Einführung in Strömungsmesser für offene Kanäle und Funktionsprinzip

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　　Die Abführung von Industrieabwässern umfasst druckbehaftete Leitungen sowie offene Kanäle sowie drucklose Abführwege. Die Messung des Abwasserflusses, der über Druckrohre abgeleitet wird, ist relativ einfach. Dazu können elektromagnetische, laserbasierte oder Venturi-Druckdifferenzmessgeräte verwendet werden. In unserem Land wird der Abwasserabfluss derzeit hauptsächlich über offene Kanäle ohne Druck erfolgen. Die Strömungsmesser für solche offenen Abwasserkanäle wurden entwickelt, um das Problem der Messung des Abwasservolumens bei dieser Art des Abflusses zu lösen. 　　1. Funktionsprinzip und Aufbau von Durchflussmessgeräten für offene Kanäle
Zur Messung des Abwasserflusses in offenen Kanälen werden in der Regel Bachmann-Kanäle oder dünnwandige Wehre verwendet. Beide Methoden gehören zur Kategorie der Drosselverfahren zur Flussmessung. Gemessen wird dabei der Wasserstandunterschied zwischen dem Ober- und Unterstrom des Drosselgeräts. Anhand dieses Wasserstandunterschieds kann der sofortige Durchflussquerschnitt berechnet werden. 　　Der Durchflussmesser für Abwasser in offenen Kanälen besteht aus einem Messwehr (Flussmesskanal), einem Pegelsensor sowie einem Sekundärgerät. Es werden jeweils Aufgaben wie die Erzeugung eines Wasserdrucks (Standardstrom), die Messung der Wasserspiegellage sowie die Berechnung des Durchflusses ausgeführt. 　　2. Arten und Anwendungsbereiche von Wehren und Kanälen
2.1 Wassermesswehre
Jede Anlage, die in der Lage ist, den Wasserfluss aufzuhalten und zu verhindern, dass das Wasser über ihren oberen Teil abfließt, wird als Wehr bezeichnet. Es gibt viele Arten von Wehren: Nach der Dicke lassen sie sich in Schalenwehren (mit einer Wanddicke, die kleiner als 0,67 mal die geometrische Wassersäule ist), Einfachwehren und Breitkopfwehren einteilen; nach der Querschnittsform können sie als Dreieckswehen, Trapezwehen oder gleichbreite Wehren klassifiziert werden; je nach Art der Verbindung zwischen dem Strahlfluss und dem Wasserstand im Unterlauf unterscheiden sich die Wehren in Überflutungswehren und Nicht-Überflutungswehren. 　　Häufig verwendet werden dünnwandige Dreieckstrichter, dünnwandige Trapeztrichter und dünnwandige Rechteckstrichter. 　　Unter bestimmten Bedingungen besteht für bestimmte dünnwandige Wehre eine bestimmte funktionale Beziehung zwischen der Durchflussmenge und der geometrischen Wasserpfahlhöhe, anhand derer die Abwassermenge gemessen werden kann. 　　Beim Messen des Wasserflusses mit einem Wassersperre entsteht ein großer Headverlust; daher eignet sich diese Methode zum Messen von Abwässern mit geringem Anteil an Schwebstoffen und ohne faserige Stoffe. 　　2.2 Strömungskanäle – Es handelt sich um breitgipflige Wehre mit seitlicher Verengung. Wenn die Höhe des Wehrgangs null ist, wird dies als Kanal bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine besondere Variante von Wehren. Zu diesen gehören Kanäle mit kurzer Engstelle (Pascal-Kanal), Kanäle ohne Engstelle (Sun-Kanal) sowie Kanäle mit langer Engstelle. 　　Für die Messung des Durchflusses in offenen Kanälen wird häufig der Pitot-Rohr verwendet. 　　Unter bestimmten Bedingungen besteht für einen bestimmten Pasteurisierungsbehälter eine bestimmte funktionale Beziehung zwischen der Durchflussmenge und der Höhe des Wasserspiegels im Oberstrombereich. Auf dieser Grundlage kann die Menge an Abwasser gemessen werden. 　　Beim Messen des Wasserdurchflusses mit einem Strömungskanal ist der Headloss gering, und die Anwendung ist bei einer breiten Palette von Wasserqualitäten möglich. Bei der Messung von Abwasser sollte man die auf den Wänden des Kanals wachsenden Organismen rechtzeitig entfernen, um eine glatte Wandfläche zu gewährleisten. 　　3. Höhenmesssensoren Es gibt verschiedene Methoden zur Messung des Wasserspiegels. Zu den gängigsten gehören Ultraschall-Höhenmesssensoren, Druckbasierte Höhenmesssensoren, kapazitivische Höhenmesssensoren sowie Schwimmkörper-basierte Höhenmesssensoren. Diese Pegelsensoren haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften, und ihr Anwendungsbereich unterscheidet sich ebenfalls. 　　3.1 Ultraschall-Sensoren für die Messung des Flüssigkeitsstands
Ultraschallsensoren sind eine konkrete Anwendung der Ultraschallentfernungsmessung. Ihr Vorteil ist, dass sie einen kontaktlosen Messvorgang ermöglichen und somit in einem breiten Anwendungsbereich eingesetzt werden können. Allerdings erfordern sie, dass die Flüssigkeitsoberfläche die Ultraschallwellen gut reflektiert. Bei ungewöhnlichen Reflexionen durch Schaum, Verunreinigungen oder biologischen Schmutz entstehen große Fehler. Außerdem wird die Ultraschallwelle auch von Wetterfaktoren wie Temperatur, Luftdruck und Windgeschwindigkeit beeinflusst. Obwohl diese Einflüsse ausgeglichen werden können, ist die Konstruktion der Geräte komplex und der Preis hoch. 　　3.2 Druckbasierte Höhenmesssensoren – Ihr Vorteil ist die einfache Installation. Allerdings wird verlangt, dass die Dichte der zu prüfenden Flüssigkeit im Wesentlichen konstant ist, wodurch ihre Anwendung in Abwässern mit großen Dichteschwankungen eingeschränkt ist. Außerdem ist bei der Verwendung in Abwasser darauf zu achten, dass die Druckmessöffnungen frei sind. 　　3.3 Kapazitiver Hydrauliksensor  Sein Vorteil ist, dass es keine beweglichen Teile gibt. Allerdings ist es schwierig, die mechanische Festigkeit des Isoliermittels mit seinen dielektrischen Eigenschaften in Einklang zu bringen. Zudem führt die Temperaturabhängigkeit der Kapazität dazu, dass die Messgenauigkeit abnimmt. Bei Verwendung in Abwasser muss außerdem regelmäßig die Oberfläche der Elektroden gereinigt werden. 　　3.4 Schwimmkörper-basierte Höhenmessgeräte: Ihre Vorteile liegen in der geringen Kosten, in der Unempfindlichkeit gegenüber der Wasserqualität sowie in der breiten Anwendbarkeit. Allerdings ist es notwendig, dass die Dichte des Wassers im Wesentlichen konstant bleibt. Zudem muss man darauf achten, welche Auswirkungen Ablagerungen auf der Oberfläche des Schwimmkörpers auf seine Dichte haben können. 　　4. Sekundäranzeige
Eine Sekundäranzeige ist ein automatisches Gerät, das Signale in Form von Spannung oder Strom von Level-Sensoren empfangen kann. Auf dieser Basis wird die Menge des Abwassers fließend berechnet. So kann sowohl die momentane Durchflussmenge als auch die gesamte bisherige Durchflussmenge ermittelt werden. Es kann mit einem Datensammler verbunden werden, um Veränderungen des Durchflusses zu überwachen, und es kann auch mit einem Mikrocomputer verbunden werden, um eine automatische Überwachung des Durchflusses zu ermöglichen. 　　Das Messen des Durchflusses ist eine wichtige Grundlage für die wirtschaftliche Buchführung von Unternehmen. Eine genaue und zuverlässige Messung des Durchflusses ist eine Voraussetzung für einen reibungslosen Betrieb des Unternehmens und zugleich ein wichtiges Mittel, um optimale wirtschaftliche Ergebnisse zu erzielen.