meßquerschnitt angeordnet. Diese macht zwar ein höheres Einspeisen von elektrischer Energie nötig, jedoch wird die Herstellung des Durchflußmessers sehr vereinfacht. Since the pouring of the electromagnetic windings into the concrete below Circumstances can cause difficulties, and also in the absence of an exact one Parallelism of the individual winding wires. Sources of interference for the electromagnetic Field can arise in the measuring plane, is only possible in a further embodiment a single turn of the electrical winding arranged in the measurement cross section. These makes a higher supply of electrical energy necessary, but the Production of the flow meter is very simplified.

Besonders günstig ist es, wenn das Spulengebilde mit Niederspannung betrieben wird, da dadurch eine bessere Isolierung zur Erde erreicht werden oder auf eine Isolierung bei Eingießen der elektrischen Wicklung in Beton verzichtet werden kann, so daß sich auf diese Weise eine bedeutende Vereinfachung bei der Herstellung der Vorrichtung ergibt. It when the coil structure with low voltage is particularly favorable is operated, as this achieves better insulation to earth or dispensed with an insulation when pouring the electrical winding in concrete can be, so that in this way a significant simplification in manufacture the device results.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand einiger Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Teilstück eines offenen Kanals, dessen Wandungen durchsichtig dargestellt sind, Fig. 2 einen Querschnitt durch das Kanalteilstück nach Fig. 1 in der Meßebene, F i g. 3 einen Querschnitt in der Meßebene durch eine andere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, F i g. 4 einen Querschnitt durch die Meßebene eines offenen Kanals mit trapezförmigem Querschnitt. The invention is shown in the drawing on the basis of some exemplary embodiments illustrated. 1 shows a schematic representation of the invention Device in a section of an open channel, the walls of which are transparent FIG. 2 shows a cross section through the channel section according to FIG. 1 in the measuring plane, F i g. 3 shows a cross section in the measuring plane through another in particular advantageous embodiment of the invention, FIG. 4 shows a cross section through the Measuring plane of an open channel with a trapezoidal cross-section.

In Fig. 1 ist in einen rechteckigen Kanal 1 eine elektromagnetische Wicklung 2 eingegossen, welche bei 3 und 4 an ein von dem Transformator 5 regelbares Wechselspannungsfeld angeschlossen ist. Der Kanal 1 wird in Richtung des Pfeiles 10 durchströmt. In Fig. 1 in a rectangular channel 1 is an electromagnetic Potted winding 2, which at 3 and 4 to a controllable by the transformer 5 AC voltage field is connected. Channel 1 is in the direction of the arrow 10 flows through.

Die Wicklung 2 besteht im wesentlichen aus in Strömungsrichtung verlaufenden Drähten 6 bzw. 7, welche in den seitlichen Kanalwandungen senkrecht untereinander angeordnet sind, so daß beim Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes in der Meßebene 11 ein senkrecht zur Strömungsrichtung 10 stehendes magnetisches Feld erzeugt wird. Außerhalb der Meßebene und in genügender Entfernung von dieser sind die Drähte 6 bzw. 7 rechtwinklig zum Kanalboden hin abgebogen und miteinander durch die senkrecht zur Strömungsrichtung im Kanalboden verlaufenden Drähte 8 bzw. 9 verbunden, welche in der gezeigten Ausführungsform parallel zur Meßebene, d. h. senkrecht zu den Drähten 6 bzw. 7 verlaufen. Auf diese Weise ergibt sich ein in Strömungsrichtung gesehen rinnenförmiges Spulengebilde, welches dem hier gezeigten rechteckigen Kanalquerschnitt angepaßt und in das beispielsweise aus Beton bestehende Rinnenstück 1 eingegossen ist.The winding 2 consists essentially of running in the direction of flow Wires 6 and 7, which are perpendicular in the side channel walls among themselves are arranged so that when an alternating electric field is applied in the measuring plane 11, a magnetic field perpendicular to the direction of flow 10 is generated. The wires 6 are outside the measuring plane and at a sufficient distance from it or 7 bent at right angles to the channel bottom and together through the perpendicular to the direction of flow in the channel bottom running wires 8 and 9 connected, which in the embodiment shown parallel to the measuring plane, d. H. perpendicular to the wires 6 and 7 run. This results in a view in the direction of flow Channel-shaped coil structure, which corresponds to the rectangular channel cross-section shown here adapted and poured into the channel piece 1 consisting, for example, of concrete is.

In der Meßebene sind seitlich an den Kanalwandungen stabförmig ausgebildete Elektroden 12 und 13 angebracht, welche sich vom Boden des Kanals bis nahezu über die ganze Höhe der Kanalwände erstrecken. Zwischen diesen beiden Elektroden wird durch die Bewegung der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 10 eine Spannung induziert, die als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit dienen kann. Voraussetzung ist allerdings, daß die Flüssigkeit beim Durchströmen der Meßebene wie ein in einem magnetischen Feld bewegter Leiter wirkt. In the measuring plane, rod-shaped sides are formed on the channel walls Electrodes 12 and 13 attached, which extend from the bottom of the channel to almost over extend the full height of the canal walls. Between these two electrodes is a voltage induced by the movement of the liquid in the direction of arrow 10, which can serve as a measure of the flow velocity. However, the prerequisite is that the liquid flows through the measuring plane like a magnetic one Moving conductor field is effective.

In F i g. 2 ist - schematisch dargestellt - eine Vorrichtung 14 zur Bestimmung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels 15 vorgesehen, welche beispielsweise aus einem Schwimmer bestehen kann, dessen Höhenanzeige durch nicht dargestellte Mittel auf elektrischem Wege zu einer entsprechenden Kontrolleinrichtung übertragen werden kann, an welcher auch die Spannungswerte der von den Elektroden 12 und 13 abgegebenen Spannung registriert werden können. In Fig. 2 is - shown schematically - a device 14 for Determination of the height of the liquid level 15 is provided, which for example may consist of a swimmer whose height is indicated by not shown Transfer means by electrical means to a corresponding control device can be, at which the voltage values of the electrodes 12 and 13 output voltage can be registered.

Die von den Elektroden 12 und 13 induzierte Spannung wird in dem Spannungsmeßgerät 19 in Fernübertragungswerte umgewandelt, die durch die Leitungen 20 zu einer nicht dargestellten Meß- oder Kontrollwarte geleitet werden. Beispielsweise kann die von den Elektroden 12 und 13 induzierte Spannung an eine Widerstandsbrückenschaltung angeschlossen sein, wobei der zum Ausgleich der Brücke nötige Ausschlag an den abzugleichenden Widerstand durch einen Nullmotor hervorgerufen wird.The voltage induced by the electrodes 12 and 13 is measured in the voltmeter 19 converted into long-distance transmission values which, through the lines 20, result in a non shown measuring or control room. For example, the the electrodes 12 and 13 induced voltage to a resistance bridge circuit be connected, the deflection necessary to compensate the bridge to the to be compensated Resistance caused by a zero motor.

Dieser Ausschlag wird beispielsweise über ein mechanisches Gestänge auf eine Fernübertragungseinrichtung, z. B. einen Regeltransformator, oder eine induktive oder photoelektrische veränderliche Spannungs- oder Stromquelle übertragen, die entsprechend diesem Ausschlag Signale an die Kontrollwarte sendet.This rash is generated, for example, by means of a mechanical linkage to a remote transmission facility, e.g. B. a regulating transformer, or a transmit inductive or photoelectric variable voltage or current source, which sends signals to the control room according to this deflection.

Die gezeigte Meßeinrichtung wird vor ihrer Inbetriebnahme durch geeignete Mittel justiert oder geeicht. Die Wicklungsdrähte 6 bzw. 7 sind hinter den Elektroden 12 bzw. 13 auf deren vom strömenden Medium abgewandten Seite angeordnet. The measuring device shown is before it is put into operation by suitable Medium adjusted or calibrated. The winding wires 6 and 7 are behind the electrodes 12 or 13 arranged on the side facing away from the flowing medium.

In Fig.3 ist eine der beiden Elektroden stabförmig ausgebildet (16), während die gegenüberliegende Elektrode aus einzelnen Teilelektroden 17 besteht, welche über Widerstände 18 hintereinander geschaltet sind. Je nach der Höhe des Flüssigkeitsspiegels werden daher mehr oder weniger Widerstände in den Meßkreis eingeschaltet, so daß je nach der Höhe des Flüssigkeitsspiegels 15 ein mehr oder weniger großer Spannungsabfall auftritt. Die zwischen die Teilelektroden 17 eingeschalteten Widerstände 18 sind in ihrer Größe so gewählt, daß sie etwa das 100fach des Flüssigkeitswiderstandes aufweisen. Die zwischen den Elektroden 16 und 17 induzierte Spannung wird in dieser Ausführungsform über einen Spannungsteiler gemessen. Die Spannung an dem Spannungsmeßgerät 19 ist linear von der Strömungsgeschwindigkeit und von der Wasserhöhe abhängig. In Figure 3, one of the two electrodes is rod-shaped (16), while the opposite electrode consists of individual partial electrodes 17, which are connected in series via resistors 18. Depending on the height of the Liquid level are therefore more or less resistances in the measuring circuit switched on, so that depending on the height of the liquid level 15 a more or less large voltage drop occurs. The connected between the partial electrodes 17 Resistors 18 are chosen in their size so that they are about 100 times the fluid resistance exhibit. The voltage induced between the electrodes 16 and 17 is in this Embodiment measured via a voltage divider. The voltage on the voltmeter 19 is linearly dependent on the flow velocity and the water level.

In Fig.4 ist ein offener Kanal 21 von trapezförmigem Querschnitt gezeigt, in dem auf einer Seite eine stabförmige Elektrode 22 angeordnet ist, und auf der anderen Seite Teilelektroden 23, die ähnlich wie in Fig. 3 über Widerstände 24 hintereinander geschaltet sind, und je nach der Wasserhöhe einen verschieden starken Spannungsabfall im Meßkreis hervorrufen. Da das Eingießen der Wicklungsdrähte 6 bzw. 7 in den Beton Schwierigkeiten bereiten kann, ist in der Ausführungsform nach der F i g. 4 nur eine Windung 27 mit je einem in Strömungsrichtung verlaufenden Drahtstück 25 bzw. 26 zur Erzeugung des Magnetfeldes vorgesehen. Dadurch ist es zwar nötig, zur Erzeugung einer gewissen Feldstärke eine größere Stromstärke anzuspeisen, und das Feld wird vor allen Dingen in der Nähe der Ränder des Kanals nicht mehr homogen sein, sondern vielmehr etwa in Richtung der Pfeile 28 verlaufen, doch werden diese Nachteile durch die bedeutend einfachere Herstellung aufgewogen. In Figure 4 is an open channel 21 of trapezoidal cross-section shown, in which a rod-shaped electrode 22 is arranged on one side, and on the other hand partial electrodes 23, which are similar to FIG. 3 via resistors 24 are connected in series, and depending on the water level, one is different cause severe voltage drop in the measuring circuit. As the pouring of the winding wires 6 or 7 can cause difficulties in the concrete is in the embodiment according to FIG. 4 only one turn 27 with one each running in the direction of flow Wire piece 25 or 26 provided for generating the magnetic field. This is how it is Although it is necessary to supply a greater current strength to generate a certain field strength, and the field is no longer especially near the edges of the canal be homogeneous, but rather run approximately in the direction of arrows 28, but will these disadvantages are outweighed by the significantly simpler manufacture.

Claims

Claims: 1. Inductive flow meter for liquids in open channels, channels or the like, especially in sewers with two in a measuring plane extending and perpendicular to the direction of flow Rod-shaped electrodes and running in the direction of flow, generating a magnetic field electrical winding wires on the facing away from the flowing medium Side of the electrodes are arranged to determine the mean flow rate, as well as with devices for determining the level of the flowing through the channel Medium, where the flow rate is derived from the values of the flow rate and the level is determined and displayed in the open channel, characterized in that the electrodes (12, 13) from the bottom of the channel (1) to the point of maximum Extend liquid level and the electrical winding wires (6, 7) on or are arranged in the channel wall and outside the measuring plane (11) on or in the channel bottom run in such a way that there is a trough-shaped coil structure in the direction of flow (2) results.

2. Inductive flow meter according to claim 1, characterized in that that to display the flow rate a voltmeter (19) including one electrical remote transmission device is used.

3. Inductive flow meter according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the rod electrodes (12, 13) are also mounted in the duct wall are.

4. Inductive flow meter according to claims 1 to 3, characterized characterized in that one of the two electrodes (16 or 17) is made several, sub-electrodes connected in series with the aid of resistors (18) consists.

5. Inductive flow meter according to claims 1 to 4, characterized characterized in that the coil structure (25, 26) for generating the Magnetic field only consists of a single turn (27).

6. Inductive flow meter according to claims 1 to 5, characterized characterized in that the coil structure (6 to 9, 25 to 27) operated with low voltage will.