DE10008623A1

DE10008623A1 - Pneumatisches Probenahmesystem mit automatisch einstellbarer Dosiermenge

Info

Publication number: DE10008623A1
Application number: DE2000108623
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Walz
Original assignee: WALZ KARL HEINZ
Current assignee: WALZ KARL HEINZ
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein automatisches Probenahmesystem nach dem Vakuumprinzip, bei dem die Dosiermenge automatisch verändert werden kann. DOLLAR A Bei der automatischen Probenahme von Wasser und Abwasser besteht in vielen Fällen die Forderung, die Probenahme in Abhängigkeit von einer Durchflussmessung zu steuern. Das heißt, dass bei einer hohen Durchflussmenge mehr Probenflüssigkeit entnommen werden soll und bei geringem Durchfluss entsprechend weniger. DOLLAR A Bisher wird dies so erreicht, dass in kleineren oder größeren Abständen Proben mit fixem Volumen genommen werden. DOLLAR A Wünschenswert ist jedoch ein möglichst kleines Probenahmeintervall mit automatisch sich anpassender Probenmenge. DOLLAR A Da in Deutschlang und auch dem übrigen Europa hauptsächlich Probenahmegeräte mit Vakuumsystem eingesetzt werden, ist eine durchflussabhängige Probenahme basierend auf diesem pneumatischen System erforderlich. DOLLAR A Das Problem bei der automatischen Einstellung der Probenmenge liegt insbesondere in der Beschaffenheit des Wassers (Abwassers). Bewegte Teile innerhalb der Dosiereinheit scheiden aufgrund der Verschmutzungsgefahr aus. DOLLAR A Um den genannten Anforderungen ohne praktische Nachteile gerecht zu werden, wird ein Entnahmesystem benötigt, das folgende grundsätzliche Anforderungen erfüllt: DOLLAR A - pneumatisch arbeitend, d. h. Ansaugen der Flüssigkeit mit Unterdruck in ein Dosiergefäß DOLLAR A - automatische Einstellung der Probenmenge ohne in der Flüssigkeit...

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Probenahmesystem nach dem Vakuumprinzip, bei dem die Dosiermenge automatisch verändert werden kann.

Bei der automatischen Probenahme von Wasser und Abwasser besteht in vielen Fällen die Forderung, die Probenahme in Abhängigkeit von einer Durchflußmessung zu steuern. Das heißt, dass bei einer hohen Durchflußmenge mehr Probenflüssigkeit entnommen werden soll und bei geringem Durchfluß entsprechend weniger.

Bisher wird dies so erreicht, dass bei jeder Probenahme ein Volumen von z. B. 50 ml entnommen wird, wobei die Probenahmefrequenz dem Durchflußsignal angepasst wird. Standardmäßig erhältliche Probenahmegeräte sind in der Lage, je nach Entnahmestelle maximal alle 2 Minuten eine Probe zu entnehmen. Dies hat zur Folge, dass bei sich stark änderndem Durchfluß von z. B. 1 : 20 bei Niedrigdurchfluß nur alle 40 Minuten eine Probe genommen wird.

Da jedoch auch bei Niedrigdurchfluß Schadstoffe enthalten sein können, die für die nachfolgende Untersuchung der Proben von Interesse sein können ist es wichtig auch diese Phasen so oft wie möglich zu beproben. Bei einem Intervall von 40 Minuten ist jedoch die Gefahr, dass eine solche Schadstoffeinleitung nicht erfasst wird relativ hoch.

Um dieses Problem zu umgehen ist eine Probenahmeeinrichtung notwendig, die in gleichbleibenden Entnahmeintervallen von z. B. 5 Minuten Proben entnimmt, deren Einzelvolumen dem jeweiligen Durchflußsignal angepasst ist. Um die o. g. Durchflußschwankungen zu bewältigen muß eine Volumenänderung der Einzelproben von 1 : 20 möglich sein.

Am Markt gibt es bereits Geräte mit denen diese durchflußabhängige Probenahme möglich ist. Dies sind zum Einen Geräte die mit einer Schlauchpumpe arbeiten, wobei lediglich die Anzahl der Pumpenumdrehungen dem momentanen Durchflußsignal angepasst wird, was zur proportionalen Änderung des Probenvolumens führt.

Da in Deutschland und auch dem übrigen Europa hauptsächlich Probenahmegeräte mit Vakuumsystem eingesetzt werden ist eine durchflußabhängige Probenahme basierend auf diesem pneumatischen System wünschenswert.

Auch hier gibt es am Markt ein System, bei dem die Probenflüssigkeit durch Unterdruck in ein Dosiergefäß angesaugt wird. Die Einstellung der gewünschten Probenmenge erfolgt hierbei durch ein Überlaufrohr in diesem Gefäß, das motorisch in der Höhe verstellt wird. Wenn dieses Überlaufrohr in die unterste Position gefahren wird läuft der größte Teil der entnommenen Probe wieder an die Entnahmestelle zurück und nur ein kleiner Teil von etwa 20 ml wird abdosiert. Bei der obersten Stellung dieses Überlaufes werden entsprechend etwa 250 ml abdosiert. Dieses System entspricht zwar teilweise den oben gestellten Forderungen, hat jedoch grundlegende Nachteile.

- sehr hoher mechanischer Aufwand
- technisch anfällig
- sich bewegende und abzudichtende Teile in der Flüssigkeit (Abwasser!)
- teuer herzustellen
- zu kleiner Einstellbereich (nur etwa 1 : 10).

Um den genannten Anforderungen ohne die erwähnten Nachteile gerecht zu werden wird ein Entnahmesystem benötigt, das folgende grundsätzlichen Anforderungen erfüllt:

- pneumatisch arbeitend, d. h. Ansaugen der Flüssigkeit mit Unterdruck in ein Dosiergefäß
- automatische Einstellung der Probenmenge ohne in der Flüssigkeit bewegte Teile
- Volumeneinstellbereich größer 1 : 20
- einfach herzustellen
- zuverlässig (geringer Verschleiß)
- kostengünstig

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, über das Vakuumsystem eine relativ große Probenmenge in ein Dosiergefäß zu fördern, dort auf eine reproduzierbare Maximalmenge zu nivellieren, und danach durch Hineinpumpen von einer genau definierten Menge Luft soviel Flüssigkeit hinauszudrücken, dass die gewünschte Menge an Probe im Gefäß verbleibt und in den Probenbehälter abdosiert werden kann.

Ein Problem hierbei besteht darin nach dem Ansaugvorgang die Maximalmenge genau zu nivellieren, ohne dass Umgebungsbedingungen wie Ansaughöhe, Schlauchlänge und - Durchmesser, Viskosität der Flüssigkeit etc. die Genauigkeit beeinflussen.

Eine weitere Schwierigkeit ist die exakte Einstellung des Probenvolumens, was bedingt, dass die geförderte Luftmenge zum Verdrängen der nicht benötigten Flüssigkeit genau bemessen werden kann und dass der Ablauf dieser Flüssigkeit ungehindert geschehen kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1

Die Förder- und Dosiereinrichtung der automatischen Dosiereinheit besteht, wie in Abb. 1 schematisch dargestellt aus einem Dosiergefäß (1) mit Ablaufventil (7) und Zulaufleitung (4). Im Oberteil des Gefäßes sind zwei Füllstandselektroden (2) und ein Luftanschluß (3) angebracht.

Die Versorgung mit Druck und Vakuum erfolgt über die Pumpe (8) und eine Umschalteinrichtung (9).

An der Zulaufleitung ist eine Belüftungsöffnung mit Schlauch und Belüftungsventil (12) angebracht.

Der Ablauf einer Probenentnahme mit automatischer Volumeneinstellung und Abdosierung geht wie folgt vor sich:

1. Das Ablaufventil (7) schließt
2. Die Umschalteinrichtung (9) wird auf Druck gestellt
3. Die Pumpe (8) schaltet ein.
Somit wird das Dosiergefäß (1) über den Luftanschluß (3) mit Druckluft beaufschlagt.
Dieser Druck kann nur über das Steigrohr (6) und den Saugschlauch (4) entweichen, was zum Freiblasen dieses Schlauches führt.
4. Danach schaltet die Umschalteinrichtung (9) auf Vakuum. Im Dosiergefäß (1) entsteht Unterdruck was zum Ansaugen von Flüssigkeit aus der Entnahmestelle (11) über den Saugschlauch (4) in das Dosiergefäß (1) führt.
5. Sobald die Flüssigkeit im Dosiergefäß (1) die Füllstandselektroden (2) erreicht hat schaltet die Pumpe (8) ab und das Belüftungsventil (12) öffnet.
Dies bewirkt, dass die im Schlauch (4) befindliche Flüssigkeit ab der Überlaufkante (5) zurück zur Entnahmestelle (11) läuft.
Da im oberen Teil des Dosiergefäßes (1) noch Unterdruck herrscht wird bei diesem Vorgang keine weitere Flüssigkeit aus dem Dosiergefäß entnommen und der Wasserspiegel bleibt oberhalb der Überlaufkante (5).
6. Nach einer kurzen Beruhigungszeit schaltet das Umschaltventil (9) auf Belüftung, was bewirkt, dass das Flüssigkeitsniveau im Dosiergefäß (1) automatisch auf die Überlaufkante (5) nivelliert. Das überschüssige Wasser läuft über den Saugschlauch (4) ab. Somit entsteht in jedem Fall ein genau reproduzierbares Maximalvolumen, was durch die Überlaufkante (5) bestimmt ist.
7. Nach der Nivellierung schaltet das Umschaltventil (9) wieder auf Druck.
8. Die Pumpe wird mit reduzierter Drehzahl eingeschaltet und zwar so lange, bis das gewünschte Luftvolumen in das Dosiergefäß (1) eingepumpt ist.
Das Luftvolumen wird hierbei entweder über die Laufzeit der Pumpe oder über die Anzahl der Umdrehungen bestimmt.
Das Einpumpen von Luft in das Dosiergefäß (1) bewirkt, dass genau die gleiche Menge an Flüssigkeit über die Überlaufkante (5) und den Saugschlauch (4) überläuft. Somit kann die gewünschte Probenmenge die im Dosiergefäß verbleiben soll genau eingestellt werden.
9. Nach einer weiteren kurzen Beruhigungszeit öffnet das Ablaufventil (7) und die Probe läuft in den Probenbehälter (10) ab.

Fig. 1

Fig. 1 zeigt das Probenahmesystem in schematischer Darstellung in Ruhestellung. Das Ablaufventil (7) ist geöffnet, das Umschaltventil (9) steht auf Belüftung und das Belüftungsventil (12) ist geschlossen.

Fig. 2

Fig. 2 zeigt das Probenahmesystem im Ansaugstadium. Das Ablaufventil (7) ist geschlossen, das Umschaltventil (9) steht auf Vakuum, die Pumpe (8) läuft und das Belüftungsventil (12) ist geschlossen.

In dieser Abbildung ist das Dosiergefäß bereits halb gefüllt, d. h. der Ansaugvorgang läuft noch.

Fig. 3

Fig. 3 zeigt das Probenahmesystem nachdem der Wasserspiegel im Dosiergefäß (1) bereits die Füllstandselektroden (2) erreicht hat und das Belüftungsventil (12) geöffnet hat.

Das Ablaufventil (7) ist geschlossen, das Umschaltventil (9) steht auf Vakkum, die Pumpe (8) ist aus. Der Saugschlauch (4) ist bereits entleert. Die Flüssigkeit im Steigrohr (6) steht somit bis zur Überlaufkante (5). Das Flüssigkeitsniveau im Dosiergefäß (1) ist etwas oberhalb der Überlaufkante (5), da oberhalb dieser Flüssigkeit immer noch Unterdruck herrscht.

Fig. 4

Fig. 4 zeigt das Probenahmesystem nach dem Nivellieren.

Das Ablaufventil (7) ist nach wie vor geschlossen, das Umschaltventil (9) steht auf Belüften, die Pumpe (8) ist aus und das Belüftungsventil (12) ist offen.

Durch die Belüftung des Dosiergefäßinnenraumes über den Luftanschluß (3) und das Umschaltventil läuft das überschüssige Wasser bis zur Überlaufkante (5) über den Saugschlauch (4) ab. Somit ist ein genau reproduzierbares Ausgangsvolumen an Probenflüssigkeit eingestellt.

Fig. 5

Fig. 5 zeigt das Probenahmesystem beim Einstellen der gewünschten Probenmenge. Das Ablaufventil (7) ist geschlossen, das Umschaltventil (9) steht auf Druck, das Belüftungsventil (12) ist geöffnet und die Pumpe (8) läuft mit reduzierter Leistung. Das Einpumpen von Luft bewirkt, dass die im Dosiergefäß (1) befindliche Flüssigkeit nach unten gedrückt wird und über das Steigrohr (6), die Überlaufkante (S) und den Saugschlauch (4) überläuft.

Fig. 6

Fig. 6 zeigt das Probenahmesystem nach dem Erreichen der gewünschten Probenmenge. Das Ablaufventil (7) ist geschlossen, das Umschaltventil (9) steht auf Belüftung, das Belüftungsventil (12) ist geöffnet und die Pumpe (8) ist aus. Das Flüssigkeitsniveau steht nun genau auf der gewünschten Höhe.

Fig. 7

Fig. 7 zeigt das Probenahmesystem beim Abdosieren in den Probenbehälter. Das Ablaufventil (7) ist geöffnet, das Umschaltventil (9) steht auf Belüftung, das Belüftungsventil (12) ist offen und die Pumpe (8) ist aus.

Das eingestellte Probenvolumen läuft nun in den Probenbehälter (10).

Claims

1. Automatisches Probenahmesytem für Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenflüssigkeit durch Unterdruck in ein Dosiergefäß (1) gesaugt wird, in diesem Gefäß automatisch auf ein festgelegtes Niveau (5) nivelliert wird und danach durch Einpressen von einer bestimmten Menge Luft soviel Flüssigkeit über einen Überlauf verdrängt wird, sodaß ein gewünschtes kleineres Volumen an Probenflüssigkeit im Dosiergefäß (1) verbleibt und in einen Probenbehälter (10) abgefüllt werden kann. Somit kann jedes Probenvolumen dessen Niveau unterhalb dem Niveau (5) liegt automatisch eingestellt werden.

2. Probenahmesystem nach Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Luftmenge zum Verdrängen des überflüssigen Probevolumens durch die Veränderung der Laufzeit einer Luftpumpe bestimmt wird.

3. Probenahmesystem nach Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Luftmenge zum Verdrängen des überflüssigen Probevolumens durch die Veränderung der Anzahl Umdrehungen einer Luftpumpe bestimmt wird.