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"Vorrichtung zur Messung des Durchflusses in offenen Fließgerinnen,
insbesondere von Wasser und Abwässern.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sur Messung des Durohflusses
in offenen flie#gerinnen, insbesondere von Wasser und Abwässern, Für viele Zwecke,
insbesondere tur 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 su treffen.
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Bisherige Vorrichtungen zur Irlittlung der anfallenden
Wassermengen
sind sehr unvollkommen. Bekannt ist die Anwendung eines Venturirohres zur Mesauna
von Durohflu#-geschwindigkeiten oder durchflu#mengen. Die durch das Rohr strömende
FlUssigkeit wird durch eine Verengung aur höhere Geschwindigkeit und niederen Druck,
in der folgenden Erweiterung aber nahezu wieder in den sursprünglichen Zustand gebracht.
Die Durchflußgeschwindigkeit oder -menge ist der Wurzel aus des Druckunterschied
zwischen der vorderen Öffnung und der engsten Stelle proportional. Dieser Druokunterschied
wird gemessen. Diese Messung ist in offenen Rinnen, die als Abwasser aueh Abfälle
alt sich führen, ungeeignet. Vorgeschlagen wurde auch, die sich ändernde Fuilhöhe
durch einen Schwimmer zu messen. Die Verwendung eines Schwimmers ergibt keine genaue
Messung und erfaßt insbesondere nicht geringe Flüssigkeitsmengen, weil der Schwimmer
abhängig von seiner Verdrängung eine Mindestwassertiefe haben muß, um schwimmfähig
zu sein.
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FlUsaigkeitsmengen unterhalb des Mindestwasserspiegels werden somit
nicht erfaßt. Die Praxis zeigt Jedoch, da. gerade die geringen bisher praktisch
nicht zu messenden Wassermengen von großer Bedeutung fUr Gemeinden, insbesondere
Kleingemeinden sind, insbesondere unter Berrücksichtigung der Tatsache, daß in den
Sommermonaten bei Anwendung von Schwimmern bei nur geringen fließenden Wassermengen
Uber längere Zeiträume Uberhaupt 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
mitsohwimmende feste Gegenstände, beispielsweise Tücher od. dgl. sich am Schwimmer
festsetzen. Auch erfolgt eine Fehlanzeige durch den durch die Flüssigkeit auf den
Schwinger ausgeübten Stau.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Nachteile bisheriger
Meßvorrichtungen zu beseitigen und darüberhinaus eine Vorrichtung zu schafen, die
sonstige vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Messung
des Durchflusses in offenen Flie#Gerinnen, insbesondere von Wasser und Abwässern,
erfindungsgemaß vorgeschlagen die Anordnung eines kapazitiven Meßstabes @ einer
Rinne od.r Meßkerben oder Stauwehren, die insbesondere als Venturirohr ausgebildet
sind, wobei der kapazitive Meßstab in vertikaler oder gekrümmter Ausrichtung bis
zum flomen der Rinne reicht.
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Die Erfindung benutzt somit zur Messung der Durchflu#menge von Wasser
oder Abwässern in offenen Fließgerinnenoder sonstian Profilen das Prinzip der kapazitiven
Füllhöhenbestimmung, das auf der Auswertung des Kapazitätsunterschiedes beruht,
der sioh lnrolge Füllhöhenäanerung zwischen einer Elektrode und dem Wasser bzw.
der Wandung der Rinne ergibt. Durch Eintauchen
der Elektrode in
das Wasser bzw. durch das Steigen des Wasserspiegels entsteht also ein Kondensator,
dessen Grö#e bei gegebenem Aufbau sowie der geometrischen Gestaltung der Elektrode
und der Rinne von der Dielektrizitätskonstante des Wassers und dem Abstand zwischen
Elektrode und Rinne abhängt. Die Auswertung der veränderlichen Kapazität kann einerseits
durch eine kontinuierliche Anzeigte oder allgemein durch eine kontinuierliche elektrische
Ausgangsfunktion erfolgen, zum anderen aber auch durch die sprunghafte elektrische
Zustandsänderung, wie sie das Schließen eines Relaiskontaktes darstellt. Das erfindungsgemä#
fUr die Durchflußmessung in offenen Flie#gerinnen vorgeschlagene kapazitive Prinzip
der Füllstandsanzeige arbeitet besonders vorteilhaft nach dem Prinzip der strom-orientierten
Me#wertgewinnung, das wesentliche V orteile bietet. Die Anwendung des kapazitiven
Prinzips soll dabei vorteilhaft nicht von der Spannungsmessuug am Kondensator ausgehen,
sondern von der Messung des Kondensatorstromes. Auf diese Weise wird eine elektrische
Crö#e erhalten, die sich linear proportional zur sich ändernden Kapazität verhält.
Bei Auswertung der sich mit der veränderlichen Kapazität ändernden Kondensatorspannung
mißt man demzufolge theoretisch unlinear, so daß die unerlä#liche Bereichslinearisierung
ausschlie#lich durch sehr geringe Ausnutzung des vorhandenen Gesamt-Variationsbereiches
möglich ist.
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Zur Messung der Durchflußmenge von Wasser und Abwässern
in
offenen Fließgerinnen werden nach der Erfindung somit die Vorteile der kapazitiven
Meßmethode ausgenutzt, die u. a. bestehen in einer linearen Me#wertaufnahme, einer
guten Reproduzierbarkeit und einer zuverlässigen FernUbertragung der Meßwerte. Weiterhin
ist ein einfacher Aufbau der Meßstellen mit robusten Elektroden und Geräteausführungen
mUglich.
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Als Rinne 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 niedrigerem Wasserspiegel
geführt wird. Die Erhöhung des Wasserspiegels vor der Verengung läßt eine verbesserte
Prüfung zu.
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Da der kapazitive Meßstab bis auf den Boden der Rinne reicht, wird
Jedwede Flilssigkeitamenge erfaßt.
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Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal wird vorgeschlagen,
daß der kapazitive Meßstab in einer seitlichen Ausnebsung der Rinne angeordnet ist,
die nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal im wesentlichen eine abgeschlossene
Kammer darstellt, die nur im Bereich des Bodens der Rinne eine Verbindungsöffnung
zu dieser aufweist. Diese
seitliche Aufnahmekammer für den kapazitiven
Meßstab, wobei die Aufnahmekammer eine solche Ausbildung aufweiset, daß in ihr keine
Turbulenz der Strömung stattfindet, ergibt besonders genaue Werte. Der kapazitive
Meßstab ist dann von insbesondere in Abwässern fließenden Gegenständen unbeeinflußt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Sie beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausbildungsform,
vielmehr sind weitere, im Rahmen der Erfindung liegende Abwandlungen möglich.
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Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht
und in einem vertikalen Schnitt durch die Mitte der Rinne, Fig. 2 die Vorrichtung
nach Fig. 1 in Oberansicht, Fig. 3 einen vertikalen Schnitt entsprechend der Linie
III-III nach Fig. 2.
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Die Rinne 10, die oben offen ist, aber nicht offen zu sein braucht,
ist nach Art eines Venturirohres ausgebildet
und weist die Verengung
11 auf, ao daß das in angegebener Pfeilrichtung 12 fließende Wasser bei seiner Strömung
vor der Verengung: den in Fig. 1 in gepunkteter Linie angegebenen hohen Wasserstand
und hinter der Verengung den niedrigeren Wasserstand hat. Der höhere Wasserstand
vor der Verengung wird mit Oberwasser und der niedrigere Wasserstand hinter der
Verengung mit Unterwasser bezeichnet. In einer seitlich zur Rinne angeordneten Kammer
13, die in Strömungsrichtung des Wassers gesehen vor der Verengung 11 angeordnet
ist, ist der kapazitive Me#stab 14 angeordnet, der bis zum Boden 15 der Kammer reicht,
die mit dem Boden 16 der Rinne 10 in einer Ebene liest. Die Kammer 13 ist in ihrem
unteren Bereich durch eine Öffnung 17 mit dem Durchlaufkanal der Rinne verbunden.
Die crfindungsgemä#e Vorrichtung ist eingebaut in ein betonbett 18, daß sich aus
mehreren Betonplatten od. dgl. Festmaterial zusammensetzt.
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Durch die unterschiedliche Bedeckung der in das Wasser eingetauchten
Meßelektrode 14 wird ein elektrisches Signal gewonnen und Uber ein nachgeschaltetes
clektrisches Meßgerät als lineare Umsetzung der Jeweils erraßten FUllhGhe zur Anzeige
gebracht. Der Geberelektrode 14 nachgeschaltet ist das elektronische Oerät 19. Beide
Komponenten werden durch handelsUbliches vier-adriges Kabel miteinander verbunden.
Elektrodeneinsatz und Gerät sind mit
Silicium-Planar-Transistoren
bestickt. Das elektronische Gerät besteht Jeweils aus eine. Netzteil und einem steckbaren
Meß- und Steuerteil.
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Durch zusätzliche BestUckung mit einem Grenzsohalter lassen sich ohne
zusätzliche Elektrode beim Erreichen vorwKhlbarer füllhöhen elektrische Steuerbefehle
auslösen, die zur Steuerung der Wassermengen verwertet werden. Die erfindungsgemäße
Lösung gestattet auch wahlweise mehrere Geberelektroden an Rinnen, die an verschiedenen
Orten aufgestellt sind, auf ein Muttergerät umzuschalten, so daB von einer Zentralstelle
aus die Überwachung von vielen, örtlich auch weit entfernten Meßstellen, möglich
ist.
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- Ansprüche -