DD142243A1 - Vorrichtung zur probengutverteilung auf messeinrichtungen mit automatischer messfuehlerreinigung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist Voraussetzung für die Messung von Beschaffenheitsparametern in Oberflächengewässern sowie in Trink-, Brauch- und Abwässern. Ziel der Erfindung ist die Reduzierung des Wartungsaufwandes automatischer Meßstationen. Die Vorrichtung umfaßt als Probengutführungsgarnitur ein selbsttragendes, röhrenförmiges Standgefäß, bestehend aus Bodenplatte mit Einlauf und Auslauf, Sedimentationsgefäß, Verteilerstück mit Zu- und Ablaufkanälen für die Meßzellen, Ausgleichsgefäß mit überlaufrohr, den Verbindungs- und Ablaufleitungen und die Meßzellen selbst. Das Meßgut oder Probengut tritt von unten in die Probenführungsgarnitur ein. Im trichterförmigen Sedimentationsgefäß am Boden des Standgefäßes setzen sich auf Grund der Hydrozyklonwirkung und der sich verringernden Strömungsgeschwindigkeit Sink- und Schwebstoffe ab. Das Probengut entspannt sich im Ausgleichsgefäß und wird auf konstantem Niveau gehalten, über das Verteilerstück und Schlauchleitung tritt das Probengut von unten in die Meßzelle ein, durchströmt bei zweimaliger Richtungsänderung die mit konischem Meßkammereinsatz versehene, zylinderförmige Meßkammer in vertikaler Richtung und fällt über den Kammerrand in den Ablaufsammelraum, der mit dem Ablaufkanal des Verteilerstückes verbunden ist. Das mit einer Automatik versehene zeitprogrammierte Reinigungs- und Abspritzsystem wird über zwei Magnetventile gesteuert. Es besteht aus einer Druckkammer mit nachgeschalteten Abspritzdüsen, die über den Spritzwasserkanal im Verteilerstück unmittelbar mit dem Druckstutzen der Förderpurcpe verbunden sind. Die Entschlammung der Meßzelle erfolgt automatisch mit der Ableitung des Probengutes und des Abspritswassers. — Fig.1 -

Description

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Vorrichtung zur Probengutverteilung auf Meßeinrichtungen mit automatischer Meßfühlerreinigung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Probengutverteilung auf Meßeinrichtungen mit automatischer Meßfühlerreinigung.

Die wachsende Bedeutung des Umweltschutzes erfordert die Schaffung eines Netzes von Wassergütemeßstationen im gesamten' Bereich der Gewässer-, Trink-, Brauch- und Abwasserkontrolle. In diesen Meßstationenwird das aus dem Gewässer entnommene Probengut verschiedenen Sensoren und Meßgeräten zugeführt. Sie bestimmen die Werte verschiedener Beschaffenheitsparameter und messen die Konzentrationen mehrerer Wasserinhaltsstoffe, welche in ihrer Gesamtheit ein Kriterium für die komplexe Größe Wassergüte bilden. Ihre zutreffende Einschätzung ist von der Exaktheit aller gemessenen Werte abhängig. Die Meßgenauigkeit wird wesentlich von der eingesetzten Vorrichtung zur Probengutverteilung beeinflußt. Sie soll helfen, MeßwertVerfälschungen zu vermeiden. Damit dient sie der Verringerung arbeitsaufwendiger Begehungen der Meßstationen in kurzen Zeitabständen, die zur Störungsbeseitigung notwendig sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Genauigkeit der Meßergebnisse und der Wartungssyklus von Wassergütemeßstationen wird erheblich von der Geschwindigkeit der Meßfühlerverschmutzung bestimmt.

Wegen der dezentralen Anordnung der Stationen sind Vorkehrungen zur Sauberhaltung und der Einsatz einer automatischen Meßfühlerreinigung zweckmäßig und notwendig. Die gegenwärtig verwendeten Probengutführungsgarnituren zur Heranführung des Probengutes und Aufnahme der Meßfühler müssen einschließlich der Meßfühler in regelmäßigen Abständen, teilweise schon nach ein bis zwei Tagen gereinigt werden. Die Reinigung erfolgt weitgehend manuell, chemisch oder mit mechanischen Mitteln. Eine kontinuierliche Reinigung der Meßfühler zur Verhinderung von Deckschichtenbildungen ist bekannt, ihre Wirkung aber umstritten. Auf eine schnelle Verstopfung der Zuführungsleitungen wird Jedoch nicht eingegangen bzw. diese wird gänzlich außer Acht gelassen. Die kontinuierliche Reinigung ist an die Bereitstellung von Hilfsenergie in Form von Strom, Druckluft, Wasser oder mechanische Antriebseinrichtungen gebunden. Die mechanische Reinigung wird im Stand der Technik als günstigste Variante der Reinigung bevorzugt. So wird die Reinigung durch einen drehbaren Schleifkörper, bzw. einen von der Strömungsenergie daß Meßgutes antreibbaren Turbinenkranz mit Reinigungsbürsten erzielt. Nachteilig ist, daß sich die Reinigungskörper im Laufe der Betriebszeit abnutzen. Bei der Untersuchung von aggressiven Wässern, z.B. Abwässern der chemischen oder metallverarbeitenden Industrie, ist ein langsames Auflösen der Bürstenhaare, des Gummis, der Schleifsteine einer mechanischen Reinigungsvorrichtung im Untersuchungsmedium nicht auszuschließen, was zu langsam fortschreitenden MeßwertVerfälschungen führt. Mechanische Reinigungsvorrichtungen werden bevorzugt für einen bestimmten Elektrodentyp, wie Glaselektroden, Elektroden mit blanken Edelmetallflächen, angewandt. Die mechanische Reinigung von Festkörperelektroden beschleunigt jedoch eine Abnutzung des Elektroden-Preßlings und führt damit zu einer Verkürzung der Elektrodenstandzeit. Eine automatische Einrichtung zur Elektrodenreinigung von Meßstationen muß auf sämtliche Meßfühlervariationen anwendbar sein.

Weiter ist bekannt, die in einem Meßzellenbloek oder einer Einzelmeßzelle eingebauten Meßelektroden in einem kombinierten Spül- und Eichkreislauf zu reinigen. Der Meßzellenbloek ist z.B. mit einem U-förmigen Durchflußsystem und mit einem Spülsystem mit Spüldüsen in den Meßräumen versehen. Als Spülmittel werden Leitungswasser und Eichlösungen eingesetzt. Probleme, die bei der Anordnung von unterschiedlichen Sensoren in mehreren Kammern auftreten, v/erden von den bekannten Methoden nicht berücksichtigt. Die Anordnung der Meßkammern erfolgt' hintereinander bzw. wie schon erwähnt, in einem Meßzellenbloek. Diese Art der Anordnung bedingt jedoch einen großen Platzbedarf. Außerdem treten bei dieser Anordnung der Elektroden KonzentrationsVerfälschungen von einer zu anderen Meß kamm er auf. Bei den bisher bekannten technischen Lösungen v/erden keine Angaben zur Vorklärung des Probengutes gemacht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Beschaffenheitsparameter in Oberflächengewässern, sowie in Trink-, Brauch- und Abv/ässern kostengünstig und mit hohem Genauigkeitsgrad ermitteln zu können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Probengutverteilung auf Meßeinrichtungen mit automatischer Meßfühlerreinigung zu schaffen, die Wartungsarm und störunanfällig ist, einen geringen Platzbedarf erfordert und die es möglich macht, strömungsbedingte Konzentrationsverfälschungen sowie MeßwertVerfälschungen durch Verschmutzung der Meßfühler zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem röhrenförmigen Standgefäß der untere Teil hinter dem Einlauf für das Probengut als Sedimentationsgefäß ausgebildet ist, der über ein Steigrohr, das eine Armatur als Verteilerstück mit Zulaufkanal und Ablaufkanal für die Meßzellen aufweist, mit einem Ausgleichgefäß mit Überlaufrohr verbunden ist, der konische Meßkammereinsatζ in den Meßzellen

Öffnungen für die Abspritzdüsen aufweist, die mit einer unterhalb der Meßkammer angeordneten Druckkammer und diese wiederum über den Spritzwasserkanal im Verteilerstück mit dem Druckstutzen der Förderpumpe gekoppelt sind. Vorteilhafterweise besteht das Standgefäß, Ausgleichsgefäß, Steigrohr und Verteilerstück unter Zwischenschaltung einer Fußlaterne und einer Traglaterne. Ebenso ist es günstig, daß das Sedimentationsgefäß ein Zulaufrohr in Nähe der Gefäßwand aufweist, dessen AuslaufÖffnung auf halber Gefäßhöhe in einer radial ausgerichteten vertikalen Ebene liegt.

Ratsam erscheint das Sedimentationsgefäß nach unten trichterförmig auslaufen zu lassen und unten ein Auslaßventil vorzusehen. Vorzugsweise ist in halber Höhe zwischen Sedimentationsgefäß und Ausgleichsgefäß im Steigrohr ein Verteilerstück angeordnet und im Verteilerstück eine Erweiterung als Zulaufkanal zur Probengutverteilung auf die Meßzellen vorgesehen. Daneben sind im Verteilerstück Kanäle für den Probengutablauf und die Spritzwasserzuführung angeordnet. Günstig ist dabei die Oberkante des Überlaufrohres im Ausgleichsgefäß in ihrer Höhenlage verstellbar auszuführen. Die Meßzelle ist durch Einbauten in die Meßkammer, den Ablaufsammeiraum und die Druckkammer unterteilt, wobei in der Meßkammer unterschiedlich hohe konische Meßkammereinsätze entsprechend der verschiedenen Abmessungen der Meßfühler angeordnet sind. Vorteilhafterweise enthält der konische Meßkammereinsatz neben der Probengutzuleitung das System der Abspritzdüsen und ist mit einer der Meßfühlerform angepaßten Ausfräsung versehen. Eine Pumpe fördert das Wasser durch den in der Bodenplatte liegenden Einlauf über ein Steigrohr zum oben liegenden Ausgleichsgefäß mit Überlaufrohr.Eine Aufweitung des Steigrohres in einer als Verteilerstück bezeichneten Armatur dient der Probengutverteilung auf die Meßzellen, die als Durchflußarmaturen ausgelegt sind^UDer Probengutablauf und die Verteilung des Abspritzmediums erfolgen über den Ablaufkanal und den Spritzv/asserkanal im Verteilerstück. Eine Regulierung der Durchflußgeschwindigkeit in den Meßzellen kann durch Veränderung der Höhenlage des Überlaufes bzw. durch Einengung des Querschnittes der Zulaufleitung er-

Der Einlaufteil der Wasserfuhrungsgarnitur dient als Sedimentationsraum zwecks Vorreinigung des Probengutes. Die Sinkstoffe sammeln sich am trichterförmigen Boden und können nach Öffnen eines dort angebrachten Auslaßventils entfernt v/erden. Die Meßzellen sind als Mehrkammersysteme ausgebildet. Die zu untersuchende Flüssigkeit tritt von unten in die Meßkammer, die eine konische Wandung hat, ein und durchströmt sie in vertikaler Richtung, wird am Meßfühler und an dessen Schaftrand zweimal scharf umgelenkt und fällt über den Kammerrand in den Ablaufsgmmelraum.

Die Wandung der Meßkammer ist in entsprechender Höhe für die Zuführung der Abspritz- und Reinigungsflüssigkeit durchbrochen. Das Reinigungsmedium wird über das Verteilerstück und eine Schlauchverbindung mit dem Druckstutzen der Förderpumpe aus einer Druckkammer mit nachfolgendem Düsensystem direkt auf den Meßfühler und die Kammerwände gespritzt. Während der Reinigungsphase wird ein in dem Zulaufrohr der Probengutführungsgarnitur angebrachtes Mag- , netventil teilweise geschlossen, und das Magnetventil in der Spritzwasserzuleitung voll geöffnet. Heben dem Abspritzsystem hat die hohe Durchströmungsgeschwindigkeit in Verbindung mit der zweimaligen Umlenkung der Richtung des Förderstromes unmittelbar an der Stirnseite des Meßfühlers einen permanenten Reinigungseffekt.

Durch die vorliegende Erfindung werden die bei Dauermessungen in Abwässern oder stark verschmutzten Wässern auftretenden Mängel beseitigt, die in einer Verstopfung der Zuleitung zu automatischen Meßgeräten und einer Verschlammung bzw. Passivierung der Meßfühler durch Deckschichtenbildung begründet sind. Der manuelle Wartungsaufwand für die Betreibung von Meßstationen wird im Vergleich zu den meisten bisher vorliegenden Erfindungen ohne zusätzlich notwendige Bereitstellung von Hilfsenergie in Form von Strom, Druckluft usw. vermindert. Durch die Anordnung der Meßzellen an dem Standgefäß werden im Gegensatz zu ihrer Anordnung im Block alle Meßfühler gleichzeitig, d.h. parallel mit dein Probengut versorgt, bei Einhaltung eines konstanten Druckes und konstanter Anströmgeschwindigkeiten..

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Die Anwendung von Glasformteilen ist vorteilhaft, weil der Reinigunsprozeß bzw. der Stand der Verschmutzung der Rohrleitungen ständig ohne Aufwand zu erkennen ist, ebenso lassen sich auch Rohre aus Polyäthylen verwenden. Durch die Art der Anordnung werden die Meßzellen, die die verschiedensten Meßfühler enthalten, vom Probengut parallel und nicht nacheinander durchflossen. Die Fühler selbst werden mit konstantem Druck und konstanter Durchflußgeschwindigkeit angeströmt.

Strömungsbedingte Konzentrationsverfälschungen sowie MeßwertVerfälschungen durch Verschmutzung der Meßfühler werden vermieden. Damit ist eine Senkung der Wartungshäufigkeit automatischer Stationen zur Kontrolle stark verschmutzter Gewässer auf einmal wöchentlich möglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1: eine Probengutführungsgarnitur, Pig. 2: eine Meßzelle.

Die Probenführungsgarnitur ist röhrenförmig als Standgefäß (22) ausgebildet. Sie steht auf der Bodenplatte (1) in der zur vorteilhaften Leitungsführung in automatischen Meßstationen der Einlauf (2) und der Auslauf (18) für das Probengut untergebracht sind. Eine Fußlaterne (24) trägt das Sedimentationsgefäß (10), die darüber angeordnete Traglaterne (25) und das ihr aufgesetzte Ausgleichsgefäß(4). Eine zur Ausrüstung der Meßstation gehörende Pumpe fördert das Probengut, vorzugsweise V/asser, durch den Einlauf (2) über das Zulaufrohr (11) in das Sedimentationsgefäß (10). Zwischen ihm und dem Überlaufrohr (3) im oben angeordneten Ausgleichsgefäß (4), in welches das Probengut über ein Steigrohr (5) fließt, ist ein Verteilerstück (6) mit Zulaufkanal (27) und Ablaufkanal (28) für die Meßzellen (9) angebracht. Durch diese Anordnung werden die mit einem Haltering (30) an dem Standgefäß (22) befestigten Meßzellen (9) mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck in Abhängigkeit von der Wassersäule zwischen Überlaufrohr (3) und Ablauf (8) der Meßzellen (9) durchströmt.

Der untere Teil des Siandgefäßes (22) ist zur Vorreinigung des Probengutes als Sedimentationsgefäß (10) ausgebildet. Durch Anwendung des Hydrozykloneffektes sammeln sich über seinem trichterförmigen Boden die Sink- und Schwebstoffe, die nach Austritt des Förderstromes aus dem Zulaufrohr (11) infolge der Zentrifugalkraft und sich über dem Zulaufrohr (11) nach obenhin verringernden Strömungsgeschwindigkeit sediment ieren.

Durch ein Auslaßventil (12) kann der Schlamm abgezogen und das gesamte Standgefäß (22) für Reinigungszwecke entleert werden. Der Zulaufkanal (2) und der Ablaufkanal

(28) des Verteilerstücks (6) werden mit dem Zulauf (7) der Meßzelle (9) und dem Ablauf (8) der Meßzelle (9) verbunden. Die Meßzellen (9) sind als Mehrkammersysteme ausgelegt. In dem offenen Systemteil mit freiem Über- bzw. Ablauf befinden sich in einem fest abschließenden PVC-Deckel die Meßfühler (29). Das Probengut tritt von unten ein, durchströmt die mit konischem Meßkammereinsatz (13) versehene, zylinderförmige, dem Sondendurchmesser angepaßte Meßkammer (23) in vertikaler Richtung, dabei wird es am empfindlichen Teil des Meßfühlers (29) und an dessen Schaftrand um jeweils etwa 90° umgelenkt und fällt über den Kammerrand in den Ablaufsammelraum (14)· Seine Außenwand ist in geeigneter Höhe durchbrochen und über den Ablauf (8) der Meßzelle (9) mit dem

' AbIaufkanal (28) des Verteilerstückes (6) verbunden. Eine Druckkammer (15) in der Meßzelle (9) gehört mit den Abspritzdüsen (16) zum Abspritz- und Reinigungssystem für Meßfühler (29) und Meßkammern (23). In Verbindung mit einer Automatik ist eine zeitprogrammierte Säuberung der Meßfühler

(29) und Meßzellen (9) möglich. Die Druckkammer (15) ist über den Spritzwasserkanal (21) im Verteilerstück (6) und einem vorgeschalteten Magnetventil (20) unmittelbar mit dem Druckstutzen der Förderpumpe für Abspritzwasser verbunden. So kann der Meßfühler (29) über die Spritzwasserzuleitung (17) nach Drosselung der Probengutförderung durch teilweisen Schluß des Magnetventils (19) in dem Zulaufrohr (11) mit relativ hohem Druck abgespritzt und die Meßkammer (23) gereinigt werden.

Vorteilhaft ist, daß die Förderung des Meßgutes dabei nicht unterbrochen wird. Die Entschlammung der Meßzelle (9) erfolgt automatisch mit der Ableitung des Probehgutes und des zugeführten Abspritzwassers über den Ablaufkanal (28) und den Durchbruch (26) zum Überlaufrohr (3)₅ das mit dem Auslauf (18) verbunden ist. . Die zeitprogrammierte Reinigung funktioniert wie folgt:

Durch ein .Magnetventil (19) wird der Wasserzufluß von der Förderpumpe zur Meßzelle (9) gedrosselt. Gleichzeitig gibt ein Magnetventil (20) den Wasserstrom zu den Abspritzdüsen (16) frei bzw. wird in Ausnahmefällen die Förderpumpe für dasjAbspritzv/asser eingeschaltet. Das mit Druck und hoher Geschwindigkeit durch die Düsen (16) austretende Wasser spritzt die Meßfühler (29) ab und reinigt infolge der sich einstellenden starken Turbulenz die gesamte Meßzelle (9) von anhaftenden Schmutzpartikeln. Nach ca. 1 Minute wird das Magnetventil (19) in dem Zulaufrohr (11) für das Probengut wieder voll geöffnet. Damit durchströmt das Meßmedium mit normalem Druck und normaler Geschwindigkeit die Probengutführungsgarnitur. Nach zeitverzögerter Abschaltung der Förderpumpe für das Abspritzwasser bzw. Schließen des Magnetventils (20) in der Spritzwasserzuleitung (17) ist die Anlage wieder in vollem Umfang meßbereit.

Claims (12)

Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung in kompakter Bauweise zur Probengutverteilung auf Meßinstrumente mit automatischer Meßfühlerreinigung in Meßeinrichtungen von Wassergütemeßstationen, gekennzeichnet dadurch, daß in einem röhrenförmigen Standgefäß (22) der untere Teil hinter dem Einlauf (2) für das Probengut als Sedimentationsgefäß (10) ausgebildet ist, der über ein Steigrohr (5), das eine Armatur als Verteuerst ück (6) mit Zulauf kanal (27) und Ablaufkanal (28) für die Meßzellen (9) aufweist, mit einem Ausgleichsgefäß (4) mit Überlaufrohr (3) verbunden ist, der konische Meßkammereinsatz (13) in den Meßzellen (9) Öffnungen für die Abspritzdüsen (16) aufv/eist, die mit einer unterhalb der Meßkammer (23) angeordneten Druckkammer (15) und diese wiederum über das Verteilerstück 06) mit dem Druckstutzen der Förderpumpe gekoppelt sind.

2» Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Stahdgefäß (22) aus einer Bodenplatte (1) und den mit Paßsitzen versehenen Elementen Sedimentationsgefäß (10), Ausgleichsgefäß (4), Steigrohr (5) und Verteilerstück (6), der Fußlaterne (24) sowie der Traglaterne (25) besteht und mit den an einem Haltering (30) montierten und über Schlauchleitungen mit dem Verteilerstück (6) verbundenen Meßzellen (^) die ProbengutfUhrungsgarnitur bildet.

3. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das bedimentationsgefäß (10) ein Zulaufrohr (11) in Nähe der Gefäßwandung aufweist, dessen AuslaufÖffnung auf halber Gefäßhöhe in einer radial ausgerichteten, vertikalen Ebene liegt.

4. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Sedimentationsgefäß (10) nach unten trichterförmig ausläuft und ein Auslaufventil (12) aufv/eist.

5. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Steigrohr (5) etwa in halber Höhe zwischen Sedimentationsgefäß (10) und Ausgleichsgefäß (4) ein Verteilerstück (β) trägt.

6. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Steigrohr (5) im Verteilerstück (6) eine Erweiterung als Zulaufkanal (27) zur Probengutverteilung auf die Meßzellen (9) aufweist.

7. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß im Verteilerstück (6) der Zulaufkanal (27) und der Ablaufkanal (28) für das Probengut sowie der Spritzwasserkanal (21) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Oberkante des Überlaufrohres (3) im Ausgleichsgefäß (4) in ihrer Höhenlage verstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß ä±.e Meßzelle (9) durch Einbauten in die Meßkammer (23) den Ablaufsammelraum (14) und die Druckkammer (15) unterteit ist.

10. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß in der Meßkammer (23) der Meßzelle (9) ein unterschiedlich hoher und konischer Meßkammereinsatz (13) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß der konische Meßkammereinsatz (13) neben dem Zulauf der Meßzelle (7) das System der Abspritzdüsen (16) enthält.

12. Vorrichtung nach Punkt 1Ö gekennzeichnet,dadurch, daß

der konische Meßkammereinsatz (13) mit einer der Meßfühlerform angepaßten Ausfräsung versehen ist.

Hierzu_j2L.Seiten Zeichnungen