DE4313682C2

DE4313682C2 - Process for the visual determination and measurement of the outflow of slowly flowing liquids with a free mirror using air bubbles as the measuring medium and an arrangement for carrying out the process

Info

Publication number: DE4313682C2
Application number: DE4313682A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Frey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2013-04-23
Also published as: DE4313682A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur visuellen Be stimmung und Messung des Abflusses von langsam und mit freiem Spiegel fließenden Flüssigkeiten unter Verwendung von Luftblasen als Meßmedium und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for visual loading tuning and measuring the flow of slowly and with using free flowing fluids of air bubbles as a measuring medium and an arrangement for Execution of the procedure.

Elementare Voraussetzung aller aktuellen Aufgaben der Hy drologie ist eine ausreichende Information über das zeit liche und räumliche sehr variable Wasserdargebot. Inso fern ist auch eine genaue Bestimmung des Abflusses spezi ell bei Freispiegelabflüssen mit schwankenden Volumen strömen für alle Nutzer von Wasser sehr wichtig. Das Pro blem, Abflüsse und mögliche Rückströmungen exakt erfassen zu können, stellt sich bei allen im folgenden vorgestell ten Einsatzbereichen, die gesetzlichen Anforderungen im Hinblick auf den Umweltschutz unterliegen, die erfüllt werden müssen. So sind alle in Frage kommenden Unterneh men, die unbehandeltes oder behandeltes Abwasser in die Gewässer (Vorfluter) einleiten, verpflichtet, Abwasser kontrollstationen einzurichten und zu unterhalten, um ihre Abwassereinleitungen zu kontrollieren und entspre chend zu dokumentieren.Elementary requirement of all current tasks of the Hy Drology is sufficient information about the time spatial and very variable water supply. Inso A precise determination of the outflow is also speci ell with free-level drains with fluctuating volumes flow very important for all users of water. The pro problems, drains and possible backflows exactly recorded to be able to introduce themselves to everyone in the following areas of application, the legal requirements in Subject to environmental protection that met Need to become. So are all the companies in question that untreated or treated wastewater in the Discharge waters (receiving waters), obliged to discharge water set up and maintain control stations to to control and comply with their wastewater discharges documented accordingly.

Es war bisher nicht möglich, den Durchfluß ein einem Ge rinne unmittelbar und kontinuierlich zu messen (Dyck, Siegfried "Grundlagen der Hydrologie", Ernst & Sohn Ver lag, Berlin, München, 1983).So far it has not been possible to measure the flow of a Ge channel can be measured immediately and continuously (Dyck, Siegfried "Fundamentals of Hydrology", Ernst & Sohn Ver lag, Berlin, Munich, 1983).

In der Regel wird das Geschwindigkeitsfeld in einer Ge rinneströmung mit großem Aufwand für verschiedene Abflüs se punktweise aufgemessen, um daraus eine Wasserstands- Abflußbeziehung, d. h. eine Abflußkurve konstruieren und aus dieser letztlich auf die Abflußganglinie schließen zu können. As a rule, the speed field is in a ge Channel flow with great effort for various drains measured point by point in order to obtain a water level Runoff relationship, d. H. construct a discharge curve and from this ultimately conclude the drainage curve can.

Es ist weiterhin bekannt, den Abfluß mit induktiven Durchflußmeßgeräten indirekt über Kalibrierfunktionen oder durch Einbauten in das Gerinne, beispielsweise mit tels eines Venturikanals, zu bestimmen. Diese Einbauten führen jedoch zu Energieverlusten in der Gerinneströmung und behindern den Abfluß teilweise so wesentlich, daß die zum Abfluß erforderliche potentielle Energie mit Pumpen künstlich erzeugt werden muß. Zudem müssen Temperatur- und Dichteschwankungen sowie Änderungen von z. B. Schwebstoffkonzentrationen bisher mit Temperatur-, pH- und Leitfähigkeitsmeßsonden aufgezeichnet und die Abfluß- Werte anschließend korrigiert werden. Mit allen bisher gebräuchlichen Methoden der Abflußbestimmung sind Rück stauerscheinungen und temporäre Rückströmungen nicht zu erfassen. It is also known to drain with inductive Flow meters indirectly via calibration functions or by installations in the channel, for example with venturi channel. These internals however, lead to energy losses in the channel flow and partially obstruct the drain so much that the potential energy required for drainage with pumps must be generated artificially. In addition, temperature and fluctuations in density and changes in e.g. B. HEPA concentrations so far with temperature, pH and conductivity measuring probes and the discharge Values are then corrected. With everyone so far Common methods of determining runoff are re no congestion and temporary backflows to capture.

Aus der US-PS 5,170,438 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Flußrate in viskosen bis hochviskosen Flüssigkeiten, insbe sondere einer Glasschmelze, bekannt, das auf der Messung der Abtrift von in natürlicher Weise in der Flüssigkeit vorhandenen oder entstehenden Luftblasen beruht. Hierzu werden zeitlich aufeinander folgende Bilder der Oberfläche aufgenommen, aus denen durch Vergleich der Bilder und Identifizierung der Blasen die Flußrate in der Blasenebene bestimmt wird. Eine Bestimmung eines Abflusses eines Gewässers mit einem horizontalen und vertikalen Strömungsprofil ist damit nicht möglich.US Pat. No. 5,170,438 describes a method for determining the Flow rate in viscous to highly viscous liquids, esp special of a glass melt, known to measure the Drifts off naturally present in the liquid or resulting air bubbles. This will be timed successive images of the surface taken from those by comparing the images and identifying the bubbles the flow rate in the bubble plane is determined. A determination a drain of a body of water with a horizontal and vertical flow profile is not possible.

Aus der US-PS 3,739,636 und der DE-OS 21 26 859 sind Flußmeter zur Messung des Durchflusses in Rohren bekannt, die auf der Messung der Wandergeschwindigkeit von Gasblasen in einer Flüssigkeit beruhen. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Laufzeit der Gasblasen zwischen zwei Punkten gemessen. Aus der gemessenen Geschwindigkeit kann für den Fall eines Rohres die Durchflußrate bestimmt werden. Bei einem Gewässer, in dem die Luftblasen in einem zweidimensionalen Strömungsprofil auf steigen, ist dies nicht in der vorbekannten Weise möglich. Ein ähnliches Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Flüssigkeitsströmungen in einem Rohr mittels eingeleiteter Luftblasen ist aus der Veröffentlichung JP 59155718 (A) bekannt.From US-PS 3,739,636 and DE-OS 21 26 859 are flow meters for measuring the flow in pipes known on the Measurement of the traveling speed of gas bubbles in one Liquid based. In this known method Runtime of the gas bubbles measured between two points. From the measured speed can in the case of a pipe Flow rate can be determined. In a body of water in which the Air bubbles in a two-dimensional flow profile rise, this is not possible in the previously known manner. On Similar procedure for determining the speed of Liquid flows in a pipe by means of introduced Air bubbles is from publication JP 59155718 (A) known.

Aus der Literaturstelle DD 2 43 557 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Strömungsverhältnissen unter Anwendung radio aktiver Tracer bekannt, die in die Strömung initiiert werden. Die Tracer verteilen sich gleichmäßig über den Querschnitt der Strömung und werden an mehreren in Strömungsrichtung hinter einander angeordneten Meßpunkten gemessen, um daraus Auf schlüsse über die Strömungsverhältnisse zu gewinnen.From the literature reference DD 2 43 557 A1 a method for Determination of flow conditions using radio active tracer known to be initiated in the flow. The tracers are distributed evenly across the cross-section of the Flow and are behind at several in the flow direction mutually arranged measuring points measured in order to draw conclusions about the flow conditions.

Aus der EP 0141965 A1 und der JP 4-155220 (A) ist die Messung kleiner Durchflußmengen in kleinen Rohren bekannt, wobei in die Rohre Luftblasen eingeleitet werden, die den gesamten Quer schnitt des Rohres ausfüllen. Die Durchflußmessung erfolgt dann durch Messung der Laufzeit der Luftblase. Für die Messung von Flüssigkeitsströmen in mit freiem Spiegel in einem Gerinne fließenden Flüssigkeiten ist dieses Verfahren nicht anwendbar.The measurement is from EP 0141965 A1 and JP 4-155220 (A) known small flow rates in small pipes, in which Tubes of air bubbles are introduced across the entire cross Fill in the cut of the pipe. The flow measurement then takes place by measuring the running time of the air bubble. For the measurement of Liquid flows in with a free mirror in a channel this method is not applicable to flowing liquids.

Aus der Veröffentlichung in "Technisches Messen" tm, 53. Jg., Heft 1/1986, S. 17-24 sind Auswertealgorithmen für Fließ geschwindigkeitsmessungen in Rohren bekannt, die nicht das Problem der Abflußmessung in Gerinnen lösen.From the publication in "Technisches Messen" tm, 53rd year, Issue 1/1986, pp. 17-24 are evaluation algorithms for flow speed measurements in pipes known that are not that Solve the problem of flow measurement in channels.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur visuellen Bestimmung und Messung des Ab flusses mit einer hohen zeitlichen Auflösung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Abflüsse direkt und verlustfrei mit einer hohen Genauigkeit, insbesondere bei kleinen Fließgeschwindigkeiten in mit freiem Spiegel fließenden Flüssigkeiten bestimmbar sind.The invention is therefore based on the object Process for the visual determination and measurement of the Ab flow with a high temporal resolution of the input to create with the drains directly and lossless with a high accuracy, especially at small flow velocities in with a free mirror flowing liquids can be determined.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments are in the dependent Labeled claims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Rückstauerscheinungen und Rückströmungen, wie sie beispielsweise in Kanalisationssystemen regelmäßig auf treten, erfaßt werden können und es kann die Strömungs richtung und der Volumenstrom in die betreffende Richtung jederzeit bestimmt werden. Weiterhin ist ein wesentlicher Vorteil, daß das Verfahren den Einfluß der Dichte und des Schwebstoffgehaltes der Flüssigkeit sowie die Temperatur des Meßmediums berücksichtigt. Es können somit der Abfluß am jeweiligen Meßort, die Strömungsrichtung und damit auch auftretende instationäre Fließvorgänge über belie bige Zeiträume aufgezeichnet werden. Mit dem erfindungs gemäßen Verfahren können ebenfalls Abflüsse in künstli chen Gerinnen, und zwar unabhängig von deren Geometrie, direkt gemessen und aufgezeichnet werden. So kann das vorgeschlagene Verfahren im rechteckigen, dreieck-, tra pez- und mit entsprechenden Anpassungen auch in kreis-, ei- und maulförmigen Gerinnequerschnitten eingesetzt wer den. Darüber hinaus kann das Verfahren auch zur Bestim mung und Messung des Abflusses in abgestuften, geglieder ten Abflußquerschnitten über die Gerinnebreite eingesetzt werden, um diese zu bestimmen.The advantages achieved with the invention are in particular special in that with the inventive method backflow phenomena and backflows, like them for example, in sewer systems on a regular basis kick, can be detected and it can flow direction and the volume flow in the relevant direction can be determined at any time. Furthermore, an essential one Advantage that the method has the influence of density and Suspended matter content of the liquid and the temperature of the measuring medium is taken into account. It can therefore drain at the respective measuring location, the direction of flow and thus also occurring transient flow processes over belie other periods are recorded. With the fiction According to the method, drains in artificial channels, regardless of their geometry, directly measured and recorded. So it can proposed methods in rectangular, triangular, tra pez- and with corresponding adjustments also in circular, egg and mouth-shaped channel cross-sections are used the. In addition, the method can also be used to determine Flow measurement and measurement in graded, structured th drain cross-sections used across the channel width to determine this.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is based on the Drawing shown and described in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Geschwindigkeits charakteristik von Wasserteilchen in einem Gerin ne nach der Erfindung, Fig. 1 is a graphical representation of the speed characteristic of water particles in a Gerin ne according to the invention,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der charakteristischen Aufstiegsbahn von Luftblasen in einem Gerinne nach der Erfindung, Fig. 2 is a graph of the characteristic rise path of bubbles in a channel according to the invention,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt "X" gemäß Fig. 2, Fig. 3 shows an enlarged detail "X" in FIG. 2,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Meßergebnisse der Steiggeschwindigkeit von Luftblasen in destil liertem Wasser und in Leitungswasser, Fig. 4 is a graphical representation of the results of measurement of rate of climb of air bubbles in Destil of water required and in tap water

Fig. 5 eine als abgeflachtes Rotationsellipsoid ausgebil dete Luftblase, und Fig. 5 is a flattened rotational ellipsoid ausgebil Dete air bubble, and

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens. Fig. 6 is a schematic perspective view of the arrangement according to the invention for performing the measurement method.

Dem erfindungsgemäßen Meßverfahren liegt das Prinzip der sogenannten "integrierenden Schwimmermessung" zugrunde. Danach steigen Luftblasen in einem Gerinne von der Sohle auf, wobei sie während des Aufstieges an jeder Stelle um den Betrag abgetrieben werden, der der örtlichen Ge schwindigkeit entspricht (vgl. Fig. 2). Die horizontale Abdrift, welche die Blasen vom Startpunkt an der Gerinne sohle bis zum Auftauchen an der Oberfläche zurückgelegt haben (vgl. Fig. 2), multipliziert mit der Steiggeschwin digkeit der Luftblasen (vgl. Fig. 4), entspricht dann ge nau dem Abfluß in einem der Blasenspur entsprechenden Streifen des Fließquerschnittes. Zur Gesamtabflußermitt lung wird erfindungsgemäß ein Bild der aufgestiegenen, an der Oberfläche schwimmenden Luftblasen mit Hilfe einer Video-Kamera aufgenommen und im Anschluß daran das Bild digital verarbeitet. Auf diese Weise mißt das Verfahren den Abfluß direkt, und zwar ohne die Kenntnis der Fließ geschwindigkeit und des Fließquerschnittes.The measuring method according to the invention is based on the principle of the so-called "integrating float measurement". Thereafter, air bubbles rise in a channel from the sole, being driven off at every point during the ascent by the amount corresponding to the local speed (cf. FIG. 2). The horizontal drift, which the bubbles have covered from the starting point on the channel bottom until they appear on the surface (see Fig. 2), multiplied by the rate of rise of the air bubbles (see Fig. 4), corresponds exactly to the outflow in a strip of the flow cross section corresponding to the bubble trace. For total discharge determination according to the invention, an image of the ascending air bubbles floating on the surface is recorded with the aid of a video camera and the image is then digitally processed. In this way, the process measures the discharge directly, without knowing the flow rate and the flow cross-section.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen physikalische Überlegungen aus dem Gebiet der Strömungslehre zugrunde, die durch die nachfolgenden Gleichungen definiert und an hand der grafischen Darstellungen gemäß den Fig. 1 bis 5 verdeutlicht werden:The method according to the invention is based on physical considerations from the field of fluid dynamics, which are defined by the following equations and illustrated using the graphic representations according to FIGS. 1 to 5:

Bedeutet v(y) die Geschwindigkeit eines Wasserteilchens und y seine Höhenlage über der Gerinnesohle, so beträgt der Abfluß in einem unendlich schmalen Streifen des FließquerschnittesV (y) means the velocity of a water particle and y its altitude above the channel bottom, is the drain in an infinitely narrow strip of Flow cross-section

Ist weiter u_s eine konstante Steiggeschwindigkeit der Luftblase, und t die Zeit seit Beginn ihres Aufstieges, so giltIf u _{s is} a constant rate of climb of the air bubble and t is the time since its ascent, then it holds

dy = u_s · dt (2)dy = u _s · dt (2)

Die Abdrift s der Luftblase zur Zeit t in der Höhe y ent spricht der örtlichen GeschwindigkeitThe drift s of the air bubble at time t at height y ent speaks of the local speed

ds = ν(y) · dt (3)ds = ν (y) dt (3)

Wird die Steiggeschwindigkeit als konstant vorausgesetzt, folgt durch Einsetzen der Gl. (2) und (3) in Gl. (1) für den speziellen AbflußIf the rate of climb is assumed to be constant, follows by inserting Eq. (2) and (3) in Eq. (1) for the special drain

Das Integral ∫ds entspricht der Entfernung S, und stellt die Abdrift einer aufsteigenden und die Oberfläche errei chende Luftblase dar (Fig. 2). Der spezifische Abfluß q ist also direkt proportional zur Abdrift S.The integral ∫ds corresponds to the distance S, and represents the drift of an ascending and surface-reaching air bubble ( Fig. 2). The specific discharge q is therefore directly proportional to the drift S.

q = u_s · S (6)q = u _s · S (6)

Das Gesamtvolumen Q beträgt dannThe total volume Q is then

und ist somit proportional der Fläche, die dadurch ent steht, daß über der Querschnittsbreite die Abdrift S der verschiedenen Meßlotrechten aufgetragen werden.and is therefore proportional to the area that it ent stands that the drift S of the cross-sectional width different measurement verticals are applied.

Die Voraussetzung für die Gültigkeit der vorstehend abge leiteten Grundgleichung des Gesamtvolumenstroms Q ist ei ne erforderliche konstante Steiggeschwindigkeit der Luft blase von der Sohle bis zur Wasseroberfläche zu gewähr leisten, d. h.: die konstante Steiggeschwindigkeit der einzelnen Luftblasen ist wesentlich und muß für das Ver fahren gewährleistet werden können. Um diese Forderung erfüllen zu können, kommt es maßgeblich auf die Größe der einzelnen Luftblase an. Dies wird nachfolgend im einzel nen erläutert.The requirement for the validity of the abge derived basic equation of the total volume flow Q is ei ne required constant rate of climb of the air bubble from the sole to the water surface afford d. h .: the constant rate of climb of the individual air bubbles is essential and must be used for ver driving can be guaranteed. To this demand To be able to fulfill, the size of the single air bubble. This is detailed below NEN explained.

In Fig. 4 sind Meßergebnisse der Steiggeschwindigkeit von Luftblasen im reinen und verunreinigtem Wasser darge stellt (vgl. Clift, Grace und Weber; (1978): Bubbles, Drops and Particles. ACADEMIC PRESS, New York, San Fran cisco, London).In Fig. 4 measurement results are the rising rate of air bubbles in pure and contaminated water Darge provides (see Clift, Grace and Weber (1978). Bubbles, Drops and Particles ACADEMIC PRESS, New York, San Fran cisco, London.).

Mit zunehmendem äquivalenten Blasendurchmesser, d. h. mit einem auf volumengleiche Kugeln bezogenen Blasendurchmes ser ist das Verhalten der Blase allein von ihrer Größe abhängig. Sehr kleine Blasen haben durch den dominieren den Einfluß der Oberflächenspannung Kugelgestalt und die Blase besitzt in strömungstechnischer Hinsicht die Eigen schaften einer Starrekugel. Die Bewegung solcher Blasen erfolgt im Stokeschen Bereich, wobei die Bereichsgrenze Re = u_r · d/ν < 0,1 mit d Blasendurchmesser und u_r Relativge schwindigkeit zwischen Blase und Wasser angegeben ist (vgl. GLASE und WAIREGEL, 1986, Properities and characte ristics of drops and bubbles, in Encyclopedia of Fluid Mechanics, Volume 3, Gas-Liquid Flows, Hrsg. N. P. Chere misinoff, Gulf Publishing Company, Houston, London, Pa ris, Tokyo).With increasing equivalent bubble diameter, ie with a bubble diameter based on the same volume balls, the behavior of the bubble depends solely on its size. Very small bubbles have a spherical shape due to the dominating influence of the surface tension, and the bubble has the properties of a rigid sphere in terms of flow technology. The movement of such bubbles takes place in the Stokes region, the range limit Re = u _r · d / ν <0.1 speed with d bubble diameter and u _r Relativge is indicated between the bladder and water (see FIG. GLASE and WAIREGEL, 1986, properities and characte ristics of drops and bubbles, in Encyclopedia of Fluid Mechanics, Volume 3, Gas-Liquid Flows, ed. NP Chere misinoff, Gulf Publishing Company, Houston, London, Pa ris, Tokyo).

Der äquivalente Durchmesser d_eq, den eine in Wasser auf steigende Luftblase maximal annehmen darf, damit sich die Blase noch wie eine starre Kugel verhält, beträgt etwa 0,2 mm (vgl. BAUER, (1971): Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen, Sauerländer AG, Aaran).The equivalent diameter d _eq , which a water bubble rising to in water may assume to a maximum, so that the bubble still behaves like a rigid ball, is about 0.2 mm (cf. BAUER, (1971): Fundamentals of single-phase and multi-phase flows, Sauerländer AG, Aaran).

Mit zunehmendem Blasendurchmesser ruft die Schubspannung an der Phasengrenzfläche im Inneren der Blase eine Zirku lationsströmung hervor. Da der Geschwindigkeitsgradient an der beweglichen Phasengrenzfläche kleiner ist als an der starren, wird die Schubspannung an der Grenzfläche verringert und dadurch der Widerstand vermindert. Ent sprechend ist die Steiggeschwindigkeit von großen Blasen höher als diejenige formgleicher starrer Kugeln.As the bubble diameter increases, the shear stress is called a circus at the phase interface inside the bubble flow out. Because the speed gradient at the movable phase interface is smaller than at the more rigid, the shear stress at the interface reduced, thereby reducing resistance. Ent speaking is the rate of climb of large bubbles higher than that of rigid balls of the same shape.

Unabhängig von der inneren Zirkulation verformt sich die Blase bei einem weiteren Anwachsen des äquivalenten Bla sendurchmesser zu einem abgeflachten Rotationsellipsoid (Fig. 5). Für die Steiggeschwindigkeit dieser Blase sind zwei in entgegengesetzter Richtung wirkende Einflüsse zu beachten. Zwar trägt die Beweglichkeit der Phasenoberflä che zur Erhöhung der Steiggeschwindigkeit bei, jedoch verursachen die hinter dem abgeflachten Rotationsellip soid periodisch auftretenden Wirbel eine taumelnde Bewe gung, so daß die Blase auf einer schraubenähnlichen Bahn aufsteigt. Da zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit jedoch nur der in vertikaler Richtung überwundene Höhen unterschied verwendet wird, ist die Steiggeschwindigkeit somit kleiner als die wirkliche Bahngeschwindigkeit (vgl. BAUER, (1971): Grundlagen der Einphasen- und Mehrpha senströmungen, Sauerländer AG, Aaran). Regardless of the internal circulation, the bladder deforms to a flattened rotational ellipsoid as the equivalent diameter of the bladder increases ( FIG. 5). For the rate of climb of this bubble, two influences acting in the opposite direction have to be taken into account. Although the mobility of the phase surface contributes to increasing the rate of climb, the swirls that occur periodically behind the flattened ellipsoid of rotation cause a wobbling movement, so that the bubble rises on a screw-like path. However, since only the height difference overcome in the vertical direction is used to calculate the rate of climb, the rate of climb is therefore less than the actual path speed (see BAUER, (1971): Fundamentals of single-phase and multi-phase flows, Sauerländer AG, Aaran).

Ein noch weiteres Anwachsen des äquivalenten Blasendurch messers führt zur Umwandlung der Blasenform vom Rotati onsellipsoid zur sogenannten "Schirmblase" und einem An wachsen der Steiggeschwindigkeit.Yet another increase in the equivalent bladder knife leads to the transformation of the bubble shape from the Rotati onsellipsoid to the so-called "umbrella bubble" and an grow the rate of climb.

Für einen äquivalenten Blasendurchmesser d_eq 1,3 mm kann die Steiggeschwindigkeit in reinem Wasser näherungsweise durch Gleichung (8) beschrieben werden, wobei σ die Ober flächenspannung zwischen Wasser und Luft ist (vgl. CLIFT, GRACE, WEBER, (1978): Bubbles, Drops and Particles; ACA- DEMIC PRESS, New York, San Francisco, London).For an equivalent bubble diameter d _eq 1.3 mm, the rate of climb in pure water can be approximately described by equation (8), where σ is the surface tension between water and air (see CLIFT, GRACE, WEBER, (1978): Bubbles, Drops and Particles; ACADEMIC PRESS, New York, San Francisco, London).

Die tatsächlichen Abmessungen des Rotationsellipsoids (Fig. 5) können mit Hilfe von Gl. (9) und die des äquiva lenten Blasendurchmessers mit Gl. (10) berechnet werdenThe actual dimensions of the ellipsoid of revolution ( Fig. 5) can be calculated using Eq. (9) and that of the equivalent bubble diameter with Eq. (10) can be calculated

Die experimentellen Ergebnisse in Fig. 4 zeigen auch den Einfluß der im Wasser befindlichen Verunreinigungen (oberflächenaktive Stoffe). Sie sammeln sich an der Pha sengrenzfläche und bilden dort einen adsorbierenden Film. Er bleibt relativ zur Blase in Ruhe, so daß sich die Luftblase bezüglich der Außenströmung wie eine starre Ku gel verhält. Bei einer genaueren Betrachtung muß aller dings noch der Transport der Verunreinigungen im Wasser und der Einfluß dieser Stoffe auf die Oberflächenspannung berücksichtigt werden (vgl. PRANDTL, (1989): "Führer durch die Strömungslehre", Vieweg, Braunschweig).The experimental results in Fig. 4 also show the influence of the impurities in the water (surface-active substances). They collect at the phase interface and form an adsorbing film there. It remains at rest relative to the bubble, so that the air bubble behaves with respect to the outside flow like a rigid Ku gel. However, a closer look must take into account the transport of the contaminants in the water and the influence of these substances on the surface tension (cf. PRANDTL, (1989): "Guide through fluid dynamics", Vieweg, Braunschweig).

Wie bereits eingangs erwähnt, ist die geeignete Wahl der Blasengröße maßgeblich für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.As already mentioned at the beginning, the appropriate choice is the Bubble size is decisive for the successful implementation of the method according to the invention.

Die für die Abflußmessung mittels Luftblasen erforderli che Blasenspur an der Wasseroberfläche setzt die Bildung von Einzelblasen in genügender Zahl je Zeiteinheit vor aus. Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß für äquivalente Blasendurchmesser zwischen 3 mm und 10 mm die Steigge schwindigkeit annähernd konstant bleibt. Mit Blick auf die Erzeugung von Einzelblasen bietet dieser Bereich den Vorteil, daß eine Änderung der Steiggeschwindigkeit in folge Expansion der Luftblasen während des Aufstieges bei Blasen mit einem äquivalenten Blasendurchmesser von etwa 4,5 mm verhindert werden kann, da auch bei einer Volumen veränderung die Steiggeschwindigkeit nahezu konstant bleibt.The bubble trace on the water surface required for the flow measurement by means of air bubbles presupposes the formation of individual bubbles in sufficient numbers per unit of time. From Fig. 4 it can be seen that for equivalent bubble diameters between 3 mm and 10 mm, the Steigge speed remains approximately constant. With regard to the generation of single bubbles, this area offers the advantage that a change in the rate of climb as a result of expansion of the air bubbles during the ascent can be prevented in the case of bubbles with an equivalent bubble diameter of approximately 4.5 mm, since the rate of climb also changes with volume remains almost constant.

Nachfolgend wird eine vorteilhafte Anordnung zur Durch führung des erfindungsgemäßen visuellen Abflußmeßverfah rens anhand der Fig. 6 beschrieben, die im wesentlichen aus einer Vielzahl Diffusoren 1, eine an die Diffusoren 1 angeschlossene Druckluftleitung 3, die mit einer Druck luftversorgungseinheit 4 verbunden ist, einer Videokamera 5 und einem an die Kamera angeschlossenen Mikroprozessor 6 sowie aus einer Beleuchtungseinrichtung 7 besteht. Die Anordnung bzw. das visuelle Abflußmeßsystems ist im vorliegenden Fall beispielsweise im Bereich einer Brücke angeordnet. Hierbei ist der Diffusor 1 an der Ge rinnensohle 8 angebracht, wobei die an die Diffusoren 1 angeschlossene Druckluftleitung 3 mit der in einem Gerä teschrank 9 untergebrachten Druckluftversorgungseinheit 4 verbunden ist. In dem Geräteschrank 9 ist außerdem der Mikroprozessor 6 und eine digitale Bildverarbeitungsein heit 10 untergebracht. Die Videokamera 5 ist vorteilhaft an einem oberhalb des Gerinne bereits vorhandenen Brückenträger oder an einer hier zu errichtenden Tragkon struktion 11 angebracht. An die Tragkonstruktion 11 ist ebenfalls die Beleuchtungseinrichtung 7 angeordnet, damit in der Nacht oder bei erschwerten Lichtverhältnissen die Fluidoberfläche mit künstlicher Beleuchtung angestrahlt werden kann, damit ein ununterbrochener Betrieb des visu ellen Abflußmeßsystems gewährleistet ist. Das Meßverfah ren wird wie folgt beschrieben:An advantageous arrangement for implementing the visual Abflußmeßverfah ren is described with reference to FIG. 6, which consists essentially of a plurality of diffusers 1 , a connected to the diffusers 1 compressed air line 3 , which is connected to a compressed air supply unit 4 , a video camera 5th and a microprocessor 6 connected to the camera and an illumination device 7 . In the present case, the arrangement or the visual discharge measurement system is arranged, for example, in the area of a bridge. Here, the diffuser 1 is attached to the channel groove 8 , the compressed air line 3 connected to the diffusers 1 being connected to the compressed air supply unit 4 accommodated in a device cabinet 9 . In the equipment cabinet 9 , the microprocessor 6 and a digital image processing unit 10 is also housed. The video camera 5 is advantageously attached to an existing bridge girder above the channel or to a Tragkon construction 11 to be erected here. On the support structure 11 , the lighting device 7 is also arranged so that the fluid surface can be illuminated with artificial lighting at night or in difficult lighting conditions, so that an uninterrupted operation of the visual flow measuring system is guaranteed. The measuring procedure is described as follows:

Aus den Diffusoren 1 gelangen die von der Druckluftver sorgungseinheit 4 erzeugten und aufsteigenden Luftblasen 12 an die Oberfläche 13 des Fluids. Die Erfassung der an der Oberfläche schwimmenden Luftblasen 12 erfolgt mittels der Videokamera 5. Die Auswertung der Video-Bilder er folgt in dem Mikroprozessor mit digitaler Bildverarbei tung in dem Geräteschrank 9 vor Ort. Die Video-Bilder können auch wahlweise digital auf Massenspeicher oder analog auf Video-Recordern gespeichert werden, um dann zu einem späteren Zeitpunkt in der Auswerteinheit mit dem Mikroprozessor 6 und der Bildverarbeitung digital ausge wertet zu werden.From the diffusers 1 , the supply unit 4 generated by the Druckluftver and rising air bubbles 12 reach the surface 13 of the fluid. The air bubbles 12 floating on the surface are recorded by means of the video camera 5 . The video images are evaluated in the microprocessor with digital image processing in the equipment cabinet 9 on site. The video images can also be stored digitally on mass storage or analogue on video recorders, in order to be evaluated digitally at a later point in time in the evaluation unit with the microprocessor 6 and the image processing.

Nachfolgend werden die dem Meßverfahren zugrundeliegenden Überlegungen im Hinblick auf die digitale Bestimmung der sich ergebenden aktuellen Steiggeschwindigkeit u_s gemäß Fig. 4 und die digitale Erfassung der Blasenabdrift be schrieben und definiert:The considerations on which the measurement method is based are described and defined below with regard to the digital determination of the resulting current rate of climb u _s according to FIG. 4 and the digital detection of the bubble drift:

Zur aktuellen Steiggeschwindigkeit:At the current rate of climb:

Die momentane Steiggeschwindigkeit der Luftblasen wird durch einen intermittierenden Betrieb der Druckluftver sorgung 4 bestimmt, um den Einfluß der Temperatur, der Dichte und der Inhaltsstoffe des Meßmediums zu berück sichtigen.The current rate of rise of the air bubbles is determined by an intermittent operation of the compressed air supply 4 in order to take into account the influence of the temperature, the density and the contents of the measuring medium.

Dazu wird die Druckluftversorgung 4 zu den blasenerzeu genden Diffusoren 1 kurzzeitig unterbrochen. Die Folge ist, daß sich augenblicklich keine neuen Blasen mehr bilden. Zur Berechnung der aktuellen Blasensteiggeschwin digkeit nach Gl. (11) ist es notwendig, die Zeitspanne t₂ - t₁ zwischen der Ablösung der letzten Blase vor der Unterbrechung oder wahlweise der ersten Blase nach der Wiederinbetriebnahme von den blasenerzeugenden Diffusoren 1 und dem Erreichen der Wasseroberfläche 13 sowie der Wassertiefe w zu ermitteln.For this purpose, the compressed air supply 4 to the blase-generating diffusers 1 is briefly interrupted. The result is that no new bubbles form immediately. To calculate the current bubble rate according to Eq. (11) it is necessary to determine the time period t₂ - t₁ between the detachment of the last bubble before the interruption or optionally the first bubble after restarting the bubble-generating diffusers 1 and reaching the water surface 13 and the water depth w.

u_s - die aktuelle Steiggeschwindigkeit der Blasen - ist der gesuchte Wert.
w - der vertikale Abstand zwischen Ablösepunkt und Was seroberfläche im definierten Teilausschnitt der elektronischen Kamera - mißt je nach Einsatzort ein geeignetes Meßgerät (z. B. Präzisionspegel, Ultraschallsonde usw.).
t₁ - die Unterbrechung der Druckluftversorgung bzw. wahl weise die Wiederinbetriebnahme der Druckluftversor gung - registriert durch die elektronische Auswerteeinheit.
t₂ - das Auftauchen der letzten bzw. wahlweise der ersten Blase in einem variablen Kalibrierausschnitt des Ka merabildes - wird mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung und entsprechender Software ermittelt. u _s - the current rate of climb of the bubbles - is the value you are looking for.
w - the vertical distance between the detachment point and the water surface in the defined partial section of the electronic camera - measures a suitable measuring device (e.g. precision level, ultrasound probe, etc.) depending on the place of use.
t₁ - the interruption of the compressed air supply or alternatively the restart of the compressed air supply - registered by the electronic evaluation unit.
t₂ - the appearance of the last or optionally the first bubble in a variable calibration section of the camera image - is determined with the help of digital image processing and appropriate software.

Zur digitalen Erfassung der Blasendrift:For digital recording of bladder drift:

Mit der digitalen Bildverarbeitung kann die mit einer Ka mera erfaßte Abdrift der Luftblasen so weiterverarbeitet werden, daß der Abfluß durch den Fließquerschnitt unmit telbar bestimmt werden kann.With digital image processing, the one with a Ka mera recorded drift of the air bubbles processed further be that the discharge through the flow cross-section can be determined directly.

Das an der Blasengrenzfläche reflektierte Licht liefert eine Helligkeitsinformation an der Wasseroberfläche, über deren Grauwertbereich die Lage der Luftblasen erfaßt, und die Koordinaten der Blasen im Bildausschnitt nach vorge gebenen Kategorien rechnergestützt ermittelt werden.The light reflected at the bubble interface provides a brightness information on the water surface, about whose gray scale area detects the position of the air bubbles, and the coordinates of the bubbles in the image section according to given categories can be determined with the aid of computers.

Zum Finden der Luftblasen in einem Bild der Wasserober fläche, ist eine komplexe Verarbeitungsfolge notwendig. Der Algorithmus setzt sich neben Funktionen der Systemin itialisierung, der Look-Up-Tabellen-Operation, der Bild aufnahme- und Bildspeicherungsfunktionen vor allem aus Filteroperationen zusammen, bevor die Luftblasen auf der Wasseroberfläche erkannt werden können.To find the air bubbles in a picture of the water upper surface, a complex processing sequence is necessary. The algorithm sits next to functions of the system itialization, the look-up table operation, the image recording and image storage functions mainly from Filter operations together before the air bubbles on the Water surface can be recognized.

Nach dieser Vorverarbeitung werden die Merkmale des Bil des (Fläche und Koordinaten des Schwerpunktes der Luft blasen) extrahiert, statistisch aufbereitet und ausgewer tet. Alle Koordinaten der erkannten Blasen fallen in den begrenzten Wertebereich, der vom Bildausschnitt der Ka mera festgelegt wird. Dieser Wertebereich wird in eine Anzahl konstanter Intervalle unterteilt. Jedes Intervall bildet eine Klasse, wobei die Klassenbreite die Auflösung der Abdrift bestimmt. Alle Meßergebnisse (x-Koordinaten der Blasen) werden den einzelnen Klassen zugeordnet und es wird die relative Häufigkeit ermittelt.After this preprocessing, the characteristics of the bil des (area and coordinates of the center of gravity of the air blow) extracted, statistically processed and evaluated tet. All coordinates of the detected bubbles fall into the limited range of values from the image section of the Ka mera is determined. This range of values is divided into a Number of constant intervals divided. Every interval forms a class, the class width being the resolution the drift determines. All measurement results (x coordinates the bubbles) are assigned to the individual classes and the relative frequency is determined.

Statistische Maßzahlen der Häufigkeitsverteilung sind der Mittelwert und die Schiefe γ, da sich entweder durch die Strömungsgeschwindigkeit an der Wasseroberfläche, oder durch eine windinduzierte Oberflächenströmung die Blasen asymmetrisch um den Mittelwert verteilen. Dabei kann zwischen positiver und negativer Schiefe unterschie den werden. Da die statistischen Maßzahlen von der Bla senzahl abhängen, wird der Streubereich durch eine Über lagerung mehrerer Bilder verringert.Statistical measures of the frequency distribution are the Mean and the skewness γ since either by the flow velocity at the water surface, or through a wind-induced surface current Distribute bubbles asymmetrically around the mean. Here can differentiate between positive and negative skewness that will. Since the statistical measures from the Bla depend on the number of scatterers, the spreading range is determined by a transfer storage of multiple images reduced.

Nach dem Herausfiltern eines Grundrauschens (Schwellen wert), das durch das Geschwemmsel oder durch Spiegelungen an der Wasseroberfläche hervorgerufen wird, kann nun an hand des Mittelwertes und der Schiefe der Häufigkeitsver teilung die Abdrift der Blasen eindeutig bestimmt wer den.After filtering out a noise floor (thresholds worth) that by the gibberish or by reflections on the water surface can now hand of the mean and skewness of the frequency ver division the drift of the bubbles clearly determines who the.

Ist die Abdrift der Blasen und damit die Blasenaustritts spur im Beobachtungsfenster der Video-Kamera ermittelt, berechnet sich der Gesamtabfluß nach Gl. (7). Die visuel le digitale Abflußmeßmethode ermöglicht Abflußmessungen mit hoher zeitlicher Auflösung.Is the drift of the bubbles and thus the bubble exit track in the observation window of the video camera, the total discharge is calculated according to Eq. (7). The visual The digital discharge measurement method enables discharge measurements with high temporal resolution.

Nachfolgend werden die Einsatzmöglichkeiten des erfin dungsgemäßen visuellen Abflußmeßsystems in künstlichen Gerinnen beschrieben:The possible uses of the inventions are described below visual flow measurement system according to the invention in artificial Coagulations described:

Mit dem visuellen Abflußmeßsystem ist es möglich, turbu lente, strömende, wirbelfreie Abflüsse in Freispiegelge rinnen direkt, mit hoher zeitlicher Auflösung und mit einer bisher nicht zu erreichenden Genauigkeit auch bei wechselnder Strömungsrichtung zu messen.With the visual flow measurement system it is possible to turbu lente, flowing, vortex-free drains in the free-flowing mirror run directly, with high temporal resolution and with a previously unachievable accuracy to measure changing flow direction.

Das visuelle Abflußmeßsystem ermöglicht allen Betreibern kommunaler Kläranlagen am Einlauf zum Klärwerk und am Auslauf in den Vorfluter die Zuflüsse bzw. die Abflüsse behandelten Schmutzwassers mit hoher zeitlicher Auflösung zu bestimmen. The visual discharge measurement system enables all operators municipal wastewater treatment plants at the inlet to the wastewater treatment plant and at Outflow into the receiving water, the inflows or outflows treated dirty water with high temporal resolution to determine.

Die für das Abwasser zuständigen Betriebsbereiche von Kommunen, Gemeinden und Städten können mit dem Meßverfah ren nicht nur die Abflüsse an beliebigen Orten in den Sammelkanälen der Stadtentwässerung erfassen, sondern auch hinter Regenrückhaltebecken sowie Regenüberlauf becken auch den Anteil unbehandelten Schmutzwassers quan tifizieren, der nach Starkniederschlägen dem Vorfluter direkt zugeführt werden muß.The operating areas responsible for wastewater from Municipalities, municipalities and cities can use the measurement procedure not only the drains at any place in the Collect sewers of city drainage, but also behind rainwater retention basins and rain overflow also basin the proportion of untreated sewage water quan tify the receiving water after heavy rainfall must be fed directly.

Industrieunternehmen können mit dem Meßverfahren nicht nur die ihnen genehmigten Abwassereinleitungen in den Vorfluter belegen, sondern auch die Abflüsse in innerbe trieblichen Wasserkreisläufen steuern.Industrial companies cannot use the measuring method only the wastewater discharges approved in the Evidence of the receiving waters, but also the outflows in the inner control the driving water cycles.

Bei der Rückgewinnung wertvoller Inhaltsstoffe aus Abwäs sern bestimmt der Volumenstrom die Qualität und Effizienz des Rückgewinnungsprozesses. Er ist mit dem Meßverfahren in den Freispiegelgerinnen derartiger Betriebe mit hoher Meßgenauigkeit festzustellen.When recovering valuable ingredients from sewage The volume flow determines the quality and efficiency of the recovery process. He is using the measurement method in the free-flowing channels of such businesses with high Determine measurement accuracy.

Industriebetriebe, insbesondere Energieerzeuger, haben Auflagen über den Kühlwasserverbrauch zu erfüllen. Dieser richtet sich u. a. nach der aktuellen Temperatur und der Wasserführung des Vorfluters. Die Unternehmen sind somit an einer exakten, mit hohem zeitlicher Auflösung erfol genden Messung der Kühlwasserentnahme und -rückgabe in teressiert. Die visuelle Abflußmessung bietet hierzu an Kühlwasserein- und Kühlwasserausläufen eine bisher nicht gekannte Möglichkeit.Industrial companies, especially energy producers, have To meet requirements for cooling water consumption. This depends u. a. after the current temperature and the Water flow of the receiving water. The companies are thus on an exact, with high temporal resolution measurement of cooling water withdrawal and return in interested. The visual discharge measurement offers this So far, no cooling water inlets and cooling water outlets known possibility.

Abflüsse von landwirtschaftlichen Betrieben - besonders jene von Betrieben mit Massentierhaltung, wenn diese ihre vorbehandelten Abwässer nicht auf eigenen Betriebsflächen unterbringen können - sind schwer zu erfassen. Auch diese können mit dem visuellen Abflußmeßverfahren unmittelbar dort ermittelt werden, wo in den Vorfluter eingeleitet wird.Outflows from agricultural holdings - especially those of factory farms, if they have theirs pretreated wastewater not on own company premises can accommodate - are difficult to grasp. This too can directly with the visual discharge measurement be determined where initiated in the receiving water becomes.

Abflüsse von bebauten und befestigten Flächen, z. B. von Straßen außerhalb geschlossener Ortschaften, Autobahnen, Eisenbahnanlagen oder Flughäfen werden in künstlichen Freispiegelgerinnen den Kläranlagen oder direkt den Vor flutern zugeführt. Sie können mit dem visuellen Abfluß meßverfahren am Ort der Einleitung bestimmt werden.Drains from built-up and paved surfaces, e.g. B. from Streets outside of built-up areas, highways, Railway facilities or airports are in artificial Free-flowing channels in the sewage treatment plants or directly in front floodlights fed. You can use the visual drain measuring methods can be determined at the point of introduction.

Bei Schlickbehandlungen ist der Wasserablauf von Spülfel dern von der Art der Schlickeinspülung und der Lagerungs dauer des Schlickes abhängig. Dieser instationäre Abfluß kann in den Sammelkanälen, die sich den Spülfeldern an schließen, mit dem visuellen Abflußmeßverfahren bestimmt werden. Gleiches gilt für die Drainageabflüsse von Depo niesickerwässern und die bei der Entwässerung von Klär schlämmen anfallenden Schmutzwasserabflüsse.With silt treatments, the water drain from sink the type of mud flushing and storage duration of the silt depends. This transient drain can in the collecting channels, which are attached to the sinks close, determined with the visual discharge measurement method will. The same applies to the drainage drains from Depo drip water and that when dewatering sewage sludge waste water run-off.

Nicht nur im Bereich der Abwassertechnik sind genaue Ab flußmessungen erforderlich. Ein weiteres Einsatzgebiet des Abflußmeßverfahrens liegt in der Abflußmessung von Zuschußwasser zur Niedrigwasseraufhöhung der Vorfluter. Man ist hier bestrebt, den Zugabeanteil qualitativ hoch wertigen Zuschußwassers, daß oftmals Trinkwasserqualität hat, zu optimieren. Direkt vor den Einleitungsbauwerken kann der Zufluß in die Vorfluter gemessen werden.Precise ab are not only in the field of wastewater technology flow measurements required. Another area of application the discharge measurement method lies in the discharge measurement of Subsidized water for raising the low water level of the receiving water. The aim here is to have a high quality of the added portion valuable grant water that often drinking water quality has to optimize. Right in front of the introductory structures the inflow into the receiving water can be measured.

Ein weiteres Einsatzgebiet des visuellen Abflußmeßverfah rens ist die Abflußmessung in Zuleitungskanälen bei Über staubewässerung (wilde Rieselung, geregelter Flächenüber stau usw.), Streifen- und Furchenbewässerung im Kultur landbau. Hier sind die Wassergaben so zu steuern, daß dem Pflanzenwasserbedarf entsprochen wird. Besondere Bedeu tung kommt die Abflußmessung bei der Melioration - sowohl beim "Leaching" als auch bei der Auswaschung mit Be wässerungswasser - von versalzten Böden zu, um nicht un nötige Anteile des ohnehin meist knappen Bewässerungswas sers zu verlieren.Another area of application for the visual discharge measurement method rens is the discharge measurement in supply ducts at Über dust irrigation (wild trickle, regulated area over congestion, etc.), strip and furrow irrigation in culture agriculture. Here the water are to be controlled so that the Plant water requirements are met. Special meaning flow measurement comes with the melioration - both for "leaching" as well as for washing out with Be irrigation water - from salinized soils to not un necessary parts of the mostly scarce irrigation water sers to lose.

Das erfindungsgemäße Verfahren der visuellen Abflußmes sung ist schließlich zur Messung geringer und zugleich zeitweise schwankender Fließgeschwindigkeiten bei wech selnden Wasserständen am folgenden Beispiel untersucht worden. Die Messungen simulieren einen typischen Einsatz des visuellen Abflußmeßverfahrens, wie er sich bei den in den genannten unterschiedlichen Bereichen ergeben würde.The inventive method of visual discharge measurements After all, solution is smaller and at the same time for measurement temporarily fluctuating flow velocities with rising water levels examined using the following example been. The measurements simulate a typical application the visual discharge measurement method, as it is in the would result in the different areas mentioned.

Hierzu ist in einer bereits vorhandenen offenen Versuchs rinne mit einer Breite von 0,60 m, mit einer variablen Wassertiefe zwischen 0,10 m und 1,00 m und einem regu lierbaren Abfluß zwischen 0 und 350 l/s die Anordnung zur Durchführung des visuellen Abflußmeßverfahrens gemäß Fig. 6 eingebaut werden.For this purpose, the arrangement for carrying out the visual is in an existing open test channel with a width of 0.60 m, with a variable water depth between 0.10 m and 1.00 m and a controllable discharge between 0 and 350 l / s Drainage measuring method according to FIG. 6 can be installed.

Bei diesen Versuchen wurden unterschiedliche Betriebszu stände eingestellt und die von dem visuellen Abflußmeß verfahren bestimmten Abflußwerte überprüft. Bei diesen Untersuchungen wurden nach dem vorher beschriebenen Meß prinzip der integrierenden Schwimmermessung in Verbindung mit der Bildaufnahme durch Video-Technik und der digita len Bildverarbeitung mittels des beanspruchten visuellen Meßverfahrens Abflußwerte mit einer hohen Meßgenauigkeit geliefert.Different attempts were made in these experiments stands set and that of the visual discharge measurement certain flow values checked. With these Investigations were carried out after the previously described measurement principle of integrating float measurement in connection with image acquisition through video technology and digita len image processing using the claimed visual Measuring method discharge values with a high measuring accuracy delivered.

BezugszeichenlisteReference list

1 Diffusor
2 Diffusorenhalterung m. Druckluftversorgung
3 Druckluftleitung
4 Druckluftversorgungseinheit
5 Video-Kamera
6 Mikroprozessor
7 Beleuchtungseinrichtung
8 Gerinnesohle
9 Geräteschrank
10 digitale Bildverarbeitungseinheit
11 Tragkonstruktion
12 Luftblasen
13 Fluidoberfläche 1 diffuser
2 diffuser bracket m. Compressed air supply
3 compressed air line
4 compressed air supply unit
5 video camera
6 microprocessor
7 lighting device
8 channel sole
9 equipment cabinet
10 digital image processing unit
11 supporting structure
12 air bubbles
13 fluid surface

Claims

1. A method for determining the outflow of a liquid flowing with a free mirror in a flume using air bubbles as the measuring medium, characterized in that
By means of diffusers ( 1 ) spatially distributed over a cross-sectional area of the bottom ( 8 ) of the flume, a time sequence of individual air bubbles is generated, the air bubbles being of such a size that they rise from the bottom (almost) with an approximately constant rate of climb (u _s ). 8 ) rise up the channel to its surface ( 13 ),
at least one image of the horizontal drift of the air bubbles on the surface ( 13 ) of the channel is taken by means of at least one optical image sensor arranged outside the liquid and
the at least one recorded image for determining the outflow of the channel is evaluated by means of an image processing unit ( 10 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the diffusers ( 1 ) are arranged side by side in a row running transversely to the flow direction of the channel.

3. The method according to claim 1, characterized in that the air bubbles ( 12 ) with an equivalent bubble volume based on equivalent bubble diameter (d _eq ) between 3 mm and 10 mm, preferably about 4.5 mm, are generated.

4. The method according to claim 1, characterized in that the image processing unit ( 10 ) digitally processes and evaluates the at least one image.

5. The method according to claim 1, characterized in that in order to determine a discharge value, images of the surface ( 13 ) are taken at different times in succession and are processed by means of the image processing unit ( 10 ) using statistical evaluation methods.

6. The method according to claim 1, characterized in that the surface ( 13 ) of the channel in the area of the ascending air bubbles by means of a lighting device ( 7 ) is illuminated.

7. The method according to claim 1, characterized in that it includes a step in which to determine the rate of climb (u _s ) of the air bubbles, the generation of the air bubbles stopped at a first point in time and the time difference until a second point in time, from which no air bubbles appear more on the surface ( 13 ) of the channel, is measured.

8. The method according to claim 1, characterized in that it includes a step in which for determining the rate of climb (u _s ) of the air bubbles, the generation of the air bubbles is switched on at a first point in time and the time difference up to a second point in time at which the first Air bubbles on the surface ( 13 ) of the channel appear to be measured.

9. Arrangement for performing the method according to claim 1 for determining the outflow of a liquid flowing with a free mirror in a channel liquid using air as a measuring medium, characterized in that spatially distributed over a cross-sectional area of the sole ( 8 ) of the channel arranged diffusers ( 1 ) are provided, which are connected to a compressed air supply and with which a time sequence of individual Luftbla sen can be generated, the air bubbles being of such a size that they with an approximately constant rate of climb (u _s ) from the sole of the Rise up to its surface ( 13 ),
at least one optical image sensor arranged outside the liquid is provided, with which at least one image of the horizontal drift of the air bubbles can be recorded on the surface ( 13 ) of the channel and
An image processing unit ( 10 ) which can be connected to the at least one image sensor is provided, with which the at least one recorded image can be evaluated in order to determine the outflow of the channel.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the diffusers ( 1 ) are arranged side by side in a row running transversely to the flow direction of the channel.

11. The arrangement according to claim 9, characterized in that an illuminating device ( 7 ) for illuminating the surface ( 13 ) of the channel is provided in the region of the rising air bubbles.

12. The arrangement according to claim 9, characterized in that a support structure ( 11 ) for holding at least one of the at least one image sensor is provided in a position from which this can take an image of the ascending air bubbles.

13. The arrangement according to claim 10, characterized in that instead of the image processing unit ( 10 ), a storage medium can be connected to the at least one image sensor, with which the at least one recorded image can be stored to determine the outflow of the channel and can be supplied to an image processing unit ( 10 ) is.