metode merenja proticaja - početna - megra merenja... · merenje proticaja je kritičan alement za...

Metode merenja proticaja

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 1.

Metode merenja proticaja vode i otpadne vode

Nova regulativa (za naplaćivanje, kontrolu i superviziju i sl. ) kao i konstrukcija struktura

i izlivnih struktura, zahtevi za merenje količina sirovog tečnog otpada u vršnim režimima

Riyaz Jiwani, M.Sc., P.E. Steffen Lucas, Dip. Eng.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 2.

NIVUS GmbH Im Taele 2 75031 Eppingen, Germany Phone +49 (0) 72 62 / 91 91 - 0 Fax +49 (0) 72 62 / 91 91 - 999 E-mail: [email protected] Internet: www.nivus.com NIVUS Predstavništva: NIVUS AG Hauptstrasse 49 8750 Glarus, Switzerland Phone +41 (0)55 / 645 20 66 Fax +41 (0)55 / 645 20 14 E-mail: [email protected] NIVUS Sp. z o. o Ul. Hutnicza 3 / B-18 81-212 Gdynia, Poland Phone +48 (0)58 / 760 20 15 Fax +48 (0)58 / 760 20 14 E-mail: [email protected] Internet: www.nivus.pl NIVUS France 14, rue de la Paix 67770 Sessenheim, France Phone +33 (0)388071696 Fax +33 (0)388071697 E-mail: [email protected] Internet: www.nivus.com NIVUS U.K. P.O. Box 342 Egerton, Bolton Lancs. BL7 9WD, U.K. Tel: +44 (0)1204 591559 Fax: +44 (0)1204 592686 E-mail: [email protected] Internet: www.nivus.com

Napomene uz prevod : paralelno navođenje termina na srpskom i engleskom u različitim bojama kako bi korisnik mogao da se lakše služi originalnim nazivima u programu i na displeju. ( Ime – Name ili Ime – Name )


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 3.

Sadržaj 1. Definicije ........................................................................................................ 4 2. Uvod ............................................................................................................... 6 3. Metode merenja.............................................................................................. 7

3.1 Merenje u potpuno ispunjenim cevima ............................................ 7 3.1.1 Suženja-kanali .................................................................................... 7 3.1.2 Merenje meračima zapremine ............................................................ 8 3.1.3 Magnetno-induktivno merenje protoka ............................................. 8

3.1.4 Ultrazvučno merenje protoka ........................................................... 10 3.1.4.1 Ultrazvučna metoda prolaznog vremena ................................... 11 3.1.4.2 Ultrazvučna metoda fazne razlike ............................................... 12 3.1.4.3 Ultrazvučna Doppler metoda ...................................................... 12 3.1.4.4 Ultrazvučna puls Doppler metoda .............................................. 13 3.2 Merenje u delimično ispunjenim cevima ......................................... 14 3.2.1 Merenje sa Q/h –karakteristikama bez mehaničkog sprezanja ..... 14 3.2.2 Merenje mernim kanalima ................................................................ 17

3.2.3 Merenje pregradama-prelivima ........................................................ 19 3.2.3.1 Merenje preliva ............................................................................. 20 3.2.3.2 Merenje V preliva ......................................................................... 24 3.2.3.3 Specijalne metode merenja za prelivne brane .......................... 25 3.2.4 Magnetno-induktivno merenje protoka u delimično punim

cevima ................................................................................................ 27 3.2.5 Ultrazvučni Doppler metod ............................................................... 28 3.2.5.1 Merenje preliva ............................................................................. 29 3.2.5.2 Lepezasti zraci sa utvrđivanjem Vmax ......................................... 31 3.2.5.3 Selektivno vrednovanje brzine protoka ..................................... 32 3.2.5.4 Instalacija merne tehnike ........................................................... 34 3.2.6 Nove metode merenje – profajler .................................................... 36

4. Bibliografija .................................................................................................. 43 5. Izbor mernih uređaja za merenje protoka u otpadnim vodama .............. 44 6. Primene merenja protoka ........................................................................... 45


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 4.

1. Definicije Proticaj Q je zapremina koja protiče kroz matematički precizno definisan poprečni presek u određenoj jedinici vremena. Zapremina V

Q = --------------- = ------ Vreme t Najčešće korišćene metričke jedinice mere su :

l/sek, m³/sek i m³/sat Isto se može definisati proizvodom prosečne brzine proticaja ( v ) i smočene površine poprečnog preseka ( A ) vertikalno na smer proticanja, što je poznato kao jednačina kontinuiteta :

Zapremina V je zapremina koja protekne u određenom intervalu vremena.

V = Q • t

Merne jedinice su najčešće l; m3 (metričke) ili ft

3; gal (imperialne).

Prosečna brzina proticaja v je brzina određena duž poprečnog preseka A. Visina izlivnog kanala

Dno izlivnog kanala

Shodno fizici, laminarno strujanje predstavlja proticaj u slojevima. Posebni slojevi vode klize jedan preko drugog sve dok se ne izmešaju. Zbog uticaja trenja (hrapavosti zidova, viskozitet medija ) brzina proticanja na zidovima cevi je jednaka 0. Svoj maksimum ona dostiže na različitim tačkama u poprečnom preseku, u zavisnosti od nivoa medija i profila kanala ( okrugao, ovalni, pravougaoni )


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 5.

U potpuno ispunjenoj cevi profil brzine je rotaciono-simetričan injegov maksimum se nalazi u osovini cevi ( vidi Sliku 1. i 2. )

Slika 1; Laminarno strujanje Slika 2; Profil brzina Kod turbulentnog strujanja nastaje međusobno mešanje između slojeva vode i ono nije pod uticajem hrapavosti cevi (visi sliku. 3). Zato je profil brzine mnogo ujednačeniji (vidi sliku. 4).

Slika. 3; Turbulentno strujanje Slika. 4; Profil brzina

Prelazna strujanja su mešavina između laminarnih i turbulentnih strujanja. Ova forma hidrauličnog protoka je nestabilna i koleba se. Ne dobija se nikakav definisan, stabilni profil strujanja. Uslovi strujanja nisu predvidivi (vidi sliku 5)

Slika. 5; Prelazno strujanje


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 6.

2. Uvod

Merenje proticaja je kritičan alement za monitoring izvora voda za razne namene.

Ova brošura, u kratkoj i konciznoj formi, daje samo osnovno razumevanje raznih problema povezanih sa tehnikama merenja proticaja. Ona nikako ne pretenduje da bude kompletna u pogledu opisanih metoda kao ni u pogledu graničnih hidrauličnih uslova. Za mnogo šire informisanje mora se pogledati bibliografija navedena na kraju.

Za bilo kakava pitanja, nerešene tehničke probleme i nerazjašnjena aplikaciona rešenja na raspolaganju su vam inžinjeri iz našeg “Tima za proticaj” u NIVUS-u. Oni imaju obimno iskustvo praćenja proticaja i hidraulike. 2.1 Potencijalni problemi Proticaj se obično prati u otvorenim kanalima ( gravitacioni proticaj ) i u zatvorenim provodnicima ( proticaj pod pritiskom u potpuno zatvorenim cevima ).

Merenja proticaja u oblasti otpadnih voda se uvek izvodi pod otežanim uslovima koji postoje u izlivima/kolektorima kanalizacije. Otpadne vode su zagađene muljem, čvrstim materijama, vlaknima, uljima i mastima isl. kao i kanalizacijskim filmom i naslagama. Ovo često izaziva netačnosti pa čak i potpuno zakazivanje primenjenih metoda merenja.

Prema strukturalnim uslovima, mi često naglašavamo otežane hidraulične uslove proticaja. Nerazumevanje međuzavisnosti uslova proticaja na željenom mernom mestu i izbora odgovarajućeg sredstva za merenje, dovodi nekad do pogrešnog određivanja mesta merenja i metoda merenja.

Merno mesto na kome su primenjene najbolje merne tehnike može dati pogrešne ili neupotrebljive rezultate merenja!

Sledeći problem predstavljaju zahtevani opsezi merenja. Ovaj opseg varira od krajnje niskih nivoa noću i u toku sušnih perioda do krajnje visokih nivoa u kišnim periodima sa potpuno ispunjenim cevima i velikim brzinama protoka. Ostali uslovi, kao visoki nivoi pri malim brzinama protoka, često nastaju u uslovima povratnih voda.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 7.

3. Metode merenja

Za merenje protoka postoje različite tehnike. Svaka od njih ima svoje prednosti i slabe strane i izbor odgovarajuće tehnike zavisi od specifičnih uslova njene primene. Metode čiji opis sledi predstavljaju najčešće korišćene metode i tehnike za praćenje protoka. 3.1 Merenje u potpuno punim sprovodnicima vode Za poprečne preseke pretežno punih cevi smočena površina je definisana svojom geometrijom i dimenzijama i zato se može smatrati konstantnom. To znači da treba utvrditi samo standardizovanu brzinu protoka V u ovoj oblasti

3.1.1 Merenje suženjima Ova merenja su klasični postupci merenja zasnovana na principu razlike pritisaka. To znači : definisano suženje stvara pozitivan pritisak ispred i negativan pritisak iza suženja. Ova razlika predstavlja merenje protoka ( vidi slike 6. i 7. ). Primeri ovih uređaja su dizne, ravne pregrade i Venturijeve cevi. Zbog njihove velike ranjivosti oni ne nelaze nikakvu primenu u tehnikama merenja kanalizacija i otpadnih voda.

Slika 6; Izgled strujanja na čeonoj mernoj pregradi

Slika 7; Distribucija pritisaka na čeonoj mernoj pregradi 1. Diferencijalni pritisak 2. Gubitak pritiska


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 8.

3.1.2 Merenje meračima zapremine

Motorni merači se koriste za merenja zapremine brojanjem zapremine, tako što je zid prostora, bilo zatvoren ili otvoren, zamenjen strujanjem ili pritiskom medija. Pređeni put ili ugao za klip, valjak ili krilce kod točka sa krilcima, odgovara zapremini koja se meri.

Tipični merni uređaji : merač sa rotacionim klipom, ovalni merač sa točkom, merač sa krilcima idr. Primer :

Slika 8; Merač sa ovalnim točkom

Merač sa ovalnim točkom :

Sastoji se iz komore (3) sa ulivom (1) i izlivom (4) kao i dva nazubljena ovalna točka postavljena unutra (2 i 5). Između ovih točkova i zidova komore nastaje prostor u obliku srpa kroz koji tečnost dospeva do izlaza (4) i uz istovremeno okretanje ovih točkova protiče sa ulaza (1). Brojač se pokreće okretajima ovih točkova. Zbog osetljivosti na prljavštinu ova vrsta merenja je nestabilna za primenu u uslovima otpadnih voda.

3.1.3 Merenje protoka magnetnom indukcijom

Magnetno induktivno merenje protoka ima čvrst položaj u primeni za otpadne vode za potpuno pune cevi. Ovaj princip merenja je zasnovan na Faradejevom zakonu magnetne indukcije : stvara se homogeno magnetno polje. Električno provodljiva tečnost protiče kroz ovo mognetno polje. Kretanjem električnog provodnika ( tečnost ) indukuje se struja koja je proporcionalna prosečnoj brzini protoka i jačini magnetnog polja. To je dato jednačinom :

Ue = B • L • v


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 9.

Ue je indukovana elektromotorna sila. Nju preuzimaju dve elektrode koje su u kontaktu sa medijem. Indukovani napon B predstavlja snagu indukcije ovom magnetnog polja. On se proizvodi namotajima magnetnog polja koje usmerava naizmenični napon ili pulsirajući direktni napon.

L predstavlja dužinu provodnika. Koristeći sledstvenost ovog principa merenja magnetnom indukcijom ova dužina je određena razmakom između obe merne elektrode.

v je prosečna brzina protoka.

1. Namotaji magnetnog polja 2. Granica/zid cevi 3. Merne elektrode dV Element zapremine B Magnetna indukcija v Brzina protoka E Rezultujuća jačina polja

Slika. 9; Princip merenja : Magnetno- Induktivno merenje protoka

Jačina magnetnog polja kao i udaljenost elektroda su fiksne vrednosti. Ovo znači da je indukovana struja proporcionalna brzini protoka proticaja

Prethodni uslovi za merenje

• minimum provodljivosti (ulja, masti i slično se ne mogu meriti) • definisani hidraulični uslovi (5 - 10 x Prečnik ulivna postavka, 3 - 5 x Prečnik izlivna postavka ) • minimalne brzine protoka (obično 1m/s (3.28 fps), najmoderniji uređaji zahtevaju minimalnu bzinu protoka 30 - 50cm/s (0.98 – 1.64 fps)) • puna cev (specialni tipovi konstrukcija će biti pomenuti kasnije ). Prednosti

• visoka preciznost i konzistentnost merenih vrednosti pri egzaktnim uslovima montaže • mogućnost kalibracije • moguć širok opseg prečnika (25 - 1200 mm; 1 - 48 in) • visoka otpornost na pritisak (do 600 bar) • nema smanjenja poprečnog preseka • nezavisno od pritiska i temperature medija


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 10.

Nedostaci

• neophodna je minimalna procodljivost (> 1mS) • elektrode su osetljive na ilje, masti i kanalizacioni film (nulta tačka greška ili itkaz merenja) • veliki strukturalni troškovi / sifon i bajpas tok neophodni kada kanalizacije treba da se blokiraju i/ili čiste. • trošak uređaja raste proporcionalno prečniku koji treba meriti. • neophodna minimalna brzina protoka (1m/s; 3.28 fps, u izuzetnim slučajevima 0,3 - 0,5 m/s; 0.98 – 1.64 fps, ispod ovih granica, visok rast grešaka u merenju ) 3.1.4 Ultrazvučno merenje protoka

Uređaji za ultrazvučno merenje protoka, kao recimo magnetno-induktivni, imaju slobodan prolaz što znači da u cevi nema mehaničkih ili pokretnih delova. U principu razlikujemo tehnologiju nabacivanja ( vidi sliku 11. ) ( odašiljač je pričvršćen na vrh cevi bez kontakta sa medijem ) i tehnologiju ubacivanja ( vidi sliku 10. ) ( odašiljač je pričvršćen na cev sa direktnim kontaktom sa medijem ). Odašiljač

Prijemnik

Slika. 10; Ultrazvučna tehnologija ubacivanja

Slika 11; Ultrazvučna tehnologija prićvršćivanja stegama


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 11.

3.1.4.1 Ultrazvučni metod prolaznog vremena

Ovaj metod prolaznog vremena je zasnovan na činjenici da brzina prostiranja zvučnih talasa kroz pokretni medijum zavisi od brzine kojom se on kreće..

Slika 12; Ultrazvučni princip prolaznog vremena

VR = Brzina prostiranja zvuka u mediju koji miruje VO = Lokalna brzina medija V1 = brzina prostiranja zvuka u smeru protoka V2 = brzina prostiranja zvuka nasuprot smera protoka α = montirajući ugao između akustičkog pravca i smera protoka L = razmak između elektroakustičkih pretvarača

Rezultat Vprosečna

Prethodni uslovi za merenje

• akustični dodatak/odašiljač zvuka unutar medija je neophodan • cevi moraju biti pune ( ili je dodatno potrebno merenje nivoa ) • kroz medijum se mora uspostaviti akustički put Prednosti

• lako montiranje / demontiranje (tehnologija nabacivanja) • u proračunu su uzeti su u obzir hidraulični poremećaji duž akustičnog puta • neosetljiv ne mast i ulja • nije neophodna minimalna provodljivost medija Nedostaci

• netačna merenja ili otkaz u delimično punim cevima • otkazi merenja u medijima sa visokim sadržajem čevrstih materija • netačno merenje / otkaz u okorelim cevima (tehnologija nabacivanja) • nikakva merenja tehnologijom nabacivanja nisu moguća u cevima sa nehomogenim spoljnim omotačem ( beton ili slično)


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 12.

3.1.4.2 Ultrazvučno merenje fazne razlike

Ovo merenje nje slično merenju prolaznog vremena. Ovde se za utvrđivanje prosečne brzine protoka, umesto prolaznog vremena zvuka, koristi ugao fazne razlike. Ovo je određeno faznim odnosom između emitovanih i primljenih signala prema pravcu protoka. Ovaj utvrđeni ugao fazne razlike je proporcionalan razlici prolaznog vremena i dalje se ocenjuje kako je to gore već navedeno.

3.1.4.3 Ultrazvučni Doppler Metod

Princip Dopplerovog efekta je zasnovan na prostiranju usnopljenog ultrazvučnog zraka definisane frekvencije i pod poznatim uglom kroz tečnost. Deo ultrazvučne energije se odbija od čvrstih čestica ili mehurića gasa koje tečnost nosi.

Zbog kretanja ovih čestica nastaje rasipanje frekvencije ΔF. Ovo rasipanje je direktno proporcionalno brzini kretanja čestice. To je dato jednačinom :

ƒ = Frekvencija emitovanja C0 = Brzina zvuka kroz medijum koji se meri VP = Brzina čestice α = Ugao emitovanja između ultrazvuka i pravca protoka

Slika 13; Princip Doppler Metode

Pri konstantnoj frekvenciji emitovanja uglu emitovanja i brzini zvuka brzina čestice se može dobiti iz :

VP = K • Δ ƒ

Zbog nastalog profila protoka i brojnosti reflektovanih čestica različitih brzina kretanja kao rezultat se dobija spektar frekvencija.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 13.

Razne mogućnosti izračunavanja ove mešavine frekvencija su objašnjene u odeljku o ultrazvučnim merenjima.

3.1.4.4 Ultrazvučni Puls Doppler Metod

Ultrazvučna Puls Doppler Metoda predstavlja dalji razvoj poznate Doppler metode kao nove merne tehnike. Za razliku od obične Doppler metode, koja primenjuje kontinualne frekvencije prostiranja, ovaj Puls Doppler emituje kratak frekventni snop definisane dužine. Zbog definisanog ugla emitovanja i poznate brzine prostiranja zvuka kroz taj medijum, odašiljač se posle ovog emitovanja prebacuje u vremenu t1 na prijemni režim čekanja. U obzir je uzeta promena brzine zvuka u zavisnosti od temperature i kompenzirana je jednim dodatnim meračem temperature ugrađenim u odašiljač. Zato je moguće lociranje skeniranog proreza za prijemni signal. Izobličenje frekvencije odaslanog ultrazvučnog signala u definisanom mernom prozoru je mera brzine protoka koja odgovara tom mernom prozoru. Odbijanje od čestica u ostalm područjima nema nikakav uticaj na ovo merenje brzine.

Slika. 14; Princip Puls Doppler Metode

Stavljanjem ovog prozora na Vmax (preduslov: uzdužno simetrični profil protoka ), može se odrediti Vprosečna. Iz Vprosečna i poznatog prečnika protoka određuje se protok Q.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 14.

3.2 Merenje u delimično ispunjenim cevima U osnovi postoje dva načina merenja u delimično ispunjenim cevima. Jedan, određivanje nivoa i prosečne brzine protoka, drugi, jednostavno određivanje nivoa i zasnovano na mehaničkim/hidrauličnim uslovima kao što su hrapavost, pad, odstupanja prečnika itd.

3.2.1 Merenje sa karakteristikama Q/h bez mehaničkog oslanjanja

Ovaj metod predstavlja nejjednostavniji način merenja zapremine :

Princip merenja :

Slika. 15; Merenje kanala koji nije pod pritiskom

MANNING -ova jednačina

Ova jednačina daje grubu procenu protoka :

Q = 1.486/n . (A.e.1.667 S.e0.5)/P.e0.667

Gde je:

Q = Protok-strujanje A = Poprečni presek P = Obim n = Koeficijent hrapavosti S = Pad e = eksponent

Na osnovu gornjeg su razvijeni mnogi protočni stolovi za različite prečnike cevi, nivoe, padove i koeficijente hrapavosti.

Ova jednačina nije veoma tačna (10 - 30 %), ali je prihvatljiva kada je dozvoljeno samo približno merenje protoka.

Ovde je vrednost protoka Q predstavljena kao funkcija Q/h. Određivanje nivoa h za protok Q je zasnovano na geometriji kanala i dimenzijama kanala ( poznatim i nepromenljivim ) kao i na hrapavosti k između zidova cevi i medija.

Hrapavost je utvrđena eksperimentalno za različite materijale i može varirati za različite tipove konstrukcija i različito naprezanje materijala. Dalje može varirati u toku procesa merenja ( isprani beton = grublji, kanalski film i mast ,sedimentacija = više glatko) ili pak može varirati u zavisnosti od različitih stepena hrapavosti na raznim nivoima.Ovi uslovi će se menjati u zavisnosti od nivoa vode. Zato, hrapavost predstavlja veliki faktor nestabilnosti ( tabela 1 ).


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 15.

Pored toga, sedimentacija i povratna voda izazivaju velike greške u merenju.

h stvarna h merena sedimentacija

Slika 16; Greška u merenju izazvana sedimentacijom

h stvarna

h merena

Slika. 17; Greška u merenju izazvana povratnom vodom

Pretpostavke / uslovi za merenje

• nema povratne vode • nema taloga / sedimentacije • kanali u dobrom strukturalnom stanju • konstantni pad Prednosti

• jeftino • laka montaža Nedostaci

• izuzetno velika nepouzdanost u merenju • nije odgovarajuće za mnogo mernih mesta • apsolutno je neophodno prethodno razjašnjenje hidrauličnih uslova • visoki troškovi kalibracije i odražavanja (rekalibracija)


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 16.

Tabela 1: Tipovi hrapavosti


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 17.

3.2.2 Merni kanali

Merenje mernim kanalima su merenja protoka u posebno oblikovanim kanalima sa definisanim poprečnim suženjima. U ovim suženjima brzina protoka se menja od brzanja do sukljanja. Najčešće ssu korišćeni kao stacionarni kanali od betona kao i od prefabrikovanih komada. Shodno dobro poznatom mernom principu ovaj geometrijski oblik varira u velikom broju tipskih kanal ( kao što su Paršalov kanal, Palmer-Bowlus-ov kanal i mnogo specijalnih konstrukcija različitih proizvođača. U Nemačkoj se koriste dva tipa mernih kanala : Khafagijev kanal kao i klasični merni kanal. Ova dva tipa mernih kanala su uključena u DIN 19559. Na bazi ovog standarda prave se preporuke za uslove montiranja, opsege merenja, tačnosti i td. U Severnoj Americi najčešći tipovi mernih kanala su Paršalov i Palmer-Bowlus-ov merni kanal.

Parshall:

Uobičajeno se koristi u betonom obloženim kanalima za potrebe permanentnog merenja. Dimenzije ovog mernog kanala su određene širinom njegovog grla ( suženja )

Palmer-Bowlus: Koristi se u okruglim kanalimai njime se meri mali opseg prtoka. Njihove dimenzije su određene prema prečniku cevi.

Osnovni principi funkcionisanja :

Suženje mernog kanala izaziva uzdizanje medija koji se meri ispred mernog kanala. Tu nastaje promena brzine protoka iz strujanja u sukljanje.( tačka promene ). Ovo definisano hidraulično stanje omogućava da se zanemare hrapavost i nagib mernog kanala. Shodno tome je vrednost uzdizanja nivoa ispred mernog kanala proporcionalna vrednosti brzine protoka.

Slika 18; Poprečni izgled mernog kanala


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 18.

Slika 19; Poprečni izgled mernog kanala

B = Širina kanala b = Suženje ho = Gornji novo vode hu = Donji nivo vode L1 = Udaljenost pretvarača od početka mernog kanala

Pri primeni mernih kanala treba uzeti u obzir sledeće :

• Najmanji merljivi proticaj otpadne vode je 5l/s (79.26 gpm) približno.

• Odnos između Qmax i Qmin je obično 10:1; u posebno oblikovanim kanalima on je maksimalno 20:1

• Appsolutno je neophodnopri merenju izbegavati povratnu vodu. Ovo znači da gornji nivo h0 neće biti pod uticajem donjeg nivoa vode hu.

• Pretvarač mora biti instaliran 1,5 - 2 x h0 max iznad početka suženja mernog kanala Ako je neophodno meriti u maksimalno mogućem opsegu proticajne zapremine tada ovu udaljenost treba povećati do 3 – 4 x h0.

Nulta tačka pretvarača je uvek povezana sa nultom tačkom mernog kanala a ne mernog mesta !!!

Slika 20; Instalacija pretvarača – transdusera

Posebna pažnja se mora posvetiti ulivnoj fazi. Apsolutno je neophodno da glavni tok bude u laminarnom stanju. Ako je pak u turbulentnom stanju, prevođenje u laminarno stanje se mora desiti barem 20 x b pre početka suženja. U domenu 10 x B pre početka u obzir treba uzeti sledeće tačke :


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 19.

• konstantno stanje celog prilivnog stepena • pravolinijski tok uzdužne ose mernog kanala i ulivnog kanala. • konstantan poprečni presek kanala • bez dodatni prilivnih cevi ili izliva • bez instalacija, neujednačenih spajanja i nastavljanja u kanalskim zidovima ili kanalskom dnu.


• nema povratne vode • nema taloga / sedimentacije • kanali u dobrom strukturalnom stanju • konstantni pad Prednosti

• nema pokretnih delova • vrlo pogodno za merenje zagaženih otpadnih voda • dobra konzistencija izmerenih vrednosti i kontrola merenja • lako za čišćenje Nedostaci

• visoki troškovi konstrukcije • potreban je veliki prostor • veliki troškovi čišćenja • Mala dinamika merenja između Qmin i Qmax , uobičajeni faktor 10 - 20 • Minimalni merljivi protok otpadne vode Qmin ≥5 l/s (79.26 gpm) 3.2.3. Merni prelivi-pregrade-dijafragme ( pragovi ) Merni prelivi takođe nazvani i pragovi su pregradne konstrukcije ( strukture nalik branama ) preko kojih se preliva voda. Ove konstrukcije menjaju strujnice na dnu kanala na takav način da izazivaju povratnu vode u gornjem delu struje.

Na bazi definisanih hidrauličnih uslova i imajući u vidu dimenzije i oblik ove konstrukcije može se napraviti međusobna veza između podizanja nivoa i prelivne zapremine.= može se dobiti zapremina proticaja.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 20.

Slika 21; Princip merenja preliva- prelivne pregrade

Q = ƒ (h ) • k

k zavisi od graničnog oblika, granične širine, granične širine, viskoziteta i još nečega.

3.2.3.1 Prelivne pregade

Prelivi se najviše koriste u kišnim bazenima i konstrukcijama separatora za opterećenja visokih kišnih voda. Formula za izračunavanje prelivne zapremine je :

µ Predstavlja koeficijent preliva. Ovaj koeficijent je bez dimenzije i zavisi od graničnog oblika i delimično od glave preliva ( vidi tabelu 2. )

b je širina pregrade ( širina preliva )

h je visina preliva takođe navedena kao hu. Nulta tačka ove visine se nalazi tačno na početnoj tačci preliva

g je ubrzanje pod uticajem gravitacije (9.81 m/s²)


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 21.

Najčešće korišćeni oblici prelivnih pregrada u postrojenjima za tretman kišnice su :

zaobljena preliv

ili

pravougaoni preliv

ili

oštroivični preliv


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 22.

Tabela 2: Koeficijenti preliva


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 23.

Zbog svog vrlo egzaktnog koeficijenta prelivanja lako je meriti i na postojećim, neegzaktnim betonskim pregradama zaobljene kreste. Ppostavljanjem dodatne instalacije pregradama sa krestom oštrih ivica se preporučuje kao standardno merenje prelivom prema ATV A111.

Preliv se mora dimenzionisati kako sledi :

Slika 22; Dimenzije oštroivičnog preliva ( prelivne pregrade )

Preliv se mora podesiti horizontalno i mora se učvrstiti da se izbegne neželjeno pokretanje.

Voda mora teći vertikalno prema prelivu i sa druge strane se ne sme stvarati povratna voda. U slučaju nadolaženja protoka sa tendencijom formiranja povratne vode merenje na jednom prelivnom mestu neće biti dovoljno !


• bez povratne vode • precisne horizontalne prelivne ivice sa definisanimkoeficijentom preliva • Bez dodatnih uzdužnih kanala (ili ćega sličnog ) • velike zapremine protoka • vertikalno nadolazeći protok

Prednosti

• nema pokretnih delova • prilagođavanje postojećih bazena nije komplikovano • jeftina tehnologija merenja cheap measurement technology

Nedostaci

• pogodno samo za velike zapremine protoka • relativno neprecizno • greške merenja zbog pritiska vetra • Neodgovarajuće za tangencijalno nadolazeći tok i povratne vode u kanalu


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 24.

3.2.3.2 Preliv sa V-profilom ( Tompsonov preliv ) Još jedann preliv specijalnog oblika je preliv sa V prorezom koji se takođe naziva Tompsonov preliv ili Gourlijev preliv. Ovaj preliv odlikuje prelivna pregrada koja stoji vertikalno na pravac proticanja sa trouglastim isečkom oštrih ivica.

Nivo povratne vode ispred pregrade je direktno proporcionalan veličini protoka. Zbog svog specijalnog isečka V-preliv je posebno pogodan za male merenje veličine (0.05 l/s - 30 l/s; 0.79 - 475.59 gpm).

Zaprljana ivica preliva vrlo mnogo remeti merene vrednosti. Zato prevashodno ogovara za merenje čistih medija kao što je izvorska voda, ispusti malih kanalizacijskih pogona ili posebno čak i za merenje količine prečiščavane vode u deponijama ( o poslednjem slučaju pretpostavka je da rastvorene komponente ne teže taloženju, precipitaciji ili inkrustaciji u kontaktu sa vazduhom na rubu preliva ).

Na sledeće uslove treba obratiti pažnju :

Slika 23; Princip preliva sa V-prorezom

• hü min = 3 cm (1.18 in)! I Ispod ovoga mlaz se “zalepi” – merenje je nemoguće

• hü max ne bi btrebalo da bude više od 30 cm (11.81 in).

• Nastala brzina proticaja ne treba da bude veća od 5 cm/s (0.16 fps). Eventualno treba ugraditi skretnu pregradu da se izbegne direktno dolazeći tok.

• Bez povratne vode ( ovo je apsolutno neophodno ) !


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 25.

Preduslovi

• bez povratne vode • niska ulazna brzina proticaja • bez sedimentacije • čist medij bez čvrstih čestica, vlakana i slično Prednosti

• niski troškovi za potrebnu mernu tehniku • tačni rezultati merenja ( i pri malim zapreminama ) • lako se proverava Nedostaci

• delimično visoki mehanički troškovi potrebni za ostvarivanje neophodnih hidrauličnih uslova • nema merenja u zagađenim ili medijima koji nose sediment • nema merenja pri vrlo visokim zapreminama 3.2.3.3 Specijalne Metode Merenja za prelivne pregrade Merenje nivoa pre preliva kao i rezultati merenja su pod uticajem povratne vode jarka ( pogledajte ATV A 111). Zato, za dobijanje tačnih merenja pod uslovima povratne vode treba ili vršiti merenje dve komponente ( proticaj, brzina i nivo) u glavnom kanalu ili treba uključiti i niži nivo vode barem kao dodatak gornjem nivou vode.

Slika . 24: Merenje povratne vode


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 26.

Odnos između nižeg nivoa vode i višeg nivoa vode daje koeficijent redukcije c .

n = 2 Za prelive oštrog ruba n = 3 za prelive zaobljenog grebena-kreste n = 4 ta pravougaone prelive

Zbog potrebe za boljom vrednošću prelivanja u redukcionim mrenjima uvek treba pretpostaviti prelive oštrog ruba !

Redukujući koeficijent c zavistan od trenutne povratne vodemora se izračunati i ubaciti u Poleni formulu za pravougaono prelivanje

Sve gore objašnjene funkcije su već primenjene-unete u NIVUS-HydraulicCalculator. Moraju se samo uraditii dva merenja nivoa kao analogni ulaz.

Tangencijalni dolazeći protok graničnih vrednosti predstavlja drugi specijalni oblik. Ova aplikacija se često nalazi prevashodno u postrojenjima separatora ispred rezervoara olujnih voda.

Tangencijalni dolazeći proticaj graničnog preliva rezultira u formiranju linije paraboličnog ogledala koje nije paralelno izlivenoj graničnoj vrednosti. Određivanje merne tačke za prosečnu prelivnu količinu je teško zato što se ova tačka nalazi na raznim mestima u skladu sa zapreminom-količinom vode koja protiče.

U ovom slučaju su opet neophodna dva merenja za granične prelive i određivanje prosečnog nivoa preliva.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 27.

Slika 25; Tangencijalni granični dolazeći protok

Prosečni nivo preliva hü-m se mora odrediti kako sledi :

Dobijena vrednost hü-m se mora integrisati u ranije spomenutu formulu Polenija

Ova funkcija je takođe već primenjena u NIVUS-HydraulicCalculator. 3.2.4. Magnetno-Induktivno merenje proticaja i delimično punim cevima Magnetno-induktivno merenje proticaja u delimično punim cevima je zasnovano na istom principu kao i u potpuno punim cevima ( vidi odeljak br. 3.1.3 ). Za razliku od punih cevi indukovani napon se registruje višestrukim parovima elektroda koje su postavljene na različitim nivoima.

UE = Napon merenja B = magnetna induskcija D = Udaljenost elektroda v = prosečna brzina proticaja qv = Zapreminski proticaj k = Korektivni faktor

Slika 26; Princip magnetno-induktivnog merenja proticaja u delimično punim cevima


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 28.

Nivo protoka se meri prolazom kroz magnetno polje. Razne karakteristike magnetnog polja pri raznim nivoima se pamte u memoriji emitera. U zavisnosti od trenutnog nivoa protoka korektivnom metodom se stvara signal proporcionalan proticaju.

Preduslovi za merenje

• dobra provodljivost medija koji treba meriti • definisani poprečni presek sa položajem uliva i izliva • minimalni nivo priliva veći od 10% od prečnika

Prednosti

• visoka tačnost na višim nivoima priliva i tečnosti bez/niske zagađenosti • mala osetljivost na asimetrični raspored brzina

Nedostaci

• visoki inicijalni troškovi, posebno za prečnike od 300, povećava se srazmerno prečniku • minimalna brzina proticaja 50 - 100 cm/s (1.64 – 3.28 fps) • potrebna je značajno viša provodljivost nego kod magnetno-induktivnog merenja proticaja u potpuno punim cevima ( faktor 10 ) • merenje nije moguće ispod 10% nivoa priliva • greška merenja drastično raste sa padom nivoa • Dugoročno odstupanje izazavano prljavim elektrodama u području kanalizacije (kanalizacioni filmovi) mogu posle određenog vremena izazvati potpuni otkaz merenja ( očito je po konstantnom izlivu nezavisno do dnevnog ili noćnog režima ) = visok trošak održavanja i čišćenja u otpadnim vodama

3.2.5 Ultrazvučni Doppler Metod

Ovo merenje predstavlja dvokomponentno merenje. Tekući protočni profil a tako i smočeni hidraulični prečnik se određuje ultrazvučnim sondama ili sondama pritiska. U ovom slučaju ultrazvučno merenje predstavlja tačniji beskontaktni metod merenja bez nakupljanja i održavanja.

Brzina protoka se određuje Dopplerovom metodom ( vidi Odeljak 3.1.4.1 )


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 29.

Slika 27; Merna instalacija Ultrazvučnog Doppler metoda

Vrednovanje Dopllerovog signala i određivanje prosečne brzine protoka se može postići na razne načine. 3.2.5.1 Lepezasti zraci sa snimanjem statističke prosečne vrednosti

Koristeći ovaj metod u tečnost se emituju konstantni zraci. Prijemni signal, postavljen pod istim uglom i paralelno, kontinualno prima sve Doppler signale iz emitovanog signala koji su odbijeni, šireći se kao lepeza.

Mehurići vazduha Čestice nečistoće V-Pretvarač vazduh voda talas

Slika 28; Vrednovanje snimanjem prosečne vrednosti


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 30.

Za ovaj metod je karakteristično da prostorni raspored/alokacija primljenog signala nije moguća. U čistim tečnostima emitovani signal je u stanju da prodre kroz površinu vode. U vrlo zagađenim tečnostima dubina prodiranje je ograničena i nije definisana.

Površina vode predstavlja idealnu ravan refleksije čija je brzina prenosa, pod određenim uslovima, veća pri talasanju od brzine protoka koja se meri. Pošto statističkia prosečna vrednost određena svim signalima ne može da predstavlja prosečnu brzinu protoka ona se mora korigovati nekim kalibracionim faktorom. Opšte matematičko izvođenje ovog kalibracionog faktora iz parametara kanala je poznata autorima. U zavisnosti od primene ovog faktora ( visi VDE 2640 ) se mora odrediti empirijski uporednim merenjima.

Za dugotrajna stacionarna merenja, jednu, visoku kalibraciju i jedno puštanje u rad, prihvatljiva je jedna vrednost. Sama kalibracija često nije moguća ili je nerazumno skupa zbog raznih kanalskih radova.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 31.

3.2.5.2 Lepezasti zraci sa Vmax Evaluacijom

Emitovanje i prijem signala odgovara metodi opisanoj u tački 3.1.4.1. Primlejni Doppler signali se ocenjuju analizom frekvencija ( na primer brzom Furijeovom transformacijom ). Maksimalna brzina protoka se određuje u spektru frekvencija koji se sastoji iz mnogo pojedinačnih brzina.

Slika 29; Prikaz sa vmax

Utvrđena maksimalna brzina protoka u ovom kanalu se množi faktorom redukcije (c <1) da bi se dobila prosečna brzina protoka.

Ovaj faktor redukcije u potpuno ispunjenim cevima ( izlivnim cevima ) je poznat.

a) laminarno strujanje : c= 0,5 (BLASIUS) b) turbulentno strujanje (idealno glatka cev i Re<45000): c=0,817 (ECK) c) turbulentno strujanje u hrapavim cevima (praktično je uvek prisutno ) :

Do kog stepena se ovaj obračun faktora redukcije može primeniti na ostale tipove kanala ili delimično ispunjenih cevi je predmet daljih istraživanja. Ni ovim metodom se ova izmerena najveća brzina protoka se ne može dodeliti nekoj određenoj tački u prostoru. Iz ovog razloga je plauzibilno vrednovanje samo primenom spektra frekvencija teško. Kao što je spomenuto u tački 3.2.5.1., uticaji kao što je dubuna prodiranja signala kao i refleksije od površine i talasa mogu prouzročiti pogrešne informacije.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 32.

3.2.5.3 Selektivno izračunavanje brzine protoka

Imajući poprečno oblikovanu usmerenost odašiljućeg i prijemnog kristala dobija se jedna tačka presretanja-preklapanja blizu pravaca odašiljanja i prijema. U ovoj tačci preklapanja se javlja najjači intenzitet refleksije.

Veličina ove tačke preklapanja je određena veličinom kristala ( normalno oko 10 mm njegovog prečnika ) kao i jednom graničnom zonom koja se ne može tačno odrediti. Zato se mora govoriti o jednoj “virtualnoj” brzini protoka nalik na tačku. Pomeranja frekvencije merena u ovoj oblasti SE MENJAJU sa veličinom gradijenta koji se pojavljuje u ovoj tačci preklapanja.

Slika 30; Selektivno izračunavanje brzine protoka Preko ove lokalne brzine protoka, određene u lokalnom području sonde, može se, primenom formule koherentnosti, izračunati prosečna brzina protoka.

(PARR, JUDKINS, JONES)

Pretpostavljajući potpuno ispunjenu cev prema NIKURADSE-u :

N = 29.7 M = 2.5

N = hrapavost prema MANNING-u

Vp = brzina protoka u tački (ft/m)

hp = nivo u tačci brzine protoka (ft)

Pošto MANNING-ov koeficijent varira od jednog delimičnog punjenja do drugog, gornja jednačina je na Univerzitetu Merilend proširena kako bi uzela u obzir i uslove u delimično ispunjenim cevima. Dalje su iznova određeni koeficijenti “M” i “N”. Osnova za izmenu MANNING-ovog koeficijenta u delimično ispunjenim cevima je dijagram odnosa prema CAMP-u.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 33.

Slika 31; Dijagram odnosa

Da bi se napravio ovaj dijagram, on je iskazan kao sledeća jednačina :

nt/n = 0.8194 + 2.0355 (h/D) – 6.1305 (h/D)² + 7.074 (h/D)³ - 2.991 (h/D) 4

nt = Koeficijent hrapavosti prema MANNING-u u delimično ispunjenim cevima

Za „M“ and „N“ su pronađene sledeće vrednosti : cevi : M = 1.55 N = 3953.224 e

(-0 , 44xD)

pravougaoni kanali : M = 1.3 N = 3300

Ubačeni u gornju jednačinu omogućavaju određivanje prosečne brzine protoka iz tačkastih merenja brzine u vertikalnom uzdužnom centru


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 34.

3.2.5.4. Instalacija merne tehnike Instalacija merenja mernoj sekciji cevi.

Fig. 32; OCM Merna instalacija u cevnoj mernoj stanici

Tipičan odeljak za merenje i kontrolu se satoji iz :

- OCM sa PID-kontrolerom - Merenje nivoa (NivuMaster) - Napajanje - Ex-Predpojačalo DS4 ( neophodno samo u Ex-Zoni 1) - Senzor nivoa P-06 (Ex) - Ubačeni Senzor brzine DER (Ex) - Bezbednosna pregrada (neophodno samo u Ex-Zone 1) - Merna sekcija cevi

Flanše, stege, klizne i kontrolne ventile obezbešuje rukovodilac postrijenja.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 35.

Merna instalacija u otvorenim kanalima

Fig. 33; Merenje u otvorenom kanalu Rekapitulacija

Ultrazvučni Doppler uređaji zahtevaju određenu minimalnu količinu i veličinu čestica u mediju koje se mere. Bez ovih čestica nema refleksije ultrazvučnog signala.

Za NIVUS-ovu mernu tehnologiju dovoljni su vač i mehurići gasa ili vazduha. Aplikacije kao što su izlivi kanalizacija su merljivi kao i povratni talog, otpadne vode u pumpnim stanicama i više.

Sa druge strane Doppler metod otkazuje u čistoj vodi, kuvanoj vodi i slično.

Pretpostavke za merenja su :

• minimalna količina i veličina lestica u medijumu koji se meri • definisani poprečni presek cevi sa pozicijama uliva i izliva • pravilna građevinska konstrukcija bez ispusta ili dodatnih hidrauličnih remećenja


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 36.

Prednosti :

• nema remećenja - konstrikcije constriction kanala • lako je moguća dodatna instalacija additional • merenja se mogu vršiti čak i najmanjim mogućim nivoima ( od 30 mm ) najmanjim mogućim brzinama (3cm/s ) (pogledajte: tehnike uređaja NIVUS ) • nema nagomilavanja-nakupljanja • lako merenja čak i pri formiranju kanalskih masti i filmova na pretvaraču • bez održavanja Nedostaci - ograničenja:

• neizostavno je pažljivo biranje mesta merenja • kod zahteva visoke tačnosti ili nepovoljnih hidrauličnih uslova potrebna je individualna kalibracija • merenja nisu moguća u čistom mediju

3.2.6 Novi metodi merenja –profiler - Profiler

Primena principa merenja koji su pre nekoliko godina bili nezamislivi i nemogući sada je moguća zbog razvoja brže i tačnije elektronike i procesora kao i zbog današnjih istraživanja u oblasti senzorskih tehnika. NIVUS sledi put stalnih sitraživanja i razvoja i usavršavanja tehnika merenja protoka i aktivno promoviše primenu novih principa merenja. Rezultat ovoga je prenos tehnike iz teorije u praksu jednog metoda koji nudi potpuno novu tehniku merenja protoka. čak i pri teškim hidrauličnim uslovima. NIVUS je ovaj novi metod izneo na tržište kroz novo razvijeni, korisniku prijateljski i visoko precizni liniju proizvoda OCM u 2000-toj godini. U vreme ovog izdanja više od 100 uređaja je bilo u primeni u širokom spektru hidrauličnih uslova.

Metoda merenja

NIVUS OCM Pro radi sa potpuno novim višenamenskim pretvaračem ( kombinovani senzor ) koji istovremeno određuje brzinu protoka i nivo. Ovo je postignuto primenom dva specijalno napravljena piezoelektrična kristala koji rade nezavisno jedan od drugog kao emiter i kao prijemnik i time istovremeno određuju brzinu i nivo.

akustična Pretvarač brzine protoka Vezna ploča Pretvarač temperature

---Pretvarač nivoa

Elektronika osnovna ploča

Fig. 34; Šematski dijagram Kombinovanog senzora Tip „Pro“ za instalaciju na dno


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 37.

Ovi pojedinačni pijezoelektrični kristali (Kompoziti-Kristali) se sastoje iz velikog broja paralelnih, malih štapićastih kristala koji se mogu stimulisati da istovremeno osciluju kao i da se prebace na prijemni režim rada za prijem reflektovanih signala.

Slika 35; Šematski dijagram Emisiono/Prijemnih kristala

Ova specijalna forma pijezoelektričnih kristala nudi prednost precizne orijentisanosti i usmerenosti ultrazvučnog signala ( režanj zvučnog snopa sa 3° ugaonog rasipanja ). Zato se može postići vrlo tačno prostorno pozicioniranje i visoka preciznost kao i vrlo kratko vreme gašenja kristala ( mehaničko presipanje kristala preko osnovne linije po odašiljanju pulseva. Određeno vreme mora proteći pre nego što kristali budu u stanju da prime odbijeni signal).

Sposobnost vrlo kratkog gašenja omogućava mrtvu zonu ( udaljenost ispred pretvarača gde merenje nije moguće ) od 20 mm. Ove male udaljenosti su neophodne kada se mere niski nivoi.

Ovaj horizontalni pretvarač radi kao merač nivoa poznatom metodom ultrazvučnog prolaznog vremena. Meri se vreme proteklo od odašiljanja jednog pulsa i njegovog prijema posle odbijanja od graničnog sloja između vode i vazduha Pošto ovaj puls mora da pokrije razdaljinu h2 dvaput ( do površine vode i nazad do pretvarača ) ovaj rezultat je :

c = Vreme putovanja zvuka

tl = Vremenski interval između odašiljanja i prijema ovog signala


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 38.

Slika 36; Princip merenja vrednovanjem nivoa u kanalima

Signal sa emitera

Refleksija od površine vode Primljeni signal

Slika 37; Određivanje brzine zvuka Brzina prostiranja zvuka u vodi je tačno 1480m/s (4854 fps) na 20°C (68°F). Ona zavisi od temperature sa tolerancijom od 0.23% po Kelvinu. Da bi se postigla milimetarska tačnost za merenje nivoa, temperatura medija se stalno prati i shodno tome se koriguje brzina zvuka.

Konstantna vrednost nivoa h1 određena instalacijom( lokacijom) kristala pretvarača se dodaje na utvrđenu vrednost h2. Rezultat je ukupni nivo h.

Prednost ultrazvučnih merenja sa dna je da pena na površini ne utiče na rezultate merenja ( kod konvencionalnih merenja ultrazvukom u vazduhu pena može poremetiti rezultate merenja ili dovesti do greške u merenju ).

Instaliranjem ovog pretvarača u delimično ispunjene cevi se može izvršiti lako zavarivanjem priključka u cevi vertikalno odozdo i fiksiranjem pretvarača dvostrukim cevnom stegom sa zaptivnim O-prstenom.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 39.

Slika 38; Princip merenja utvrđivanjem nivoa u delimično punim cevima.

Radi merenja brzine pijezoelektrični kristal je ugrađen pod određenim uglom prema pravcu (pro)toka i radi kao pretvarač brzine proticaja. Po prvi put u svetu na polju tehnika tretiranja otpadnih voda , iskorišteno je digitalno prepoznavanje oblika refleksija što omogućava, povezano sa ovim korelacionim metodom, tačno određivanje prostornog položaja različitih brzina skeniranih prozora definisanom akustičkom putanjom.

Ovaj metod merenja ja zasnovan na sledećim fizičkim principima : Kratak ultrazvučni snop je emitovan u medijum da bi bio meren pod definisanim uglom. Sve čestice na merenoj putanji ( vazduh, nečistoče isl. ) reflektuju mali deo ovog ultrazvučnog signala. Ovaj signal se prima od strane kristala za brzinu proticaja i biva pretvoren u vremenski-ovisan naponski signal.

Rezultat je poseban refleksioni signal zavisan od veličine i oblika svake čestice. Mnoštvo ovih reflektovani signala rezultira u dijagramu refleksije ( vidi sliku 39a) kojeg kristal ponovo prima i pretvara u naponski signal ekvivalentan ovom dijagramu. Ovaj dijagram signala se uvodi i smešta u izuzetno moćan digitalni procesor signala (DSP- Digital Signal Processor). E1 – E4 = reflektujuće čestice

Skenirani prozor 3

Skenirani prozor 2

Skenirani prozor 1

Slika 39a; Situacija pri detekciji prvog signala


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 40.

Posle određenog perioda vremena u medij se odašilje sledeći ultrazvučni impuls.

Brzine proticaja su različite u raznim slojevima proticajnog profila. Tako su se reflektivne čestice pomerila dalje u pogledu visine u odnosu na prethodno merenje. Rezultat je iskrivljena slika dijagrama refleksije ( vidi Sliku 39b. ). Istovremeno se pojavljuju i malo drukčije refleksije : neke čestice su se pomerila van merenog opsega a neke nove su ušle u mereni opseg. E1 – E4 = reflektujuće čestice

Skenirani prozor 3

Skenirani prozor 2

Skenirani prozor 1

Slika 39b; Situacija pri detekciji drugog signala

Ova dva uzorka primljenih odraza se matematički proveravaju u digitalnom procesoru signala korelacionom metodom na nihove sličnosti. Sve raspoložive razlike signala se odbacuju kako bi dobili dva oblika sognala slična jedan drugom sa vremenskim pomakom koji je ostavljen da bi omogućio izračunavanje brzine.

Duž ovih uzoraka se stavlja veliki broj mernih prozora u zavisnosti od nivoa protoka. Zatim se u svakom prozoru vrši ocena vremenskog pomaka Δt u svakom dijagramu ( vidi Sliku 40 ) Skenirani prozor 1 Skenirani prozor 2 Skenirani prozor 3

1. Detekcija signala 2. Detekcija signala 1. Procena signala

Slika 40; Slike i brojna ocena eho signala


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 41.

Svaki položaj skenirajućeg prozora u vertikalnoj ravni je poznat zato što se istovremeno meri i nivo proticaja. Kao rezultat poznatog ugla odašiljanja i brzine prostiranja zvuka ultrazvučnog signala, određuju se tačno početno i završno vreme svakog prozora.

Zbog toga se odgovarajuća brzina proticaja može odrediti na osnovu ugla insolacije, vremenske udaljenosti dva uzastopna emitovana signala i razlike oblika signala u svakom mernom prozoru. Matematički povezane zajedno, pojedinačno izračunate brzine proticaja daju profil brzina ove akustičke putanje.

Slika 41; Izmereni profil proticaja sa mernom putanjom Ako je talasni prorez na tom mernom mestu dovoljno veliki, a na osnovu raspoloživih podataka o geometriji kanala, može se generisati trodimenzionalni prikaz poprečnog profila proticaja.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 42.

Fig. 42; Generisani trodimenzionalni Profil Protoka Pretvarač stalno ispituje kvalitet i nivo primljenog signala. U slučaju pada nivoa ovog signala ( na primer ako dođe do kontaminacije ) izlaz pretvarača će automatski biti ujednačen. Ovo kao razultat daje vrlo malu osetljivost na moguću kontaminaciju pretvarača. Kombinovani pretvarač prikazan na fotografiji dole nije pomeran više od 40 nedelja i zato impresivno dokumentuje ove navode.

Fotografija 01; zaprljani višenamenski pretvarač - transducer


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 43.

Rekapitulacija

Metoda Profajlera otvara nova vrata na polju tehnika merenja otpadnih voda. Gore opisana metoda i raspoloživa merna tehnologija meri i registruje sa visokom preciznošću, tačnim određivanjem, lakom instalacijom i raspoloživim profilima, izuzetno lakim upravljanjem preko menija, velikim brojem dodatnih informacija / sednodnevne zbirne vrednosti, memorijom bez pogreške, grafičkim predstavljanjem vrednosti brzina, kontrolom i funkcijom ispiranja ( memorije merenih vrednosti ), apsolutno je bez odstupanja itd.

4. Bibliograpfija

- ATV A 111

- DIN 19559 Deo1 i 2

- Fachwissen des Ingenieurs, Band 5, FBV Leipzig

- Technische Hydromechanik, Band 1, Preisler / Bollrich, Verlag für Bauwesen Berlin

- Abwasserhydraulik, W. H. Hager, Springer- Verlag Berlin & Heidelberg

- Durchflussmesstechnik für die Wasser- und Abwasserwirtschaft, Heinz G. Erb, Vulkan Verlag Essen

- Hydraulik im Wasserbau, Prof. Dr. -Ing. R. Rössert, R. Oldenburg Verlag München/Wien


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 44.

5. Izbor menog uređaja za merenje proticaja u otpadnoj vodi


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strana 45.

6. Primene merenja proticaja

Merenja proticaja su neophodna za planiranje, tretman voda, kontrolu zagađivanja, praćenje i kontrolu olujnih voda kao i za potrebe obračuna&naplate. Ovo su uobičajeni korisnici uređaja za praćenje proticaja namenjenih za merenje :

Gradovi i komunalne uprave Inženjeri vodovoda i komunalni rukovodioca razumeju hidraulična opterećenja svojih kanalizacionih sistema i upravljaju njima. To im pomaže da razumeju kapacitet svojih kanalizacija u vlažnim klimatskim periodima, zašto nastaju izlivanja i povratne vode, gde je najslabija tačka u kanalizacionom sistemu; količinski priliv koji dospeva u crpne stanice, koji deo izlivnog sistema se mora popraviti i kakva je njegova efikasnost posle rehabilitacije.

Postrojenja za tretman otpadnih voda Za kontrolu aeracije, dodavanja hemikalija, hlorisanja itd. zasnovanog na količini dotoka u postrojenje. Sistemi za prihvat olujnih voda Za praćenje padavina(kišnih) kao i priliva/protoka i kvaliteta vode u vlažnim uslovima se koriste RÜB kontroleri. Da nevedemo i ukratko opišemo sledeće primene :

Analiza infiltracije i Uliva ( Infiltration & Inflow (I/I) Analysis ) Infiltracija je ukupni vršni priliv koji ulazi u sanitarni kanalizacioni sistem. Obično je to migracija podzemne vode u sanitarnu kanalizaciju. Uliv je vršni priliv koji ulazi u sanitarnu kanalizaciju u toku padavinskog događaja, sa krovnih slivnika, temeljnih izliva, šahtovskih poklopaca i poprečnih veza olujnih kolektora. Praćenje proticaja omogućava da se u izlivnom sistemu utvrde izvori i/ili predlažu rešenja.

Analiza kapaciteta U oblastima gde je komunalni i industrijski rast planiran, studije analize kapaciteta određuju koliki porast priliva, u suvom i vlažnom periodu, izlivni sistem može da prihvati u toku svog rasta.

Pre - i Posle Remedijacione studije Većina remedijacionih radova se izvodi radi uklanjanja kontaminacije. Praćenje proticaja omogućava da se zna i prati efikasnost remedijacije.

Naplaćivanje Mnoge industrije i komunalni sistemi prepuštaju drugima tretiranje njihovih otpadnih voda i plaćaju ove usluge na osnovu korištene količine, jednakih tarifa i sl. Ovo ne uzima u obzir povećani proticaje i toku vlažnih vremenskih perioda ili pak ilegalna izlivanja. Direktno merenji proticaja je jedini pravi način da se naplaćivanje vrši u skladu sa količinom tretiranih voda. Time se izbegavaju preganjanjanja, svađe i sl.

Nivus GmbH

D – 75031 Eppingen, Nemačka [email protected], www.nivus.de

Ovlašćeni distributer:

Jovana Popovića 23, 11010 Beograd

011 / 2463705, 3970509 [email protected], www.megra.rs

metode merenja proticaja - početna - megra merenja... · merenje proticaja je kritičan alement za...

Documents