DE19533875A1 - Messung der Abwassermengen in Privathaushalten und Industriebetrieben - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Abwassermengenmessung, die über mindestens 5 Meßkanäle alle relevanten Meß- und Kompensationssignale erfaßt.

Zweck

Derartige Meßeinrichtungen werden zur Erfassung des Abwasservolumens von Gebäuden eingesetzt. Dabei müssen alle Meßgrößen, die zur Berechnung der Abwassermenge benötigt werden, derart erfaßt werden, daß selbst kleinste Mengen von Abwässern sowie deren Zusammensetzung und Temperatur keinen verändernden Einfluß auf die Messung haben.

Stand der Technik

Die Verfahren zur Ermittlung von Strömungsgeschwindigkeit und Füllstandshöhe im Abwasserrohr sind bekannt und werden in diversen Offenlegungsschriften behandelt. Bei der Messung der Strömungsgeschwindigkeit werden zwei verschiedene Verfahren benutzt. Zum einen werden Ultraschallwellen diagonal in und gegen die Strömungsrichtung gesendet. Bei der Auswertung wird die Schallgeschwindigkeit als unbekannte Größe eliminiert. Die andere Möglichkeit liegt in der Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit durch Auswertung des Dopplereffektes. Die Messung der Füllstandshöhe erfolgt in der Regel durch Auswertung der Laufzeit eines Ultraschallimpulses, der an der Grenzfläche Wasser-Luft reflektiert und zum Sender zurückgestrahlt wird.

Kritik des Standes der Technik

Die oben beschriebenen Verfahren beinhalten folgende Nachteile. Bei der Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit durch diagonal abgestrahlte Ultraschallwellen muß das Rohr vollständig durchströmt sein. Bei halb oder weniger gefüllten Rohren versagt das System. Die Bestimmung durch den Dopplereffekt ist ebenfalls kritisch, weil die stattfindende Frequenzänderung als Funktion der Schallgeschwindigkeit von Temperatur und Zusammensetzung des Meßmediums abhängt. Ein zusätzlicher Fehler ergibt sich bei der Bestimmung der Füllstandshöhe, wenn bei Auswertung der Laufzeit des Ultraschallimpulses die Schallgeschwindigkeit nicht bekannt ist.

Aufgabe

Die Erfindung hat die Aufgabe, bekannte physikalische Meßprinzipien derart zu kombinieren, daß bei der Bestimmung der Abwassermenge

• 1. kein Einfluß durch Temperatur und Zusammensetzung des zu messenden Mediums entsteht,
• 2. kein Einfluß durch die Füllstandhöhe im Meßrohr entsteht,
• 3. die Schallgeschwindigkeit über einen autarken Kanal kontinuierlich gemessen wird und dadurch für alle anderen Messungen als Bezugsgröße zur Verfügung steht, und
• 4. durch redundante Kanäle Fehlmessungen ausgeschlossen werden.

Lösung

Zur Verdeutlichung der folgenden Erläuterungen sei auf die Zeichnung im Anhang verwiesen.

Die oben beschriebene Aufgabe wird durch den Einsatz von 5 Meßkanälen gelöst. Zwei Kanäle (W1 und W4) messen über Laufzeitbestimmung eines Schallimpulses die Füllstandshöhe. Die beiden Meßstellen liegen ca. 20 cm auseinander, so daß sich durch grobe Verschmutzungen, die sich zufällig über einer Meßstelle befinden, keine Beeinflussung der Messung ergeben. Die Wandler, die für die Kanäle W1 und W4 verwendet werden, sind SE-Wandler mit je einem Piezokristall für Sende- und Empfangssignal. Bevor der Schall die Grenzfläche zum Abwasserrohr erreicht, durchlaufen Sende- und Empfangssignale ein Kunststoffprisma.

Um die beiden Füllstandsmessungen exakt durchzuführen, müssen die Schallgeschwindigkeiten im Abwasser sowie die im Kunststoffprisma bekannt sein. Zu diesem Zweck sind zwei weitere Meßkanäle (W2 und W5) aufgebaut. Sensor W2 ermittelt nur die Laufzeit der Signale innerhalb des Prismas. Aus bekannten Abmaßen kann die Schallgeschwindigkeit im Kunststoffe abhängig von der Temperatur des Abwassers berechnet werden.

Sensor W5 ist getrennt in Sender und Empfänger. Gemessen wird die Laufzeit eines Signals zwischen den beiden Komponenten. Daraus läßt sich aus dem bekannten Abstand zwischen Sender und Empfänger die Schallgeschwindigkeit im Abwasser bestimmen. Da durch die Baugröße der Sensoren für Kanal W5 die Einbauhöhe über dem Rohrboden vorgegeben ist, ist diese Art der Kompensationsmessung nur bei Füllstandshöhen über einigen Millimetern verwendbar. Da im Regelfall zu Beginn der Messung diese Höhe überschritten wird, kann beim Absinken des Wasserstandes unterhalb besagter Meßhöhe mit dem dann schon vorliegendem Wert weiter gerechnet werden.

Abwasseraufkommen, die grundsätzlich unter die Meßhöhe für Kanal 5 fallen, sind so gering, daß für diese Fälle mit einem mittleren Wert für die Schallgeschwindigkeit kalkuliert werden kann.

Als Fünfter und Letzter ermittelt Sensor W5 über Dopplermessung die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers.

Aus den geometrischen Verhältnissen des Rohres kann unter Einbeziehung der ermittelten Meß- und Kompensationswerte das Volumen des Abwassers berechnet werden. Sämtliche Meßsignale werden digital zum Auswerterechner übertragen. Die Gesamtmenge des Abwassers wird über einen elektromechanischen Zähler manipulier­ sicher angezeigt.

Erzielbare Vorteile

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil liegt darin, daß mit dem vorgestellten Meßsystem ohne Einschränkungen jede auftretende Abwassermenge sicher und unabhängig von Temperatur, Meßhöhe und Zusammensetzung des Abwassers erfaßt werden kann. Durch die integrierten Kompensationskanäle werden Störungen durch grobe Verschmutzungen des Abwassers erkannt und berücksichtigt. Das Innere des Meßrohres ist komplett frei von jeglichen Meßhilfen, sämtliche Meßorgane werden bündig mit dem Rohrmantel montiert. Dadurch bietet das Meßsystem keine Möglichkeit durch Ablagerungen Einschränkungen in der Funktion zu erfahren.

Claims (1)

1. Oberbegriff Messung der Abwassermengen in Privathaushalten und Industriebetrieben, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anzahl der redundanten Meßkanäle für Füllstand und durch mehrfache Kompensationsmessungen eine von
   Temperatur,
   Zusammensetzung des Abwassers,
   Mindestmenge des Abwassers sowie
   Größe der Störpartikel
   unabhängige Erfassung der Abwassermenge ermöglicht wird.