NL1009847C2 - Method and device for determining the sludge concentration in a liquid. - Google Patents

Method and device for determining the sludge concentration in a liquid. Download PDF

Info

Publication number
NL1009847C2
NL1009847C2 NL1009847A NL1009847A NL1009847C2 NL 1009847 C2 NL1009847 C2 NL 1009847C2 NL 1009847 A NL1009847 A NL 1009847A NL 1009847 A NL1009847 A NL 1009847A NL 1009847 C2 NL1009847 C2 NL 1009847C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
sludge concentration
transducers
sound waves
liquid
sludge
Prior art date
Application number
NL1009847A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Jan Gert Drenthen
Original Assignee
Instromet Ultrasonics Bv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instromet Ultrasonics Bv filed Critical Instromet Ultrasonics Bv
Priority to NL1009847A priority Critical patent/NL1009847C2/en
Priority to DE19935680A priority patent/DE19935680A1/en
Priority to BE9900547A priority patent/BE1012148A3/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1009847C2 publication Critical patent/NL1009847C2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/024—Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/032—Analysing fluids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • 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
    • G01P5/24—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 direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024—Mixtures
    • G01N2291/02416—Solids in liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02809—Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02818—Density, viscosity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02836—Flow rate, liquid level
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/048—Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het bepa len van de slibconcentratie in een vloeistofShort indication: Method and device for determining the sludge concentration in a liquid

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het bepalen van de slibconcentratie in een vloeistof.The invention relates to a method and device for determining the sludge concentration in a liquid.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn in het vak 5 bekend en worden bijvoorbeeld toegepast om de hoeveelheid door een rivier en dergelijke meegevoerd slib te bepalen.Such a method and device are known in the box 5 and are used for instance to determine the amount of sludge carried by a river and the like.

Het probleem van slibtransport en -afzetting speelt een rol bij het openhouden van havens die aan een rivier of kanaal zijn gelegen. Zo dient Nederland de Westerschelde - dat 10 deel van de rivier de Schelde, dat uitmondt in de Noordzee - regelmatig uit te baggeren om de haven van Antwerpen in België bereikbaar te houden. Dit is nodig, omdat het door de Schelde meegevoerd slib, dat afkomstig is uit België en Frankrijk, zich in de Westerschelde afzet. Nederland wil nu = 15 dat België bijdraagt aan de kosten van de baggerwerkzaamhe-den, terwijl België op zijn beurt een deel van de kosten wil verhalen op Frankrijk, omdat daar de Schelde ontspringt. Derhalve is het van belang dat de relatieve hoe- : veelheden slib, die worden getransporteerd door de rivier, - 20 nauwkeurig en over langere tijdsperioden kunnen worden bepaald.The problem of sludge transport and deposition plays a role in keeping ports open along a river or canal open. For example, the Netherlands must regularly dredge the Western Scheldt - that part of the Scheldt river, which flows into the North Sea - to keep the port of Antwerp accessible in Belgium. This is necessary because the sludge carried by the Scheldt, originating from Belgium and France, is deposited in the Western Scheldt. The Netherlands now wants = 15 for Belgium to contribute to the costs of the dredging work, while Belgium in turn wants to recover part of the costs from France, because the Scheldt originates there. It is therefore important that the relative amounts of sludge transported by the river can be accurately determined over longer periods of time.

De bekende metingen zijn troebelheidsmetingen, waarbij over een korte afstand de absorptie van licht door de slib- ~ deeltjes wordt bepaald. De bekende meetmethode en de in- ~ 25 richting voor het uitvoeren daarvan hebben verscheidene ~ nadelen. In de eerste plaats heeft deze optische methode een geringe penetratiediepte, zodat alleen puntmetingen : kunnen worden uitgevoerd, d.w.z. de concentratie van het ~ slib wordt alleen op bepaalde punten gemeten. Aangezien 30 slib zich in het algemeen niet gelijkmatig verplaatst in natuurlijke stromingen, zoals in een rivier, maar veelal ~ pulserend in de vorm van grote hoefijzervormige wervel- ~ structuren ("horseshoe vortices") , kan uit deze puntmetin- 1009847 , 2 gen van de slibconcentratie het totaaldebiet van slib niet nauwkeurig worden berekend. In de tweede plaats is voor het bepalen van het slibdebiet, naast de slibconcentratie, ook informatie over de stroomsnelheid nodig, waarvoor afzonder-5 lijke meetmethoden moeten worden toegepast. In de derde plaats zijn dergelijke optische systemen zeer gevoelig voor de afzetting van verontreinigingen op de daarin aanwezige lenzen e.d., welke afzetting aanleiding tot meetfouten geeft. Regelmatig onderhoud van met name deze onderdelen 10 van de inrichting is derhalve noodzakelijk. Vanwege deze onderhoudsgevoeligheid zijn de bekende meetsystemen niet geschikt voor continue meetopstellingen.The known measurements are turbidity measurements, in which the absorption of light by the sludge particles is determined over a short distance. The known measuring method and the device for carrying it out have several drawbacks. First, this optical method has a low penetration depth, so that only point measurements can be made, i.e. the concentration of the sludge is only measured at certain points. Since sludge generally does not move uniformly in natural currents, such as in a river, but usually pulsates in the form of large horseshoe-shaped vertebral structures ("horseshoe vortices"), from this point measurements 1009847, 2 genes of the sludge concentration the total sludge flow rate cannot be accurately calculated. Secondly, in order to determine the sludge flow rate, in addition to the sludge concentration, information about the flow rate is also required, for which separate measuring methods must be applied. Third, such optical systems are very sensitive to the deposition of contaminants on the lenses and the like contained therein, which deposition gives rise to measurement errors. Regular maintenance, in particular of these parts of the device, is therefore necessary. Because of this maintenance sensitivity, the known measuring systems are not suitable for continuous measuring setups.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een werkwijze en inrichting voor het bepalen van het slibdebiet te ver-15 schaffen, waarbij genoemde nadelen zijn verminderd of in zijn geheel geëlimineerd.The object of the present invention is to provide a method and device for determining the sludge flow rate, wherein said drawbacks are reduced or eliminated altogether.

In het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding ten doel een dergelijke werkwijze te verschaffen, waarbij de slibconcentratie over de gehele breedte en eventueel de 20 hoogte van de vloeistof, in het bijzonder stromend water zoals een rivier wordt bepaald, evenals de daarbij behorende momentane transportsnelheid.In particular, the object of the present invention is to provide such a method, wherein the sludge concentration over the entire width and possibly the height of the liquid, in particular flowing water such as a river, is determined, as well as the associated instantaneous transport speed.

De werkwijze voor het bepalen van de slibconcentratie volgens de onderhavige aanvrage wordt gekenmerkt, doordat 25 de werkwijze de stappen omvat van: - het uitzenden van ten minste één ultrasone geluidsgolf over een akoestisch pad tussen transducenten; - het meten van de demping van het ontvangen signaal van de ultrasone geluidsgolf ten opzichte van de sig- 30 naalsterkte van de uitgezonden geluidsgolf; en - het berekenen van de slibconcentratie uit de gemeten demping.The method for determining the sludge concentration according to the present application is characterized in that the method comprises the steps of: - emitting at least one ultrasonic sound wave over an acoustic path between transducers; measuring the attenuation of the received signal of the ultrasonic sound wave with respect to the signal strength of the emitted sound wave; and - calculating the sludge concentration from the measured damping.

De uitvinding berust op het algemene inzicht dat ultrasone geluidsgolven door in een vloeistof gedispergeerde 35 vaste stofdeeltjes worden gedempt. Deze demping wordt onder meer veroorzaakt door verstrooiing van de geluidsgolven door de slibdeeltjes en door resonantie van deze deeltjes, 1 00984 7 m , 3 in afhankelijkheid van de slibconcentratie. Onderzoek heeft aangetoond dat deze dempingsverschijnselen onder meer afhankelijk zijn van de frequentie van de geluidsgolven, de straal (vorm) van de deeltjes en de dichtheid daarvan. Bij 5 een vaste frequentie van de geluidsgolven overheerst het resonantieverschijnsel voor deeltjes met een kleine diameter, terwijl het verstrooiingsverschijnsel domineert voor deeltjes met een grotere diameter. Dit betekent dat voor slibdeeltjes met een straal in het gebied van tienden van 10 micrometers tot aan enkele honderden micrometers het resonantieverschi jnsel overheerst bij een geschikt gekozen frequentie, zodat dit dempingsverschijnsel geschikt is om de slibconcentratie te bepalen.The invention is based on the general insight that ultrasonic waves are damped by solid particles dispersed in a liquid. This damping is caused, among other things, by scattering of the sound waves by the sludge particles and by resonance of these particles, 1 00984 7 m, 3 depending on the sludge concentration. Research has shown that these attenuation phenomena depend, among other things, on the frequency of the sound waves, the radius (shape) of the particles and their density. At a fixed frequency of the sound waves, the resonance phenomenon for small diameter particles predominates, while the scattering phenomenon dominates for larger diameter particles. This means that for sludge particles with a radius in the range of tenths from 10 micrometers to several hundred micrometers, the resonance phenomenon predominates at a suitably chosen frequency, so that this damping phenomenon is suitable for determining the sludge concentration.

Bij de uitvinding worden met voordeel frequenties van 15 de ultrasone geluidsgolven in het laagfrequente gebied, bij voorkeur in het gebied van 25 - 400 kHz gebruikt. Dergelijke geluidsgolven hebben een grote penetratiediepte, zodat IThe invention advantageously uses frequencies of the ultrasonic sound waves in the low-frequency range, preferably in the range of 25-400 kHz. Such sound waves have a great depth of penetration, so that I

de volledige breedte en eventueel de hoogte van de vloei- : stof, bijvoorbeeld een rivier kan worden afgetast.the full width and possibly the height of the liquid, for example a river, can be scanned.

20 Met voordeel worden bij de werkwijze volgens de uitvin- 2 ding de demping van meerdere ultrasone geluidsgolven, uit- ~ gezonden en ontvangen tussen transducenten over verschillende akoestische paden gemeten, en daaruit de slibconcentratie wordt berekend. Op deze wijze wordt de slibconcen- ~ 25 tratie over meerdere akoestische paden gemeten, zodat daaruit een nauwkeuriger gemiddelde slibconcentratie kan worden berekend.Advantageously, in the method according to the invention, the attenuation of several ultrasonic sound waves, emitted and received between transducers over different acoustic paths, is measured and the sludge concentration is calculated from this. In this way, the sludge concentration is measured over several acoustic paths, so that a more accurate average sludge concentration can be calculated from it.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt naast de slibconcentratie, ook de 30 stroomsnelheid van de vloeistof bepaald, zodat ook het slibdebiet kan worden berekend. Ultrasone debietmeters zijn in het vak bekend en worden bijvoorbeeld toegepast om het IIn a preferred embodiment of the method according to the invention, in addition to the sludge concentration, the flow rate of the liquid is also determined, so that the sludge flow rate can also be calculated. Ultrasonic flow meters are known in the art and are used, for example, for I.

debiet van een fluïdum (gas of vloeistof) in transportleidingen, maar ook het waterdebiet in open water, zoals een 35 rivier of kanaal te meten. Bij dergelijke ultrasone debiet- “measure the flow rate of a fluid (gas or liquid) in transport pipelines, but also the water flow rate in open water, such as a river or canal. With such ultrasonic flow rate “

meters zijn ten minste een paar transducenten, gezien in de Imeters are at least a few transducers, as seen in the I.

stromingsrichting van het fluïdum, op afstand van elkaar z 1009847 4 opgesteld en worden de geluidsgolven in tegengestelde richtingen over hetzelfde akoestische pad uitgezonden. Uit het verschil in looptijden van de in tegengestelde richting uitgezonden geluidsgolven wordt de stroomsnelheid van het 5 fluïdum berekend. Voorbeelden van dergelijke debietmeters met verschillende akoestische paden, zodat nagenoeg het gehele stromingsprofiel van het fluïdum wordt afgetast, en zodoende de gemiddelde stroomsnelheid zo nauwkeurig mogelijk kan worden bepaald, zijn in de Europese octrooiaanvra-10 gen 0639776 en 0843160 van Aanvraagster beschreven.flow direction of the fluid, spaced apart 1009847 4 and the sound waves are emitted in opposite directions over the same acoustic path. The flow velocity of the fluid is calculated from the difference in transit times of the sound waves emitted in the opposite direction. Examples of such flowmeters with different acoustic paths, so that almost the entire flow profile of the fluid is scanned, and thus the average flow rate can be determined as accurately as possible, are described in the European patent applications 0639776 and 0843160 of the Applicant.

Het grote voordeel van bovenstaande uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is dat met een en dezelfde meting zowel de stroomsnelheid uit het signaal (tijd) als de slibconcentratie uit de signaalsterkte (am-15 plitude) nauwkeurig kunnen worden berekend, en zodoende het totale slibtransport.The great advantage of the above embodiment of the method according to the invention is that with one and the same measurement both the flow velocity from the signal (time) and the sludge concentration from the signal strength (am-15 plitude) can be accurately calculated, and thus the total sludge transport .

Omdat de bij de werkwijze volgens de uitvinding toegepaste apparatuur niet onderhoudsgevoelig is ten opzichte van de bekende troebelheidsmeters, kan de onderhavige werk-20 wijze met voordeel continu worden uitgevoerd.Since the equipment used in the method according to the invention is not maintenance-sensitive with respect to the known turbidimeters, the present method can advantageously be carried out continuously.

Verder kunnen met voordeel geluidsgolven met verschillende frequenties worden uitgezonden.Furthermore, sound waves of different frequencies can advantageously be emitted.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, 25 welke inrichting in conclusies 9-10 is gedefinieerd.The invention also relates to a device for performing the method according to the invention, which device is defined in claims 9-10.

Opgemerkt dient te worden dat in het vak een ultrasone zandtransportmeter bekend is, die gebruik maakt van hoogfrequent (> 4 Mhz) ultrasoon geluid. Deze meter gebruikt echter alleen de "scattering" van het geluid en niet de 30 resonantie. Een dergelijke meetinrichting heeft echter, evenals de eerder genoemde troebelheidsmeter, een geringe penetratiediepte, zodat deze slechts voor puntroetingen geschikt is.It should be noted that an ultrasonic sand transport meter is known in the art, which makes use of high-frequency (> 4 Mhz) ultrasonic sound. However, this meter only uses the "scattering" of the sound and not the resonance. However, such a measuring device, like the turbidity meter referred to above, has a small penetration depth, so that it is only suitable for spot-cleaning.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand 35 van de bijgevoegde tekening, waarin: I Fig. 1 is een grafiek van de demping als functie van de deeltjesstraal bij verschillende frequenties van de ultra- : 1009847 5 sone geluidsgolven;The invention will be explained below with reference to the appended drawing, in which: 1 is a graph of the attenuation as a function of the particle beam at different frequencies of the ultra-: 1009847 5 sonic sound waves;

Fig. 2-4 zijn grafieken van de demping als functie van de deeltjesstraal bij verschillende dichtheid van de deeltjes en bij een frequentie van 100 kHz, 200 kHz, res-5 pectievelijk 400 kHz;Fig. 2-4 are graphs of the attenuation as a function of the particle beam at different particle densities and at a frequency of 100 kHz, 200 kHz, and 400 kHz, respectively;

Fig. 5 is een grafiek van de demping als gevolg van verstrooiing, respectievelijk resonantie als functie van de deeltjesstraal;Fig. 5 is a graph of the attenuation due to scattering and resonance as a function of the particle beam;

Fig. 6-7 tonen de temperatuursafhankelijkheid van de 10 demping bij 2 saliniteiten, die in zoet water en die in zeewater;Fig. 6-7 show the temperature dependence of the attenuation at 2 salinities, that in fresh water and that in sea water;

Fig. 8 toont een aantal schematische opstellingen van de akoestische meetlijnen, die bij de uitvinding kunnen worden toegepast.Fig. 8 shows a number of schematic arrangements of the acoustic measuring lines which can be used in the invention.

15 Bij de in fig. 1-7 weergegeven grafieken is gebruikt ” gemaakt van het model van Urick voor de voortplanting van : geluid door (zee)water. In dit model wordt de volgende vergelijking voor de signaaldemping gebruikt: ” 20 a=K. (k4.a3/6+k. (p-l)2.s/(s2 + (σ + r)2)) . 1,64.10'615 The graphs shown in fig. 1-7 have used ”Urick's model for the reproduction of: sound by (sea) water. In this model, the following signal attenuation equation is used: ”20 a = K. (k4.a3 / 6 + k. (p-1) 2.s / (s2 + (σ + r) 2)). 1.64.10'6

waarin Iin which I

a = de absorptiecoëfficiënt (in dB/m.mg) k= 2.7r/λ; e=2.TT.f; λ= C/f C= geluidssnelheid (m/s) 25 f= frequentie a= deeltjesstraal (m) s= een van de deelt jesstraal a en bulkmodulus B van de elasticiteit afhankelijke factor B= bulkmodulus van de elasticiteit; B= (ω/2.μ))0·5 30 μ= kinematische viscositeit r= 0,5+9/(4.a.B) K= gewichtsconcentratie (in mg/1) p= dichtheidsverhouding Psljb/Pwater' typische waarden voor p zijn: 35 klei: p=l,4 zand: p=2,0 1009847 - 6a = the absorption coefficient (in dB / m.mg) k = 2.7r / λ; e = 2.TT.f; λ = C / f C = speed of sound (m / s) 25 f = frequency a = particle beam (m) s = one of the particle beam a and bulk modulus B of the elasticity dependent factor B = bulk modulus of the elasticity; B = (ω / 2.μ)) 0 · 5 30 μ = kinematic viscosity r = 0.5 + 9 / (4.aB) K = weight concentration (in mg / 1) p = density ratio Psljb / Pwater 'typical values for p are: 35 clay: p = 1.4 sand: p = 2.0 1009847 - 6

In deze vergelijking stelt de term k4.a3/6 de verstrooiing van geluid voor, en weerspiegelt de term k. (p-l)2.s/(s2 + (σ + r)2) de resonantie van sedimentdeeltjes voor.In this equation, the term k4.a3 / 6 represents the scattering of sound, and the term k reflects. (p-1) 2.s / (s2 + (σ + r) 2) the resonance of sediment particles for.

In fig. l zijn de dempingskrommen getoond voor ver-5 schillende frequenties in het gebied van 25 - 400 kHz als functie van de deeltjesstraal bij p=2,0. Een verandering van de frequentie van 25 kHz naar 400 kHz leidt tot een ongeveer 15 maal grotere demping bij de resonantiepiek. Verder blijkt uit fig. 1 dat de piekresonantie bij grotere 10 frequenties naar een kleinere deeltjesstraal verschuift.Fig. 1 shows the damping curves for different frequencies in the range 25 - 400 kHz as a function of the particle beam at p = 2.0. A change in frequency from 25 kHz to 400 kHz results in approximately 15 times greater attenuation at the resonant peak. Furthermore, it can be seen from Figure 1 that the peak resonance at larger frequencies shifts to a smaller particle beam.

De afhankelijkheid van de demping van de dichtheidsver-houding is in fig. 2-4 voor verschillende frequenties getoond. Een verandering van de dichtheidsverhouding p vanaf 1,5 naar 2,5 leidt tot een 6 maal grotere demping. Deze 15 trend doet zich bij alle frequenties voor. Omdat de concentratie evenredig is met de demping zal een fout in de aanname van p leiden tot een fout in de berekening van de concentratie K. Derhalve zal in de praktijk de bepaling van de signaalsterkte van de ultrasone geluidsgolf worden ge-20 combineerd met een (periodieke) bemonsteringstechniek, en zonodig een herijking van het systeem voor het vaststellen van de dichtheid die per rivier verschillend kan zijn.The dependence of the damping of the density ratio is shown in Figs. 2-4 for different frequencies. A change in the density ratio p from 1.5 to 2.5 results in 6 times greater damping. This 15 trend occurs at all frequencies. Since the concentration is proportional to the attenuation, an error in the assumption of p will lead to an error in the calculation of the concentration K. Therefore, in practice, the determination of the signal strength of the ultrasonic wave will be combined with a ( periodic) sampling technique, and if necessary a recalibration of the system for determining the density, which may differ per river.

Fig. 5 toont de afzonderlijke bijdragen van de verschillende dempingsverschijnselen als functie van de deel-25 tjesstraal bij f= 200 kHz. Uit deze fig. is duidelijk dat voor deeltjes met een straal in het gebied van 0,1-50 micrometer de demping van het signaal ten gevolge van resonantie veel groter is dan de demping, die door verstrooiing wordt veroorzaakt. Dit laatste verschijnsel wordt pas boven : 30 een straal van 300 micrometer significant. Voor andere frequenties verschuiven deze krommen enigszins. Omdat slib-deeltjes in het algemeen afmetingen bezitten in het gebied, waar resonantie overheerst, kan uit de demping als gevolg van resonantie de slibconcentratie worden berekend.Fig. 5 shows the individual contributions of the different attenuation phenomena as a function of the particle beam at f = 200 kHz. From this figure it is clear that for particles with a radius in the range of 0.1-50 micrometers the attenuation of the signal due to resonance is much greater than the attenuation caused by scattering. The latter phenomenon only becomes significant above a radius of 300 micrometers. For other frequencies, these curves shift slightly. Since sludge particles are generally sized in the region where resonance predominates, the silt concentration can be calculated from the damping due to resonance.

35 In fig. 6-7 is de demping als functie van de temperatuur weergegeven, voor zowel zoet (S=0 ppt; ppt = parts per thousand) als zeewater (S=35 ppt) bij 100 kHz, resp. 200 1 0 0 Q 3 4 7 7 ! kHz. Met betrekking tot de meting van de slibconcentratie kan daaruit het volgende worden geconcludeerd: 100 kHz: demping door sediment: 8. 10'5 dB/m.mg 5 demping door temperatuur: 3. 10'3 dB/m (± 1,5. 10‘3 dB/ra) 200 kHz: demping door sediment: 1,6. 10'4 dB/m.mg 10 demping door temperatuur: 12. 10‘3 dB/m (+ 6. 10‘3 dB/m)Fig. 6-7 shows the damping as a function of the temperature, for both fresh (S = 0 ppt; ppt = parts per thousand) and sea water (S = 35 ppt) at 100 kHz, respectively. 200 1 0 0 Q 3 4 7 7! kHz. With regard to the measurement of the sludge concentration, the following can be concluded from this: 100 kHz: damping by sediment: 8. 10'5 dB / m.mg 5 damping by temperature: 3.10'3 dB / m (± 1.5 10'3 dB / ra) 200 kHz: attenuation by sediment: 1.6. 10'4 dB / m.mg 10 attenuation by temperature: 12.10 "3 dB / m (+ 6.10" 3 dB / m)

Een verandering van 10°C geeft dus bij 100 kHz hetzelfde effect als een verandering van 20 mg/1 in de kritische 15 slibconcentratie. Bij 200 kHz komt dezelfde temperatuursverandering overeen met een verandering van 40 mg/1 in de kritische slibconcentratie. Hieruit volgt dat de temperatuur eveneens een belangrijke parameter is. Deze temperatuur kan echter direct uit de geluidssnelheid worden bere-20 kend, en de invloed van de temperatuur afhankelijke absorptie van de geluidsgolf door het water kan zodoende automatisch gecompenseerd worden, zodat door de temperatuur geïnduceerde meetfouten worden vermeden.Thus, a change of 10 ° C at 100 kHz gives the same effect as a change of 20 mg / l in the critical sludge concentration. At 200 kHz, the same temperature change corresponds to a change of 40 mg / l in the critical sludge concentration. It follows that temperature is also an important parameter. However, this temperature can be calculated directly from the speed of sound, and the influence of the temperature-dependent absorption of the sound wave by the water can thus be automatically compensated, so that temperature-induced measurement errors are avoided.

In fig. 8 zijn verschillende opstellingen van de trans- 2 25 ducenten getekend voor het bepalen van het slibdebiet met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding. Fig 8 a en b tonen een enkel akoestisch pad 1 tussen transducenten 2 en 3. De transducenten zijn aan weerszijden van een rivier of kanaal 4 op dezelfde hoogte geplaatst, en zijn in de stro-30 mingsrichting (aangeduid met een pijl) op afstand van elkaar geplaatst. De door de transducent 2 uitgezonden ultra- 2 sone geluidsgolf doorkruist de breedte van de rivier 4 en ‘Fig. 8 shows various arrangements of the transducers for determining the sludge flow rate using the method according to the invention. Figures 8 a and b show a single acoustic path 1 between transducers 2 and 3. The transducers are placed at the same height on either side of a river or channel 4, and are spaced in the direction of flow (indicated by an arrow). placed together. The ultra-2 sound wave emitted by transducer 2 traverses the width of river 4 and "

wordt ontvangen door de andere transducent 3 aan de overzijde van de rivier 4. Een door de transducent 3 in tegen- Iis received by the other transducer 3 on the other side of the river 4. One by the transducer 3 in opposite I

35 gestelde richting over hetzelfde akoestisch pad 1 uitgezonden geluidsgolf wordt door de transducent 2 ontvangen. De looptijden daarvan worden gemeten. Uit het verschil in - 1009947 - 8 looptijden daarvan wordt de stroomsnelheid van het water in de rivier 4 met behulp van geschikte rekenmiddelen berekend, zoals algemeen bekend is. Verder wordt uit het verschil in signaalsterkte tussen een uitgezonden geluidsgolf 5 en de ontvangen geluidsgolf, de slibconcentratie berekend onder toepassing van de relatie tussen die demping en de slibconcentratie (bijvoorbeeld een tabel of formule), die in de rekenmiddelen kan worden opgeslagen. Het product van stroomsnelheid en slibconcentratie is gelijk aan het slib-10 debiet.Sound wave emitted over the same acoustic path 1 is received by the transducer 2. The maturities thereof are measured. From the difference in - 1009947 - 8 runtimes thereof, the flow velocity of the water in the river 4 is calculated using suitable calculating means, as is generally known. Furthermore, from the difference in signal strength between a transmitted sound wave 5 and the received sound wave, the sludge concentration is calculated using the relationship between that attenuation and the sludge concentration (e.g. a table or formula), which can be stored in the calculating means. The product of flow rate and sludge concentration is equal to the sludge-10 flow rate.

In fig. 8 c-p zijn aan fig. 8 a en b gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. Door het toepassen van meerdere akoestische paden wordt het stromingspro-fiel in de rivier over een grotere hoogte af getast, waar-15 door de nauwkeurigheid van de metingen verbetert. Bij de opstelling volgens fig 8 g en h, resp. fig. 8 o en p zijn de transducenten aan dezelfde zijde van de rivier opgesteld, en is een passieve reflector 5 aan de andere zijde opgesteld.In Fig. 8 c-p, like parts of Fig. 8 a and b are designated with the same reference numerals. By applying several acoustic paths, the flow profile in the river is scanned over a greater height, which improves the accuracy of the measurements. In the arrangement according to Fig. 8 g and h, respectively. 8o and p, the transducers are arranged on the same side of the river, and a passive reflector 5 is arranged on the other side.

20 Bij de opstelling met een enkele meetlijn (fig. 8 a en b) of een enkel meetkruis (fig. 8 c en d) wordt de totale slibvracht berekend uit de integraal gemeten momentane vracht, aangevuld met een frequentie afhankelijke dynamische correctiefactor en een van de hoogte van de meetlijn 25 afhankelijke factor.20 In the setup with a single measuring line (fig. 8 a and b) or a single measuring cross (fig. 8 c and d), the total sludge load is calculated from the integral measured instantaneous load, supplemented with a frequency-dependent dynamic correction factor and one of the height of the measuring line 25 dependent factor.

Bij een zowel in de breedte als hoogte schuin opgesteld dubbel meetkruis (fig. 8 k en 1) wordt de totale slibvracht berekend uit de integraal gemeten momentane vracht, aangevuld met een frequentie afhankelijke dynamische correctie-30 factor.In the case of a double measuring cross arranged diagonally in width and height (fig. 8 k and 1), the total sludge load is calculated from the integral measured instantaneous load, supplemented with a frequency-dependent dynamic correction factor.

Bij een zogeheten multipad-opstelling wordt de totale slibvracht berekende uit een sommatie van de individuele momentane deelvrachten per deelgebied, aangevuld met een frequentie afhankelijke dynamische correctiefactor.In a so-called multipath arrangement, the total sludge load is calculated from a sum of the individual instantaneous partial loads per subarea, supplemented with a frequency-dependent dynamic correction factor.

35 De hierboven beschreven frequentie afhankelijke dynamische correctiefactor is onder meer evenredig met (p-l)2.s/(s2 + (σ + τ)2 . (c, + c2.V +c3.V2 + c^.aV +c5 .aVz), 1009847 9 waarin de symbolen de reeds eerder genoemde betekenis bezitten en c, - c5 van de rivier afhankelijke coëfficiënten zijn, V de gemeten dynamische snelheid is en aV de gemeten dynamische wervelsterkte is.35 The frequency-dependent dynamic correction factor described above is proportional, inter alia, to (pl) 2.s / (s2 + (σ + τ) 2. (C, + c2.V + c3.V2 + c ^ .aV + c5 .aVz ), 1009847 9 wherein the symbols have the previously mentioned meanings and c, - c5 are river dependent coefficients, V is the measured dynamic velocity and aV is the measured dynamic vortex strength.

5 Voor de meetlijnhoogte afhankelijke correctiefactor, kunnen afhankelijk van de deeltjesgrootteverdeling van slib verschillende modellen worden benut, onder meer dat van Rouse.5 Depending on the measuring line height-dependent correction factor, depending on the particle size distribution of sludge, different models can be used, including that of Rouse.

1 nnoon “1 nnoon “

Claims (10)

1. Werkwijze voor het bepalen van de slibconcentratie in een vloeistof, gekenmerkt doordat de werkwijze de stap-5 pen omvat van: - het uitzenden van ten minste één ultrasone geluidsgolf over een akoestisch pad (1) tussen transducenten (2, 3); - het meten van de demping van het ontvangen signaal 10 van de ultrasone geluidsgolf ten opzichte van het signaal van de uitgezonden geluidsgolf; en - het berekenen van de slibconcentratie uit de gemeten demping.Method for determining the sludge concentration in a liquid, characterized in that the method comprises the steps of: - emitting at least one ultrasonic sound wave over an acoustic path (1) between transducers (2, 3); - measuring the attenuation of the received signal 10 of the ultrasonic sound wave with respect to the signal of the emitted sound wave; and - calculating the sludge concentration from the measured damping. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de frequentie van de ultrasone geluidsgolven in het laag-frequente gebied, bij voorkeur in het gebied van 25 -400 kHz ligt.Method according to claim 1, characterized in that the frequency of the ultrasonic sound waves is in the low-frequency range, preferably in the range 25-400 kHz. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de demping van meerdere ultrasone geluidsgolven, uitgezonden en ontvangen tussen transducenten (2, 3) over verschillende akoestische paden (1) wordt gemeten, en daaruit de slibconcentratie wordt berekend. 25Method according to claim 1 or 2, characterized in that the attenuation of a plurality of ultrasonic sound waves emitted and received between transducers (2, 3) is measured over different acoustic paths (1), and the sludge concentration is calculated therefrom. 25 4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 1-3 in stromend water (4), met het kenmerk dat de transdu- I centen (2, 3), gezien in de stromingsrichting van het water (4), op afstand van elkaar zijn geplaatst. 30Method according to any one of the preceding claims 1-3 in running water (4), characterized in that the transducers (2, 3), viewed in the direction of flow of the water (4), are spaced apart placed. 30 5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat ultrasone geluidsgolven over hetzelfde akoestische pad (l) in tegengestelde richtingen worden uitgezonden, de looptijden daarvan worden gemeten en uit het verschil 35 in looptijd de stroomsnelheid van het water wordt berekend. 1 nnoMTMethod according to claim 4, characterized in that ultrasonic sound waves are emitted in opposite directions over the same acoustic path (1), the transit times thereof are measured and the flow velocity of the water is calculated from the difference in transit time. 1 nnoMT 6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk dat het slibdebiet wordt berekend uit de stroomsnelheid van het water en de slibconcentratie.Method according to claim 5, characterized in that the sludge flow rate is calculated from the flow rate of the water and the sludge concentration. 7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de werkwijze continu wordt uitgevoerd.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out continuously. 8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat ultrasone geluidsgolven met verschiΙ- ΙΟ lende frequenties worden uitgezonden.8. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that ultrasonic sound waves are emitted with different frequencies. 9. Inrichting voor het bepalen van de slibconcentratie in een vloeistof, met het kenmerk dat de inrichting ten minste een paar in de vloeistof op te stellen trans- ; 15 ducenten (2, 3) voor het uitzenden en/of ontvangen van ultrasone geluidsgolven over ten minste een akoestisch pad (1) omvat, alsmede met de transducenten verbonden meetmiddelen voor het meten van de signaalsterkte van Z de uitgezonden en ontvangen geluidsgolf, welke verder 20 zijn verbonden zijn met rekenmiddelen voor het bepalen van de slibconcentratie uit de gemeten demping van de signaalsterkte van de ontvangen geluidsgolf ten opzich- ; te van de signaalsterkte van de uitgezonden geluidsgolf. 259. Device for determining the sludge concentration in a liquid, characterized in that the device contains at least a few trans- to be arranged in the liquid; 15 ducers (2, 3) for transmitting and / or receiving ultrasonic sound waves over at least one acoustic path (1), and measuring means connected to the transducers for measuring the signal strength of Z the transmitted and received sound wave, which further 20 are connected to calculating means for determining the sludge concentration from the measured attenuation of the signal strength of the received sound wave with respect to; of the signal strength of the transmitted sound wave. 25 10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de I transducenten (2, 3) in de stromingsrichting van de vloeistof op afstand van elkaar zijn opgesteld, en die “ ultrasone geluidsgolven in tegengestelde richtingen 30 over hetzelfde akoestische pad (1) uitzenden; dat ver- : der met de transducenten (2, 3) verbonden middelen voor z het bepalen van de looptijden van de betreffende geluidsgolven zijn voorzien, alsmede rekenmiddelen voor ~ het berekenen van de stroomsnelheid van de vloeistof. 35 1009847 IDevice according to claim 9, characterized in that the transducers (2, 3) are arranged at a distance from each other in the flow direction of the liquid, and which emit ultrasonic sound waves in opposite directions over the same acoustic path (1); that further means connected to the transducers (2, 3) for determining the transit times of the relevant sound waves are provided, as well as calculating means for calculating the flow velocity of the liquid. 35 1009847 I
NL1009847A 1998-08-12 1998-08-12 Method and device for determining the sludge concentration in a liquid. NL1009847C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1009847A NL1009847C2 (en) 1998-08-12 1998-08-12 Method and device for determining the sludge concentration in a liquid.
DE19935680A DE19935680A1 (en) 1998-08-12 1999-07-29 Ultrasonic process and assembly to measure the sludge or sediment load in a basin, channel or river operates at different depths over entire river width
BE9900547A BE1012148A3 (en) 1998-08-12 1999-08-11 METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE SLUDGE CONCENTRATION IN A LIQUID

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1009847A NL1009847C2 (en) 1998-08-12 1998-08-12 Method and device for determining the sludge concentration in a liquid.
NL1009847 1998-08-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1009847C2 true NL1009847C2 (en) 2000-02-15

Family

ID=19767639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1009847A NL1009847C2 (en) 1998-08-12 1998-08-12 Method and device for determining the sludge concentration in a liquid.

Country Status (3)

Country Link
BE (1) BE1012148A3 (en)
DE (1) DE19935680A1 (en)
NL (1) NL1009847C2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008037162A1 (en) 2008-08-08 2010-02-11 Jäger, Frank-Michael Method for determination of solid content i.e. mud content, in fluid in e.g. container, for waste water treatment plant, involves assigning evaluated echo signal to solid content according to algorithm
DE202008010600U1 (en) 2008-08-08 2008-11-27 Jäger, Frank-Michael Device for determining the solids content of liquids
CN112525785B (en) * 2020-11-25 2023-03-24 长江水利委员会长江科学院 Suspended load sand content measuring method based on novel multi-frequency ultrasonic probe

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2132573A1 (en) * 1994-09-21 1996-03-22 Wolfgang Stedtnitz Method and apparatus for measuring water velocities and discharges in rivers and the like
EP0721765A2 (en) * 1988-05-11 1996-07-17 Lunar Corporation Ultrasonic densitometer device and method
US5692064A (en) * 1993-11-01 1997-11-25 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for counting underwater objects using an ultrasonic wave

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0721765A2 (en) * 1988-05-11 1996-07-17 Lunar Corporation Ultrasonic densitometer device and method
US5692064A (en) * 1993-11-01 1997-11-25 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for counting underwater objects using an ultrasonic wave
CA2132573A1 (en) * 1994-09-21 1996-03-22 Wolfgang Stedtnitz Method and apparatus for measuring water velocities and discharges in rivers and the like

Also Published As

Publication number Publication date
BE1012148A3 (en) 2000-05-02
DE19935680A1 (en) 2000-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6151958A (en) Ultrasonic fraction and flow rate apparatus and method
Nystrom et al. Evaluation of mean velocity and turbulence measurements with ADCPs
JP5222858B2 (en) Ultrasonic flow meter system
Winkler et al. Technique for measuring ultrasonic velocity and attenuation spectra in rocks under pressure
US6732595B2 (en) Method of and system for determining the mass flow rate of a fluid flowing in a conduit
Taylor Absolute measurement of acoustic particle velocity
DE602004029008D1 (en) APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING THE SPEED OF A FLUID IN A PIPE USING ULTRASONIC SENSORS
Wada et al. Pattern recognition and signal processing of ultrasonic echo signal on two-phase flow
RU2298769C2 (en) Device for determining and/or controlling volume and/or mass medium discharge in reservoir
Larrarte et al. Acoustic Doppler flow-meters: a proposal to characterize their technical parameters
Sahin et al. Acoustic doppler velocimeter backscatter for suspended sediment measurements: Effects of sediment size and attenuation
Gratiot et al. An acoustic Doppler velocimeter (ADV) for the characterisation of turbulence in concentrated fluid mud
NL1009847C2 (en) Method and device for determining the sludge concentration in a liquid.
US5726358A (en) Method and device for measuring the discharge in partly filled or completely filled ducts and in open channels
EP0198127B1 (en) System for measuring particle transport in a fluid
Admiraal et al. Laboratory measurement of suspended sediment concentration using an Acoustic Concentration Profiler (ACP)
JP2002236084A (en) Method and device for measuring concentration of mixed suspended matter
de Oliveira et al. Estimation of suspended sediment concentration in Guamá River in the Amazon region
Decrop et al. New methods for ADV measurements of turbulent sediment fluxes–application to a fine sediment plume
Tsukahara et al. An acoustic micrometer and its application to layer thickness measurements
Shen et al. Improvements in acoustic sediment concentration profiling using an LMS compensation algorithm
Fujii et al. Discharge measurement and hydraulic characteristics in the Tonle Sap River
NIVELDT et al. REFERENCE MEASUREMENTS FOR ACOUSTICAL REVERBERATION MODEL AND PARAMETER ESTIMATOR VALIDATION
RU2104499C1 (en) Process measuring flowrate of oil and oil products
Fontein et al. The nautical depth approach, a review for implementation

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20050301