-
Vorrichtung zur Durchflußmessung in offenen Kanälen oder Abwasserleitungen
Die Frfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchflu#menge
von Flüssigkeiten in offenen Kanälen oder in Abwasserleitungen verschiedener querschnittsformen
mit außerhalb der strömenden Flüssigkeit angeordneten elektrischen Leitern zur Erzeugeung
eines magnetischen Feldes und mit vorzugsweise zwei in einer Me#fläche gegenüberliegenden
Blektroden, an denen eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Spannung abgegriffen
erden kann, nach Patent . ......
-
(Pat.Anm. E 28 420 IX b/42 e).
-
Beim Gegenstand des Hauptpatentes sind die Elektroden senkrecht zur
Strömungsrichtung angeordnet, damit Störspannungen bei der Messung der von der Strömungsgeschwindigkeit
proportional abhängenden induzierten Spannung vermieden werden. Zur
Messung
der Höhe der strömenden Flüssigkeit werden dort entweder besondere Niveaume#geräte
angewendet oder es wird eine der beiden #lektroden aus mehreren mit Hilfe von Widerständen
hintereinanderschalteten Teilelektroden, gebildet, so daß je nach der Höhe des Flüssigkeitsniveaus
ein grö#erer oder klein@rer Spannungsabfall zwischen den gegenüberliegenden @@ektreden
auftritt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchflußmeßvorrich
tun gemäß dem Hauptpatent zu ver ei nfachen. Die Erfindung besteht darin, daß die
zwischen den Elektroden gebildete Me#fläche die Feldlinien des magnetischen Feldes
zur Erzeugung einer von der Höhe des Fl@ssigkeitsspiegels abhängigen und um 90°
gegenüber der durch die @trömung der Flüssi@keit hervorgerufenen Spannung phasenversetzten
Spannungskomponente an den Elektroden schneidet und Mittel vorgesehen sind, welche
diene Spannungskomponente getrennt von der durch die Strömung der Flüssigkeit hervorgerufenen
Spannung bestimmen. Auf diese @eise Kann auf ein gesondertes @iveaume#gerät, welches
an der Meßstelle in allgemeinen nur schwierig in die Abwasserleitung oder in den
Abwasserkanal eingesetzt werden kann sowie auch auf die teilweise aufwendig durchzuführende
A Anordnung von hintereinanderliegenden Elektroden in der im Hauptpatent vorgeschlsgenea
leise verzichtet werden. Au#erdem wird die Montage der gemä# dem Hauptpatent senkrecht
zur Strömungsrichtung anzuordnenden Elektroden weitgehend vereinfacht.
-
Bei Kanälen mit rechteckigem @uerschnitt kann die von den Elektroden
gebildete Me#fläche in einfacher reise eine Fbene sein, die unter einem @inkel zur
@ichtung der Feldlinien angeordnet ist. Dadurch wird die mit veränderlichem Flüssi
gkeitsspeigel sich ändernde @pannungskomponente linear von der Höhe des Fl@ssi gkeitsspiegels
abhängig. Bei Kanälen ohne rechteck : gen. @uerschnitt oder bei nicht vollst@ndig
gefüllten Rohren werden die Elektroden und damit die Me#fläche zweckmä#ig zur Linearisierung
des Produktes der Spannunsskomponenten, velches ein aß für den Durchfluß vtbtt bogenförmig
und unter einem @inkel zu den Feldlinien einJebaut.
-
Vorteilhaft kann als Mittel zur Bestimmung er Spannungskomponenten
eine Phasentrennanordnung verwendet werden, die einen @iderstand und einen Kondensator
besitzt, so daß die um 90° gegenüber der durch die Strömungsgesch@indigkeit induzierten
Spannung phasenversetzte @pannungskomponente getrennt festgestellt @erden kann.
Z@eckmä#ig werden Kompensationseinrichtungen zur Kompe@sierung und zur Anzeige der
beiden Spannungen vorgesehen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kompensationseinrichtung
in an sich bekannter leise als Br@ckenschaltung ausgebildet ist und venn Nullmotoren
vorgesehen sind, welche die zur Erzeugung der Kompensationsspannungen in den beiden
Br@ckenzwiegen nötigen Widerstandsregelungen vornehmen.
-
Einer der beiden Br@ckenz@eige ist dabei nit einem eingescäalteten
Widerstand
und der andere - wie bereits erwahnt -mit einem Kondensator versehen.
-
In der Zeichnung ist; ein Ausführungsbeisplel der Erfindung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Elektroden anordnung
in einem rechteckigen Kanalquerschnitt; Fig. 2 das Vektordiagramm der erfindungsgemä#
hervorgerufenen Spannungskomponenten; Fig. 5 eine Phasentrennsch@ltung zur Bestim@ung
der erfindungsgemä# erzeugten Spannungskomponenten nach Figur 2 und Fig. 4 das Vektordiagramm
der mit der Schaltung nach Figur 3 hervorgerufenen Kompensationsspannungen zu den
Spannungskomponenten nach Figur 2.
-
In der Figur 1 wird in einem rechteckigen Kanalquerschnitt 1, der
in Richtung des Pfeiles 10 vom Strömungsmedium durchströmt wird, ähnlich wie im
hauptpatent ein senkrecht zur Strömungsrichtung lo stehendes elektromagnetisches
@echselfeld mit Hilfe von nicht dargestellten, au#erhalb
des Strömunquerschnitts
verlaufenden elektrischen Leitern vorzugsweise durch anlegen von Niederspannung
erzeugt, das durch den senkrecht zur Strömungsrichtung lo stehenden Pfeil H bezeichnet
sein soll. In der rechten Kanalwand ist senkrecht zur Strömungsrichtung lo die Elektrode
12 angeordnet, während in der gegenüberliegenden sind die Elektrode 13' so angeordnet
ist, daß die durch die Punkte 33 bs 36 gekennzeichnete, zwischen den Elektroden
12 und 13' ebildete ILeßfläche die Feldlinien des magnetischen Feldes H schneidet.
Dadurch wird an den @lektroden eine vond der Anzahl der geschnittenen Feldlinien
abhängige Spannungskomponente hervorgerufen, die zusätzlich zu der durch die S.trömung
der Flüssigkeit im anal 1 induzierten Spannungskomponente auftritt. Beide Spannungskomponenten
s sind, wie auch aus Figur 2 hervorgeht, um 90° phasenversetzt zueinander und stehen
im Vektordiagramm senkrecht aufeinander.
-
Zum Vergleich mit der Ausführungsform des Hauptpatentes ist die senkrecht
zur Stroömungsrichtung lo verlaufende Lage 13 der zweiten, der @lektrode 12 gegenüberliegenden
Elektrode gezeigt. lurch die von der @lektrode 12 und der gedachten Elektrode 13
gebildete Me#fläche werden keine Feldlinien des magnetischen Feldes H geschnitten.
Bei einer solchen Ausf@hrungsform wird an den Elektroden nur eine der Strömungsgesch@indigkeit
proportionale Spannung induziert.
-
Die Anzahl der von der zwischen den Elektroden 12 und 13'
gebildeten
Me#fläche geschnittenen Feldlinien geht aus der Projektion 37 der Me#fläche in die
senkrecht zum elettromagnetischen Feld H gelegene @bene hervor. Je nach der Höhe
der im Kan@l 1 befindlichen flüssigkeitsmenge wird sich infolge der @eigung der
Me@fläche zu den Reldlinten die Grö#e der Projektion 37 verändern. Da diese Projektion
ein Ma# für die @nzahl der geschnittenen Feldlinien gibt und die an den Elektroden
12 und 13' hervorgerufene Spannungskomponente von der Anzahl der geschnittenen Feldlinien
abhängt, ist es auf diese @eise möglich, die Höhe der durch den Kanal 1 strömenden
Flüssigkeit zu bestimmen, wenn die durch die geschnittenen Feldlinien an den Elektroden
12 und 13' hervorgerufenen Spannungsko@ponente ermessen @ird. Zur Bestimmung des
Durchflusses muß gleichzeitig aber auch die durch die Strömung der Flässigkeit in
Richtung des Pfeiles lo an den Elektroden 12 und 13' in@uzierte Spannung festgestellt
werden. die die beiden für die Durchflu#messung wesentlichen Spannungskomponenten
ermittelt werden könnea, wird anschließend noch beschrieben. rie in Figur 2 gezeigt
und such bereits erwahnt ist, steht die durch die Strömung der Flussigkeit an den
Elektroden 12 und 13' induzierte Spannung u2 i@ Vektordiagramm senkrecht auf der
durch die Proje@tion 37 aufgrung der geschnittenen Feldlinien hervorgerufenen Spanung
u1. Da die Spannung u2 ein Ma# fur die Gsschwindigkeit der durch den Kanal 1 strömenden
Flüssigkeit gibt und die Spannung ul ein Ma# für
die siebe der im
Kanal 1 strömenden Flüssigkeit, gibt das Produkt aus den beiden Spannungskomponenten
ein Ma# für die gewünschte Durchflu#menge an. Zweckmä#ig wird nun die Anordnung
und die @usbildung der Elektroden so getroffen, bzw. werden die übrigen Einflu#faktoren
so gewählt, daß das Produkt dieser beiden Spannungskomponenten u1 und u2 linear
mit der Durchflu#menge anwächst. Im Ausfährungsbeispiel nach der Figur 1, in welcher
ein Kanal mit rechteckigem Querschnitt gezeigt ist, genügt es zu diesem Zweck, die
Elektrode 13' oder zusätzlich such die Elektrode 12 unter einem bestimmten winkel
#035 zu der Richtung der Feldlinien zu neigen. Die Projektion 37 wächst dann linear
mit steigendem Flüssigkeitsspiegel im Kanal an. Da auch die durch die Geschwindigkeit
der Strömung hervorgerufene Spannung an den Elektroden 12 und 13' linear mit der
Geschwindigkeit wächst, ist auch die Durchflu#menge linear vom Produkt der Spannungskomponenten
abhängig. Bei Kanälen ohne rechtectigen Querschnitt müssen beide Elektroden, oder
zumindestens eine Elektrode unter einem Winkel zu den Feldlinien verlaufen und bogenförmig
ausgestaltet sein, damit die mit veränderlichen Flüssigkeitsspiegel sich ändernde
Projektion der geschnittenen Feldlinien sich in einem bestimmten funktionellen Zusammenhang
mit der Höhe des Flüssigkeitsspiegels ändert.
-
Schließlich wäre es nuch denkbar, in analo, er. Neise an Stelle der
Elektroden das elektromagnetische Feld zu verschmenken,
sodaß die
Me#fläche zwischen den Elektroden ebenfalls elektromagnetische Feldlinien schneidet.
Diese Methode wird jedoch im allgemeinen mit gewissen Nachteilen behaftet sein,
da dann die durch die Strömung der Flüssigkeit in der Me#fläche zwischen den Elektroden
hervorgerufene Span nungskomponente nicht mehr in der in dem folgenden Ausführungsbeispiel
beschriebenen einfachen Weise ermittelt werden kann. Dabei ist es nicht unbedingt
nötig daß das elektromagnetische Feld homogen ist, da es bei geeigneter Abstimmung
aller fur die Messung@wesentlicher 3intlußgrössen möglich ist, Inhomogenität des
Feldes zu berücksichtiden In Figur 3 ist eine Schaltanordnung gezeigt, welche es
in einfacher Weise erlaubt, die an den Elektroden 12'und 13', die hier beide in
Kanal 1 unter einem Winkel zu den Feldlinien geneigt sind, hervorgerufenen Spannungen
ul und u2 getrennt zu messen. In der Figur 4 ist. schematisch dargestellt, daß die
spanungen ul und u2 durch die Schaltanordnung nach Figur 3 jeweils durch entsprechende,
gegeneinander wiederum um 90° phasenversetzte Kompensationsspannungen e1 und e2
ausgeglichen werden. Mit dieser stromlosen Me#-methode kann die in Kanal 1 fließende
Flüssigkeitsmenge festgestellt werden.
-
In der Figur 3 führen von der Elektrode 12' und von der Elektrode
13' jeweils die Leitungen 38 bzvr. 39 ab. Die Leitung
38 läuft
er de n Verstärker $0 zu den Nullmotoren 41 und 42, wobei sie sich in die Leitungen
43 und 44 verzweigt. Die Leitung 39 führt zu einer Brückenanordnung 45, die über
einen Transformator 46 von er Netzspannungsquelle, beispielsweise mit 220 Volt Wechselstrom,
gespeist wird. In dem linken Zweig 47 der Brückenschaltung ist ein Kompensationswiderstand
48 und e ein Widerstand 49 vorgesehen.
-
Im rechten Zweig 50 befindet sich ehenfalls ein Kompensationswiderstand
51 und ein Kondensator 52.
-
Durch die Anordnung des Widerstandes und des Kondensators in den zwei
verschiedenen Zweigen der Brückenanordnung werden die um 90° phasenversetzten Spannungskomponenten
u1 und u2 auf Je einen Zweig der Brücke aufgeteilt.
-
In der zum Nullmotor 41 führenden Leitung 43 ist ebenfalls ein Kondensator
53 angeordnet, der über die Leitung 54 an den Verstärker 4o angeschlossen i3t. Die
mit dem Nullsotor 42 in Verbindung stehende Leitung 44 i3t mit einem widerstand
55 ausgerüstet, der ebenfalls über die Leitung 54 mit dem Verstärker 40 verbunden
ist. Auf diese Weise spricht der Nullmotor 41 zur Verstellung des Widerstandes 51
nur an, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit im Kanal 1 ändert, d.h. wenn die
Spannung u2 sich ändert. Der Nullmotor 42 zum Abgleich des Winderstandes 48 spricht
dagegen nur an, wenn sich die Höhe der im Kanal strömenden Flüssigkeit ändert, d.h.
wenn sich die Spaaaung u1 ändert. Die an den Widerständen 48
und
51 hervorgerufenen Kompensa t ionss pan nun skomponenten e1 und e2 kompensieren
auf diese Weise die an den Elektroden 12' und 13' hervorgerufenen Spannungen ul
und a2. I>ie am Nulimotor 41 und am Nullmotor 42 jeweils ermittelten Werte für
die Spannungskomponenten u1 und u2 ergeben miteinander multipliziert ein Ma# über
den Durchfluß im Kanal 1. Diese Multiplikation kann in bekannter Weise auf elektrischem
@ege erreicht werden. Bei der erfindungsgemä#en Vorrichtung besteht aber auch noch
die Möglichkeit, die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Kanal 1 getrennt von der Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit zu beobachten.
-
Durch die erfindung ist eine äu@erst einfache Möglichkeit zur Herstellung
von Me#kanalquerschnitten für Abwasserrohre oder für offene Kanäle gefunden, welche
es gestattet, den Durchflu# auf rein elektrischem Nege zu bestimmen, ohne den Aufbau
des Me#querschnitts zu aufndi g zu gestalten.