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Verbesserung in der Füllstandsmessung

  • Date: 08/02/2021
  • Category: Blog

Füllstandsüberwachungen, in der Regel zur Ermittlung der Abschläge in RÜBs (Combined Sewer Overflow oder Event Duration Monitoring), werden im Vereinigten Königreich seit über einem Jahrzehnt regelmäßig eingesetzt. Die Ausrüstung hat sich in diesem Zeitraum aber kaum verändert. Mit der aktuellen Technologie kommen Einschränkungen, weshalb wir hier bei Detectronic die letzten Jahre damit verbracht haben, herauszufinden, wie wir die Füllstandsüberwachung zum Nutzen der Entsorungsunternehmen, ihrer Kunden und der Umwelt verbessern können.

In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf EDM / CSO, also Überwachung von RÜBs und extern ausgelöste Überflutungen. Beachten Sie auch unsere Follow-up-Beiträge zu diesen Themen.

EDM – Kanalnetzüberwachung

Extern ausgelöste Überschwemmungen in der Kanalisation sind ein häufiges Problem, mit dem jedes Entsorgungsunternehmen und jede Kommune konfrontiert ist. Das Kanalnetz muss vielen Herausforderungen standhalten, von Naturwetterereignissen bis hin zu menschengemachten Problemen, wie Feuchttüchern und Fettbergen. Es ist unvermeidlich, dass es bei bestimmten Ereignissen nicht mehr in der Lage ist, alle Aufgaben zu bewältigen und in der Folge Überschwemmungen auftreten. Die Möglichkeit, ein Problem rechtzeitig vorherzusagen, ist natürlich der Schlüssel zum Erfolg. Und um dies zu erreichen, benötigen wir konsistente, robuste und hochpräzise Daten.

Die nachstehenden Füllstandsdaten stammen  von einer Ultraschallmessung, die im Abwassernetz eines Kunden installiert wurde. Die blaue Linie im Diagramm unten sind echte Daten, die Ausschläge in beide Richtungen sind einfach Störungen (noize) und darin liegen auch gleichzeitig die Grenzen der bestehenden Technologie.

Stellen Sie sich vor, Sie führen ein Gespräch mit einer Person. Sie stehen auf einer Seite der Straße; Ihr Gesprächspartner steht auf der anderen Seite. Es ist eine vielbefahrene Straße und Lastwagen, Autos und Motorräder fahren vorbei. Sie können einige Worte hören, aber nicht alle. Da der Verkehrslärm schwankt ist es unmöglich, alles zu hören und zu verstehen.

Was hätte Ihr Gespräch besser, einfacher, verständlicher gemacht? Sie überqueren die Straße und führen das Gespräch vis à vis  – Problem gelöst!

Sicher, es gibt Hersteller, die Algorithmen verwenden, um die Daten zu analysieren und das Rauschen herausfiltern. Aber ist es nicht besser, zuverlässige, genaue und solide Daten von Ihrem Sensor direkt zu generieren, so dass Sie keine ausgefallenen Algorithmen und zusätzliche Software benötigen? Mehr über die Generierung solider Daten später!

Zu viele Störeinflüsse – die Grenzen der Ultraschall Füllstandsmessung

Die “Rauschspitzen”, die Sie in den Daten sehen können, werden durch das gleiche Näherungsproblem verursacht. Lassen Sie uns die Gründe dafür untersuchen:

  1. Messbereich. Ein Ultraschall-Pegelsensor muss hoch oben im Kanal platziert werden. Je nach Messbereich z.B. 3 m über dem Ziel; das ist weiter Weg!
  2. Leerabstand oder Totzone (dead-band). Der Sensor schaltet sich ab, wenn die Wasseroberfläche zu nahe kommt, und an diesem Punkt wird nur ein Nullwert erfasst.
  3. Messkeule. Bei einem Leerabstand von 3 Metern entspricht die erfasste Fläche einem einem Verhältnis von 1:5- also einer Fläche von etwa 600 mm Seitenlänge. Das heisst, der Wasserstand in einem Rohr mit DN500 lässt sich aus 3 Metern Entfernung nicht mehr vernünftig erfassen! Die Schallwellen, die vom Ultraschallsensor gesendet werden, werden von den Seiten des Kanals innerhalb der Strahlausbreitung reflektiert und erzeugen so Störungen in den
  4. Wind . Jede Änderung der Windgeschwindigkeit oder der Bewegung der Luft durch den zu messenden Bereich wirkt sich auf die Schallwellen des Ultraschallsensors aus.
  5. Schaum und Dampf. Wenn die Wasseroberfläche schaumbedeckt ist oder das Medium Dampf enthält, werden die Schallwellen in ihrer Ausbreitung gestört und die Messergbnisse werden schlechter.
  6. Temperatur. Eine Temperaturänderung von 5°C kann zu einem Datenfehler von bis zu 7,5 mm führen.

Gehen wir ins Detail

Aus den laufenden Analysen und unserer jahrzehntelangen Erfahrung mit dem Level-Monitoring folgt: je näher der Sensor dem zu messenden Ziel platziert werden kann, desto besser. Der geringere Abstand sorgt für ein besseres Signal und lässt viel weniger Raum für Fehler und Störungen.

Also haben eine Reihe von Versuchen durchgeführt und dabei eine Vielzahl von verschiedenen Sensoren eingesetzt. Nicht nur Ultraschallsensoren, darunter mehrere hydrostatische Drucksensoren.

Drucksensor vs. Ultraschall Sensor

Hydrostatische Drucksensoren sind sehr genau, wenn sie mit dem atmosphärischen Druck referenziert sind. Sie sind in der Regel außerhalb des Kanals, im Trockenen montiert und fangen an zu arbeiten, wenn etwas passiert, d.h. wenn der Sensor in Kontakt mit der Flüssigkeit ist. Erst wenn der Wasserstand den Sensor erreicht, wissen Sie, dass es ein Problem gibt, und Sie müssen schnell reagieren.

Ja, wir haben die Einschränkungen von Ultraschallsensoren skizziert, aber die Tatsache bleibt, dass sie hoch effizient sind, wenn sie richtig eingesetzt werden und die Einschränkungen gemildert werden. Wir verwenden sie seit vielen Jahren mit großem Erfolg in unseren Ultraschall-Füllstandsmessungen. Vor diesem Hintergrund stellten wir uns die Frage: Warum nicht die Vorteile beider Sensortypen kombinieren? Klingt einfach, oder? Das ist es, aber niemand hat es jemals getan, bis jetzt.

Vorteile kombinieren

Unser R&D-Team vereint alle nützlichen Elemente von Ultraschall- und hydrostatischen Drucksensoren und hat den LIDoTT® Sensor entwickelt, ein äußerst erschwinglicher Multisensor-Monitor, der sowohl Ultraschall- als auch Druckmesstechnik enthält.

Um das Beste aus dem Drucksensor herauszuholen, kombiniert der LIDoTT-® Sensor die  Messwerte von Druck- und Ultraschallsensor.  Das Ergebnis ist, dass die Kalibrierung die ganze Zeit stattfindet und der Drucksensor bis zu 10m Füllstand weiterarbeiten kann.

Je näher der Wasserstand an den Ultraschallsensor heranreicht, desto besser ist die Messskeule fokusiert und desto genauer sind die Messergebnisse. Auf diese millimetergenauen Werte wird dann der Drucksensor kalibriert.

Durch die Kombination dieser beiden verschiedenen Sensortypen ist es möglich, Messungen über einen größeren Bereich zu erfassen. Die Installation des Sensors näher am Messziel – ohne dabei den Messbereich zu reduzieren – liefert so hochgenaue Ergebnisse. Darüber hinaus gibt es keine relevante Totzone (deadband). Da der Drucksensor durch den Ultraschall kalibriert wird, ist das Ergebnis ein viel nützlicheres Gerät, das eine zuverlässige und genaue Füllstanderfassung in jedem Kanalszenario bietet.

So machen wir Füllstandsmessung besser!

Wenn Sie mehr über die LIDoTT® Sensorbaureihe erfahren möchten, rufen Sie uns an: 09841 4038242

Oder kontaktieren Sie uns per Email: kontakt@detectronic.org

 


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