DD155646A1 - Sonde zur messung von fluessigkietsspiegelhoehen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Messung von Fluessigkeitsspiegelhoehen mit zwei in die Fluessigkeit eintauchenden Elektroden. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Sonde fuer hydrogeologische Testarbeiten zu entwickeln, die einen grossen Messbereich von hoher Genauigkeit und guter Linearitaet aufweist und in unterschiedlicher Einbautiefe reproduzierbare Messwertergebnisse liefert. Das wird erreicht, durch eine Widerstandselektrode und eine Masseelektrode, die parallel verlaufend und isoliert voneinander auf einem Flachbandkabel angeordnet sind, der Fusspunkt der Widerstandselektrode mit beiden Leitern des Flachbandkabels verbunden und ueber diese, getrennt an einen erdfreien Wechselstromgenerator und einen Messwertverstaerker angeschlossen ist. Die getrennt herausgefuehrte Messleitung der Sonde vom Fusspunkt ihrer Widerstandselektrode, gewaehrleistet ein unverfaelschtes Messwertergebnis unabhaengig von der Einbautiefe. Die Sonde ist in einem perforierten Schlauch angeordnet, der unten durch ein Lot beschwert und oben mit einem Anschlussstueck fuer das Verbindungskabel versehen ist. Sie ist in grossen Laengen herstellbar und kann mit dem Verbindungskabel auf einer Kabeltrommel aufgewickelt werden.

Description

(74) JOSEF HENTRICH, VEB HYDROGEOLOGIE, ABT. TS, 5500 NORDHAUSEN, ROTHENBURGSTR. 12

(54) SONDE ZUR MESSUNG VON FLUESSiGKEITSSPIEGELHQEHEN

(57}Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Messung von Fluessigkeitsspiegelhoehen mit zwei in die Flüssigkeit eintauchenden Elektroden. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Sonde fuer hydrogeologische Testarbeiten zu entwickeln, die einen großen Meßbereich von hoher Genauigkeit und guter Linearitaet aufweist und in unterschiedlicher Einbautiefe reproduzierbare Meßwertergebnisse liefert. Das wird erreicht, durch eine Widerstandselektrode und eine Masseelelctrode, die parallel verlaufend und isoliert voneinander auf einem Flachbandkabel angeordnet sind, der Fußpunkt der Widerstandselektrode mit beiden Leitern des Flachbandkabels verbunden und ueber diese, getrennt an einen erdfreien Wechselstromgenerator und einen Meßwertverstaerker angeschlossen ist. Die getrennt herausgefuehrte Meßleitung der Sonde vom Fußpunkt ihrer Widerstandselektrode, gewaehrleistet ein unverfaelschtes Meßwertergebnis unabhäengig von der Einbautiefe. Die Sonde ist in einem perforierten Schlauch angeordnet, der unten durch ein Lot beschwert und oben mit einem Anschlußstueck fuer das Verbindungskabel versehen ist. Sie ist in großen Laengen herstellbar und kann mit dem Verbindungskabel auf einer Kabeltrommel aufgewickelt werden. - Figur 1 -

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"Sonde zur Messung von Flussigke.it33piegelhoh.en"

Anwendungsgebiet:

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Messung von Flüssigkeitsspiegelhöhen, mit zwei in die Flüssigkeit eintauchenden Elektroden, von denen die eine an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und an welcher, durch die Flüssigkeit, entlang ihrer Eintauchtiefe, ein Spannungsabfall kontinuierlich abgegriffen und zur Auswertung des Flüssigkeitsstandes zur Anzeige gebracht wird.

Sie findet Anwendung zur Anzeige der sich wechselhaft ändernden T/asserstände bei hydrogeologischen Testarbeiten sowie zur ständigen Kontrolle der ¥asscrspiegelhöhen des Grundwasserleiters. Anwendungsgebiete ergeben sich auch in anderen Tndustriebereichen, beispielsweise, zur kontinuierlichen Messung der Flüssigkeitsspiegelhöhen in Lagortanks und Behältern, unabhängig von Temperatur- und Druckverhältnissen., sofern diese Flüssigkeiten elektrisch leitend.sind.

Charakteristik bekannter Lösungen:

Für die Messung der Flüssigkeitsspiegelhöhen in den benannten Anwendungsgebieten finden außer den bekannten, durch einen Schwimmer gesteuerten und auf einen elektrischen Geber wirkenden Pegelstandsanzeigern, verstärkt elektrische Meßsonden Anwendung, die in einen Meßstromkreis eingeschlossen und in Abhängigkeit ihrer Eintauchtiefe Änderungen der Flüssigkeitsspiegel höhen in'aus-

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wertbarer Form auf elektrischen Anzeige- oder Sehreibgeräten widergeben. ¥ährend schwiramergesteuerte Pegelstandsniesser infolge d?r Größe ihrer Schwimmer bei hydrogeologischen Tostarbeiten, insbesondere in Pegelrohren zur Kontz'olle des Grundwasserleiters nicht einsetzbar sind, sind elektrische Meßsonden, in Form einer in die Flüssigkeit eintauchenden ¥iderstandselektrode (DD-PS 99 001), oder durch Hintereinanderreihung von Einzelwiderständen oder Thermoelementen gebildeter Meßketten (DE-OS 1798 350), infolge ihrer Ausführungsform für die kontinuierliche Messung, sich bis zu mehreren . . Metern wechselnd ändernder Flüssigkeitsspiegelhöhen ungeeignet. Letztere erweisen sich auch insofern als nach-'teilig, daß die Messung auf Flüssigkeitsstand-Intervalle beschränkt bleibt und daß die herausgeführten Kontaktelektroden, insbesondere in verrohrten Brunnen und Pegelroirren, durch Berührung rait der Rohrwandung zu Fehlmessungen führen. Bekannt sind weiterhin Meßeinrichtungen zur elektrischen Flüssigkeitsstandsanzeige bei welchen entlang der Eintauchtiefe einer Widerstandselektrode durch die Flüssigkeitssäule der Spannungsabfall.potentiometrisch abgegriffen und mit Hilfe einer Masseelektrode zur Auswertung des Flüssigkeitsstandes zur Anzeige gebracht wird (DE-AS 1798 084; Veröffentlichung "Elektronik" Heft 3,1978) Diese Meßeinrichtungen sind für den stationären Einbau in Behälter oder dgl. vorgesehen und beziehen den die Flüssigkeit umgebenden Behälter als Potential in den Meßstromkreis ein, beziehungsweise der metallische Behälter selbst dient als Masseelektrode. Bei beiden Meßeinrichtungen ist das gemeinsame Fußpunktpotential der Widerstandselektrode zugleich Spannungszuführungs- und Teil der Meßleitung, deren Eigenwiderstand und der dadurch verursachte Spannungs abfall das Moßei*gebnis beeinflussen. Dieser Nachteil macht für jeden Anwendungsfall einen Abgleich der Meßeinrichtung notwendig, was bei den unterschiedlichen Einbautiefen bei hydrogeologischen Testarbeiten zu einem unvertretbaren Aufwand führt. Darüberhinaus sind die bekannten Meßeinrichtungen, auf Grund der Anordnung ihrer Elektroden, für die Messung großer zu erwartender Flüssigkoitsspiegeländerungen sowie für den Einsatz in Bohrungen und Pegel-

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rohren nicht geeignet. ¥ährend die wondelförmig, koaxial zur Massoelektrode angeordnete Fiderstandselektrode der Meßeinrichtung· nach DE-OS 179 808'4, die gemeinsam von einem Zylinder umgeben sind, eine biegosteife Bauforai der Meßsonde erfordert, die in großen Längen nicht nur hinsichtlich ihrer Herstellung, sondern auch der Einbaumöglichkeit insbesondere in Bohrungen problematisch ist, schoidet der Einbau einer nicht iso— lierten Widerstandselektrode, wie in "Elektronik" Heft 3, 1978 dargestellt, in metallisch verrohrten Bohrungen infolge Berührungsgefahr mit der Bohrlochwandung und damit einer nicht verwertbaren Meßwertanzeige aus.

.Ziel der Erfindung:

Die Erfindung will, mit geringem technischen und ökonomischen Aufwand und bei Vermeidung der den bekannten Lösungen anhaftenden Mängel, eine weitestgehend genaue und reproduzierbare Messung der sich wechselhaft und in großen Bereichen ändernden ¥asserstände bei hydrogeologisehen Testarbeiten ermöglichen.

Fesen der Erfindung:

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Anwendung des Verfahrens, für die Auswertung von Flüssigkeitsstäiiden den Spannungsabfall einer, in die Flüssigkeit eintauchenden ¥iderstandselektrode entlang ihrer Eintauchtiefe potentiometrisch abzugreifen, eine Sonde zu entwickeln, die für die Messung von Tfasserstandsänderungen bei hydrogeologischen Testarbeiten, in metallisch vorröhrten oder unverrohrten Bohrungen und Pegelrohren kleinen Durchmessers sowie in großer Tiefe einsetzbar ist, einen großen Meßbereich aufweist und unabhängig von der Einbautiefe, Meßwerte von hoher Genauigkeit und guter Linearität in allen. Einsatzfällon gewährleistet«, Die Sonde soll c^e^on Beschädigungen unempfindlich und leicht transportierbar sein und sich ohne Schwierigkeiten bei geringen Platzverhältnissen einbauen lassen.

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Merkmale der Erfindung:

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgetnä ß in einem, auf einer gesamten Länge· perforierton Schlauch

1Q5 aus nichtleitendem Material, der an seinem unteren Ende durch ein Lot beschwert und am oberen Ende mit einem An— sehlußstück für ein Verbindungskabel versehen ist, ein flexibles zxveiadriges Flachbandkabel angeordnet ist, das mittig zu den beiden Leitern, durch das Dielektrikum voneinander isoliert, eine Tiiderstandsolektrode und eine Masseelektrode aufweist und die ¥iderstandselektrode in ihrem Fußpunkt mit beiden Leitern des Flachbandkabels verbunden ist, von denen einer als Spannungszuführungs- und der andere als Meßleitung dient.

Durch die getrennt herausgeführte Meßleitung wird ver- mieden, daß der ungleich höhere Spannungsabfall auf der • Spannungszuführungsleitung zur Fidorstandselektrode in das Meßergebnis eingeht und ein© Nullpunktverschiebung der Sonde hervorruft. Das hat zum Vorteil, daß ein Kfeuabgleich der Meßeinrichtung unabhängig vom Anwendungsfall oder der Einbautiefe der Sonde nicht erforderlich wird. Die Sonde ist über ein mehradriges Verbindungskabel an einem erdfreien Ifechselstroragenerator und Meßwert verstärker mit elektrischem Anzeige- oder Schreibgerät angeschlossen, Sie ist mit dem-Vex'bindungskabel auf einer Kabeltrommel aufwickelbar ohne das sich die Anordnung oder Lage ihrer Elektroden verändert. Für die ¥asserstandsmessung bei hydrogeologX3chen Testarbeiten ist die Sonde über der Moßstelle abzurollen und soweit einzulassen, daß ihre Ein— tauchtiefe in den ¥asserspiegel größer der, der su erwartenden ¥asserstandsänderung ist. Bei Absenkung des Fasserspiegels stellt sich in bekannter ¥eise, entsprechend der jeweiligen .Eintauchtief e der Sonde, am Fußpunlct der ¥idex*standselektrode ein Potential ein, dessen Spannung gegeiiuber der parallel πι it geführ ten Masseelektrode propox·- tional des ¥asserstandes ist. Da beide Elektroden in ihrem Abstand unveränderbar angeordnet sind, sind durch den Einbau bedingte, ungleiche Abstände der Sonde zur Bohrlochwandung auf· das Meßergebnis ohne Einfluß-

14θ Aus'f ührutigsböispiel:

An nachstehenden Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigen: '

Fig. 1; einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße ik-5 Sonde;

Fig. 2; einen Querschnitt der Sonde nach Fig. 1 Fig» 3; ein Schaltschema der Sonde nach Fig. 1

In einem Schlauch 1 aus nichtleitendem Material, der auf seiner gesamten Länge eine Perforation 2 aufweist, dessen unteres Ende durch ein Lit 3 beschwert und dessen oberes Ende durch ein Anschlußstück 4 für ein Verbindungskabel 5

t-· abgeschlossen ist, ist ein zweiadriges, flexibles Flach- [

bandkabel 6 angeordnet, das einerseits in einem Fußstück 7 I

\ das aus nichtleitendem Material besteht, mittels Gewinde- - |

stopfen 8 und andererseits durch ein Klemmstück 9 im An- (

schlußstück 4 verspannt ist«. Mittig au beiden Leitern 10; 11 des Flachbandkabels 6 ist eine Widerstandselektrode 12 und eine Masseelektrode 13 - Fig. 2 -, die durch das Dielektrikum voneinander- isoliert sind, angeordnet und f;

durch einen Faden 14 aus nichtleitendem Material in ihrer \

Anordnung fest fixiert. Die Widerstandselektrode 12 ist ;

in ihrem FuBpunkt durch eine Klemmhülse 15 mit beiden Leitern 10; 11 des Flachbandkabels 6 leitend verbunden, wo- I von der Leiter 10 der Spannungszuführung sur Widerstandselektrode 12 und der Leiter 11 als Meßleitung dient.

ϋπ Anschlußstück 4 sind die beiden Leiter 10; 11 sowie die Widerstandselektrode 12 und die Hasseelektrode 13» mit dem Vei-binduiigskabel 5 ebenfalls durch Klemnihülscn 15 leitend verbunden, das nach Fig. 3> einerseits an einen Wechselstromgenerator 16 und andererseits an einen Meß— ViertverstärkerM7 angeschlossen ist. Die Verbindungsstellen im Fußstück 7 sowie im Anschlußstück 4 sind gegen Flüssigkeitseimiirkung. mit einer Vergußmasse 18 abgedichtet. Die Sonde, die für die Messung von liasscrstandsändcrungen in. Bohrungen und Pegelrohren bei hydrogeologischen Testarbeiten vorgesehen ist, weist nur einen geringen Durchmesser auf und ist mit geringem Aufwand in großen Längen herstellbar.

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Das geringe Gewicht, das mit zunchnionder Länge sich nur

18O unwesentlich erhöht, sowie die flexible Bauweise gestatten v/eitere Anwendungsraöglichkeiten der Sonde, dieunabhängig von Temperatur- und Druckverhältnissen eingesetzt werden kann und gleichbleibende Meßwerte liefert. Sie lcann unter beengten Platzverhältnissen sowie in Meßstellen mit geringem Durchmesser eingebaut und gemeinsam mit dem Verbindungskabel 5 auf einer nicht dargestellten Kabeltrommel aufgewickelt werden. Die durch den Faden 14, mit dem Flachbandkabel 6 vernähte Anordnung der Widerstandselektrode 12 und der Masseelektrode 13 gewährleistet, daß sich ihre parallele Lage zueinander, auch im aufgewickelten Zustand der Sonde, nicht verändert. Der beide Elektroden 12; 13 umschließende Schlauch 1 schützt diese vor Beschädigung und schließt in engen Meßstellen, beispielsweise in metallisch verrohrten Bohrungen, einen Fehlkontakt mit der Bohrlochwandung aus.

Der getrennte Anschluß des Fußpunktes der ¥iderstands— elektrode 12 an den liechselstrotngenerator λ 6 und den Meßwex-tverstärker 17 durch die Leiter 10, 11 verhindert, daß der durch den Eingenwiderstand bedingte, am Leiter 10 enistehende Spannungsabfall in das Meßwertergebnis eingeht und bei anderen Anwendungsfällen eine ETullpunlctvers chie bung der Sonde hervorruft - Fig. 3 -. Das hat sum Vorteil, daß die Sonde unabhängig von der Länge ihres Verbindungskabels und damirt der Einbautiefe reproduzierbare Meßwertergebnisse liefert.

Claims (2)

2-26516 Erf indungsanspxnich:

1. Sondo zur Messung von Flüssigkeitsspiegelhöhen, rait zwei in die Flüssigkeit eintauchenden, parallel zueinander Laufenden Elektroden, von denen an einer ein linearer Spannungsabfall erzeugt, am Fußpunkt dieser Elektrode gegenüber der anderen Elektrode ge- · messen und für die Auswertung'"des Flüssigkeitsstandes zur Anzeige gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittig zu den Leitern (1O); (ii)> auf der gesamten Länge eines Flachbandkabel (6), eine Vider.stan.dselektrode (12) und eine Masscelektrode (13) durch das Dielektrikum voneinander isoliert angeordnet sind, die Widerstandselektrode (12) in ihrem Fußpunkt mit den Leitern (1O); ( 1 1 ) leitend verbunden und über die getrennt herausgeführten Leiter (iO) und (ii) an einen erdfreien liechselstromgenerator (ίο) und Meßwertverstärker (i?) angeschlossen ist.

2. Sonde nach Punkt 1 dadurch gekonnzeichent, daß die ¥iderstandselektrode (12) und die Masseelektrode (13) von einem, auf seiner gesamten Länge perforierten Schlauch (i) aus nichtleitenden Material, angeordnet sind, der an seinem unteren Ende ein Lot (3) und an seinem oberen-Ende ein Anschluß stück (k) für ein Vex·- bindungskabel (5) aufweist.

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