DD236387A1 - Vorrichtung und messschaltung zur bestimmung des wellenganges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Messschaltung zur konduktometrischen Messung des Wellenganges oder vergleichbarer Niveauveraenderungen von Fluessigkeiten und kann eingesetzt werden, wenn Leitfaehigkeit und Temperatur unbestimmten Aenderungen unterliegen und zwischen Messort und Registrierort auch grosse Entfernungen zu ueberbruecken sind. Die Messvorrichtung, bestehend aus einer Wellenmesssonde und einer Referenzsonde, bildet mit der elektronischen Messschaltung am Messort eine Einheit. Zum Registrierort besteht eine elektrische Verbindung, ueber welche die Stromversorgung erfolgt und durch die ein eingepraegter Strom fliesst, der an einem Potentiometer am Registrierort einen dem Messwert proportionalen Spannungsabfall erzeugt. Die Messschaltung besteht aus einem Leitfaehigkeitsverstaerker, der einen Referenzverstaerker und einen Messverstaerker enthaelt, sowie aus einer Zeitsteuerung (Figur 1). Nach Einschalten der Betriebsspannung wird durch die Zeitsteuerung zunaechst die Referenzsonde mit dem Referenzverstaerker aktiviert, wodurch mit dem Potentiometer eine Kalibrierung moeglich ist. Nach einer bestimmten Zeit schaltet die Zeitsteuerung auf den Messverstaerker mit der Messsonde um, der einen nur dem Wellengang proportionalen Strom liefert.

Description

Anwendungsgebiete der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Meßschaltung zur Bestimmung des Wellenganges beliebiger Gewässer und kommt vorzugsweise in stationären diskontinuierlich arbeitenden Meßeinrichtungen zur Anwendung, wobei sich der Meßort auch in großer Entfernung vom Registrierort befinden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt, die zur Messung des Wellenganges dienen. In DD-PS 50 009 wird eine sogenannte Stufensonde beschrieben, bei der mit Hilfe von elektrolytischen Schaltern, die mit einer logischen Schaltungsanordnung verbunden sind, die Wellenhöhe stufenweise gemessen und codiert wird. Der Mangel dieser Anordnung besteht insbesondere in der nicht proportionalen Meßwerterfassung und in einem erheblichen apparativen Aufwand.

Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem eine endlose hochohmige Elektrode zur Wellengangmessung verwendet wird (SU-PS 678 313). In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe wird der elektrische Widerstand der Elektrode durch das Medium verändert. Zur Verringerung der Benetzung wird die endlose Elektrode von einem Motor bewegt. Die für Widerstandsmessungen notwendige elektrische Verbindung erfolgt über Stromabnehmer. Dieses Verfahren erfordert einen hohen apparativen Aufwand und läßt infolge des hohen Energiebedarfs einen netzunabhängigen Betrieb über größere Entfernungen nicht zu. Es sind außerdem Verfahren zur Pegel- und Füllstandsmessung bekannt, die sich teilweise auch zur Wellengangsmessung eignen. Diese Verfahren nutzen teilweise die Leitfähigkeitsmessung aus.

Im Verfahren nach DD-PS 1 798 084 wird zwischen einer schraubenförmig angeordneten Widerstandselektrode und einer Meßelektrode, die an einen Gleichspannungsverstärker mit hoher Eigenimpedanz angeschlossen ist, das Potential in Abhängigkeit vom Füllstand gemessen. Dieses Verfahren, das speziell zur Füllstandsmessung dient, ist für die Wellengangsmessung ungeeignet, da bei schnellen Wellenhöhenänderungen die Benetzung der schraubenförmigen Widerstandselektrode einen großen Meßfehler zur Folge hat.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen Meß- und Referenzsonden je einen Zweig von Wechselstromwiderstandsmeßbrücken bilden, wobei die Standhöhe des Meßmediums eine Verstimmung der Brücke verursachen (DD-PS 1 264 812, DD-PS 842 554, US-PS 3 376 746). Änderungen, bedingt durch Leitfähigkeits- oder Temperaturschwankungen, wirken auf beide Sonden gleich und kompensieren sich somit in der Brückenschaltung. Derartige Anordnungen sind für Medien mit hoher Leitfähigkeit ungeeignet, da der Widerstand der Zuleitungen der Sonden bei unterschiedlichen Wellenhöhen zu nichtlinearen Messungen führt. Weiterhin treten bei den bekannten Meßverfahren, die auf dem Prinzip der Leitfähigkeitsmessung beruhen, vor allem bei größeren Entfernungen zwischen Meß- und Registrierort Nachteile auf: Die im Meerwasser infolge des hohen Elektrolytgehaltes auftretenden niedrigen Elektrolytwiderstände erfordern bei direkter Übertragung des Meßwertes zum Registrierort entweder sehr große Querschnitte der elektrischen Leitungen und dadurch niedrige Zuleitungswiderstände und/oder eine Wellenmeßsonde mit extrem großen Elektrodenabständen, um eine große Zellkonstante zu erzielen. Derartige Meßanordnungen lassen sich nur mit erheblichem Aufwand realisieren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Meßgenauigkeit von konduktometrischen Wellensonden, die Schaffung von Möglichkeiten zu deren schneller, unkomplizierter Kalibrierung sowie eine unverfälschte Meßwertübertragung auch über große Entfernungen hinweg. Um einen mobilen Einsatz der Wellensonde zu ermöglichen ist ferner ein netzunabhängiger Betrieb zu realisieren sowie die Möglichkeit zu schaffen, auch lange Zuleitungskabel zu verwenden.

-2- /Ö4U/

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Bestimmung des Wellenganges mittels Leitfähigkeitsmessung Meßfehler durch Salzgehalts- oder Temperaturschwankungen sowie durch Zuleitungswiderstände zu vermeiden und eine einfache und sichere Kalibrierung zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßvorrichtung, bestehend aus einer Wellenmeßsonde und einer Referenzsonde, mit der elektronischen Meßschaltung am Meßort eine Einheit bildet. Zum Registrierort besteht lediglich eine elektrische Verbindung, durch welche ein eingeprägter Strom fließt und an einem Potentiometer eine dem Meßwert proportionale Spannung erzeugt wird, wobei sich die Stromversorgung am Registrierort befindet. Sowohl Wellenmeßsonde als auch Referenzsonde bestehen aus je zwei stabförmigen Elektroden, die parallel zueinander angeordnet und fixiert sind und jeweils den gleichen Abstand haben, wobei die Wellenmeßsonde senkrecht zum Wasserspiegel orientiert ist und mindestens die Länge der maximalen Wellenhöhe hat. Die Referenzsonde besitzt Elektroden einer definierten Länge, zum Beispiel einen Meter, und befindet sich ständig unter der Wasseroberfläche.

Die elektronische Meßschaltung besteht aus einem Leitfähigkeitsverstärker und einer Zeitsteuerung. Der Leitfähigkeitsverstärker enthält als wesentliche Bestandteile einen Referenzverstärker, der mit der Referenzsonde verbunden ist und einen Meßverstärker, an den die Wellenmeßsonde angeschlossen ist. Um fertigungsbedingte Unterschiede der beiden Sonden auszugleichen, wird bei gleicher Eintauchtiefe der Sonden die Verstärkung von Referenz- und Meßverstärker so eingestellt, daß beide Verstärker die gleichen Meßwerte liefern.

Nach Anlegen der Betriebsspannung wird mit Hilfe der Zeitsteuerung zunächst die Referenzsonde mit dem Referenzverstärker aktiviert. Nach einer bestimmten Zeit, die für die Kalibrierung ausreicht, wird auf den Meßverstärker mit der Wellenmeßsonde umgeschaltet.

Der Leitfähigkeitsverstärker liefert dann einen vom momentanen.Salzgehalt und der Temperatur unabhängigen, nur dem Wellengang proportionalen Strom, der an dem am Registrierort befindlichen Potentiometer einen auswertbaren Spannungsabfall erzeugt. Da Wellenmeßsonde und Referenzsonde sich im gleichen Medium befinden und Meßverstärker und Referenzverstärker aufeinander abgestimmt sind, erfolgt die Kalibrierung lediglich durch Einstellung eines der Länge der Referenzsonde proportionalen Spannungsabfalls am Potentiometer, das sich am Registrierort befindet. Der Kalibrierungszyklus kann jederzeit durch kurze Unterbrechung der Versorgungsspannung wiederholt werden, so daß eine ständige Kontrolle der Unabhängigkeit der Wellengangmessung von Salzgehalts- und Temperaturänderungen gegeben ist. Die Steuerung der Kalibrierzyklen kann in geeigneter Weise, zum Beispiel durch einen Mikrorechner, erfolgen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll am nachstehenden Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1: das Prinzipschaltbild der Meßschaltung, Figur 2: ein zu Figur 1 gehöriges Impulsschema.

Die in Figur 1 dargestellte Meßschaltung besteht aus dem Leitfähigkeitsverstärker L, der Zeitsteuerung T, dem Potentiometer P, der Stromversorgung U und den beiden Leitfähigkeitszellen, die jeweils zwei stabförmige parallel angeordnete Elektroden besitzen. Die kürzere Zelle von definierter Länge ist so angeordnet, daß sich die Elektroden ständig im Meßmedium befinden. Sie wird als Referenzsonde M_R verwendet. Die längere Zelle dient als Wellenmeßsonde M_w, ihre Elektroden tauchen in Abhängigkeit vom Wellengang unterschiedlich tief ein. Die Referenzsonde M_R ist mit dem Referenzverstärker V_R und die Wellenmeßsonde M_w mit dem Meßverstärker V_w verbunden.

Trotz gleichen Aufbaus können die Sonden bei gleicher Eintauchlänge infolge fertigungsbedingter Toleranzen unterschiedliche Werte liefern. Um die Referenzsonde M_R für die Kalibrierung nutzen zu können, wird die Verstärkung des Meßverstärkers V_w und des Referenzverstärkers V_R so eingestellt, daß bei gleicher Eintauchlänge der Sonden der Leitfähigkeitsverstärker L jeweils den gleichen eingeprägten Strom liefert.

Die Umschaltung der Sonden wird von der Zeitsteuerung T übernommen, die die elektronischen Schalter S_W1, S_W2. S_R, und S_n2 und damit die Verstärker V_w und V_R, die vorzugsweise durch programmierbare Operationsverstärker realisiert werden, über den Programmiereingang steuert. Die elektronischen Schalter S_wl und S_W2 schalten die Wechselspannung, die vom Generator W erzeugt wird, einmal an den Referenzverstärker V_R und zum anderen an den Meßverstärker V_w. Die meßwertproportionale Wechselspannung wird vom Gleichrichter R gleichgerichtet und die Stromquelle Q erzeugt daraus einen eingeprägten Strom, der zum Registrierort übertragen wird und am Potentiometer P eine der Wellenhöhe proportionale Spannung U_w bzw. U_R erzeugt. Mit Hilfe der Impulssteuerung I wird nach Zuschalten der Betriebsspannung U₈ das Monoflop F gestartet, indem es in den instabilen Zustand kippt. Dadurch wird die Logikschaltung G so gesetzt, daß die Schalter S_R1 und S_R2 schließen und der Verstärker V_R aktiviert wird, während S_W1 und S_W2 geöffnet sind und der Verstärker V_w abgeschaltet ist.

Während der Zeit t_R wird der Meßwert der Referenzsonde M_R übertragen. Entsprechend der bekannten Elektrodenlänge der Referenzsonde M_R wird am Potentiometer P die Spannung U_w = U_R eingestellt. Nach Ablauf der für die Kalibrierung erforderlichen Zeit t_R kippt das Monoflop in den stabilen Zustand, wodurch die Logikschaltung G rückgesetzt wird und damit am Potentiometer P die Spannung U_w, die proportional der Höhe des Wellenganges an der Wellenmeßsonde M_w ist, erzeugt. Den zeitlichen Ablauf dieser Vorgänge zeigt das in Figur 2 dargestellte Impulsschema. Damit ist die Meßschaltung kalibriert und die Wellengangsmessung erfolgt unabhängig vom momentanen Salzgehalt und der Temperatur.

Claims (5)

1. - ι - /oh υ/

   Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zur Bestimmung des Wellenganges und vergleichbarer Niveauveränderungen von Flüssigkeiten unter Verwendung einer Meßsonde, bestehend aus zwei stabförmigen Elektroden, welche senkrecht zur Oberfläche einer Flüssigkeit angeordnet sind und in Abhängigkeit vom Niveau der Flüssigkeit mehr oder weniger tief eintauchen und einer Referenzsonde, die in ihrem Aufbau der Meßsonde gleicht, aber eine definierte Länge hat und sich ständig unter der Oberfläche des Meßgutes befindet und zur Kalibrierung der Meßsonde dient sowie einer Meßschaltung, gekennzeichnet dadurch, daß Meß- und Referenzsonde mit der Meßschaltung am Meßort eine Einheit bilden, während die Stromversorgung und die Registriereinrichtung sich, gegebenenfalls auch in größerer Entfernung vom Meßort, am Registrierort befinden.
2. 2. Meßschaltung zur Bestimmung des Wellenganges und vergleichbarer Niveauänderungen von Flüssigkeiten, gekennzeichnet dadurch, daß ein Leitfähigkeitsverstärker, der einen Meßverstärker und einen Referenzverstärker enthält, mit einer Zeitsteuerung gekoppelt ist.
3. 3. Meßschaltung nach Pkt. 2, gekennzeichnet dadurch, daß nach Anlegen der Betriebsspannung zunächst der Referenzverstärker mit der Referenzsonde aktiviert wird und daß nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, die zur Kalibrierung der Meßschaltung ausreicht, auf den Meßverstärker der Meßsonde umgeschaltet wird.
4. 4. Meßschaltung nach Pkt. 2, gekennzeichnet dadurch, daß Meßverstärker und Referenzverstärker, die voneinander unabhängig sind, durch je zwei elektronische Schalter zeitlich aufeinanderfolgend von einer Zeitsteuerung aktiviert werden.
5. 5. Meßschaltung nach Pkt. 3, gekennzeichnet dadurch, daß der beschriebene Vorgang kontinuierlich wiederholbar ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen