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Die
Erfindung betrifft ein automatisches Probenentnahmegerät für Wasser-
und andere Flüssigkeitsproben,
mit einem Dosiergefäß zur temporären Aufnahme
einer Probenflüssigkeit,
die in dem Dosiergefäß auf ein
Dosierniveau nivelliert wird, und mit einer Reinigungseinrichtung
für das
Dosiergefäß.
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Automatische
Probenentnahmegeräte
für Flüssigkeitsproben,
beispielsweise für
Wasserproben, sind an sich bekannt und werden für verschiedenste Überwachungsaufgaben
eingesetzt. Im Hinblick darauf, dass der Verschmutzungsgrad von
in Oberflächengewässer und/oder öffentliche
Kanalisationsanlagen eingeleitete Abwässer festgelegte Grenzwerte
nicht überschreiten
darf, ist es notwendig, die Wasserqualität zu überwachen. Dazu werden mit
den Probenentnahmegeräten
regelmäßig Wasserproben
für Untersuchungen,
insbesondere für chemische
und biologische Analysen, automatisch entnommen.
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Bekannte
automatisch arbeitende Probenentnahmegeräte sind in der Regel heutzutage
mikroprozessorgesteuert und weisen eine Dosiereinrichtung mit einem
Dosiergefäß zur temporären Aufnahme
einer Probenflüssigkeit
auf, die in dem Dosiergefäß automatisch
auf ein Füllniveau
aufgefüllt
und anschließend
auf ein niedrigeres Dosierniveau nivelliert wird. Das Füllniveau
wird mittels Abschaltelektroden festgelegt, die die Einleitung von
Probenflüssigkeit
in das Dosiergefäß beenden,
sobald sie von der Probenflüssigkeit
benetzt werden.
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Von
der
DE 100 08 623
A1 ist ein automatisches Probenentnahmegerät bekannt,
das nach dem Vakuumprinzip arbeitet. Über ein Vakuumsystem wird eine
relativ große
Menge der Probenflüssigkeit durch
Unterdruck in das Dosiergefäß befördert, wobei
das Füllniveau
von Abschaltelektroden für
das Vakuumsystem bestimmt ist. Anschließend wird durch Einleiten von
Luft in das Dosiergefäß ein Teil der
Probenflüssigkeit über einen Überlauf
verdrängt und
die verbleibende, gewünschte
kleinere Menge als Probe in einen Probenbehälter abdosiert.
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Derartige
Probenentnahmegeräte
werden zum größten Teil
zur Probenentnahme aus mehr oder weniger verschmutzten Abwässern eingesetzt.
Ein großes
Problem hierbei ist die Verschmutzung der wasserführenden
Teile des Probenentnahmegerätes, insbesondere
des Dosiergefäßes. Das
Dosiergefäß ist sehr
verschmutzungsanfällig,
da dessen relativ großer
Innendurchmesser zu einer starken Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit
der Probenflüssigkeit
beim Einleiten führt
und sich somit leicht Ablagerungen im Dosiergefäßinnenraum bilden können. Bei
ungenügender
manueller Reinigung können
solche Verschmutzungen zu Betriebsstörungen, Beschädigung bzw.
zum Ausfall des Probenentnahmegerätes führen. Eine automatische Reinigung
ist daher von Vorteil.
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Am
Markt gibt es bereits Systeme, die das Dosiergefäß automatisch reinigen. Sie
arbeiten mit unter Druck stehendem Leitungswasser, das über Sprühköpfe in das
Dosiergefäß eingeleitet
wird. Das für
die Reinigung notwendige saubere Leitungswasser steht jedoch vor
Ort an der Probenentnahmestelle in der Regel nicht zur Verfügung. Es
muss zur Probenentnahmestelle gebracht werden, was für den Probenentnehmer
einen zusätzlichen
Aufwand darstellt. Des Weiteren ist eine zusätzliche Förderpumpe notwendig, die das
Leitungswasser fördert
und in dem Dosiergefäß versprüht. Weiterer
Nachteil ist, dass diese Art der Reinigung ungenügend ist, da insbesondere öl- und fettaufweisende
Verschmutzungen nicht ausreichend beseitigt werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Probenentnahmegerät mit einer
Reinigungseinrichtung für
ein Dosiergefäß vorzuschlagen,
die eine Reinigung ohne sauberes Leitungswasser ermöglicht und
auch Verschmutzungen mit Öl
und/oder Fett zuverlässig
beseitigt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Probenentnahmegerät
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Das
erfindungsgemäße automatische
Probenentnahmegerät
ist mit einer automatischen Reinigungseinrichtung für das Dosiergefäß ausgestattet, die
mindestens einen Ultraschallsender zur Ausstrahlung von Schallwellen
aufweist, um Verschmutzungen in einem Dosiergefäßinnenraum des Dosiergefäßes durch
Bildung von Kavitation in einer Flüssigkeit zu lösen. Zur
Kavitationsbildung wird vorzugsweise die Probenflüssigkeit
verwendet, die an einer Grenzfläche
zu dem Dosiergefäß Oberflächenschmutz
zerstört
bzw. mechanisch abträgt.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Dosiergefäßinnenraum
statt mit Leitungswasser mit der Probenflüssigkeit des Dosiergefäßes und
mit Ultraschall zu reinigen. Hierzu wird das Dosiergefäß mit einem
Ultraschallsender versehen, der hochfrequente Schwingungen auf das
Dosiergefäß und/oder
die Probenflüssigkeit überträgt. Durch
die vom Ultraschallsender ausgestrahlten Schallwellen entstehen
an den Grenzflächen
zwischen der Probenflüssigkeit
und dem Dosiergefäß periodisch
kleine Vakuumblasen, die sofort wieder zusammenbrechen. Sie bewirken
an derartigen Grenzflächen
eine intensive Sogwirkung, die an dem Dosiergefäß haftende Verschmutzungen,
insbesondere Feststoffe, Öle
bzw. Fette, zuverlässig
mechanisch entfernen. Die Verschmutzungen werden dabei von der Probenflüssigkeit
aufgenommen.
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Vorteilhafterweise
regt der Ultraschallsender das Dosiergefäßes und/oder die Probenflüssigkeit
zu hochfrequenten Schwingungen an. Der Ultraschallsender kann in
die Probenflüssigkeit
eintauchen oder außen
an dem Dosiergefäß vorgesehen
sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Ultraschallsender an einem oberen Ende des
Dosiergefäßes im Dosiergefäßinnenraum angeordnet
und taucht von oben her in die Probenflüssigkeit ein. Zur Reinigung
des Dosiergefäßinnenraums
ist das Dosiergefäß vorzugsweise
bis zu einem gegenüber
dem Dosierniveau höheren
Reinigungsniveau mit Probenflüssigkeit
gefüllt,
von dem ab der Ultraschallsender mit der Probenflüssigkeit benetzt
wird. Der Füllstand
in dem Dosiergefäß wird dabei
von Abschaltelektroden gesteuert, die zusammen mit einer Mikroprozessorsteuerung
sowohl das Reinigungsniveau, als auch das Dosierniveau, festlegen.
Die Mikroprozessorsteuerung steuert zudem den Ablauf der gesamten
Probenentnahme.
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Sie
startet und steuert auch den Reinigungsvorgang des Dosiergefäßes der
Dosiereinrichtung, bei dem der zu reinigende Oberflächenbereich
des Dosiergefäßes, an
einer Grenzfläche
zur Probenflüssigkeit,
mit Schallwellen mindestens eines Ultraschallsenders die Bildung
von Kavitation in der Probenflüssigkeit
bewirkt, um Verunreinigungen im Dosiergefäßinnenraum zu lösen und
an die Probenflüssigkeit
abzugeben. Dazu wird das Dosiergefäß und/oder die Probenflüssigkeit
durch den Ultraschallsender zu hochfrequenten Schwingungen angeregt. Für den Reinigungsvorgang
wird das Dosiergefäß bis zu
einem Reinigungsniveau gefüllt
und dabei der Ultraschallsender, der vorzugsweise von einem oberen Ende
des Dosiergefäßes her
in die Probenflüssigkeit eintaucht,
von seinem freien Ende bis zum Reinigungsniveau von der Probenflüssigkeit
benetzt. Anschließend
wird die Reinigungsflüssigkeit
mit Schallwellen von dem Ultraschallsender beaufschlagt und anschließend zusammen
mit der Verschmutzung ausgeblasen. Die Einwirkdauer der Schallwellen
auf die Verschmutzungen des Dosiergefäßes ist einstellbar.
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Abhängig von
dem Verschmutzungsgrad des Dosiergefäßinnenraumes und/oder der Probenflüssigkeit
kann eine mehrmalige Reinigung notwendig sein, um alle Verschmutzungen
von der Grenzfläche zu
entfernen. So kann der Reinigungsvorgang nach Ausblasen der Probenflüssigkeit
erneut gestartet und die Reinigung mit frischer Probenflüssigkeit
fortgesetzt werden. Die Anzahl der Wiederholungen ist dabei frei
wählbar
und wird von der Mikroprozessorsteuerung automatisch gesteuert.
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Die
Reinigung des Dosiergefäßes des
Probenentnahmegerätes
kann vor und/oder nach der Probenentnahmen erfolgen. Sie erfolgt
bevorzugt nach jeder Probenentnahme, da die Verschmutzungen unmittelbar
nach der Probenentnahme nur leicht an dem Dosiergefäß haften.
Die Reinigung des Dosiergefäßinnenraumes
erfolgt dabei in folgenden Schritten:
- – Ansaugen
von Probenflüssigkeit
in das verunreinigte Dosiergefäß auf ein
Reinigungsniveau, das oberhalb des Dosierniveaus liegt;
- – Einwirken
von Schallwellen eines Ultraschallsenders für eine eingestellte Einwirkdauer
auf die Verunreinigungen des Dosiergefäßinnenraumes;
- – Ausblasen
der mit den Verunreinigungen des Dosiergefäßes belasteten Probenflüssigkeit;
und
- – Wiederholen
von Ansaugen, Ultrabeschallen und Ausblasen von Probenflüssigkeit,
ein- oder mehrmalig, bis das Dosiergefäß gereinigt ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Dosiereinrichtung eines erfindungsgemäßen Probeentnahmegerätes während einer
normalen Probeentnahme; und
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2 eine
Schnittdarstellung der Dosiereinrichtung gemäß 1 während einer
Reinigung.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Dosiereinrichtung 1 eines erfindungsgemäßen Probenentnahmegerätes mit
unterschiedlichen Füllständen. Die Dosiereinrichtung 1 weist
ein Dosiergefäß 2 zur
Aufnahme einer Probenflüssigkeit 3 für eine Probe,
einen Zulauf 4 und einen Ablauf 5 für die Probenflüssigkeit 3 auf.
Der Ablauf 5 ist an einem unteren Ende 6 des Dosiergefäßes 2 angeordnet
und mit einer Schließeinrichtung 7 verschlossen.
Von einem oberen Ende 8 des Dosiergefäßes 2 ragt in einen
Dosiergefäßinnenraum 9 ein
Dosierrohr 10 hinein, das mit dem Zulauf 4 der
Dosiereinrichtung 1 verbunden ist. Abschaltelektroden 11 erstrecken
sich in dem Dosiergefäßinnenraum 9 von
dem oberem Ende 8 zu dem unterem Ende 6 des Dosiergefäßes 2 hin.
Ihre Länge entspricht
in etwa einem Drittel des Abstandes des oberen Endes 8 von
dem unteren Ende 6 des Dosiergefäßes 2.
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Außerdem ist
an dem oberen Ende 8 des Dosiergefäßes 2 ein Luftanschluss 12 vorgesehen,
mit dem der Dosiergefäßinnenraum 9 mit Über- oder
Unterdruck beaufschlagt werden kann. Über das Dosierrohr 10 wird
beim Evakuieren des Dosiergefäßes 2 der
Dosiergefäßinnenraum 9 mit
Probenflüssigkeit 3 bis
zu einem Dosierniveau 13, wie in 1 dargestellt,
oder bis zu einem Reinigungsniveau 14, wie in der 2 dargestellt,
gefüllt.
Das Dosierniveau 13 und das Reinigungsniveau 14 sind
im Wesentlichen von den Abschaltelektroden 11 bestimmt,
die beim Eintauchen in die Probenflüssigkeit den Evakuierungsvorgang
des Dosiergefäßinnenraums 9 über den
Luftanschluss 12 stoppen. Dies kann mit unterschiedlichen
Zeitverzögerungen
durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerung erfolgen,
so dass der Dosiergefäßinnenraum 9 mit
Probenflüssigkeit 3 auf
unterschiedliche Füllhöhen für das Dosierniveau 13 und
das Reinigungsniveau 14 füllbar ist.
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Von
dem oberen Ende 8 des Dosiergefäßes 2 ragt ein länglicher
Ultraschallsender 15 in den Dosiergefäßinnenraum 9. Er ist
gegenüber
den Abschaltelektroden 11 länger und taucht, wie diese,
von oben in die Probenflüssigkeit 3 ein.
Der Ultraschallsender 15 strahlt, wie in 2 gezeigt,
während
des Reinigungsvorganges Schallwellen 16 aus, die von der
Probenflüssigkeit 3 weitergeleitet
werden und an einer Grenzfläche 17 zwischen
dem Dosiergefäß 2 und
der Probenflüssigkeit 3 die
Bildung von Kavitation in der Probenflüssigkeit 3 bewirken,
und eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verschmutzung an der
Grenzfläche 17 des
Dosiergefäßinnenraumes 9 lösen.
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1 zeigt
die Dosiereinheit 1 während
einer normalen Probenentnahme, bei der das Dosiergefäß 2 bis
zum Dosierniveau 13 mit Probenflüssigkeit 3 gefüllt ist.
Dieses reicht nur wenig über
ein unteres Ende 18 der Abschaltelektroden 11.
Auch der Ultraschallsender 15 taucht nur gering mit einem
unteren Ende 19 in die Probenflüssigkeit 3 ein. Dem
gegenüber
liegt der Füllstand
während
der Reinigung höher,
wie 2 ausweist, damit auch Verschmutzungen im Bereich
des Dosierniveaus 13 beseitigt werden. Dazu wird das Dosiergefäß 2 bis
zum Reinigungsniveau 14 mit Probenflüssigkeit 3 aufgefüllt, so dass
insbesondere der Ultraschallsender 15 tiefer in die Probenflüssigkeit 3 eintaucht,
was die Übertragung
der Schallwellen 16 begünstigt.
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Für die Probenentnahme
wird der Dosiergefäßinnenraum 9 belüftet, wenn
das Dosierniveau 13 erreicht ist, und damit ein Teil der
Probenflüssigkeit 3 ausgeblasen.
Dabei wird die Probenmenge, die anschließend über den Ablauf 5 durch Öffnen der Schließeinrichtung 7 abgeleitet
wird, im von einem unteren Ende 20 des Dosierrohres 10 bestimmt. Nach
der Probenabdosierung und dem Ableiten der Probe wird der Ablaufs 5 geschlossen
und der Reinigungsvorgang automatisch gestartet. Dabei wird Probenflüssigkeit 3 in
das Dosiergefäß 2 angesaugt und
auf das Reinigungsniveau 14 nivelliert. Dann wird der Ultraschallsender 15 für eine vorbestimmte Zeit
eingeschaltet, in der die Schallwellen 16 auf in der Zeichnung
nicht dargestellte Verschmutzungen einwirken und diese von der Grenzfläche 17 des
Dosiergefäßinnenraumes 9 durch
Bildung von Kavitation entfernen. Nach der Einwirkung der Ultraschallwellen 16 wird
der Ultraschallsender 15 abgeschaltet und die mit den Verschmutzungen
beaufschlagte Probenflüssigkeit 3 aus
dem Dosiergefäß 2 ausgeblasen.
Der Reinigungsvorgang kann mehrmals nacheinander ausgeführt werden,
bis das Dosiergefäß gereinigt
ist.