DE19650727A1 - Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung von Fluidparametern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Meßgeräte sind beispielsweise als Wasser­ standsmeßgeräte ausgeführt, wobei ein Schwimmkörper über ein Tragseil auf einem Rad gelagert ist und über ein Gegen­ gewicht in seiner Schwimmlage gehalten wird. Die aufgrund einer Wasserstandsänderung erfolgende Vertikalbewegung (senkrecht zur Wasseroberfläche) des Schwimmkörpers wird in eine Drehbewegung des Rades umgesetzt und über eine be­ kannte elektronische Meßeinrichtung erfaßt und ausgewertet. Der Meßdatensammler, die Auswerteeinheit und das Rad zur Lagerung des Schwimmkörpers sind in der Regel an der Bo­ denoberfläche angeordnet, während der Schwimmkörper durch ein Grundwasserbeobachtungsrohr hindurch hin zum Wasser­ spiegel, beispielsweise dem Grundwasserspiegel, geführt wird. Da derartige Grundwasserspiegel oftmals in großem Ab­ stand zur Oberfläche angeordnet sind (bis zu 500 m), muß das den Schwimmkörper tragende Seil mit einer erheblichen Länge ausgeführt werden.

Da die Auswerteelektronik und die Mechanik zur Lagerung des Schwimmkörpers im Bereich der Bodenoberfläche angeord­ net sind, werden diese Bauelemente im Winter oder bei un­ günstigen Einsatzbedingungen Minustemperaturen ausgesetzt, so daß es zu Meßfehlern kommen kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zur Bestimmung von Fluidparametern zu schaf­ fen, mit dem bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand Meßfehler auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen verhin­ derbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspru­ ches 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, den Meßdatensammler über ein Zulei­ tungskabel bis knapp über den Fluidpegel abzusenken, kann der Sensor selbst auf einfache Weise in eine gewünschte Re­ lativposition zum Gehäuse des Meßdatensammlers und zum Fluidpegel gebracht werden. Aufgrund der kurzen Übertra­ gungswege vom Sensor zum Meßdatensammler können somit Über­ tragungsfehler auf ein Minimum verringert werden. Da der Meßdatensammler und die gegebenenfalls erforderliche Mecha­ nik zur Aufnahme des Sensors im Abstand zur Bodenoberfläche angeordnet sind, ist auch die Vereisungsgefahr gegenüber herkömmlichen Lösungen eliminiert, so daß Meßfehler auf­ grund von Temperaturschwankungen oder sonstigen Umweltein­ flüssen auf ein Minimum reduziert sind.

Die erfindungsgemäße Konstruktion läßt sich besonders vorteilhaft bei Meßgeräten zur Erfassung eines Fluidpegels einsetzen, bei denen der Sensor ein Schwimmkörper ist, der über ein Tragseil an einem an dem Meßdatensammler gelager­ ten Drehkörper geführt ist, so daß die Bewegung des Schwim­ mers in eine Bewegung des Drehkörpers umsetzbar ist. Selbstverständlich kann anstelle des Drehkörpers auch eine andere Einrichtung zur Umsetzung der Schwimmkörperbewegung eingesetzt werden. Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbei­ spiel ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schwimmkörper über ein Gegengewicht an dem Drehkörper gehalten wird, so daß der Schwimmkörper auch kleinsten Fluidpegeländerungen folgen kann.

Die Meßgenauigkeit läßt sich weiter verbessern, wenn das Seil mit kettenförmig aufgereiten Kugeln ausgeführt wird, die in entsprechende Ausnehmungen des Drehkörpers eingreifen, so daß eine schlupffreie Übertragung der Schwimmkörperbewegung auf den Drehkörper gewährleistet ist.

Ein besonders einfach aufgebautes System erhält man, wenn der Meßdatensammler und eine diesem zugeordnete Ener­ gieversorgung in einem gemeinsamen Gehäuse eingegossen sind, so daß diese Bauelemente fluid- und gasdicht aufge­ nommen sind.

Es hat sich besonders bewährt, das Zuleitungskabel zur Absenkung des Meßdatensammlers als zweiadriges Kabel aus zu­ führen, so daß die ausgewerteten Meßdaten seriell einer an­ schließbaren Auswerteeinheit zuführbar sind. Das zweiadrige Kabel kann als Flachbandkabel ausgebildet werden, auf des­ sen Isolierung ein Maßstab aufgedruckt ist, so daß die Ab­ hängetiefe direkt ablesbar ist.

Die Länge des Zuleitungskabels läßt sich besonders ein­ fach vor Ort anpassen, wenn mehrere Teilstücke des zweiadrigen Kabels über geeignete Verbindungselemente elek­ trisch und mechanisch verbunden sind, so daß die mechani­ sche Verbindung die auftretenden Zugkräfte aufnimmt.

An dem von dem Meßdatensammler entfernten Ende des Zu­ leitungskabels wird vorteilhafterweise ein Interface-Stec­ ker angeordnet, an dem vorzugsweise ein LC-Display und/oder die Auswerteeinheit zum Auslesen der Meßdaten anschließbar ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Meßgerätes zur Grundwasserstandsmessung und

Fig. 2 bis 4 Ansichten eines Verbindungselements aus Fig. 1.

Zur Grundwasserstandsmessung werden üblicherweise Grundwasserbeobachtungsrohre 2 ins Erdreich eingetrieben, die sich von der Bodenoberfläche 4 bis hin zum Grundwasser 6 erstrecken, das in einem Abstand von bis zu 500 m von der Oberfläche angeordnet sein kann.

Das bodenoberflächenseitige Ende des Grundwasserbeob­ achtungsrohres 2 ist mit einer Verschlußklappe 8 verschlos­ sen, so daß das Rohrinnere gegen eine Verschmutzung von oben her geschützt ist. Der Durchmesser des Grundwasserbe­ obachtungsrohres 2 - im folgenden Rohr 2 genannt - beträgt 2 Zoll und mehr.

Im Inneren des in Fig. 1 geschnitten dargestellten Roh­ res 2 ist das Meßgerät zur Wasserstandserfassung 10 ange­ ordnet.

Ausweislich Fig. 1 hat das Meßgerät 10 einen Meßdaten­ sammler 12, der über ein Zuleitungskabel 14 an dem in Fig. 1 oberen Ende des Rohres 2 befestigt ist. Das Zuleitungska­ bel 14 ist als zweiadriges Flachbandkabel ausgeführt und hat denjenigen Aufbau, wie er in dem Gebrauchsmuster G 93 18 849 der Anmelderin beschrieben ist. Die Offenbarung dieses Schutzrechtes ist voll inhaltlich zur vorliegenden Offenbarung zu zählen.

Auf dem Zuleitungskabel 14 ist eine Skalierung aufge­ druckt, so daß die Abhängtiefe T auf einfache Weise ables­ bar ist.

Der Meßdatensammler 12 enthält u. a. einen Meßdatenspei­ cher, eine Meßdatenerfassungseinheit und eine Energiever­ sorgung, die mittels Gießharz oder einem anderen Kunst­ stoffmaterial zu einem Gehäuseblock vergossen sind. Da das Gehäuse somit durch das Gießharz selbst gebildet wird, müs­ sen kein eigener Gehäusemantel und keine Dichtelemente vor­ gesehen werden. Durch das Vergießen dieser Bauelemente sind diese gegen mechanische Beschädigung und auch gegen Zerset­ zung oder Beeinträchtigung durch Umwelteinflüsse geschützt. Die Energieversorgung erfolgt über eine Batterie, die der­ art ausgelegt ist, daß die Standzeit zumindest zehn Jahre beträgt.

Der Meßdatenspeicher und die dazugehörige Auswerteelek­ tronik enthält eine Elektronikplatine, auf der eine Con­ troller MSP 430 P 31 3 IDL, ein M-Bus Controller (Slave) TSS 721D, ein S-RAM (32 kByte bis 128 kByte) und eine seri­ elle Steuerung für den Controller/S-RAM und anderes ange­ ordnet sind.

An dem vom Meßdatensammler 12 entfernten Ende des Zu­ leitungskabels 14 ist ein Interface-Stecker 16 befestigt, über den eine Auswerteeinheit (Computer, Handterminal etc.) oder eine Übertragungseinheit zur Funkübertragung der Meß­ daten an eine zentrale Auswerteeinheit anschließbar ist. Der Interface-Stecker 16 ist über eine geeignete mechani­ sche Befestigungseinrichtung 18 an dem oberen (Fig. 1) En­ de des Rohres 2 befestigt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Zuleitungskabel 14 nicht durchgehend sondern aus mehreren Teilstücken zu­ sammengefügt wird, wobei die Teilstücke durch Verbindungse­ lemente 20 verbunden werden, die dazu geeignet sind, die elektrische Verbindung herzustellen und die mechanischen Kräfte aufzunehmen.

In den Fig. 2 bis 4 sind Ansichten eines Verbindungse­ lementes 20 dargestellt, wie es bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät verwendet werden kann.

Demgemäß hat das Verbindungselement 20 zwei im wesent­ lichen identisch aufgebaute Schalen 50, von denen in Fig. 2 nur eine dargestellt ist. Die beiden Schalen 50 werden um 180° zueinander verdreht aneinandergefügt, so daß diese mit ihren Anlageflächen 52 und 54 aneinanderliegen und mit zwei Befestigungsschrauben zusammengefügt werden können, die sich durch Befestigungsbohrungen 56 erstrecken. Diese Befe­ stigungsbohrungen 56 können so ausgebildet werden, daß die Befestigungsschrauben (nicht gezeigt) in Gegenrichtung ein­ geschraubt werden, so daß jeweils ein Kopf einer Befe­ stigungsschraube in einer der Schalen 50 angeordnet ist. Die Anlageflächen 52, 54 sind stufenförmig gegeneinander versetzt, wobei in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 (Längsschnitt) die Anlagefläche 54 gegenüber der Anlageflä­ che 52 zurückgestuft ist.

In Fig. 4 sind drei Querschnitte entlang den Linien A-A, C-C und B-B dargestellt. Demgemäß ist in der Anlageflä­ che 54 eine Doppelnut 58a, 58b ausgeführt, die sich bis in die Anlagefläche 52 hinein erstreckt. Das heißt, die Axiallänge der Doppelnut 58a, 58b ist größer als die Axiallänge der Anlagefläche 54. Der Querschnitt der beiden Doppelnuten 58a, 58b ist halbkreisförmig ausgebildet, so daß die Kabeladern eines Zuleitungskabels (14'') in den Dop­ pelnuten 58a, 58b angeordnet werden kann.

In der anderen Anlagefläche 52 ist ebenfalls eine Dop­ pelnut 60a, 60b ausgebildet, deren Querschnittsform derje­ nigen der Doppelnuten 58a, 58b entspricht. Wie insbesondere aus dem Schnitt C-C in Fig. 4 entnehmbar ist, verläuft die Doppelnut 60a, 60b oberhalb (Ansicht nach Fig. 4) der Dop­ pelnut 58a, 58b.

Im Stufenbereich zwischen den beiden Anlageflächen 52, 54 sind zwei Querschlitze 62, 64 ausgebildet, die sich rechtwinklig zu den Anlageflächen 52, 54 erstrecken und die Schale 50 durchsetzen.

Zur Verbindung zweier Zuleitungskabelabschnitte 14', 14'' (angedeutet in den Fig. 3, 4) wird jeweils ein Zulei­ tungskabelabschnitt 14' oder 14'' in die Doppelnut 58a, 58b bzw. 60a, 60b einer Schale 50 eingelegt, wobei sich die Isolation des Zuleitungskabelabschnittes bis zum Ende hin erstreckt - das heißt, die Adern sind vollständig abge­ deckt. Der Zuleitungskabelabschnitt 14'' erstreckt sich dann entlang der gesamten Axiallänge der Doppelnut 58a, 58b bis in die Anlagefläche 52 hinein. Der andere Zuleitungska­ belabschnitt 14' wird entsprechend in eine andere Schale 50 eingelegt, wobei diese um 180° versetzt ist, so daß sich der Zuleitungskabelabschnitt 14' in der Gegenrichtung er­ streckt (Fig. 3). Anschließend werden die beiden Schalen 50 mit den Zuleitungskabelabschnitten 14', 14'' aufeinanderge­ legt, so daß die Anlagefläche 54 der einen Schale auf der erhöhten Anlagefläche 52 der anderen Schale zu liegen kommt. In dieser Relativposition überlappen die beiden Zu­ leitungskabelabschnitte 14', 14'' um ein vorbestimmtes Maß, so daß die Zuleitungskabelabschnitte 14', 14'' gemäß der Darstellung in Fig. 4 (Schnitt B-B) in diesem Überlappungs­ bereich aufeinanderliegen.

Anschließend werden die beiden Schalen 50 miteinander verschraubt und zwei nicht dargestellte Kontaktklingen in die Querschlitze 62, 64 eingetrieben. Diese Kontaktklingen durchtrennen die Hülle der beiden Zuleitungskabelabschnitte 14', 14'' und stellen einen elektrischen Kontakt her. Auf­ grund der form- und kraftschlüssigen Verbindung der beiden Schalenhälften 50 können hohe Zugkräfte übertragen werden, ohne daß ein Lösen der Verbindung zu befürchten ist. Diese Variante ermöglicht es, das Zuleitungskabel 14 vor Ort an die gewünschte Abhängtiefe T anzupassen.

An dem in Fig. 1 unteren Ende des Gehäuses des Meßda­ tensammlers 12 ist ein Schwimmerrad 22 drehbar gelagert, auf dem ein Tragseil 24 geführt ist. An dem in Fig. 1 rechten Ende des Tragseiles 24 ist ein Schwimmkörper 26 be­ festigt, der auf der Grundwasseroberfläche schwimmt. Der Schwimmkörper 26 wird durch ein Gegengewicht 28 in seiner dargestellten Schwimmlage gehalten. Die Lagerung des Schwimmerrads 22 ist ebenfalls ins Gehäuse eingegossen.

Wie in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 30 angedeutet ist, ist das Tragseil 24 als Kugelkette ausgebildet, dessen Ku­ geln 30 in entsprechend ausgeformte Ausnehmungen (nicht ge­ zeigt) im Schwimmerrad 22 eingreifen können, so daß eine schlupf- und rutschfreie Übertragung der Schwimmerbewegung 26 über das Tragseil 24 auf das Schwimmerrad 22 erfolgt. Auf dem Schwimmerrad 22 sind eine Reihe von Permanentmagne­ ten angeordnet, so daß bei einer Drehbewegung des Schwim­ merrades 22 Reedkontakte betätigt werden, so daß aus der Anzahl der entstehenden Impulse die Wasserstandsänderung ΔH bestimmbar ist. Über einen weiteren Reedkontakt kann die Richtung der Wasserstandsänderung (Absinken, Ansteigen) er­ faßt werden.

Da die Wasserstandserfassung über Schwimmkörper 26, Drehkörper 22 und Reedkontakte zum Stand der Technik ge­ hört, kann auf weitere detaillierte Ausführungen unter Ver­ weis auf diesen Stand der Technik verzichtet werden. Die Reedkontakte sind selbstverständlich auch im Gehäuse ver­ gossen und somit wasserdicht aufgenommen. Mit dem erfin­ dungsgemäßen Meßgerät läßt sich eine Meßgenauigkeit von < 1 cm bei einem Meßbereich von 0-40 m erreichen.

Bei der Erprobung des Gerätes hat es sich gezeigt, daß eine Speicherkapazität von 32 kByte ausreichend ist, um et­ wa 15.000 Meßwerte abzuspeichern, so daß ein Auslesen in relativ langen Zeitabständen möglich ist. Da bei dem erfin­ dungsgemäßen Meßgerät die Länge des Tragseiles 24 gegenüber herkömmlichen Lösungen auf ein Minimum reduziert ist, kann zuverlässig verhindert werden, daß der Schwimmkörper 26 an der Rohrinnenwandung anhaftet (beispielsweise durch Adhäsi­ on), so daß Meßfehler weiter verringerbar sind.

Anstelle eines Schwimmkörpers können auch andere Senso­ ren zur Erfassung eines Fluidpegels, beispielsweise Ultra­ schallsensoren etc. Oder Sensoren zur Bestimmung anderer Parameter, wie beispielsweise in der G 93 18 849 beschrie­ ben, verwendet werden.

Claims (9)

1. Meßgerät zur Bestimmung von Fluidparametern, mit einem Meßdatensammler (12), der über ein Zuleitungskabel (14) mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist, und mit einem Sensor (26) der den zu messenden Parameter erfaßt, da­ durch gekennzeichnet, daß der Meßdatensammler (12) in ei­ nem Gehäuse aufgenommen ist, das an dem Zuleitungskabel (15) bis zu einem vorbestimmten Abstand über den Pegel (6) absenkbar ist und daß der Sensor (26) an dem Gehäuse über eine Trageinrichtung (22, 24) gelagert ist.

2. Meßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Schwimmkörper (26) ist, der über ein Tragseil (24) an einem am Gehäuse gelagerten Drehkörper (22) geführt ist, so daß die Bewegung des Schwimmkörpers (26) in eine Bewegung des Drehkörpers (22) umsetzbar ist.

3. Meßgerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Tragseil (24) ein Gegengewicht (28) befestigt ist, das den Schwimmkörper (26) in seiner Schwimmlage hält.

4. Meßgerät nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Seil aus kettenförmig hintereinander liegenden Eingriffskörpern, vorzugsweise Kugeln (30), ge­ bildet ist, die in Eingriff mit Aufnahmen des Drehkörpers (22) bringbar sind.

5. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdatensammler (12) ei­ nen Meßdatenspeicher, eine Meßdatenerfassungseinheit und eine Energieversorgung hat, die mittels eines Kunststof­ fes zu einem Gehäuseblock vergossen sind.

6. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuleitungskabel ein zweiadriges vorzugsweise bedrucktes Flachbandkabel (14) ist.

7. Meßgerät nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Teilstücke des Zuleitungskabels (14) über Verbindungselemente (20) elektrisch und mechanisch ver­ bindbar sind.

8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Meßdatensammler (12) entfernten Ende des Zuleitungskabels (14) ein Inter­ face-Stecker (16) zum Anschluß der Auswerteeinheit ange­ ordnet ist.

9. Meßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Ultraschallsensor ist.