DE2630829B1

DE2630829B1 - Probe for electrochemical measurement of hydrological parameters

Info

Publication number: DE2630829B1
Application number: DE2630829A
Authority: DE
Inventors: Dierk Mueller; Dieter Roeben; Horst Urban
Original assignee: Norddeutsche Seekabelwerke GmbH
Current assignee: Norddeutsche Seekabelwerke GmbH
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-05-12
Also published as: SE7707673L; DK141217C; DK141217B; NO145740C; NO772418L; FR2357893A1; FR2357893B1; GB1564270A; NO145740B; SE424580B; DK310077A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde mit wenigstens einem Sensor zur elektrochemischen Messung hydrologischer Parameter, insbesondere für den Langzeiteinsatz in offenen Gewässern, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Meßelektronik und einem Sensor.The invention relates to a probe with at least one sensor for electrochemical measurement hydrological parameters, especially for long-term use in open waters, consisting of a housing with measuring electronics and a sensor.

In zunehmendem Maße werden heute Meßgeräte für meerestechnische Aufgaben benötigt Sinn und Zweck dieser Meßgeräte ist es, hydrologische Meßgrößen im Bereich der Küstengewässer, der Flußmündungen und der Binnengewässer kontinuierlich über größere Zeiträume zu erhalten, um insbesondere wirksame Maßnahmen im Rahmen des Umweltschutzes einleiten zu können. An die Meßgeräte in diesen Einsatzgebieten werden große Anforderungen bezüglich der Mechanik und der Korrosionsfestigkeit gestellt. Ein besonderes Problem beim Einsatz dieser Meßgeräte in offenen Gewässern entsteht durch den starken organischen Bewuchs, der vor allem in der warmen Jahreszeit alle nicht mit geeigneten Mitteln geschützten Oberflächen der Meßgeräte innerhalb kürzester Zeit mit einer dicken Schicht überzieht. Eine Wartung zur Reinigung von diesem Bewuchs oder eine eventuell erforderliche Nacheichung bei mangelnder Langzeitstabilität der Meßgeräte ist wegen der damit erforderlichen Bergung der Geräte an die Wasseroberfläche an den meist nur durch Wasserfahrzeuge zugänglichen Meßpunkten umständlich und aufwendig. Durch die Wetterabhängigkeit können solche Wartungseinsätze auf dem Wasser durch ungünstige Wetterperioden, wie z. B. Nebel oder Eisgang erschwert, wenn nicht gar unmöglich gemacht werden. Es wird daher von den Meßgeräten ein möglichst langfristiger und wartungsfreier Einsatz verlangt.Measuring devices for marine engineering tasks are increasingly needed today, meaning and purpose This measuring device is to measure hydrological quantities in the area of coastal waters, the estuaries and to maintain the inland waters continuously over longer periods of time, in particular to take effective measures to be able to initiate in the context of environmental protection. To the measuring devices in these areas of application Great demands are made in terms of mechanics and corrosion resistance. A special Problem with the use of these measuring devices in open waters arises from the strong organic Vegetation on all surfaces that are not protected by suitable means, especially in the warm season which covers the measuring device with a thick layer within a very short time. A maintenance to clean this growth or a possibly necessary re-calibration in the case of insufficient long-term stability of the Measuring devices is mostly only because of the necessary rescue of the devices to the water surface Measuring points accessible by watercraft are cumbersome and time-consuming. Due to the weather dependency such maintenance work on the water can be caused by unfavorable weather periods, such as B. fog or Ice can be made difficult, if not impossible. It is therefore used by the measuring instruments Requires long-term and maintenance-free use.

Für die Messungen in offenen Gewässern sind als Parameter die Leitfähigkeit, die Temperatur, der Druck oder auch der Pegelstand, die Trübung, der Sauerstoffgehalt und der Säuregehalt des Wassers von Interesse. Unabhängig von der Art des Parameters betrifft das Problem des biologischen Bewuchses, z. B. Algen, Seepocken, usw. alle Sonden, die für den Langzeiteinsatz vorgesehen sind. Ein Oberflächenschutzüberzug eines Sensors für Unterwassersonden aus einer elektrisch leitfähigen metallischen Antibewuchslegierung, bei welcher der Überzug die Form einer Vielzahl einzelner voneinander getrennter Inseln besitzt, ist bereits bekannt (DT-AS 21 39 206). Mit Hilfe derartig geschützter Sensoren ist es möglich, einmal die elektrische Leitfähigkeit des Wassers zu messen, in einem anderen Fall die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung des Wassers zu bestimmen.The parameters for measurements in open waters are conductivity, temperature and pressure or the water level, the turbidity, the oxygen content and the acidity of the water are of interest. Regardless of the type of parameter, the problem of biological growth, e.g. B. algae, Barnacles, etc. all probes that are intended for long-term use. A surface protection coating a sensor for underwater probes made of an electrically conductive metallic anti-fouling alloy, in which the coating is in the form of a plurality of discrete islands separated from one another already known (DT-AS 21 39 206). With the help of such protected sensors, it is possible to once the to measure the electrical conductivity of the water, in another case the flow velocity and Determine the direction of flow of the water.

Es ist auch bekannt, Sensoren für Lichtmessungen, wie z. B. Lichtmengen oder Lichtquantenmessungen, oder für Trübungsmessungen oder sonstige optische Messungen, mit einem Oberflächenüberzug aus elektrisch leitfähigen Antibewuchslegierung zu versehen (DT AS 22 03 475).It is also known to use sensors for light measurements, such as e.g. B. quantities of light or light quantum measurements, or for turbidity measurements or other optical measurements, with a surface coating made of electrical conductive anti-fouling alloy (DT AS 22 03 475).

In beiden aufgezeigten Fällen bleiben die schutzüberzugsfreien Stellen zwischen den Inseln bewuchsfrei, womit eine Beeinträchtigung der Messung vermieden wird. Es hat sich nun jedoch herausgestellt, daß man dieses Prinzip nicht für alle Sensoren von Unterwassersonden verwenden kann. Während die vorwiegend optischen Sensoren ohne weiteres mit einer durch die Maßnahmen des Bewuchsschutzes verkleinerten Oberfläche des Meßkopfes betrieben werden können, sind die Meßköpfe bei den vorwiegend mechanischen Sensoren weitgehend von diesen Überzügen freizuhalten, da sonst die Meßergebnisse verfälscht werden können. Außerdem sind diese Sensoren besonders empfindlich gegenüber im Wasser befindlichen Fremdkörpern. In both cases shown, the areas between the islands that are free of protective coating remain free of fouling, thus avoiding impairment of the measurement. However, it has now been found that one this principle cannot be used for all sensors of underwater probes. While the predominantly optical sensors readily with a surface that has been reduced by anti-fouling measures of the measuring head can be operated, the measuring heads are predominantly mechanical To keep sensors largely free of these coatings, otherwise the measurement results will be falsified can. In addition, these sensors are particularly sensitive to foreign bodies in the water.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sonde der eingangs geschilderten Art für den Langzeiteinsatz in offenen Gewässern mit dem Ziel weiterzuentwickeln, den Meßkopf vom biologischen Bewuchs freizuhalten und zu verhindern, daß im Wasser befindliche Fremdkörper in den Bereich des Meßkopfes gelangen oder sich hier sogar festsetzen.The invention is therefore based on the object of providing a probe of the type described above for the Long-term use in open waters with the aim of further developing the measuring head from the biological To keep growth free and to prevent foreign bodies in the water from getting into the area of the measuring head get there or even get stuck here.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor mit seinem die Meßelektroden enthaltenden Meßkopf an dem einen Ende des Gehäuses vorspringend angeordnet ist, so daß zwischen dem Meßkopf und dem anderen, ebenfalls vorspringen-This object is achieved according to the invention in that the sensor with its measuring electrodes containing measuring head is arranged protruding at one end of the housing, so that between the measuring head and the other, also protruding-

den Ende des Gehäuses ein spaltförmiger Raum für die zu untersuchende Flüssigkeit besteht, daß in diesem Raum ein durch einen ebenfalls in dem Gehäuse untergebrachten Motor angetriebenes und mit Flüssigkeitsleitflächen versehenes Laufrad angeordnet ist, so daß im Betrieb eine Anströmung des Meßkopfes und zugleich eine Abweisung von in der Flüssigkeit enthaltenen Fremdkörpern erfolgt, und daß das Laufrad aus einer kupferhaltigen, den biologischen Bewuchs von Laufrad und Meßkopf verhindernden Legierung be- ίο steht.the end of the housing a gap-shaped space for the The liquid to be examined is that in this space a through a likewise in the housing housed motor is arranged driven and provided with liquid guide surfaces impeller, so that during operation a flow against the measuring head and at the same time a rejection of in the liquid Contained foreign bodies takes place, and that the impeller from a copper-containing, the biological growth of There is an alloy preventing the impeller and measuring head.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das motorgetriebene Laufrad eine gegen den Meßkopf gerichtete Flüssigkeitsanströmung erzeugt, womit bereits im Ansatz ein biologischer Bewuchs auf dem Meßkopf und auf dem Laufrad unmöglich gemacht wird, und darüber hinaus Fremdkörper aus dem Bereich des Meßortes abgewiesen werden. Hierbei kommt der toxischen Wirkung des aus einer Kupferlegierung bestehenden Laufrades besondere Bedeutung für den Bewuchsschutz zu.The advantages achieved by the invention are in particular that the motor-driven impeller a flow of liquid directed towards the measuring head is generated, which is already a biological one Growth on the measuring head and on the impeller is made impossible, as well as foreign bodies be rejected from the area of the measuring location. This is where the toxic effect of the comes from a copper alloy existing impeller is of particular importance for the protection against fouling.

Als für die Lösung der Aufgabe förderliche Aus- und Weiterbildungen sind weitere Gestaltungsmerkmale in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.Further design features are in the dependent claims 2 to 5 specified.

Damit werden folgende Vorteile erreicht: Die gegenüberliegende und gering versetzte Anordnung der Achsen von Meßkopf und Laufrad führt zu einem gleichmäßigen Anströmen des Meßkopfes durch die zu messende Flüssigkeit. Durch die Art und Geometrie des Meßkopfes kann es zweckmäßig sein, Meßkopf und Laufrad im rechten Winkel zueinander anzuordnen. Die Form des Laufrades mit wenigstens einer erhabenen archimedischen Spirale führt zu einem Ansaugen der Meßflüssigkeit im Zentrum des Laufrades und einem Abfließen derselben an den Enden der Spirale. Bei einer oder mehreren Spiralen auf dem Laufrad ist stets gewährleistet, daß das Laufrad ausgewuchtet ist, so daß die Lager des Laufrades einer äußerst geringen Abnutzung unterliegen. Die Steckverbindungen zum Anschluß der Sensoren an die Sonde ersparen eine aufwendige Verkabelung. Die Übergänge zwischen der Elektronik der Sonde sind als Standardschnittstelle ausgelegt. Damit ist eine Kompatibilität der Sensoren gegeben und auch eine Integration geeigneter Sensoren möglich.This achieves the following advantages: The opposite and slightly offset arrangement of the The axes of the measuring head and impeller lead to a uniform flow of water onto the measuring head through the measuring liquid. Due to the type and geometry of the measuring head, it may be appropriate to use the measuring head and Arrange the impeller at right angles to each other. The shape of the impeller with at least one raised Archimedean spiral leads to a suction of the measuring liquid in the center of the impeller and a They flow off at the ends of the spiral. There is always one or more spirals on the impeller ensures that the impeller is balanced so that the bearing of the impeller is extremely small Subject to wear and tear. The plug connections for connecting the sensors to the probe save one complex cabling. The transitions between the electronics of the probe are used as a standard interface designed. This ensures compatibility of the sensors and integration of suitable sensors possible.

Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und sind im folgenden näher beschrieben. Es zeigtExemplary embodiments are shown in the drawings and are described in more detail below. It shows

F i g. 1 eine Prinzipskizze einer Sonde in perspektivischer Darstellung,F i g. 1 is a schematic diagram of a probe in a perspective representation,

F i g. 2 eine Prinzipskizze einer anderen Ausführungsform einer Sonde, ebenfalls in perspektivischer Darstellung, F i g. 2 shows a schematic diagram of another embodiment of a probe, also in a perspective illustration,

F i g. 3 ein Laufrad für beide Sondenausführungen in Seitenansicht im Schnitt, F i g. 3a in Draufsicht,F i g. 3 shows an impeller for both probe designs in a side view in section, FIG. 3a in plan view,

Fig.4 eine spezielle Ausführungsform einer Sonde im Ausschnitt und teilweise im Schnitt, wie sie vorzugsweise für Sauerstoffmessungen vorgesehen ist,4 shows a special embodiment of a probe in the cutout and partially in the cut, as it is preferably intended for oxygen measurements,

F i g. 5 eine andere spezielle Ausführungsform einer Sonde im Ausschnitt und teilweise im Schnitt, wie sie vorzugsweise für pH-Messungen vorgesehen ist.F i g. 5 shows another special embodiment of a probe in detail and partially in section, like them is preferably intended for pH measurements.

Nach F i g. 1 besteht die Sonde aus einem Gehäuse 5, das mit einem Sensor 8 steckbar verbunden ist. Gehäuse und Sensor sind derart zueinander angeordnet, daß ein spaltfreier Raum entsteht, in dem sich ein Laufrad 2 und ein Meßkopf 1 unmittelbar gegenüberstehen. Das Laufrad 2 wird von einem im Gehäuse 5 befindlichen Motor 4 angetrieben. Das Laufrad 2 enthält an seiner dem Meßkopf 1 zugewandten Seite wenigstens eine archimedische Spirale 3. Der Meßkopf 1 ist an der dem Laufrad gegenüberliegenden Seite mit einer Membrane 6 abgeschlossen. Das Gehäuse 5 ist außerdem so beschaffen, daß es eine Meßelektronik 7 aufnehmen kann. Bei dieser Sondenausführung verlaufen die Achsen des Meßkopfes und des Laufrades in gleicher Richtung, sind jedoch gegeneinander ein wenig versetzt.According to FIG. 1, the probe consists of a housing 5 which is connected to a sensor 8 in a pluggable manner. casing and sensor are arranged to each other that a gap-free space is created in which an impeller 2 and a measuring head 1 face directly. The impeller 2 is located in the housing 5 by a Motor 4 driven. The impeller 2 contains at least one side facing the measuring head 1 Archimedean spiral 3. The measuring head 1 has a membrane on the side opposite the impeller 6 completed. The housing 5 is also designed in such a way that it can accommodate measuring electronics 7 can. With this type of probe, the axes of the measuring head and the impeller are the same Direction, but are a little offset from one another.

Nach F i g. 2 sind das Laufrad 2 und der Meßkopf 1 im rechten Winkel zueinander angeordnet. Im übrigen gelten die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1.According to FIG. 2, the impeller 2 and the measuring head 1 are arranged at right angles to one another. Furthermore the same reference numerals apply as in FIG. 1.

In F i g. 3 ist ein Laufrad 2 mit zwei archimedischen Spiralen 3 dargestellt. Dieses Laufrad besitzt eine Hohlwelle zum Aufsetzen auf die Welle des Antriebsmotors. In Fig. 3 shows an impeller 2 with two Archimedean spirals 3. This impeller has a Hollow shaft to be placed on the shaft of the drive motor.

F i g. 4 verdeutlicht die Ausführungsform einer Sonde, bei der die Achsen des Meßkopfes 1 und des Laufrades 2 die gleiche Richtung aufweisen, jedoch gegeneinander versetzt sind. Im übrigen haben die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in F i g. 1.F i g. 4 illustrates the embodiment of a probe in which the axes of the measuring head 1 and the impeller 2 have the same direction but are offset from one another. Otherwise, the reference numerals have same meaning as in FIG. 1.

Fig.5 ist eine spezielle Ausführungsform einer Sonde, bei der der Meßkopf 1 parallel zum Gehäuse 5 und damit auch zum Laufrad 2 angeordnet ist. Das Laufrad 2 wird durch eine Anströmöffnung 9 mit der zu messenden Flüssigkeit versorgt, die anschließend durch ein Rohr 10 dem Meßkopf 1 zugeführt wird. Es gelten ansonsten die Bezugszeichen entsprechend F i g. 1.FIG. 5 is a special embodiment of a probe in which the measuring head 1 is parallel to the housing 5 and is thus also arranged to the impeller 2. The impeller 2 is through an inflow opening 9 with the to The liquid to be measured is supplied, which is then fed to the measuring head 1 through a pipe 10. It apply otherwise the reference symbols corresponding to FIG. 1.

Die Wirkungsweise der Sonde ist folgende: Die Sonde kann je nach Aufgabenstellung an schwimmende oder feste Geräteträger montiert werden. Die in der Sonde untergebrachte Elektronikeinheit stellt die Stromversorgung für die Sensoren bereit und prüft von der Zentralstation ausgehende Datenabrufbefehle selektiv auf die angesprochenen Sensoren. Erkennt die Elektronik in dem Abrufbefehl den Code einer der ihr zugeordneten Sensoren, so sorgt sie für die Durchschaltung der Stromversorgung zu den Sensoren für eine relativ kurze Zeit und für die Umwandlung der analogen Meßwertinformation des Sensors in ein für eine Zentralstation bestimmtes störsicheres digitales Ausgangssignal. Die Sonde kann mit mehreren Sensoren bestückt werden, auch sind Sonderausführungen mit Erweiterung in Viererblöcken möglich.The mode of action of the probe is as follows: Depending on the task at hand, the probe can be used to float or fixed device carriers can be installed. The electronics unit housed in the probe provides the Power supply for the sensors ready and selectively checks outgoing data retrieval commands from the central station on the addressed sensors. Recognizes the electronics in the request command the code of one of its assigned sensors, it ensures that the power supply is switched through to the sensors for a relatively short time and for converting the analog measured value information of the sensor into a for one Central station specific interference-free digital output signal. The probe can use multiple sensors can be equipped, special designs with expansion in blocks of four are also possible.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Probe with at least one sensor for the electrochemical measurement of hydrological parameters, especially for long-term use in open waters, consisting of a housing with measuring electronics and a sensor, characterized in that the sensor (8) with its measuring head (1) containing the measuring electrodes at one end of the housing (5) is arranged protruding so that between the measuring head and the other, also protruding At the end of the housing there is a gap-shaped space for the liquid to be examined that in this space is driven by a motor (4) also housed in the housing and provided with liquid guide surfaces impeller (2) is arranged so that a Flow against the measuring head (1) and at the same time a rejection of contained in the liquid Foreign bodies takes place, and that the impeller (2) from a copper-containing, the biological growth of Impeller and measuring head preventing alloy is made.

2. Probe according to claim 1, characterized in that the measuring head (1) of the sensor and the The impeller (2) of the stirrer lie opposite one another, their axes being parallel to one another and are slightly offset from one another (FIG. 1).

3. Probe according to claim 1, characterized in that the measuring head (1) of the sensor and the The impeller (2) of the stirrer are at right angles to each other (Fig. 2).

4. A probe according to claim 2 or 3, characterized in that the impeller (2) on the side facing the measuring head (1) is provided with at least one, but preferably a plurality of Archimedean spirals (3) raised relative to the base of the impeller, with π spirals they are each offset by 360 ° against each other.

5. Probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor or the Sensors are housed in their own housing (8) that is attached to the probe housing (5) is flanged, with watertight plug connections for electrical connection in the flanges the sensors are installed.