DE2248315C3 - Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserstandes in Brunnen, Grundwasserstellen oder dgl. nach der Perlmethode - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum F.rinitleln des Wasserstandes in Brunnen, Grundwasser-Siellen od. dgl. nach der Perlnicthode mit einer innerhalb einer Druckmeßdose angeordneten Membran, der in Abhängigkeil von der Stellung derselben beeinflußbare Meßglieder nachgeschallet sind, wobei zu beiden Seiten der Membran jeweils eine Leitung in der Dose mündet und die eine Seite der Membran von einem dem Flüssigkeitsstand entsprechenden Druck und die andere Seite von dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegel herrschenden Druck beaufschlagbar ist.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung ist der Membran ein Waagebalken nachgeschaltet, der durch ein Laufgewicht im Gleichgewicht gehalten wird. Bei einer Änderung des Wasserstandes und damit des Meßdrucks ändert sich die Kraft, die von der Membran auf den Waagebalken ausgeübt wird. Die Stellung des letzteren erfährt eine Änderung. Dadurch wird ein Servomotor eingeschaltet, der das Laufgewicht verschiebt. bis sich der Waagebalken wieder im Gleichgewicht befindet. Im Ergebnis steht somit die Stellung des Laufgewichtes in linearer Beziehung zum Meßdruck bzw. zum Wasserstand. Es ist möglich, diesen Meßwert durch eine Anzeige erkennbar zu machen oder mittels Schreiber zu registrieren (»Wasser und Boden«, 1/1971, S. 13). Der Anwendungsbereich dieser bekannten Vorrichtung ist beschränkt. Sie kommt im wesentlichen nur für stationäre, kontinuierliche Messungen und Registrierungen von Wasserständen in Frage. Diese stark eingeschränkte Verwendbarkeit, insbesondere auf den komplizierten und empfindlichen Aufbau der dem Meßglied zugeordneten Teile zurückzuführen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß immer nur ein bestimmter Meßbereich erfaßt werden kann.

Durch die DT-OS 20 64 322 ist ein Meßwandler für Flüssigkeits-Füllstandsmeß-Systeme bekanntgeworden, wobei die Druckmeßdose sich am Boden de*, die Flüssigkeit enthaltenden Gefäßes befindet, so daß die Membran der Druckmeßdose auf der einen Seite unmittelbar von der Flüssigkeit beaufschlagt ist. Dieses bekannte Meßsystem ist für die Messung in Brunnen od.'dgl. wenig geeignet, da die Druckmeßdose sich dabei unter Umständen einige hundert Meter unterhalb des oberen Flüssigkeitsspiegels befinden würde. Daraus ergibt sich, daß dieses bekannte Meßsystem und die dazu benutzte Vorrichtung hinsichtlich ihrer Anwendung beschränkt sind auf solche Fälle, in denen die Druckmeßdose und die zugehörigen Teile fest eingebaut sind. Es kann sich somit nur um stationäre Anlagen handeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß sie hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit wesentlich flexibler ist als die bekannten Vorrichtungen. Um dies zu erreichen, soll die Vorrichtung tragbar sein. Dies setzt voraus, daß jene Bauelemente, Meßglieder usw., aus denen sich die Vorrichtung zusammensetzt, robust und unempfindlich sind.

Dabei wird ein geringes Gewicht der Vorrichtung angestrebt. Dabei soll es möglich sein, die Verbindungen zwischen der Vorrichtung und irgendwelchen Geräten und Hilfsmitteln, die zur Durchführung bestimmter Messungen erforderlich sind, schnell herzustellen und auch wieder zu lösen. Weiterhin ist der Tatsache Rechnung zu tragen, daß im Bedarfsfall auch eine Registrierung der ermittelten Meßwerte erforderlich oder doch zumindest zweckmäßig sein kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Druckmeßdose gemeinsam mit ihr nachgeschalteten Meßgliedern innerhalb eines tragbaren Gehäuses angeordnet ist und von den außenseitig an der Gehäusewand endenden Leitungen wenigstens die mit der im Brunnen od. dgl. vorhandenen Meßleitung zu verbindende Leitung mil einer Schnellkupplung verse-

hen ist und zumindest die Meßleitung ein bei Lösen der Kupplung selbsttätig schließendes Absperrorgan aufweist

Bei Anwendung der Lehre gemäß der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, die Vorrichtung als kofferar-.tiges, tragbares Gerat aufzubauen, das von Meßstelle zu Meßstelle transportiert werden kann. Dies hat den Vorteil geringer Kosten, da es im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht erforderlich ist an jeder Meßstelle, beispielsweise an jedem Entwässerungsbrunnen, ein Gerät fest zu installieren. Der durch die Erfindung erzielbare Vorteil ist insbesondere dann erkennbar, wenn ohnehin die Durchführung kontinuierlicher Messungen nicht erforderlich ist In diesem Fall wäre die Installierung eines stationären Gerätes, wie immer es auch beschaffen sein mag, normalerweise zu aufwendig. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß sie auch zur Ermittlung weiterer Kenngrößen, beispielsweise einer Entwässerungsanlage, dienen kann. Hierbei kommen Mcs- $ungen des Brunnenbetriebsdruckes, des Differenzdruckes im Venturi-Rohr und des statischen Druckes in Frage. Es ist also beispielsweise bei einem Entwässerungsbrunnen allein durch Herstellen der entsprechenden Verbindungen ohne weiteres möglich, mehrere Meßwerte für die Beurteilung der Brunnenanlage zu einem bestimmten Meßzeitpunkt zu ermitteln. Durch das bei Lösen der Kupplung selbsttätig schließe-de Absperrorgan der Meßleitung kann eine erhebliche Verringerung des Verbrauchs des bei der Perlmethode erforderlichen Druckgases erreicht werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Meßleitung eine größere Länge aufweist. Letztere ist abhängig von der Tiefe des Brunnens od. dgl. und des Bereiches, innerhalb dessen der Flüssigkeitsstand schwankt. Auf Grund des Vorhandenseins des vorerwähnten Absperrorgans bleibt nach Durchführung der ersten Messung die Meßleitung mit Gas gefüllt, da dieses auf Grund des Abiperrorganes nicht nach oben entweichen kann. Ein Entweichen nach unten wird durch den Druck der Flüstigkeit verhindert. Die Praxis hat gezeigt, daß selbst bei Abständen von zehn Tagen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen immer noch erhebliche Restgastnengen in der Leitung vorhanden sind.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Anoidnung so getroffen sein, daß zwischen Druckmeßdose und den Enden der beiden damit verbundenen Leitungen jeweils eine zusätzliche Trenntnembran eingeschaltet und der von den Membranen begrenzte Raum mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Auf diese Weise wird ein nach außen abgesch'ossenes Sy- $tem gebildet, innerhalb dessen die Druckmeßdose angeordnet ist Da die Flüssigkeit innerhalb des abgeschlossenen Systems, bei der es sich um eine übliche Hydraulikflüssigkeit handeln kann, die über Leitungen wirksamen Drücke uneingeschränkt und unmittelbar auf die Membran innerhalb der Druckmeßdose weiterleitet, erfährt die Meßgenauigkeit durch die vorbeschriebene Ausgestaltung keinerlei Einbußen.

Zur Durchführung der Messung des Wasserspiegels im Brunnen od. dgl. ist es weiterhin zweckmäßig, daß eine der beiden Leitungen außerhalb des durch Trennmembran und Druckmeßdose begrenzten Leitungsabschnittes mit einer Abzweigung versehen ist. deren freies Ende mit einem unter Druck stehenden Vonaisbehälter od. dgl. für Gas verbindbar ist. Dabei wird die die Abzweigung aufweisende Leitung mit der im Brunnen befindlichen Leitung verbunden. Die zweite Leitung der Vorrichtung bleibt offen und stellt die für den Ausgleich erforderliche Verbindung zur Atmosphäre her.

Dem Meßglied kann ein Analog-Digitalwmdler nachgeschaltet sein, dem eine digitale Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Meßergebnis jeweils sofort bei Durchführung der Messung ablesbar ist Weiterhin besteht die Möglichkeit, dem Wandler einen vorzugsweise als Magnetband ausgebildeten Datenspeicher oder integrierten Datenspeicher in MOS-Technik nachzuschalten, so daß die digitalen Werte ohne weitere Umwandlung aufgezeichnet werden können. Es ist somit möglich, daß das Magnetband od. dgl. sofort von einer Datenverarbeitungs-Anlage verarbeitet wird.

Ferner kann dem Meßglied bzw. dem Trägeilrequenz-Meßverstärker eine Einrichtung zum Umschalten des Meßbereiches zugeordnet sein, um so einen möglichst großen Meßbereich nutzbar zu machen.

Es war bereits erwähnt worden, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung von Meßstelle zu Meßstelle transportierbar sein soll. Dabei soll die Schnellkupplung dazu dienen, die notwendiger Verbindungen an On und Stelle ohne Schwierigkeiten herstellen und lösen zu können. Zur Vermeidung von Verwechslungen kann es dabei vorteilhaft sein, daß die Kupplungsteile der Leitungen bzw. des Abzweigs unterschiedlich ausgebildet sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispici der Erfindung im Schema dargestellt. F- zeigt

F i g, 1 eine Vorrichtung zum Messen von Differenzdrückeh und zum Ermitteln des Wasserstandes in Brunnen od.i dgl.,

F ig.; 2 einen Längsschnitt durch einen Brunnen mit zugeordneter Vorrichtung gemäß F i g. I.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine Druckmeßdose ti auf. die mit einer Membran 12 versehen ist. Die zu beiden Seiten der Membran U befindlichen und durch letztere voneinander getrennten Kammern 13, 14 sind mit Leitungen 15 bzw. 16 verbunden. In jede der beiden Leitungen 15. 16 ist eine Trennmembran 17 bzw. 18 eingeschaltet. Innerhalb des von den beiden Kammern 13. 14 sowie den Leitungen 15 und 16 gebildeten Raumes befindet sich eine diesen Raum vollständig ausfüllende Flüssigkeit.

Auf der der Druckmeßdose 11 jeweils abgekehrten Seite der Trennmembran 17 bzw. 18 sind Fortsätze 15,/. 16a der Leitungen 15, 16 vorgesehen, an deren freien Enden jeweils ein Kupplungsteil 19 bzw. 20 angeordnet ist Der Leitungsforlsatz 15a ist zudem mit einer Abzweigung 21 versehen, die ebenfalls an ihrem freien Ende ein Kupplungsteil 22 aufweist.

Der Druckmeßdose 11 ist ein induktiver Wegaufnehmer 23 zugeordnet. Das hier entstehende, der Druckbeaufschlagung der Membrane 12 entsprechende und somit dem Meßwert proportionale elektrische Signal gelangt zur Weiterverarbeitung an einen Trägerfrequenz-Meßverstärker 24. Letzterer ist mit einer Einrichtung 25 zur Umschaltung der Meßempfindlichkeit versehen, ο daß der Meßbereich beispielsweise im Verhältnis 1 : 10 umschaltbar ist.

Dem Trägerfrequenz-Meßverstärker ist ein Analog/Digitalwandler 26 nachgeschaltet. Das Meßergebnis erscheint als digitaler Wert in einem Anzeigefenster 27. Es ist ohne weiteres möglich, die Vorrichtung so einzustellen, daß im Fenster 27 direkt die Anzeige in einer üblichen physikalischen Meßgröße, beispielsweise mWS. erscheint.

Weiterhin ist eine Einrichtung 28 zur Aufzeichnung des digitalen Meßwertes vorgesehen. Es kann sich bei diesem Datenträger um ein Magnetband handeln, welches im Anschluß an die Aufzeichnung sofort in eine Anlage zur Datenverarbeitung gegeben werden kann.

Die vorbeschriebene Vorrichtung ist innerhalb eines Gehäuses 29 angeordnet, welches außenseilig die Kupplungsteile 19, 20 und 22 sowie das Anzeigefenster 27 trägt.

Die iii F i g. 1 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung kann für eine Reihe von Messungen benutzt werden. Bei einer Pegelmessung beispielsweise in einer Brunnenbohrung 30 wird eine rohrförmige Meßleitung 31, die an ihrem unteren Ende mit einer Öffnung 32 versehen ist, an die Leitung 15 bzw. deren Fortsat? 15.-? 15 der Vorrichtung angeschlossen. Dies geschieht über eine Schnellkupplung 33, deren eines Teil 34 am oberen Ende der Meßleitung 31 und deren anderes Teil 19 am Gehäuse 29 des Meßgerätes angebracht ist. An die Abzweigung 21 wird ein Druckgasbehälter 35 angeschlossen. dessen Kupplungsteil 36 mit dem bereits erwähnten Kupplungsteil 22 des Gerätes in Eingriff kommt.

Die Ermittlung des Wasserstandes 37 in der Brunnenbohrung geschieht in der Weise, daß durch Betätigen eines Dosierventils am Druckgasbehälter 35 Gas in die Meßleitung 31 geführt wird. Der Gasüberdruck in der Meßleitung 31 baut sich ab, sobald das Wasser aus der Meßleitung 31 bis auf die Höhe der öffnung 32 durch das Druckgas verdrängt worden ist. Sobald dieser Zustand erreicht worden ist, treten Gasblasen aus der öffnung 32 aus. so daß sich ein Gleichgewicht mit der aus der Meßleitung 31 verdrängten Wassersäule einstellt. Das Vorhandensein dieses Gleichgewichtes ist der Anzeige 27 des Gerätes entnehmbar. Bei Erreichen des Druckgleichgewichtes erfährt die Anzeige keine Änderung mehr. Der damit verbundene Zeitaufwand ist sehr gering. Bei einer Teufe von z. B. 250 m kann das Druckgleichgewicht nach etwa 1,5 min erreicht sein.

Da die Leitung 16 und deren Fortsatz 16a mit der Atmosphäre verbunden bleiben, stellt sich die Membran 12 der Druckmeßdose 11 entsprechend dem in der Meßleitung 31 herrschenden Gasdruck ein. welcher über den Leitungsfortsatz 15a, die Trennniembran 17 und die Leitung 15 und das darin befindliche flüssige Medium übertragen wird. Die Induktivität des Wegaufnehmers 23 wird durch die Verstellung, die die Membran 12 erfährt, verändert. Dies wird zur Erzeugung eines dem Meßwert proportionalen elektrischen Signals benutzt, das zur Weilerverarbeitung an den Trägerfrequenz-Meßverstärker 24 gegeben wird. Nach einer elektronischen Analog-Digital-Wandlung im Wandler 26 ist der Meßwert im Anzeigefenster 27 ablesbar. Er kann darüber hinaus in der Einrichtung 28 gespeichert werden.

Bei Messungen am Venturi-Rohr werden die beiden Enden des Venturi-Rohres an den Leitungsfortsätzen 15a, 16a bzw. den Kupplungsteilen 19 bzw. 20 angeschlossen. An die Abzweigung 21 bzw. deren Kupplungsteil 22 wird bei dieser Messung kein Gerät od. dgl. angeschlossen. Es ist zweckmäßig, das Kupplungsteil 22 — und gegebenenfalls auch die Kupplungsteil 19 und 20 — so auszubilden, daß die ihnen zugeordneten Leitungen jeweils bei Lösen vom zweiten Kupplungsteil selbsttätig verschlossen werden. Dies gilt vorteilhaft auch für die mit den Kupplungsteil 19. 20 und 22 zusammenwirkenden anderen Kupplungsteile beispielsweise an der Meßleitung 31 und dem Druckgasbehälter 35, so daß jeweils mit dem Herstellen und dem Lösen der Verbindung zwischen den zusammenwirkenden Kupplungsteilen zugleich auch die zugeordneten Leitungen durch entsprechende Absperrorgane selbsttätig geöffnet oder geschlossen werden. Im übrigen gilt bei der Messung am Venturi-Rohr, daß beide Leitungsfortsätze 15a, 16a und die Trennmembranen 17, 18 unmittelbar vom Medium beaufschlagt werden. Letzteres ist auch bei Messungen des Brunnenbetriebsdruckes der Fall. Solche Messungen können dann erforderlich sein. wenn die obere Brunnenöffnung unterhalb eines Niveaus liegt, auf welches das Wasser vom Brunnen hinaufgepumpt werden muß. Der Brunnenbetriebsdnick setzt sich dabei im wesentlichen aus dem statischen Druck, der sich aus der Höhendifferenz zwischen Meßstellc und oberem Ende eines anschließenden Steigrohres er gibt und den Reibungsverlusten zusammen. Die Messung wird in der Weise durchgeführt, daß eine Verbindung zwischen der anstehenden Flüssigkeitssäule und dem Leitungsfortsatz 15a bzw. der Kupplung 19 hergestellt wird. Das Meßergebnis wird in der üblichen Weise angezeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserstandes

in Brunnen, Grundwasser-Stellen od. dgl. nach der Perlmethode mit einer innerhalb einer Druckmeßdose angeordneten Membran, der in Abhängigkeit von der Stellung derselben beeinflußbare Meßglieder nachgeschaltet sind, wobei zu beiden Seiten der Membran jeweils eine Leitung in der Dose mündet und die eine Seite der Membran von einem dem Flüssigkeitsstand entsprechenden Druck und die andere Seite von dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels herrschenden Druck beaufschlagbar ist, d a durch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdose (11) gemeinsam mit ihr nachgeschalteten Meßgliedern (23) innerhalb eines tragbaren Gehäuses (29) angeordnet ist und von den außenseitig an der Gehäusewand endenden Leitungen (15a, 16a, 21) wenigstens die mit der im Brunnen od. dgl. vornandene Meßlehung (31) zu verbindende Leitung (15a) mit einer Schnellkupplung (19, 20. 22) versehen ist und zumindest die Meßleitung (31) ein bei Lösen der Kupplung selbsttätig schließendes Absperrorgan aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckmeßdose (11) und den Enden der beiden damit verbundenen Leitungen (15, 16) jeweils eine zusätzliche Trennmembran (17, 18) eingeschaltet ist und der von den Membranen (17, 18) begrenzte Raum mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Leitungen (15) außerhalb des durch Trennmembran (17) und Druckmeßdose (11) begrenzten Leitungsabschnittes (15a) mit einer Abzweigung (21) versehen ist, deren freies Ende (22) mit einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter (35) für Gas verbindbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßglied (23) ein Analog-Digitalwandler(26) nachgeschaltet und diesem eine digitale Anzeigeeinrichtung (27) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandler (26) ein vorzugsweise als Magnetband ausgebildeter Datenspeicher oder integrierter Datenspeicher in MOS-Technik (28) nachgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßglied bzw. dem Trägerfrequenz-Meßverstärker (24) eine Einrichtung (25) zum Umschalten des Meßbereiches zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile (19, 20, 22) der Lei-Hingen bzw. des Abzweigs (15,7, 16a. 21) unterschiedlich ausgebildet sind.