DE2624009A1 - Vorrichtung zum messen des abstandes der oberflaeche eines elektrisch leitfaehigen mediums von einem oberhalb dieser oberflaeche angeordneten beobachtungspunkt - Google Patents

Vorrichtung zum messen des abstandes der oberflaeche eines elektrisch leitfaehigen mediums von einem oberhalb dieser oberflaeche angeordneten beobachtungspunkt

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PFENNING - MAAS ■ SEILER - MEINIG · LEMKE fPOiT
PATENTANWÄLTE
BERLIN · MÜNCHFN · AUGSRURG 2624009
J Pfenning. Drpl -Ing Berlin
*? Dr I. M,ias. Dip! -CheipMuicinchGn
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Vorrichtung zum Messen des Abstandes der Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Mediums von eine oberhalb dieser Oberfläche angeordneten Beobachtungspunkt
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Abstandes der Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Mediums von eine oberhalb dieser Oberfläche angeordneten Beobachtungspunkt, insbesondere des Wasserspiegels eines Brunnens vom Brunnenrand, mit einer Bandtrommel, auf welcher ab- und aufwickelbar ein Längenmeßband od.dergl. angeordnet ist, einem an der Bandtrommel vorgesehenen Signalgeber und einer am freien Ende des Längenmeßbandes angeordneten Kontaktsonde, die bei Berühren der Oberfläche über einen elektronischen Schalter einen Versorgungsstromkreis schließt und den Signalgeber zur Abgabe eines Signals veranlaßt.
Es ist eine Vorrichtung dieser Bauart unter der Bezeichnung Kabellichtlot bekannt, bei welcher zur Messung das Längenmeßband bzw. das. Kabel, welches mit einer Zentimetereinteilung versehen ist, von der Trommel abgewickelt wird, was bei größeren Längen (es werden auch Längen bis zu 5oo m benötigt) einige Zeit braucht. Als Signal-
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geber ist eine Lampe vorgesehen, welche aufleuchtet, sobald die Kontaktsonde mit ihrer Abtastspitze die Wasseroberflache berührt und dadurch den Anzeigestromkreis schließt. Derartige Kabellichtlote werden insbesondere zur indirekten Grundwasserstandsmessung in Beobachtungsbrunnen benötigt. Beim Aufleuchten der Lampe wird die Zentimetereinteilung auf dem Kabel bzw. Meßband abgelesen und damit der Abstand des Brunnenrands von der Wasseroberfläche gemessen, woraus sich der Wasserstand im Brunnen ermitteln läßt.
Neben dem Wasserstand ist auch die Temperatur des Brunnenwassers von Interesse. Bei der Temperaturmessung werden einerseits sogenannte Schöpfthermometer verwendet, die jedoch bei großen Tiefen zu ungenau sind, da sich die Temperatur des verwendeten z.B. Quecksilberthermometers während des Herausziehens aus z.B. 1oo m Tiefe verändert. Andererseits werden auch elektrische Thermometer benutzt, diese sind jedoch sehr teuer, so daß sie nicht in größerem Umfang zum Einsatz kommen. Darüberhinaus sind die aufeinanderfolgenden Messungen des Wasserstandes und der Wassertemperatur insofern mühsam, als nacheinander zwei Sonden z.B. 1oo oder gar 5oo m hinabgelassen werden müssen, ganz abgesehen vom Zeitaufwand. Darüberhinaus muß die die Messungen vornehmende Person zwei Geräte mit sich tragen, was insbesondere bei unwegsamem Gelände (Weidezäune od.dergl.) hinderlich ist; bekanntlich liegen die Beobachtungsbrunnen häufig in ländlichen Gegenden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Vorrichtung der eingangs genannten Bauart derart weiter auszubilden, daß sie gleichzeitig auch für eine Temperaturmessung herangezogen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktsonde als Meßsonde mit einem Temperaturwiderstand ausgerüstet ist, welcher mit einem ein Potentiometer od.dergl.
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Teil einer Brückenschaltung zur Ausmessung des Temperatur-Widerstandes ist, daß zwei alternativ ansteuerbare Signalgeber vorgesehen sind und daß die Brückenschaltung derart^'zu einer Meß- und Anzeigeelektronik ausgebildet ist, daß bei einem mittels des Potentiometers vorgenommenen Brückenabgleich ein Wechsel der Signalgabe von einem zum anderen Signalgeber erfolgt.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung braucht somit nur noch eine einzige Sonde bis zur Wasseroberfläche des Tiefbrunnens hinabgelassen zu werden, um anschließend sowohl den Wasserstand als auch die Wassertemperatur ermitteln zu können, was einen erheblichen Vorteil hinsichtlich Verringerung des Aufwandes und Vergrößerung der Bequemlichkeit mit sich bringt.
Zweckmäßig weist der Temperaturwiderstand eine lineare Temperaturabhängigkeit auf. Dies vereinfacht die Temperaturanzeige wesentlich. Ferner läßt sich der Temperaturwiderstand in einem in der Meßsonde angeordneten Metallröhrchen od.dergl. einkapseln, um ihn vor Beschädigungen zu schützen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Potentiometer mittels einer von Hand betätigbaren Skalenscheibe einstellbar, die eine Gradeinteilung aufweist und mit einem stationären Markierungsstrich zusammenarbeitet. Zweckmäßig sind die Skalenscheibe und der Markierungsstrich an einer Stirnseite der Bandtrommel angeordnet. Dreht man an der Skalenscheibe solange, bis ein Wechsel der Signalgabe von einem zum anderen Signalgeber erfolgt, dann läßt sich auf der Skala unmittelbar die Temperatur in Grad ablesen, z.B. Grad Celsius. Als Signalgeber haben sich zwei Lampen bewährt.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen sind im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. ,
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(ο
Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt;
Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A in Fig. 1 des oberen Teils der Vorrichtung;
Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 4 ein Schaltbild der Elektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Bandtrommel 1 gezeigt, die auf einer Achse 2 in einem tragbaren Gestell mit einem Handgriff 4 drehbar gelagert ist. Das Gestell 4 kann an seiner Unterseite eine im wesentlichen U-förmige Stütze 5 aufweisen, mittels dessen es sich beispielsweise auf einem Brunnenrand absetzen läßt.
Auf der Bandtrommel 1 ist ab- und aufwickelbar ein Längenmeßband bei 7 befestigt. Das entsprechende Drehen der Bandtrommel 1 erfolgt mittels eines drehbar angeordneten Kurbelknopfes 8. An der Bandtrommel 1 sind ferner zwei Signalgeber 9 und 15 angeordnet, die mit einer am freien Ende des Längenmeßbandes 6 angeordneten Kontaktsonde 1o über eine weiter unten noch näher zu erläuternde elektronische Schaltung verbunden sind. Die Kontaktsonde 1o schließt bei Berühren der nicht gezeigten Oberfläche, beispielsweise des Wasserspiegels eines Beobachtungsbrunnens, über einen elektronischen Schalter 11 einen VersorgungsStromkreis, der einen der Signalgeber 9 oder 15 zur Abgabe eines Signals veranlaßt. Das Schließen des VersorgungsStromkreises erfolgt, sobald eine Kontaktspitze 1o' das Wasser berührt. Eine äußere Schutzhülse 1ο11 bildet dabei das andere Leitungsende, das bereits vorher in das Wasser eingetaucht ist, derart, daß ein Strom zwischen der Kontaktspitze 1o' und der Schutzhülse 1ofI fließen'kann, sobald das Wasser eine überbrückung beider Leitungsenden bildet. AusStromersparnisgründen legt der elektronische Schalter 11 erst in diesem Augenblick ^e Nie.\r<bCK c. vin c^aCi rviung an. Um den Wasser-
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zutritt zur Kontaktspitze 1ο1 zu erleichtern, weist die Schutzhülse 1o" mindestens zwei seitliche Durchbrechungen 25 in Höhe der Kontaktspitze I01 auf. Die Stromversorgung wird beispielsweise durch Batterien 12 sichergestellt.
Erfindungsgemäß ist die Kontaktsonde 1o als Meßsonde mit einem Temperaturwiderstand 13 ausgerüstet, wobei dieser Temperaturwiderstand 13 und ein Potentiometer 14 Teile einer Brückenschaltung zur Ausmessung des Temperaturwiderstands 13 sind. Ferner sind die beiden Signalgeber 9 und 15 alternativ ansteuerbar; darüberhinaus ist die Brückenschaltung derart zu einer Meß- und Anzeigeelektronik 16 (Fig. 4) ausgebildet, daß bei einem mittels des Potentiometers 14 vorgenommenen Brückenabgleich ein Wechsel der Signalgabe von einem zum anderen Signalgeber 9 bzw. 15 erfolgt.
Die Meß- und Anzeigeelektronik 16 ist mit dem elektronischen Schalter 11 in einer elektronischen Baugruppe 17 (Fig. 1) integriert, die ebenso wie das zur Meß- und Anzeigeelektronik 16 gehörende Potentiometer 14 und die Batterien 12 im Inneren der Bandtrommel 1 angeordnet sind.
Der Temperaturwiderstand 13 weist zweckmäßig eine lineare Temperaturabhängigkeit auf und läßt sich darüberhinaus in einem in der Meßsonde bzw. Kontaktsonde 1o angeordneten, die Kontaktspitze I01 bildenden Metallröhrchen 18 od.dergl. einkapseln, um gegen Verunreinigungen und Beschädigungen geschützt zu sein. Der Temperaturwiderstand kann in bekannter Weise von einem Thermistorpaar, das zweckmäßig in der Kontaktspitze I01 angeordnet ist, und einem Linearisierungsnetzwerk gebildet sein.
Bei dem gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Potentiometer 14 mittels einer von Hand betätigbaren Skalenscheibe 19 einstellbar, die eine Gradeinteilung 2o (Fig. 3) aufweist und mit einem stationären Markierungsstrich 21 zusammenarbeitet. Wie man leicht entnimmt, sind die Skalenscheibe 19 und der Markierungsstrich 21 an der freien Stirnseite 22 der Bandtrommel 1 angeordnet. Da bei der gezeigten
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Ausführungsform die Skalenscheibe 19 zum größten Teil von einer Kappe 26 abgedeckt ist7 die einen bogenförmigen Beobachtungsspalt 27 aufweist, ist der Markierungsstrich 21 auf dieser'. Abdeckplatte 26 angeordnet. Die Abdeckkappe ist, wie besonders deutlich aus Fig. 2 zu entnehmen ist, an ihrer Unterseite längs einer Sekante 28 abgeschnitten, um den unteren Rand der Skalenscheibe 19 freizugeben, derart, daß diese von Hand gedreht werden kann.
Vorzugsweise sind die beiden Signalgeber 9, 15 zwei Lampen 23, 24. Es versteht sich, daß die Signalgeber gegebenenfalls auch akustisch ausgebildet sein können.
Die Meß- und Anzeigeelektronik 16, zu der auch die Brückenschaltung und damit der Temperaturwiderstand 13 gehören, weist einen Komparator 28 zum Prüfen des Vorzeichens der Spannung der Brückendiagonale und zum Ansteuern der entsprechenden Lampe 23 bzw. 24 auf. Ferner ist in der Meß- und Anzeigeelektronik 16 ein invertierender Verstärker 29 vorgesehen, der dafür sorgt, daß die eine Lampe genau dann aufleuchtet, wenn die andere Lampe erlischt.
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert:
Zunächst wird die Kontakt- bzw. Meßsonde 1o an dem Längenmeßband von der Bandtrommel 1 abgespült und damit in die Tiefe gelassen, bis eine der beiden Lampen 23 bzw. 24 aufleuchtet. Dies bedeutet, daß die Kontaktspitze 1ο1 beispielsweise die Wasseroberfläche eines Brunnens berührt hat. Der Abstand bis zur Oberfläche des Wassers bzw. Wasserspiegel kann nun auf dem Längenmeßband abgelesen werden, das im übrigen die erforderlichen Leitungen zwischen Meßsonde 1 ο und Meß- und Anzeigeelektronik 16 . trägt.
Sobald die Kontaktspitze 1o' die Wasseroberfläche berührt, fließt von ihr über eine Leitung a ein Strom über den endlichen Widerstand 3o (Fig. 4) des Wassers zur bereits vorher eingetauchten
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Schutzhülse 1ο1' aus leitfähigem Material. Die Schutzhülse 1o!I ist über eine Leitung f mit dem einen Pol der Batterie 12 verbunden.
Durch diesen Strom wird der elektronische Schalter 11 in der Weise geschlossen, daß die Versorgungsspannung über zwei weitere Leitungen b und c niederohmig an die Meß- und Anzeigeelektronik 16 gelegt wird. Das Aufleuchten der Lampe 23 oder der Lampe 24 zeigt an, daß dies erfolgt ist. Wird die Meßsonde 1o wieder aus dem Wasser herausgezogen, schaltet der elektronische Schalter 11 die erfindungsgemäße Vorrichtung selbsttätig ab,so daß auch aus Unachtsamkeit kein unnötiger Stromverbrauch eintreten kann, so daß die eingesetzten Batterien bzw. die Stromversorgung 12 die Vorrichtung besonders lange funktionsfähig halten.
Um nun zusätzlich die Temperatur zu messen, wird der Widerstand des Potentiometers 14 durch ein Drehen an der Skalenscheibe 19 solange verändert, bis ein Brückenabgleich hergestellt ist. Der eingetretene Brückenabgleich wird durch einen Wechsel im Aufleuchten der Lampen 23 und 24 angezeigt, d.h., die Lampe 24 erlischt und die Lampe 23 leuchtet auf, bzw. umgekehrt.
Der Wechsel im Aufleuchten der Lampen wird dadurch erreicht, daß der Komparator 28 die Spannung der Brückendiagonale auf ihr Vorzeichen prüft und die Lampe entsprechend ansteuert. Da auch noch der invertierende Verstärker 29 vorgesehen ist, kann der Abgleich der Brücke sehr empfindlich eingestellt werden, nachdem die eine Lampe genau dann aufleuchtet, wenn die andere Lampe dunkel wird.
Ist der Abgleich eingestellt, dann kann auf der Skalenscheibe 19 am Markierungsstrich 21 anhand der Einteilung 2o die Temperatur sehr genau abgelesen werden. Bei der gezeigten Ausführungsform entspricht ein Teilungsintervall jeweils o,l° C.
Es versteht sich, daß es nicht erforderlich ist, die Temperatur lediglich an der Wasseroberfläche zu messen, daß es vielmehr möglich ist, die Sonde beliebig weit, gegebenenfalls bis zum Grunde
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des Brunnens abzulassen und dort die Temperatur zu messen. Es lassen sich somit verschiedene Meßpunkte in unterschiedlichen Wassertiefen ansteuern.
Zum Ausmessen des Temperaturwiderstandes 13 wird vorzugsweise eine 3-Leiterschaltung verwendet, damit insbesondere bei großen Kabel- bzw. Bandlängen die mit der Temperatur veränderlichen Widerstände der am Längenmeßband angeordneten Zuleitungen sich in der Brückenschaltung kompensieren. Für kleinere Zuleitungslängen ist aber durchaus eine Messung des Temperaturwiderstandes 13 in 2-Leiterschaltung möglich, die beiden Leitungen e und f (Fig. 4) würden dann zusammengefaßt werden. Das Längenmeßband hätte damit drei Leiter. Würde man in diesem Fall das Längenmeßband selber, das zweckmäßig aus Stahl besteht, um besonders elastisch und dehnungsfrei zu sein, als Leiter a verwenden, so ließe sich die Erfindung auch dann verwirklichen, wenn außer dem Stahlband am Längenmeßband zwei weitere elektrische Leiter isoliert angeordnet sind.
Das Längenmeßband ist zweckmäßig derart ausgebildet, daß zwischen der Meßsonde 1o und der Meß- und Anzeigeelektronik 16 bzw. dem elektronischen Schalter 11 auf der Rückseite des Längenmeßbandes in Längsrichtung isoliert befestigte, einzelne Leiterstränge vorgesehen sind. Dabei hat sich das Einbringen von lackisolierten Kupferdrähten in einen auf ein Stahlband aufgebrachten Überzug bewährt.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche 2674009
    .) Vorrichtung zum Messen des Abstandes der Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Mediums von einer oberhalb diener Oberfläche angeordneten Beobachtungspunkt, insbesondere des Wasserspeigels eines Brunnens vom Brunnenrand, mit einer Bandtrommel, auf welche ab- und aufwickelbar ein Längenmeßband od.dergl. angeordnet ist, einem an der Bandtrommel vorgesehenen Signalgeber und einer am freien Ende des Längenmeßbandes angeordneten Kontaktsonde, die bei Berühren der Oberfläche über einen elektronischen Schalter einen Versorgungsstromkreis schließt und den Signalgeber zur Abgabe eines Signals veranlaßt, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktsonde (1o) als Meßsonde mit einem Temperaturwiderstand (13) ausgerüstet ist, welcher mit einem Potentiometer (14) od.dergl. Teil einer Brückenschaltung zur Ausmessung des Temperaturwiderstands ist, daß zwei alternativ ansteuerbare Signalgeber (9, 15) vorgesehen sind und daß die Brückenschaltung derart zu einer Meß- und Anzeigeelektronik (16) ausgebildet ist, daß bei einem mittels des Potentiometers vorgenommenen Brückenabgleich ein Wechsel der Signalgabe von einem zum anderen Signalgeber (9 bzw. 15) erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturwiderstand (13) eine lineare Temperaturabhängigkeit aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturwiderstand (13) in einem in der Meßsonde (1o) angeordneten Metallröhrchen (18) od.dgl. eingekapselt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch " gekennzeichnet , daß das Potentiometer (14) mittels einer von Hand betätigbaren Skalenscheibe (19) einstellbar ist, die eine Gradeinteilung (2o) aufweist und mit ,einem stationären Markierungsstrich (21) zusammenarbeitet.
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    I 2674009
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Skalenscheibe (19) und der Markierungsstrich (21) an einer Stirnseite (22) der Band^ trommel (1) angeordnet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Signalgeber (9, 15) zwei Lampen (23, 24) sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Meß und Anzeigeelektronik (16) einen Komparator (28) zum Prüfen des Vorzeichens der Spannung der Brückendiagonale und zum Ansteuern der entsprechenden Lampe (23, 24) aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß in der Meß- und Anzeigeelektronik (16) ein invertierender Verstärker (29) vorgesehen ist, der dafür sorgt, daß die eine Lampe genau dann aufleuchtet, wenn die andere Lampe verlischt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zum Ausmessen des Temperaturwiderstands (13) aus Kompensationsgründen eine 3-Leiterschaltung (d, e, f) verwendet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Meß- und Anzeigeelektronik (16) einschließlich Signalgebern (9, 15) und Stromversorgung (12) in der Bandtrommel (1) angeordnet sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch ■ gekennzeichnet , daß die elektrische Verbindung zwischen der Meßsonde (1o) und der Meß- und Anzeigeelektronik (16) aus auf der Rückseite des Längenmeßbandes (6) in Längsrichtung isoliert befestigten einzelnen Leitersträngen
    (31) besteht.
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