DE2540223A1

DE2540223A1 - Mengenstrommessung, unabhaengig vom fuellgrad und rueckstau nach dem drosselprinzip

Info

Publication number: DE2540223A1
Application number: DE19752540223
Authority: DE
Inventors: Benedikt Dipl Phys Nordhofen
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1975-09-10
Publication date: 1977-03-24
Also published as: NL7610028A; JPS5233764A; GB1526136A; US4074573A; BE846026A

Description

Bayer Aktiengesellschaft

Zentralbereich Patente. Marken und Lizenzen

509 Leverkusen. Bayerwerk

Hö-lz

9. Sep. 1975

Mengenstrommessung, unabhängig vom Füllgrad und Rückstau nach dem Drosselprinzip

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mengenstrommessung in Rohrleitungen und Kanälen mit einer Drosseleinrichtung mit offener Sohle in der Rohrleitung bzw. dem Kanal, wobei der Druck p. vor der Drosselstelle und der Druck p₂ an der Drosselstelle gemessen, und diese Meßwerte bei der Signalverarbeitung so verknüpft werden, daß ein dem Mengenstrom F proportionales Signal zur Verfügung steht.

iMengenstrommessungen nach diesem Verfahren sind beispielsweise zur Erfassung von gereinigten oder ungereinigten Abwassermengen von Betrieben und Kommunen erforderlich, die die Abwasser in Flüsse, Seen und Meere leiten, wobei durch Hochwasser oder Gezeiten der Auslauf unterschiedlich stark überflutet werden kann, und damit die Abflußbedingungen durch Erzeugung eines Rückstaus geändert werden. Außerdem unterliegen Abwassermengen im allgemeinen größeren Schwankungen, so daß der Pegel im Rohr bei geringem Angebot absinken kann.

Für bestimmte Betriebszustände sind Formeln bekannt, mit denen aus Druckwerten bei bestimmten Drosse!vorrichtungen eine Mengenstrommessung möglich ist. Bei ständig überfluteten Dros-

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Seieinrichtungen, bei Einbau der Drossel in einen Düker oder bei Einbau der Drossel unter die niedrigst mögliche Unterwasserspiegelhöhe, bedient man sich der Wirkdruckmethode, wobei gilt, daß der Mengenstrom F einer Potenz η des Wirkdruckes /\ ρ = P₁ - Po proportional ist, wobei η näherungsweise 0,5 ist. Bei teilgefüllten Drosseleinrichtungen mißt man den Druck ρ vor der Drosselstelle, der Mengenstrom F ist eine: Potenz m dieses Druckes proportional, wobei im allgemeinen m größer ist als 1,5, vorausgesetzt, daß die Unterwasserspiegelhöhe keinen Einfluß auf die Oberwasserspiegelhöhe ausübt, also kein Rückstau vorhanden ist. Der Lösungsvorschlag zur Erfassung von Mengenströmen unter Berücksichtigung eines Rückstaus (DT-PS 1 260 8O8), erfordert eine zusätzliche Meßeinrichtung zur Ermittlung der Unterwasserspiegelhöhe und enthält eine nicht näher definierte Funktion von der Differenz aus Oberwasserspiegelhöhe und Unterwasserspiegelhöhe. Bei einer automatischen Messung benötigt man in diesem Fall eine aufwendige Umschaltvorrichtung auf mindestens drei den verschiedenen Betriebszuständen eigenen Auswerteverfahren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Rohrleitung oder einem Kanal eine Mengenstrommessung durchzuführen, wobei die Zahl der Meßwertaufnehmer möglichst klein und räumlich konzentriert sein soll und eine einfache einheitliche Auswertung erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mengenstrom F nach folgender Formel ermittelt wird

F=A (P₁-P₂) + B (P₁ . p₂)ⁿ + C (P₁ - p₂)ⁿ . P₁ + D,

wobei A, B, C und D Konstanten sind, die je nach Kanal- bzw. Rohrform und -größe sowie abhängig von der Form der Drosselstelle empirisch ermittelt werden müssen, η zunächst 0,5 ist,

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aber durch einen Regressionsansatz ein Exponent ermittelt werden kann, der eine bessere Anpassung der Formel bei einer bestimmten Ausführungsform ermöglicht, und der Wert des Faktors P₁ im dritten Glied obiger Formel keine größeren Werte annehmen darf als der Druck, der dem gerade gefüllten Rohr entspricht.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Rohrleitung oder einem Kanal mit einer Drosseleinrichtung mit offener Sohle in der Rohrleitung bzw. dem Kanal, zwei Druckmeßstellen vor und an der Drosselstelle zur Messung der Drücke ρ und p_, Signalwandlern und einem Rechner und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner nach der Beziehung

F = A (P₁ - P₂) + B (P₁ - p₂)ⁿ + C (P₁ - p₂)ⁿ . P₁ + D

ein Signal bildet, das den Mengenstrom angibt, wobei A, B, C, D und η Konstanten sind und vor dem Eingang des Rechners ein Minimalauswahlrelais vorgeschaltet ist, das sicherstellt, daß der Faktor ρ im dritten Glied der angegebenen Formel auf den hydrostatischen Druck des gerade gefüllten Meßrohres begrenzt wird, falls P₁ ihn übersteigt, oder diese Bedingung im Rechner berücksichtigt wird.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit nur zwei räumlich benachbarten Meßwertaufnehmern und ohne Umschaltvorrichtung in einem weiten Bereich der Mengenstrom sowohl bei teilweise gefülltem Rohr ohne Rückstau, bei teilweise gefülltem Rohr mit Rückstau oder auch bei gefülltem Rohr infolge Rückstaus jeweils nach der gleichen Formel ermittelt werden kann. Sind die Koeffizienten an Modellen bestimmt worden, so müssen bei der Übertragung die Ähnlichkeitsgesetze L'j r ück:; i ch ti gt werden.

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Die Mengenstrommessung ist nicht auf Rohre mit zylindrischem Querschnitt beschränkt; auch an anderen Rohr- und Kanalquerschnitten, wie rechteckig, oval-, eiförmig, kann eine Mengenstrommessung nach dem angegebenen Verfahren durchgeführt werden.

Von besonderem Vorteil ist bei der Erfindung, daß die Drosselstelle verschieden ausgebildet werden kann. Zwar müssen für jede Drosselform die Koeffizienten A, B, C, D und η neu ermittelt werden, vorteilhaft ist dabei jedoch, daß die bereits vorhandenen Drosseleinrichtungen übernommen werden können, und das Verfahren an spezielle Betriebszustände angepaßt werden kann. Übliche Drosselstellen sind Venturikanäle mit rechteckigem, V-förmigem, trapez-formigem, V-förmig-abgerundetem Profil oder einem Profil, das sich aus der Kombination der genannten Profile zusammensetzt. Auch das Flächenverhältnis der Drosselstelle, d.h. das Verhältnis des Querschnitts an der Drosselstelle zum freien Rohrquerschnitt kann der Meßaufgabe angepaßt werden. Mit für die Auswahl ist entscheidend, ob die Flüssigkeitsmengen zeitlich nur mäßig schwanken,aber eine hohe Meßgenauigkeit gefordert wird, oder ob sich die Flüssigkeitsmengen in der Grössenordnung unterscheiden können und vor allem ein großer Meßbereich verlangt wird.

Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist es möglich, statt eines Venturikanals als Drosselstelle eine Drosseldüse oder Blende einzusetzen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In dem zylindrischen Rohr 1 ist ein Venturikanal 2 mit senkrechten Backen jj eingebaut, wobei das Flächenverhältnis m = 0,5 beträgt. Die bei 4 und 5 herrschenden Drücke P₁ und P₂ werden beispielsweise mittels der Lüfteinperlmethode bestimmt und in den Manometern 6 und 7 angezeigt. In den Wand-

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lern 8 und 9 werden daraus dem Druck P₁ und der Druckdifferenz /\ ρ = ρ - P. proportionale elektrische Signale gebildet. Ein Minimalauswahlrelais 10 ist dem Wandler 8 vorgeschaltet, damit der Wert P₁, falls er den Wert des hydrostatischen Druckes ρ des gerade gefüllten Meßrohres (p = d .y ; - =

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spez. Gewicht der Flüssigkeit) übersteigt, auf diesen Wert begrenzt wird. In dem Rechner 11 werden P₁ und P₁ - P2 nach der angegebenen Beziehung verknüpft und im Registriergerät 12 der Mengenstrom F geschrieben. Der Rohrdurchmesser beträgt 94 mm. Die Koeffizienten A, B, C, D haben die Werte - 0,051, 0,12, 0,011 und 0,0069, η hat den Wert 0,5. Die Druckwerte werden in Millimeter Wassersäule eingegeben, und die Durchflußmenge ergibt sich so in Kubikmeter pro Stunde. Der Meßfehler ist zwischen

3 3

0,4 m /h und 3,1 m /h kleiner als 5 %.

Dieses Ergebnis läßt sich auch auf Rohre m it einem anderen Durchmesser d übertragen. Dabei haben die Koeffizienten A, B,C, D dann folgende Werte

A=- 0,051 /> ^3/2

B = 0,12 >_λ ²
C = 0,011 S
D = 0,0069 >-.

wobei )-) das Maßstabsverhältnis ist.

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ι * ■ Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1 ?\ Verfahren zur Mengenstrommessung in Rohrleitungen und Kanälen mit einer Drosseleinrichtung mit offener Sohle in der Rohrleitung bzw. dem Kanal, wobei der Druck P₁ vor der Drosselstelle und der Druck p_? an der Drosselstelle gemessen, und diese Meßwerte bei eier Signalverarbeitung so verknüpft werden, daß ein dem Flüssigkeitsstrom F proportionales Signal zur Verfügung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenstrom F nach folgender Formel ermittelt werden kann

F = A (P₁ - p) + B (P₁ - p„)ⁿ + C (P₁ - p₉)ⁿ . P₁ + D

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wobei A, B, C und D Konstanten sind, die je nach Kanal- bzw. Rohrform und -größe sowie abhängig von der Form der Drosselstelle empirisch ermittelt werden müssen, η zunächst 0,5 ist aber durch einen Regressionsansatz ein Exponent η ermittelt werden kann, der eine bessere Anpassung der Formel bei einer bestimmten Ausführungsform ermöglicht und der Wert des Faktors P₁ im dritten Glied obiger Formel keine größeren Werte annehmen darf als der Druck, der dem gerade gefüllten Rohr entspricht.
2. Vorrichtung zur Mengenstrommessung nach Anspruch 1, bestehend aus einer Rohrleitung oder einem Kanal mit einer Drosseleinrichtung mit offener Sohle in der Rohrleitung bzw.dem Kanal, zwei Druckmeßstellen vor und an der Drosselstelle zur Messung der Drücke P₁ und p„, Signalwandlern und einem Rechner, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner nach der Beziehung

F = A (P₁ - p₂) + B (P₁ - p₂)ⁿ + C (P₁ - p₂)ⁿ . P₁ + D

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ein Signal bildet, das den Mengenstrom angibt, wobei A, B, C, D und η Konstanten sind, und vor dem Eingang des Rechners ein Minimalauswahlrelais vorgeschaltet ist, das sicherstellt, daß der Faktor p. im dritten Glied der angegebenen Formel auf den hydrostatischen Druck des gerade gefüllten Meßrohres begrenzt wird, falls P₁ ihn übersteigt, oder diese Bedingung im Rechner berücksichtigt wird.

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