Durchflussmessfehler - Strömungsstörungen durch Abstürze, Krümmer und Schieber

Strömungseinflüsse durch Abstürze, Krümmer und Schieber

Idealerweise fliesst das Abwasser gerade auf die Durchflussmessstelle zu. Dadurch wird das Strömungsprofil beruhigt. Abstürze, Energievernichtungsschächte und andere Flieswechsel erzeugende Störungen beunruhigen das Strömungsprofil. Krümmer und Schieber verzerren das Strömungsprofil.

Problem / Auswirkung

Betroffene Messverfahren

Alle Messverfahren Die Auswirkungen sind sehr stark vom verwendeten Messverfahren abhängig. Je nach Durchfluss treten die Störungen auf oder nicht. Durch Abstürze kann auch Lufteintrag erfolgen. Siehe Durchflussmessfehler durch Lufteintrag wegen schrägen Messrohren oder Entlüftungsrohren Regelschieber können je nach Vordruck einen schießenden Zustand erzeugen.

MID:

Oft werden Absperrschieber direkt oder zu nahe am MID eingebaut. Die Schieber sind normalerweise geöffnet und ragen nicht ins Messrohr. Solange der Schieber 100% geöffnet ist gibt es keinen Effekt. Wenn der Schieber aber mal bewegt wurde und aus Altersgründen nicht mehr ganz öffnet ist eine Störung direkt vor dem MID.

Ältere MIDs messen die mittlere Fliessgeschwindigkeit in einem begrenzten Bereich. Strömungsprofilverschiebungen werden nicht erkannt. Da die Berechnungsgrundlage mittlere Fliesgeschwindigkeit x durchflossene Fläche ist der Messfehler abhängig von der stärke der Strömungsprofilverzerrung und damit nicht stabil.

Die neueren und höherwertigen MIDs erfassen das Strömungsprofil im gesamten Messrohr. Strömungsprofilverschiebungen durch direkt vor dem MID angebrachte nicht ganz geöffnete Schieber können aber trotzdem so stark sein, dass erhöhte Messfehler (1-10%) auftreten.

Ultraschall Laufzeit mit Clamp on

Es wird die mittlere Fliessgeschwindigkeit in einer Ebene gemessen. Andere Strömungsgeschwindigkeiten die ausserhalb dieser Ebene durch den seitlichen Zufluss verändert werden können nicht erkannt werden. Strömungsprofilverschiebungen durch direkt oder zu Nahe (<5xD) vor dem Clamp On angebrachten, nicht ganz geöffnete Schieber können das Messsignal komplett stören. Eine Messung ist dann nicht mehr möglich.

Venturi

Die Venturi Q/h Kurven sind von einer stabilen Fliessituation abhängig. Da nur die Höhe gemessen wird, werden die restlichen Parameter in der Formel durch EInhaltung fester Grössen als Konstanten bewertet. Zum Beispiel Gefälle, Kanalbreite und Kanalform. Dadurch wird zu jeder Wasserhöhe eine feste Fliesgeschwindigkeit angenommen. Wenn sich durch Krümmer Strömungsverzerrungen bis in den Venturi fortpflanzen sind diese angenommenen Konstanten nicht mehr richtig. Der Messfehler kann negativ und positiv sein. Der Fehler ist meist nicht mehr reproduzierbar. Durch Abstürze können Wellen entstehen die die Höhenstandsmessung beeinflussen. Sprunghafte Messwertveränderungen oder Messausfälle , weil das Ultraschallsignbl nicht mehr sauber reflektiert wird. Regelschieber können je nach Vordruck einen schießenden Zustand erzeugen. Dabei wird nur noch die Strömungsgeschwindigkeit höher. Die Wasserhöhe bleibt konstant. Der Höhenstand registriert nur noch gleiche Wasserhöhe. Trotz höherer Wassermenge bleibt die Durchflussanzeige konstant.

Kanalmäuse

Ältere Kanalmäuse (induktive und Ultraschall Doppler) messen die Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar über dem Sensor. Was sich links, rechts und weiter oben im Kanal tut liegt ausserhalb des Erfassungsbereich des Sensors. Wenn ein Wirbel direkt über dem Sensor liegt kann es sein, dass die Strömungsrichtung auf dem Sensor umgekehrt ist und ein Rückwärtsfluss gemessen wird. Der Sensor misst die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit die sich ihm zeigt. Diese hat aber nichts mit der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Kanal zu tun. Durch Krümmer verziehen sich die Geschwindigkeitsprofile. Im Innenradius gibt es geringere Fliesgeschwindigkeiten oder sogar Rückwärtsströmung. Im Aussenradius ist eine höhere Geschwindigkeit.

Es gibt neuere Kanalmäuse die das Strömungsprofil im Kanal erfassen. Dies tun sie in der senkrechten Achse. Horizontale Strömungsverschiebungen werden nicht erkannt.

Bilder zum Problem
Schießender Venturi Film
Venturi nach einer Schieberdrossel Einer der wenigen Fälle in denen der Venturi zu wenig anzeigt ist der schiessende Zustand. Wenn vor dem Venturi ein Regelschieber drosselt kann die Strömungsgeschwindigkeit im Venturi immer schneller werden. Bei mehr Durchfluss steigt das Wasser vor dem Venturi nicht mehr an sondern wird nur noch schneller.	Kurvenströmungsverschiebungen	Skizze Regel-Schieber öffnet
MID mit Schieber Rot direkt davor	MID mit Schieber und Krümmer
Schieber direkt vor dem MID sind dann gefährlich wenn sie nicht ganz geöffnet sind. Oft wird bei der ersten Montage alles richtig gemacht und die Messung funktioniert. Bei einem späteren bewegen des Schiebers kann dieser so schwergängig geworden sein, dass er sich nicht mehr 100% öffnen lässt. Dies merkt keiner, da es sich ja nur um ein paar Millimeter handelt. Diese Kante im Messrohr kann aber zu Strömungsabrissen führen, die bei zu kurzer Beruhigungsstrecke nicht mehr aufgelöst werden.	Krümmer direkt vor und direkt nach dem Schieber sind zu vermeiden. Je nach Anwendungsmessbereich kann die Messung trotzdem in Ordnung sein. Wenn der MID nur mit kleineren Durchflussmengen beaufschlagt wird, reicht die Beruhigung trotzdem aus.

Wie ist das Problem erkennbar ?

Strömung beobachten

Bei offenen Systemen beobachtet man am besten ob sich ein gleichmässiges symetrisches Strömungsprofil gebildet hat oder ob unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten an der Wasseroberfläche sichtbar sind. Zur besseren Sichtbarmachung werfen Sie mehrere Schwimmstoffe - Korken, Blätter, Tischtennisbälle - ins Wasser und sehen wie Sie sich bewegen. Sind die Strömungsgeschwindigkeiten an beiden Rändern langsamer als in der Mitte ? Ist dieses Verhalten bei unterschiedlichen Durchflüssen gleich ? Dann herrschen reproduzierbare Strömungsverhältnisse. Dafür kann ein Korrekturwert durch eine Vergleichsmessung ermittelt werden.

Messwerte zappeln durch teilgeöffneten Schieber

Schieber schrittweise schliessen und immer wieder Strömungsausgleich abwarten. Wird das Signal unstabiler ?

Abhilfe / Lösung

Nur das einhalten der sogenannten Beruhigungsstrecken löst dieses Problem oft nicht.

Schieber

Schieber ganz öffnen. Alte Schieber gängig machen.

Krümmer =

Messtelle weiter weg vom Krümmer legen. Gegenstörung anbringen. Leitbleche setzen.

Aufstau erzeugen

Ein höherer Aufstau reduziert die Fliesgeschwindigkeit. Wirbel können sich darin totlaufen und damit aufheben.

Bilder zur Abhilfe / Lösung