AT408695B - WATER MONITORING PROBE - Google Patents

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AT408695B AT121497A AT121497A AT408695B AT 408695 B AT408695 B AT 408695B AT 121497 A AT121497 A AT 121497A AT 121497 A AT121497 A AT 121497A AT 408695 B AT408695 B AT 408695B
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Guenter Ing Fenboeck
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Gfu Ges Fuer Umweltmesstechnik
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water

Description

AT 408 695 BAT 408 695 B

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Gewässerüberwachung mit mindestens einem Meßwertaufnehmer, beispielsweise für Temperatur, Druck, Leitfähigkeit, pH-Wert od.dgl., einer Datenleitung, einer Auswerteelektronik und mindestens einem Gehäuse.The invention relates to a probe for water monitoring with at least one sensor, for example for temperature, pressure, conductivity, pH or the like, a data line, evaluation electronics and at least one housing.

Zur Gewässerüberwachung ist es zweckmäßig, die Wasserqualität, den Wasserpegel, die Wassertemperatur und eine Reihe chemischer Parameter zu messen. Die Meßwertaufnehmer dazu sind bekannt. Ebenso ist die Auswerteelektronik für die Meßwertaufnehmer bekannt. Es handelt sich in den meisten Anwendungsfällen der bekannten Sonden um Langzeitmessungen vor Ort, wobei die Meßdaten pro Sonde von Zeit zu Zeit abgefragt werden. Dazu werden Abfragegeräte verwendet, die von Zeit zu Zeit, beispielsweise im Abstand von 2 Monaten, an einem über bzw. außerhalb des Gewässers angeordneten Anschlußstück kurzzeitig angeschlossen werden. Dieses Anschlußstück sitzt bei einer bekannten Sonde auf einem Gehäuse über Wasser, das die Auswerteelektronik umfaßt. Es ist über eine Leitung mit den Meßwertaufnehmern verbunden, die im Brunnen, in Bohrungen zum Grundwasser oder unmittelbar in Gewässer aller Art eintauchen. Solche Vorrichtungen können auch für Sickerwasser in Deponien bzw. für Kläranlagen verwendet werden. Eine Gewässerüberwachung ist mit den bekannten Sonden aufwendig, störungsanfällig und teuer, jedoch im Interesse einer sauberen Umwelt und zur Erhaltung der Lebensqualität unbedingt erforderlich.For water monitoring, it is advisable to measure the water quality, the water level, the water temperature and a number of chemical parameters. The transducers for this are known. The evaluation electronics for the transducers are also known. Most of the known probes are used for long-term measurements on site, with the measurement data per probe being queried from time to time. For this purpose, interrogation devices are used which are connected from time to time, for example at intervals of two months, to a connection piece arranged above or outside the water. In a known probe, this connector sits on a housing above water, which includes the evaluation electronics. It is connected via a line to the measuring sensors, which are immersed in the well, in boreholes to the groundwater or directly in all types of water. Such devices can also be used for leachate in landfills or for sewage treatment plants. Water monitoring with the known probes is complex, prone to failure and expensive, but is absolutely necessary in the interest of a clean environment and to maintain the quality of life.

In der DE 41 21 397 A1 ist der mechanische Aufbau einer Sonde beschrieben, die aus mehreren Etagen mit Meßwertaufnehmern beruht. Die DE 42 22 037 A1 betrifft die Kombination von Meßwertaufnehmer, also der Sensormeßspitze, mit der Sensorelektronik. Diese umfaßt keine Auswerteelektronik mit Datenspeicherung. Die Sensorelektronik ist erforderlich, um einen Sensor überhaupt zu aktivieren. Als weiterer Stand der Technik ist die DE 24 29 010 A3 bekannt, die einen unter Wasser angeordneten Meßwertaufnehmer aufweist, der über ein Kabel ständig mit der über dem Boden, also über Wasser befindlichen Elektronik, nämlich mit einem Verstärker und mit einer Anzeige, in Verbindung steht. Von einem solchen Stand der Technik geht die Erfindung aus.DE 41 21 397 A1 describes the mechanical construction of a probe which is based on several floors with transducers. DE 42 22 037 A1 relates to the combination of the transducer, ie the sensor probe, with the sensor electronics. This does not include evaluation electronics with data storage. The sensor electronics are required to activate a sensor at all. As a further prior art, DE 24 29 010 A3 is known, which has an underwater measuring transducer which is connected via a cable to the electronics located above the bottom, that is to say above water, namely an amplifier and a display stands. The invention is based on such prior art.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine einfache Sonde zur Verfügung zu stellen, die störungsfrei, frei von Fremdeinflüssen und mit geringen Verlusten bzw. Energieaufwand problemlos arbeitet. Dies wird mit einer Sonde der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der bzw. die Meßwertaufnehmer und die eine Datenspeicherung umfassende Auswerteelektronik zusammen in dem wasserdicht ausgebildeten Gehäuse zur Anordnung unter Wasser vorgesehen sind und daß die Datenleitung zur zeitweisen Abfrage der Auswertung bzw. der gespeicherten Daten aus dem wasserdichten Gehäuse herausgeführt ist und in einem Anschlußstück für ein Abfragegerät über Wasser endet. Sämtliche elektronischen Bauteile sind in das wasserdichte Gehäuse integriert, das in das Gewässer eintaucht bzw. in dieses untertaucht. Damit entfällt eine örtliche Trennung zwischen Meßwertaufnehmer und Auswerteelektronik und eine Fremdfeldbeeinflussung durch Einstreuungen in die verbindende Datenleitung bleibt wirkungslos. Die Datenleitung wird im vorliegenden Fall als nur kurzzeitig und in größeren Zeitabständen aktivierte Abfrageleitung benützt und stellt daher kein ständig analog übertragendes empfindliches Element innerhalb der Sondenelektronik dar.The invention aims to provide a simple probe that works without problems, free from external influences and with little loss or energy expenditure. This is achieved with a probe of the type described in the introduction in that the measurement sensor or sensors and the evaluation electronics comprising data storage are provided together in the watertight housing for arrangement under water and in that the data line is used for intermittent interrogation of the evaluation or the stored data is led out of the waterproof housing and ends in a connector for an interrogator above water. All electronic components are integrated in the waterproof housing, which dips into or submerges into the water. This eliminates the need for a local separation between the transducer and the evaluation electronics, and it does not have any effect on the external field due to interference in the connecting data line. In the present case, the data line is used as an interrogation line that is activated only for a short time and at longer intervals and therefore does not represent a constantly analogue sensitive element within the probe electronics.

Es ist zweckmäßig, wenn das Gehäuse, wie bekannt, als zylindrisches Rohrstück ausgebildet ist, das kopfseitig insbesondere in einer Kappe die wasserdichte Kabeldurchführung für die Datenleitung und fußseitig einen wasserdichten Gehäuseverschluß mit den Meßwertaufnehmern und mit einer mittels Durchbrüchen nach außen offenen Meßkammer trägt. Dadurch wird ein einfacher Aufbau erreicht. Die Meßwertaufnehmer konzentrieren sich im fußseitigen Gehäuseverschluß, der zweiteilig ausgebildet und die Meßkammer als käfigartigen Bauteil tragen kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Gehäuseverschluß zusammen mit der Meßkammer vom Gehäuse und gegebenenfalls die Meßkammer vom Gehäuseverschluß beispielsweise zur Revision abnehmbar und der Gehäuseverschluß gegenüber dem Gehäuse mit O-Ringen abgedichtet sind. Eine weitere Vereinfachung wird dadurch erzielt, daß der Gehäuseverschluß, insbesondere der Außenbereich der Meßkammer, wenigstens teilweise aus Metall besteht oder leitend ausgebildet ist und in die Meßkammer des Gehäuseverschlusses eine gegenüber dem metallischen oder leitenden Bereich des Gehäuseverschlusses bzw. der Meßkammer elektrisch isolierte Meßelektrode zur Leitwertbestimmung des zwischen dem die Gegenelektrode bildenden metallischen oder leitenden Bereich des Gehäuseverschlusses bzw. der Meßkammer und der Meßelektrode in der Meßkammer befindlichen Wassers vorgesehen ist. Die Leitfähigkeit des Gehäuseverschlusses oder eines Teils davon 2It is expedient if the housing, as is known, is designed as a cylindrical piece of pipe which carries the waterproof cable bushing for the data line at the head, in particular in a cap, and a waterproof housing closure at the foot with the measuring sensors and with a measuring chamber open to the outside by means of openings. A simple structure is thereby achieved. The transducers concentrate in the base-side housing closure, which is formed in two parts and can carry the measuring chamber as a cage-like component. It is advantageous if the housing closure together with the measuring chamber can be removed from the housing and, if appropriate, the measuring chamber from the housing closure, for example for revision, and the housing closure is sealed with O-rings from the housing. A further simplification is achieved in that the housing closure, in particular the outer region of the measuring chamber, is at least partially made of metal or is made conductive and in the measuring chamber of the housing closure an electrode which is electrically insulated from the metallic or conductive area of the housing closure or the measuring chamber for determining the conductance of the water located in the measuring chamber between the metallic or conductive area of the housing closure or the measuring chamber forming the counterelectrode and the measuring electrode. The conductivity of the housing lock or a part thereof 2

Claims (7)

AT 408 695 B kann durch einen Belag, z.B. aus Graphit oder eine metallische Lackierung bzw. Bedampfung, erreicht werden. Die Leitwertmessung oder eine Messung einer anderen elektrischen Größe der Flüssigkeit zwischen zwei Elektroden (z.B. Impedanz- oder Kapazitätsmessung) kann dadurch problemlos durchgeführt werden. Auf eine separate Meßelektrode im Inneren der Meßkammer kann verzichtet werden, wenn als Meßelektrode in der Meßkammer ein metallischer Temperaturfühler vorgesehen ist. Das röhrchenartige Gehäuse eines Temperaturmeßfühlers ist zumeist aus Metall und kann für den doppelten Zweck herangezogen werden. Es wird dadurch die Zahl der Einbauten in die Meßkammer verringert und damit einer Verstopfung durch einen möglichst freien, unbehinderten Durchgang für das Wasser entgegengewirkt. Die Sonde sieht ferner in der Meßkammer, insbesondere in einer schräggestellten oberen Wand derselben, eine Öffnung bzw. einen Kanal zu einer Membran eines Drucksensors vor. Eine konkrete Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des wasserdichten Gehäuse zum Schutz vor Feuchtigkeit und vor dem Eindringen von Fremdstoffen mit einem Dielektrikum, wie etwa einem Gas oder Öl gefüllt ist. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sonde ist in der Zeichnung teilweise im Schnitt schematisch dargestellt. Eine Sonde zur Gewässerüberwachung, wie beispielsweise zur Überwachung des Grundwassers, wird in eine Bohrung im Boden (z.B. Erde) eingeführt, bis sie am Bohrungsgrund in das Grundwasser eintaucht. Die Sonde umfaßt ein Gehäuse 1, das über eine Datenleitung 2 mit einem Anschlußstück 3 für ein Abfragegerät (nicht dargestellt) verbunden ist. Das Gehäuse 1 ist als zylindrisches Rohrstück ausgebildet, aus dessen kopfseitiger Kappe 4 die Datenleitung 2 wasserdicht herausgeführt ist. Das Gehäuse 1 trägt fußseitig einen Gehäuseverschluß 5 mit einer Meßkammer 6. Der Gehäuseverschluß 5 ist mittels O-Ringen 7 gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet. Das Gehäuse 1 schließt die gesamte Auswerteelektronik auf einer oder mehrerer Printplatten 8 ein. Ausgewertet und bis zum Abruf über die Datenleitung 2 gespeichert werden die Meßergebnisse von Meßwertaufnehmern, die alle im Gehäuseverschluß 5 bzw. in oder an der Meßkammer 6 untergebracht sind. Als Meßwertaufnehmer ist ein Temperaturfühler 9 vorgesehen, der wie üblich ein metallisches Gehäuseröhrchen umfaßt, welches als Meßelektrode für eine Leitwertmessung dient. Die Gegenelektrode 10 wird von einem metallischen Zylindermantel der Meßkammer 6 gebildet. Der Zylindermantel weist Durchbrüche 11 auf, durch die die Flüssigkeit (das Grundwasser) in die Meßkammer 6 einfließen kann. Der Zylindermantel ist elektrisch leitend mit der Auswerteelektronik (Printplatten 8) verbunden. Über eine leitende Manschette 12 ist das Gehäuseröhrchen des Temperaturfühlers 9 an die Auswerteelektronik angeschlossen. Eine isolierende Hülse 13 ist auf den in die Meßkammer 6 hineinragenden Teil des Temperaturfühlers 9 aufgeschoben. Diese Hülse 13 verhindert, daß bei etwaigen Luftblasen im oberen Bereich der Meßkammer 6 der Leitwert der Luft mitgemessen wird. Damit sich Luftblasen im Inneren der Meßkammer 6 nicht halten können, ist die obere Wand schräggestellt. Sie führt zu einem der Durchbrüche 11, sodaß eine etwaige Luftblase entweichen kann. Zur Leitwertmessung und Auswertung werden Dreieckspannungen verwendet. Der fußseitige Gehäuseverschluß 5 nimmt einen Drucksensor 14 auf, der über einen Kanal 15 mit dem Innenraum der Meßkammer in Verbindung steht. Das Innere des Gehäuses 1 ist gasgefüllt (z.B. Stickstoff) bzw. mit öl gefüllt, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit sowie Korrosion wirksam verhindert werden. Die Meßwerte, Temperatur, Druck und Leitwert werden unmittelbar nächst den Meßwertaufnehmern ausgewertet und gespeichert. Ein Abfragegerät, welches an das Anschlußstück 3 angeschlossen wird, sendet einen Code aus und ermöglicht so die Aktivierung der Datenleitung 2; die Auswerteschaltung überträgt nach Codevergleich die gewünschten, bzw. abgerufenen Meßdaten und Ergebnisse an das Abfragegerät und nimmt Befehle für die Auswertung der Meßergebnisse, z.B. hinsichtlich der erforderlichen Genauigkeit, Empfindlichkeit und den Meßintervallen entgegen. PATENTANSPRÜCHE: 1. Sonde zur Gewässerüberwachung mit mindestens einem Meßwertaufnehmer, beispielsweise für Temperatur, Druck, Leitfähigkeit, pH-Wert od.dgl., einer Datenleitung, einer Aus- 3 AT 408 695 B Werteelektronik und mindestens einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Meßwertaufnehmer und die eine Datenspeicherung umfassende Auswerteelektronik zusammen in dem wasserdicht ausgebildeten Gehäuse (1) zur Anordnung unter Wasser vorgesehen sind und daß die Datenleitung (2) zur zeitweisen Abfrage der Auswertung bzw. der gespeicherten Daten aus dem wasserdichten Gehäuse (1) herausgeführt ist und in einem Anschlußstück (3) für ein Abfragegerät über Wasser endet.AT 408 695 B can be covered with a covering, e.g. made of graphite or a metallic paint or vapor deposition. The conductance measurement or a measurement of another electrical quantity of the liquid between two electrodes (e.g. impedance or capacitance measurement) can thus be carried out without any problems. There is no need for a separate measuring electrode inside the measuring chamber if a metallic temperature sensor is provided as the measuring electrode in the measuring chamber. The tube-like housing of a temperature sensor is mostly made of metal and can be used for two purposes. This reduces the number of installations in the measuring chamber and thus counteracts a blockage through a free, unobstructed passage for the water. The probe also provides an opening or a channel to a membrane of a pressure sensor in the measuring chamber, in particular in an inclined upper wall thereof. A specific embodiment is characterized in that the interior of the waterproof housing is filled with a dielectric, such as a gas or oil, for protection against moisture and against the penetration of foreign substances. An embodiment of the probe according to the invention is shown schematically in section in the drawing. A probe for water monitoring, such as for monitoring groundwater, is inserted into a hole in the ground (e.g. earth) until it dips into the groundwater at the bottom of the hole. The probe comprises a housing 1 which is connected via a data line 2 to a connector 3 for an interrogation device (not shown). The housing 1 is designed as a cylindrical piece of pipe, from the head-side cap 4, the data line 2 is led out watertight. The housing 1 has a housing closure 5 on the foot side with a measuring chamber 6. The housing closure 5 is sealed off from the housing 1 by means of O-rings 7. The housing 1 encloses the entire evaluation electronics on one or more printed circuit boards 8. The measurement results from transducers, which are all accommodated in the housing closure 5 or in or on the measurement chamber 6, are evaluated and stored until called up via the data line 2. A temperature sensor 9 is provided as the measured value pickup, which, as usual, comprises a metallic housing tube which serves as a measuring electrode for a conductance measurement. The counter electrode 10 is formed by a metallic cylinder jacket of the measuring chamber 6. The cylinder jacket has openings 11 through which the liquid (groundwater) can flow into the measuring chamber 6. The cylinder jacket is electrically conductively connected to the evaluation electronics (printed circuit boards 8). The housing tube of the temperature sensor 9 is connected to the evaluation electronics via a conductive sleeve 12. An insulating sleeve 13 is pushed onto the part of the temperature sensor 9 protruding into the measuring chamber 6. This sleeve 13 prevents the conductance of the air from being measured in the event of any air bubbles in the upper region of the measuring chamber 6. The upper wall is inclined so that air bubbles cannot stay inside the measuring chamber 6. It leads to one of the openings 11, so that any air bubble can escape. Triangular voltages are used for conductivity measurement and evaluation. The base-side housing closure 5 receives a pressure sensor 14 which is connected to the interior of the measuring chamber via a channel 15. The inside of the housing 1 is filled with gas (e.g. nitrogen) or oil, which effectively prevents the ingress of moisture and corrosion. The measured values, temperature, pressure and conductance are evaluated and stored immediately next to the transducers. A query device, which is connected to the connector 3, sends out a code and thus enables the activation of the data line 2; After a code comparison, the evaluation circuit transmits the desired or called measurement data and results to the interrogation device and takes commands for evaluating the measurement results, e.g. with regard to the required accuracy, sensitivity and the measuring intervals. PATENT CLAIMS: 1. Probe for water monitoring with at least one sensor, for example for temperature, pressure, conductivity, pH or the like., A data line, an electronic 3 AT 408 695 B value electronics and at least one housing, characterized in that the or the measuring transducers and the evaluation electronics comprising data storage are provided together in the watertight housing (1) for arrangement under water and that the data line (2) leads out of the watertight housing (1) for intermittent interrogation of the evaluation or the stored data is and ends in a connector (3) for an interrogator above water. 2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1), wie bekannt, als zylindrisches Rohrstück ausgebildet ist, das kopfseitig, insbesondere in einer Kappe (4), die wasserdichte Kabeldurchführung für die Datenleitung (2) und fußseitig einen wasserdichten Gehäuseverschluß (5) mit den Meßwertaufnehmern und mit einer mittels Durchbrüchen nach außen offenen Meßkammer (6) trägt.2. Probe according to claim 1, characterized in that the housing (1), as is known, is designed as a cylindrical tube piece, the head side, in particular in a cap (4), the watertight cable bushing for the data line (2) and a watertight foot Housing closure (5) with the transducers and with a measuring chamber (6) open to the outside by means of openings. 3. Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseverschluß (5) zusammen mit der Meßkammer (6) vom Gehäuse (1) und gegebenenfalls die Meßkammer (6) vom Gehäuseverschluß (5), beispielsweise zur Revision, abnehmbar und der Gehäuseverschluß (5) gegenüber dem Gehäuse (1) mit O-Ringen abgedichtet sind.3. Probe according to claim 2, characterized in that the housing closure (5) together with the measuring chamber (6) from the housing (1) and optionally the measuring chamber (6) from the housing closure (5), for example for revision, removable and the housing closure ( 5) are sealed against the housing (1) with O-rings. 4. Sonde nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseverschluß (5), insbesondere der Außenbereich der Meßkammer (6), wenigstens teilweise aus Metall besteht oder elektrisch leitend ausgebildet ist und in der Meßkammer (6) des Gehäuseverschlusses (5) eine gegenüber dem metallischen oder leitenden Bereich des Gehäuseverschlusses (5) bzw. der Meßkammer (6) elektrisch isolierte Meßelektrode zur Leitwertbestimmung des zwischen dem die Gegenelektrode (10) bildenden metallischen oder leitenden Bereich des Gehäuseverschlusses (5) bzw. der Meßkammer (6) und der Meßelektrode in der Meßkammer (6) befindlichen Wassers vorgesehen ist.4. Probe according to claims 2 or 3, characterized in that the housing closure (5), in particular the outer region of the measuring chamber (6), at least partially consists of metal or is electrically conductive and in the measuring chamber (6) of the housing closure (5th ) a measuring electrode which is electrically insulated from the metallic or conductive area of the housing closure (5) or the measuring chamber (6) for determining the conductance of the metallic or conductive area of the housing closure (5) or the measuring chamber (6) forming the counterelectrode (10) and the measuring electrode in the measuring chamber (6) is provided with water. 5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßelektrode in der Meßkammer (6) ein metallischer Temperaturfühler (9) vorgesehen ist.5. A probe according to claim 4, characterized in that a metallic temperature sensor (9) is provided as the measuring electrode in the measuring chamber (6). 6. Sonde nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßkammer (6), insbesondere in einer schräggestellten oberen Wand derselben, eine Öffnung bzw. ein Kanal (15) zu einer Membran eines Drucksensors (14) vorgesehen ist.6. Probe according to one of claims 2 to 5, characterized in that in the measuring chamber (6), in particular in an inclined upper wall thereof, an opening or a channel (15) to a membrane of a pressure sensor (14) is provided. 7. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des wasserdichten Gehäuses (1) zum Schutz vor Feuchtigkeit und vor dem Eindringen von Fremdstoffen mit einem Dielektrikum, wie etwa einem Gas oder öl gefüllt ist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 47. Probe according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inside of the waterproof housing (1) is filled with a dielectric, such as a gas or oil, for protection against moisture and against the penetration of foreign substances. THEREFORE 1 SHEET OF DRAWINGS 4
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