DE1291523B

DE1291523B - Induktiver Durchflussmesser fuer Fluessigkeiten in offenen Kanaelen oder Gerinnen, insbesondere in Abwasserkanaelen

Info

Publication number: DE1291523B
Application number: DEE28420A
Authority: DE
Inventors: Rolff Jacob Johannes Paulus
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1964-12-24
Filing date: 1964-12-24
Publication date: 1969-03-27
Also published as: DE1291523C2

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Durchflußmesser für Flüssigkeiten in offenen Kanälen, Gerinnen od. dgl., insbesondere in Abwässerkanälen mit zwei in einer Meßebene sich erstreckenden und senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden stabförmigen Elektroden und in Strömungsrichtung verlaufenden, ein Magnetfeld erzeugenden elektrischen Wicklungsdrähten, die auf der vom durchströmenden Medium abgewandten Seite der Elektroden angeordnet sind, zur Bestimmung der mittleren Durchflußgeschwindigkeit, sowie mit Einrichtungen zur Bestimmung des Niveaus, wobei aus den Werten der Durchflußgeschwindigkeit und des Niveaus die Durchflußmenge im offenen Kanal ermittelt und angezeigt wird.
Bei bekannten Anlagen kamen bereits Vorrichtungen zur Anwendung die der allgemeinen Strömungsmeßtechnik entnommen sind. So wurde in einen Abwasserkanal ein Überfallwehr eingebaut, das den Abwasserstrom aufstaut und die Stauhöhe mißt. Eine solche Anordnung erfordert zusätzlichen baulichen Aufwand und weist den Nachteil auf, daß die Verschmutzungen sich am Meßort ablagern.
Es ist ebenfalls bekannt, die Abwassermenge zu bestimmen, indem in bestimmten Zeitabständen das Strömungsprofil manuell mit Hilfe eines Flügelradzählers od. dgl. ausgemessen wird. Diese Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß die Überwachung nicht ständig erfolgen kann und die Messung und Auswertung sehr zeitraubend ist.
Weiterhin sind induktive Durchflußmesser für Rohrströmungen bekannt. Senkrecht zum Rohrquerschnitt wird ein magnetisches Feld erzeugt, das in der Rohrströmung eine Spannung induziert, die an zwei diametral in der Rohrwand angeordneten Elektroden abgegriffen wird. Die Verbindungslinie der Elektroden steht wiederum senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes. Ein solcher Durchflußmesser ist auch als elektromagnetische Durchflußsonde ausgebildet worden, die ebenfalls erlaubt, das Strömungsprofil einer beliebig gearteten Strömung auszumessen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Durchflußmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, welche geeignet ist, bei den in offenen Kanälen, Gerinnen od. dgl. herrschenden unterschiedlichen und sich stark ändernden Wasserständen eingesetzt zu werden und auch die Wicklungsdrähte vor unbeabsichtigter Beschädigung von außen zu schützen, sowie diese auf einfache Weise am Kanalstück anzubringen, ohne daß eine Störung des elektrischen Feldes den Meßverlauf beeinträchtigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die Elektroden vom Boden des Kanals bis zu der Stelle des maximalen Flüssigkeitsspiegels erstrecken und die elektrischen Wicklungsdrähte an oder in der Kanalwand angeordnet sind und außerhalb der Meßebene am oder im Kanalboden verlaufen, derart, daß sich ein in Strömungsrichtung rinnenförmiges Spulengebilde ergibt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Meßspannung des induktiven Durchflußmessers unabhängig von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels gemessen werden und das gesamte Spulengebilde bzw. die Meßeinheit direkt in die Kanalwand, bzw. in ein vorgefertigtes Kanalstück eingegossen werden kann. Ferner ist die Möglichkeit für eine ständige und sichere Überwachung der abströmenden Abwassermenge auch von einer vom Meßort entfernten Meßwarte aus gegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Durchflußmessers wird zur Anzeige der Durchflußmenge ein Spannungsmeßgerät einschließlich einer elektrischen Fernübertragungseinrichtung verwendet. Auf diese Weise kann die Kontrolle unabhängig vom Meßort erfolgen.
Zweckmäßigerweise werden beide Elektroden in der Kanalwand angebracht bzw. ähnlich wie die Magnetwicklung eingegossen.
In einer weiteren Ausführungsform des Durchflußmessers ist vorgesehen, daß eine der beiden Elektroden aus mehreren, jeweils mit Hilfe von Widerständen hintereinandergeschalteten Teilelektroden besteht. Damit trifft je nach der Höhe des Flüssigkeitsniveaus ein größerer oder kleinerer Spannungsabfall zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden auf. Auf diese Weise ist es möglich, mit der Elektrodenanordnung allein sowohl die Strömungsgeschwindigkeit durch den Kanalquerschnitt als auch die Höhe des Flüssigkeitsspiegels gleichzeitig zu registrieren, so daß nach einer geeigneten Eichung der Meßvorrichtung die Abwassermenge direkt ermittelt und angezeigt werden kann ohne daß eine zusätzliche Einrichtung zur Niveaubestimmung erforderlich ist. Auch diese Teilelektroden und die Widerstände können innerhalb der Kanalwand angeordnet sein.
Da das Eingießen der elektromagnetischen Windungen in den Beton unter Umständen Schwierigkeiten bereiten kann, und außerdem beim Fehlen einer exakten Parallelität der einzelnen Wicklungsdrähte Störquellen für das elektromagnetische Feld in der Meßebene entstehen können, wird bei einer weiteren Ausführungsform nur eine einzige Windung der elektrischen Wicklung im Meßquerschnitt angeordnet. Diese macht zwar ein höheres Einspeisen von elektrischer Energie nötig, jedoch wird die Herstellung des Durchflußmessers sehr vereinfacht.
Besonders günstig ist es, wenn das Spulengebilde mit Niederspannung betrieben wird, da dadurch eine bessere Isolierung zur Erde erreicht werden oder auf eine Isolierung bei Eingießen der elektrischen Wicklung in Beton verzichtet werden kann, so daß sich auf diese Weise eine bedeutende Vereinfachung bei der Herstellung der Vorrichtung ergibt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand einiger Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Teilstück eines offenen Kanals, dessen Wandungen durchsichtig dargestellt sind, Fig. 2 einen Querschnitt durch das Kanalteilstück nach Fig. 1 in der Meßebene, F i g. 3 einen Querschnitt in der Meßebene durch eine andere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, F i g. 4 einen Querschnitt durch die Meßebene eines offenen Kanals mit trapezförmigem Querschnitt.
In Fig. 1 ist in einen rechteckigen Kanal 1 eine elektromagnetische Wicklung 2 eingegossen, welche bei 3 und 4 an ein von dem Transformator 5 regelbares Wechselspannungsfeld angeschlossen ist. Der Kanal 1 wird in Richtung des Pfeiles 10 durchströmt.
Die Wicklung 2 besteht im wesentlichen aus in Strömungsrichtung verlaufenden Drähten 6 bzw. 7, welche in den seitlichen Kanalwandungen senkrecht untereinander angeordnet sind, so daß beim Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes in der Meßebene 11 ein senkrecht zur Strömungsrichtung 10 stehendes magnetisches Feld erzeugt wird. Außerhalb der Meßebene und in genügender Entfernung von dieser sind die Drähte 6 bzw. 7 rechtwinklig zum Kanalboden hin abgebogen und miteinander durch die senkrecht zur Strömungsrichtung im Kanalboden verlaufenden Drähte 8 bzw. 9 verbunden, welche in der gezeigten Ausführungsform parallel zur Meßebene, d. h. senkrecht zu den Drähten 6 bzw. 7 verlaufen. Auf diese Weise ergibt sich ein in Strömungsrichtung gesehen rinnenförmiges Spulengebilde, welches dem hier gezeigten rechteckigen Kanalquerschnitt angepaßt und in das beispielsweise aus Beton bestehende Rinnenstück 1 eingegossen ist.
In der Meßebene sind seitlich an den Kanalwandungen stabförmig ausgebildete Elektroden 12 und 13 angebracht, welche sich vom Boden des Kanals bis nahezu über die ganze Höhe der Kanalwände erstrecken. Zwischen diesen beiden Elektroden wird durch die Bewegung der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 10 eine Spannung induziert, die als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit dienen kann. Voraussetzung ist allerdings, daß die Flüssigkeit beim Durchströmen der Meßebene wie ein in einem magnetischen Feld bewegter Leiter wirkt.
In F i g. 2 ist - schematisch dargestellt - eine Vorrichtung 14 zur Bestimmung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels 15 vorgesehen, welche beispielsweise aus einem Schwimmer bestehen kann, dessen Höhenanzeige durch nicht dargestellte Mittel auf elektrischem Wege zu einer entsprechenden Kontrolleinrichtung übertragen werden kann, an welcher auch die Spannungswerte der von den Elektroden 12 und 13 abgegebenen Spannung registriert werden können.
Die von den Elektroden 12 und 13 induzierte Spannung wird in dem Spannungsmeßgerät 19 in Fernübertragungswerte umgewandelt, die durch die Leitungen 20 zu einer nicht dargestellten Meß- oder Kontrollwarte geleitet werden. Beispielsweise kann die von den Elektroden 12 und 13 induzierte Spannung an eine Widerstandsbrückenschaltung angeschlossen sein, wobei der zum Ausgleich der Brücke nötige Ausschlag an den abzugleichenden Widerstand durch einen Nullmotor hervorgerufen wird.
Dieser Ausschlag wird beispielsweise über ein mechanisches Gestänge auf eine Fernübertragungseinrichtung, z. B. einen Regeltransformator, oder eine induktive oder photoelektrische veränderliche Spannungs- oder Stromquelle übertragen, die entsprechend diesem Ausschlag Signale an die Kontrollwarte sendet.
Die gezeigte Meßeinrichtung wird vor ihrer Inbetriebnahme durch geeignete Mittel justiert oder geeicht. Die Wicklungsdrähte 6 bzw. 7 sind hinter den Elektroden 12 bzw. 13 auf deren vom strömenden Medium abgewandten Seite angeordnet.
In Fig.3 ist eine der beiden Elektroden stabförmig ausgebildet (16), während die gegenüberliegende Elektrode aus einzelnen Teilelektroden 17 besteht, welche über Widerstände 18 hintereinander geschaltet sind. Je nach der Höhe des Flüssigkeitsspiegels werden daher mehr oder weniger Widerstände in den Meßkreis eingeschaltet, so daß je nach der Höhe des Flüssigkeitsspiegels 15 ein mehr oder weniger großer Spannungsabfall auftritt. Die zwischen die Teilelektroden 17 eingeschalteten Widerstände 18 sind in ihrer Größe so gewählt, daß sie etwa das 100fach des Flüssigkeitswiderstandes aufweisen. Die zwischen den Elektroden 16 und 17 induzierte Spannung wird in dieser Ausführungsform über einen Spannungsteiler gemessen. Die Spannung an dem Spannungsmeßgerät 19 ist linear von der Strömungsgeschwindigkeit und von der Wasserhöhe abhängig.
In Fig.4 ist ein offener Kanal 21 von trapezförmigem Querschnitt gezeigt, in dem auf einer Seite eine stabförmige Elektrode 22 angeordnet ist, und auf der anderen Seite Teilelektroden 23, die ähnlich wie in Fig. 3 über Widerstände 24 hintereinander geschaltet sind, und je nach der Wasserhöhe einen verschieden starken Spannungsabfall im Meßkreis hervorrufen. Da das Eingießen der Wicklungsdrähte 6 bzw. 7 in den Beton Schwierigkeiten bereiten kann, ist in der Ausführungsform nach der F i g. 4 nur eine Windung 27 mit je einem in Strömungsrichtung verlaufenden Drahtstück 25 bzw. 26 zur Erzeugung des Magnetfeldes vorgesehen. Dadurch ist es zwar nötig, zur Erzeugung einer gewissen Feldstärke eine größere Stromstärke anzuspeisen, und das Feld wird vor allen Dingen in der Nähe der Ränder des Kanals nicht mehr homogen sein, sondern vielmehr etwa in Richtung der Pfeile 28 verlaufen, doch werden diese Nachteile durch die bedeutend einfachere Herstellung aufgewogen.

Claims

Patentansprüche: 1. Induktiver Durchflußmesser für Flüssigkeiten in offenen Kanälen, Gerinne od. dgl., insbesondere in Abwasserkanälen mit zwei in einer Meßebene sich erstreckenden und senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden stabförmigen Elektroden und in Strömungsrichtung verlaufenden, ein Magnetfeld erzeugenden elektrischen Wicklungsdrähten, die auf der vom durchströmenden Medium abgewandten Seite der Elektroden angeordnet sind, zur Bestimmung der mittleren Durchflußgeschwindigkeit, sowie mit Einrichtungen zur Bestimmung des Niveaus des durch den Kanal strömenden Mediums, wobei aus den Werten der Durchflußgeschwindigkeit und des Niveaus die Durchflußmenge im offenen Kanal ermittelt und angezeigt wird, dadurch gekennzeichn e t, daß sich die Elektroden (12, 13) vom Boden des Kanals (1) bis zu der Stelle des maximalen Flüssigkeitsspiegels erstrecken und die elektrischen Wicklungsdrähte (6, 7) an oder in der Kanalwand angeordnet sind und außerhalb der Meßebene (11) am oder im Kanalboden verlaufen, derart, daß sich ein in Strömungsrichtung rinnenförmiges Spulengebilde (2) ergibt.
2. Induktiver Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Durchflußmenge ein Spannungsmeßgerät (19) einschließlich einer elektrischen Fernübertragungseinrichtung dient.
3. Induktiver Durchflußmesser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabelektroden (12, 13) ebenfalls in der Kanalwand angebracht sind.
4. Induktiver Durchflußmesser nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (16 oder 17) aus mehreren, jeweils mit Hilfe von Widerständen (18) hintereinandergeschalteten Teilelektroden besteht.
5. Induktiver Durchflußmesser nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulengebilde (25, 26) zur Erzeugung des Magnetfeldes nur aus einer einzigen Windung (27) besteht.
6. Induktiver Durchflußmesser nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulengebilde (6 bis 9, 25 bis 27) mit Niederspannung betrieben wird.