DE4027030C2 - - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03F—SEWERS; CESSPOOLS
- E03F7/00—Other installations or implements for operating sewer systems, e.g. for preventing or indicating stoppage; Emptying cesspools
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/002—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow wherein the flow is in an open channel
-
- G—PHYSICS
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
- G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
- G01F1/712—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/18—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Messung der Strömungsgeschwindigkeit nach dem Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durch
führung dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der US-PS 37 62 221
bekannt. Dort sind an einem von einer Flüssigkeit durchströmten
Rohr im Abstand voneinander zwei Ultraschall-Sender angeordnet,
denen gegenüberliegend jeweils Ultraschall-Empfänger angordnet
sind. Natürlich in der Flüssigkeit vorhandene oder künstlich
erzeugte Störungen bzw. Turbulenzen führen zu einer entsprechenden
Störamplitude oder Modulation der Empfangssignale, die
korrelativ ausgewertet werden können, um die Strömungsgeschwindigkeit
zu ermitteln.
Während bei der US-PS 37 62 221 die Sende/Empfangseinrichtungen
zu beiden Seiten des Rohres angeordnet sind, so daß dieses von
dem Ultraschall durchstrahlt wird, ist es aus Patents Abstracts
of Japan, Sect. P, Vol. 12 (1988) No. 350 (P-760) auch bereits
bekannt, die Sende/Empfangseinrichtungen auf der gleichen Seite
eines Rohres und oberhalb der Flüssigkeit anzuordnen und die
Messung mit dem von der Flüssigkeit reflektierten Ultraschall
durchzuführen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das neben der
Messung der Strömungsgeschwindigkeit weitere vielfache Aussagen
zu machen gestattet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind
den Unteransprüchen entnehmbar.
Durch die Erfassung einer oder mehrerer beliebiger Volumenzellen
zwischen Bodenfläche und Oberfläche des fließfähigen Mediums
sind z. B. Aussagen darüber möglich, ob die Strömung laminar
oder turbulent verläuft, ob sich die Volumenzelle in gleichem
Abstand vom Boden bzw. von der Oberfläche befindet, d. h. ob
Ablagerungen am Boden oder der Oberfläche (Treibgut) stattgefunden
haben usw. Ferner kann bei bekanntem Kanalquerschnitt
die transportierte Menge festgestellt werden und es kann bei
Differenzen zwischen unterschiedlichen Orten ohne dazwischen
liegende Abzweigung auf Leckstellen geschlossen werden.
Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen darge
stellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Anordnung einer Vorrichtung zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Sensoranordnung mit
zugehöriger Auswerteelektronik;,
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Software zum Betrieb der
Anordnung gemäß Fig. 2;
Fig. 4a, b Signalverläufe, die sich durch eine bekannte
Signalverarbeitung ergeben; und
Fig. 5 die Veranschaulichung der bekannten korrelativen
Auswertung.
Gemäß Fig. 1 fließt in einem Rohr 10, z. B. in einem Abwasser
kanal eine Feststoffe enthaltende Flüssigkeit 12. In einem
Einstiegsschacht 14 sind nebeneinander und parallel zur
Oberfläche der fließenden Flüssigkeit 12 zwei Ultraschall (US)-
Sensoren 16a, 16b angeordnet, die jeweils einen US-Sender 18a,
18b, einen US-Empfänger 20a, 20b und eine zugeordnete Elektronik
22a, 22b umfassen. Die Anordnung der US-Sensoren 16a, 16b im
Einstiegsschacht 14 bietet die Möglichkeit, ein Geschwindigkeits
profil der Flüssigkeit 12 zu messen, ohne daß die Betriebsbereit
schaft der Förderstrecke unterbrochen werden muß.
Die US-Sender 18a, 18b strahlen gleichzeitig US-Impulse ab, die
zuerst an einer Oberfläche 24 der Flüssigkeit 12, sodann von
Feststoffen in der Flüssigkeit 12, d. h. von einer Volumenzelle
26 und zuletzt vom Rohrboden 28 reflektiert werden. Durch die
Auswertung des Oberflächen- und Bodenechos kann ein dazwischen
liegendes Zeitfenster vorgegeben werden, das einer beliebigen
Volumenzelle 26 zugeordnet ist. Durch Betrachtung der Fließ
geschwindigkeiten unterschiedlicher Volumenzellen 26 über den
Querschnitt der Strömung kann eine Reihe von wichtigen Aussagen
gewonnen werden. So kann z. B. festgestellt werden, ob die
Strömung laminar verläuft, wobei nur in diesem Fall die
Integration der Geschwindigkeit über den gesamten Querschnitt
bei bekanntem Querschnitt die Durchflußmenge ergibt.
Zur Auswertung der Empfangssignale dient die Anordnung gemäß
Fig. 2. Jeder Sende/Empfangseinrichtung 16a, 16b weist eine
analoge Elektronik 22a, 22b auf, die einmal zur impulsförmigen
Anregung der Sender 18a, 18b und zum anderen zur Aufbereitung
der von den Empfängern 20a, 20b empfangenen Signale dient.
Die Empfangssignale werden an eine Sensor-Schnittstelle 30 eines
Auswerterechners 32 übertragen, der in bekannter Weise einen
Analog/Digital-Wandler und Multiplexer 34, einen Mikroprozessor
36 mit Programmspeicher 38 und Datenspeicher 40 sowie einen
Signalprozessor 42 umfaßt. Über eine Feldbus-Schnittstelle 44
und einen Feldbus 46 können alle Auswerterechner an einen nicht
dargestellten zentralen Leitrechner angeschlossen werden.
Selbstverständlich kann der Auswerterechner 32 über die Sensor-
Schnittstelle 30 auch auf die Sende/Empfangseinrichtungen 16a,
16b Einfluß nehmen und z. B. die Frequenz der US-Sendeimpulse
vorgeben.
Anhand von Fig. 3 seien nunmehr die durch das Programm in dem
Auswerterechner 32 ausgeführten Verfahrensschritte näher
beschrieben.
Wenn die Sende-Empfangseinrichtungen 16a, 16b Echosignale
empfangen, so übertragen sie diese als Empfangssignale an den
Rechner. Dort werden die Signale entsprechend dem Programmblock
48 digitalisiert und in dem Datenspeicher 40 abgelegt. Ein
geeignetes Filterprogramm führt in dem Programmblock 50 eine
Rechenoperation durch, die aus dem Signalgemisch zeitlich
aufgelöste Gauß-Impulse erzeugt. Jeder Gauß-Impuls zwischen dem
Oberflächenecho und dem Bodenecho stellt ein Signal aus einer
Volumenzelle des Mediums zu einem bestimmten Zeitpunkt dar. Eine
solche Volumenzelle kann fortlaufend betrachtet werden, indem
gemäß dem Programmblock 52 das Zeittor entsprechend gesetzt
wird. Nach einer weiteren Rechenoperation gemäß dem
Programmblock 54 werden die Intensitäten nur aus einem
bestimmten Zeitintervall, das einer Volumenzelle entspricht,
integriert und im folgenden nur noch die Signalintensität aus
diesem Intervall ausgewertet. Die Rechenzeit für die
Digitalisierung, Filterung und Integration in einem bestimmten
Zeitintervall legt die maximale US-Impuls-Folgezeit fest.
Nach jedem US-Impuls wird das Antwortecho auf diese Weise
ausgewertet und das Ergebnis der Integration in dem Daten
speicher 40 notiert. Dieses Verfahren wird mehrfach wiederholt
und für jede Sende/Empfangseinrichtung getrennt durchgeführt.
Die erlaubte Ausführungszeit für diese zweite Operation wird
durch den Abstand der beiden Einrichtungen und durch die
maximale Fließgeschwindigkeit des Mediums vorgegeben.
Nach einer hinreichend langen Zeit werden diese Intensitäts
zeitprofile durch eine dritte Operation bearbeitet. Diese
Operation verschiebt in einem Programmblock 56 sukzessive ein
Profil zeitlich gegen das andere und bestimmt den Wert der
Übereinstimmung. Das Korrelationsmaximum erscheint nach der
Verschiebungsszeit, die der Zeit entspricht, die für den
Transport des Mediums von einem Meßvolumen zum anderen benötigt
wird. Ist der Abstand der Meßvolumen bekannt, so kann die
Geschwindigkeit der Strömung gemäß dem Programmblock 58 aus
einem Volumen in bestimmter Tiefe ermittelt werden. Die Tiefe
ist hierbei durch das Zeittor eingestellt.
Wird das Verfahren nach der Auswertung einer Geschwindigkeit
wiederholt, läßt sich eine kontinuierliche Messung durchführen,
wobei verschiedene Tiefen durch Verschiebung des Zeittores
eingestellt werden können.
Ein Programmblock 60 veranschaulicht die Hereinnahme von System
parameter in den Datenspeicher 40, wobei ein solcher Systempara
meter beispielsweise die Querschnittsform des Rohres betreffen
kann. Bestimmte Auswertungen, wie beispielsweise die Ermittlung
der Füllstandshöhe, einer Schlammschicht usw. können durch einen
Programmblock 62 bearbeitet werden. Mach entsprechender Auf
bereitung der abgespeicherten Daten kann über den Block 64 eine
Übergabe der Werte auf einer Anzeige, zu einem Speicher usw.
erfolgen.
In den Fig. 4a, b sind die Ausgangssignale der Sende/Empfangseinrichtungen
16a und 16b in der ersten Zeile dargestellt. Durch
Faltung mit einem in der zweiten Zeile dargestellten Normecho
erhält man das in der dritten Zeile dargestellte Faltungsprodukt.
Man erkennt die ausgeprägten von der Oberfläche und dem
Boden herrührenden Echos und die dazwischenliegenden Echos einer
Volumenzelle. Die vierte Zeile des Signaldiagramms zeigt die
herausgefilterten Gauß-Kurven und in der fünften Zeile sind die
Dirackurven dargestellt. Diese Signalbehandlung ist
herkömmlicher Art und bedarf daher in diesem Zusammenhang keiner
näheren Erläuterung.
Fig. 5 zeigt das Prinzip der ebenfalls bekannten korrelativen
Auswertung, bei der aus der mittleren zeitlichen Verschiebung
τm, der beiden von den Sende/Empfangseinrichtungen 16a und 16b
ermittelten Echosignale bei bekanntem Abstand d der beiden
Einrichtungen die Geschwindigkeit vs der Strömung bezüglich
einer Volumenzelle nach folgender Beziehung
ermittelt wird.
Claims (4)
1. Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von in
einem Kanal fließenden Medien durch korrelative Auswertung
der Signale von beabstandeten Ultraschall-Sende/Empfangseinrichtungen,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Reflexverfahren ein Echo vom Boden des Kanals und ein
Echo von der Oberfläche des fließenden Mediums sowie innerhalb
des durch diese beiden Echos definierten Zeitfensters
wenigstens ein weiteres von einer dazwischenliegenden Volumenzelle
stammendes Echo ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ultraschall-Empfangs
signale digitalisiert, gefiltert und integriert werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
maximale Ultraschall-Impuls-Folgezeit kleiner als die
Rechenzeit für die Digitalisierung, Filterung und Integration
ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch
eine Anordnung der Ultraschall-Sende/Empfangseinrichtungen
(16a, 16b) in einem Einstiegsschacht (14) eines Kanalsystems
und den Anschluß der Sende/Empfangseinrichtungen an einen
Auswerterechner (32).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Auswerterechner (32)
angeordnet sind, die über einen Feldbus (46) mit einem
Leitrechner verbunden sind.
Priority Applications (1)
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DE4027030A DE4027030A1 (de) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Verfahren und vorrichtung zur messung der stroemungsgeschwindigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4027030A DE4027030A1 (de) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Verfahren und vorrichtung zur messung der stroemungsgeschwindigkeit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4027030A1 DE4027030A1 (de) | 1992-03-05 |
DE4027030C2 true DE4027030C2 (de) | 1992-06-11 |
Family
ID=6412991
Family Applications (1)
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DE4027030A Granted DE4027030A1 (de) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Verfahren und vorrichtung zur messung der stroemungsgeschwindigkeit |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4322849C1 (de) * | 1993-07-08 | 1994-12-08 | Sick Optik Elektronik Erwin | Verfahren zur Bestimmung der Laufzeit von Schallsignalen und Schallwellen-Laufzeit-Bestimmungsvorrichtung |
CN110836980A (zh) * | 2018-08-15 | 2020-02-25 | 西卡西伯特博士及屈恩有限及两合公司 | 用于确定空心体中的流体的流动速度的设备和方法 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5811688A (en) * | 1996-01-18 | 1998-09-22 | Marsh-Mcbirney, Inc. | Open channel flowmeter utilizing surface velocity and lookdown level devices |
DE19610295C1 (de) * | 1996-03-15 | 1997-11-20 | Kupczik Guenter | Entwässerungssystem |
FR2781565B1 (fr) * | 1998-07-24 | 2000-08-25 | Inst Francais Du Petrole | Procede et dispositif pour mesurer la vitesse d'ecoulement d'une veine fluide |
US6757623B2 (en) * | 2001-04-20 | 2004-06-29 | Ads Corporation | Flow transport analysis method and system |
DE10134264B4 (de) * | 2001-07-18 | 2008-06-26 | Nivus Gmbh | Strömungsmesser |
DE10224294A1 (de) * | 2002-05-31 | 2004-01-15 | systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH | Verfahren zur Ultraschall-Laufzeit-Mengenmessung |
DE502005007846D1 (de) * | 2005-06-10 | 2009-09-17 | Landis & Gyr Gmbh | Schichtdickenmessverfahren für einen Ultraschalldurchflussmesskanal |
DE102008058376A1 (de) | 2008-11-20 | 2010-06-02 | Nivus Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Fluidströmungsmessung |
CN111927438B (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-22 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3558898A (en) * | 1966-10-03 | 1971-01-26 | Block Engineering | Flow measurement system using time correlation of two photocell signals |
GB1359151A (en) * | 1970-07-06 | 1974-07-10 | Coulthard J | Measurement of fluid flow rates |
-
1990
- 1990-08-27 DE DE4027030A patent/DE4027030A1/de active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4322849C1 (de) * | 1993-07-08 | 1994-12-08 | Sick Optik Elektronik Erwin | Verfahren zur Bestimmung der Laufzeit von Schallsignalen und Schallwellen-Laufzeit-Bestimmungsvorrichtung |
CN110836980A (zh) * | 2018-08-15 | 2020-02-25 | 西卡西伯特博士及屈恩有限及两合公司 | 用于确定空心体中的流体的流动速度的设备和方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4027030A1 (de) | 1992-03-05 |
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