DE3208602A1

DE3208602A1 - Pressure sensor for water level measurements

Info

Publication number: DE3208602A1
Application number: DE19823208602
Authority: DE
Inventors: Siegfried R.J. Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 2300 Kiel Fahrentholz
Original assignee: Fahrentholz siegfried Rj dipl-Physdrrernat
Current assignee: Fahrentholz siegfried Rj dipl-Physdrrernat
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1983-09-22

Abstract

Pressure measuring systems suitable for water level measurements have an accuracy of about 10<-5>, but this gradually decreases as a result of encrustation, corrosion, contamination and the like. When the pressure measuring system shown in Figure 1 of the present invention is installed, an air cushion is left intact in front of the membrane and this protects the membrane from salt water. The downwardly directed opening of the inlet pipe system is lined with encrustation-inhibiting material (for example, copper) which is attached in a low-corrosion fashion by electrical insulation.

Description

Drucksensor für WasserstandsmessungenPressure sensor for water level measurements

Beschreibung Wasserstände von Gewässern werden von "Schwimmerpegeln" gemessen. Hierbei befindet sich in einem rohrförmigen Brunnen, der über eine zur Wellendämpfung enge Ausgleichsleitung mit dem äußeren Gewässer verbunden ist, ein Schwimmer, dessen Bewegungen über Drahtseile auf ein Meßwerk übertragen und registriert werden. Description Water levels of bodies of water are determined by "float levels" measured. This is located in a tubular well, which has a to Wave damping narrow compensating line connected with the outer waters, a Swimmer, whose movements are transferred to a measuring mechanism via wire ropes and registered will.

Physikalisch beruht dieses Meßprinzip darauf, daß das Wasser im Schwimmerschacht genauso hoch steigt wie das Sußenwasser, oder anders ausgedrückt, daß das Wasser im Schwimmerschacht so weit hoch steigt, bis der Wasserdruck der Innenwassersäule gleich dem Wasserdruck der Außenwassersäule an der Eintrittsöffnung der Anschlußleitung ist.Physically, this measuring principle is based on the fact that the water in the float shaft just as high as the fresh water, or in other words, that the water in the float shaft rises so high that the water pressure of the inner water column equal to the water pressure of the external water column at the inlet opening of the connection line is.

Dieses bedeutet, daß die Wasserstände auch mit einem Drucksensor ausreichender Empfindlichkeit gemessen werden können.This means that the water levels are sufficient even with a pressure sensor Sensitivity can be measured.

In der Praxis wird für Wasserstandsmeßgeräte eine absolute Genauigkeit von 1 cm gefordert. D. h., daß ein Drucksensor, der ca. 10 m unter der Wasseroberfläche angebracht ist, mit einem absoluten Druck von 2 bar belastet wird ( 1 bar Wasser druck und 1 bar Luftdruck), und Druckänderungen von 1 cm WS = ca. 10 3 bar erfassen können muß.In practice, water level meters have absolute accuracy of 1 cm required. That means that a pressure sensor, which is approx. 10 m below the water surface is attached, is loaded with an absolute pressure of 2 bar (1 bar water pressure and 1 bar air pressure), and pressure changes of 1 cm WS = approx. 10 3 bar must be able to detect.

Heute sind Drucksensoren mit Genauigkeiten bis etwa 10 5 auf dem Markt, mit denen solche Meßgeräte konzipiert werden könnten.Today pressure sensors with accuracies of up to about 10 5 are on the market, with which such measuring devices could be designed.

Beim Einsatz solcher Drucksensoren im freien Wasser hat sich gezeigt, daß diese mit ihrer Genauigkeitsklasse nur relativ kurze Zeit funktionieren und danach mit einer nicht vorhersehbaren Nullpunktsdrift versehen sind.When using such pressure sensors in open water it has been shown that that these only work for a relatively short time with their accuracy class and are then provided with an unforeseeable zero point drift.

Der Grund für diese Erscheinung liegt u. a. darin. daß die der Umwelt ausgestzten Membranen der Meßsysteme durch direkten Bewuchs und Verschmutzungen einerseits und durch Korrosion, Sandschliff u. ä. andererseits Veränderungen unterworfen sind, wodurch die ursprünglich vorhandenen Eigenschaften der Meßsysteme verändert werden.The reason for this phenomenon is inter alia. in this. that of the environment exposed membranes of the measuring systems due to direct growth and contamination on the one hand, and on the other hand subject to changes due to corrosion, sand grinding and the like are, whereby the originally existing properties of the measuring systems changed will.

Eine Methode, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden, besteht darin, daß die Drucksensoren in einer mit Öl - oder einer anderen neutralen Flüssigkeit gefüllten Blase angeordnet sind, die gegen das Wasser durch eine Kunststoffmembran abgeschlossen ist.There is one method of avoiding the disadvantages outlined above in that the pressure sensors are in an oil or other neutral liquid Filled bladder are arranged against the water through a plastic membrane is completed.

Dieses Verfahren führt erfahrungsgemäß nur teilweise zum Erfolg, da die zweite Membran einerseits die Empfindlichkeit und die Temperaturabhängigkeit des Sensorsystems in unkontrollierbarer Weise beeinflußt und andererseits weiterhin bewuchsgefährdet ist.Experience has shown that this process is only partially successful because the second membrane, on the one hand, the sensitivity and the temperature dependence of the sensor system is influenced in an uncontrollable manner and, on the other hand, continues is at risk of fouling.

Die vorliegende Erfindung lt Drucksensor für Wasserstandsm essungen" .stellt ein Verfahren zum Einbau von Drucksensoren dar, bei dem alle vorher beschriebenen Nachteile gelöst sind.The present invention is a pressure sensor for water level measurements " . represents a method for installing pressure sensors in which all previously described Disadvantages are resolved.

Abbildung 1 zeigt den Drucksensor nach der Erfindung, der in einem wasserdichten Gefäß unter der Wasseroberfläche an einem geeigneten Träger befestigt ist. In dem wasserdichten Gefäß 1 ist der Drucksensor 2 unteigabracht, der mitseiner Membran 3 an dem Rohrstück 4 in der Weise befestigt ist, daß der von außen wirkende Druck gemessen werden kann. An dem Meßrohr 4 ist senkrecht nach unten ein Rohrstück 5 angebracht, dessen Länge so bemessen ist, daß beim ins-Wasser-bringen der Meßanordnung vor der Membran eine Luftblase eingesperrt wird, die den gesamten Querschnitt von 4 ausfüllt und damit Wasser oder andere aggressive Flüssigkeiten von der Membran fernhält.Figure 1 shows the pressure sensor according to the invention, which in a watertight vessel attached to a suitable support below the surface of the water is. In the watertight vessel 1, the pressure sensor 2 is placed, with its Membrane 3 is attached to the pipe section 4 in such a way that the acting from the outside Pressure can be measured. On the measuring tube 4 is a piece of pipe vertically downwards 5 attached, the length of which is so dimensioned that when the measuring arrangement is brought into the water an air bubble is trapped in front of the membrane, covering the entire cross-section of 4 fills and thus water or other aggressive liquids from the membrane keep away.

Um den Meßfehler, der durch die Kompression der Luftblase entsteht, möglichst gering zu halten, ist das Meßrohr 4 mit einem Füllkörper 6 ausgefüllt, der nur einen engen- Luftkanal 7 mit geringem Volumen zur Druckmessung freiläßt..To avoid the measurement error caused by the compression of the air bubble, To keep as low as possible, the measuring tube 4 is filled with a filler 6, which only leaves a narrow air duct 7 with a small volume for pressure measurement.

Zur Lösung des Bewuchsproblems einerseits wird die Tatsache ausgenutzt, daß Kupfer und kupferhaltige Legierungen im Wasser nicht bewachsen. Andererseits-muß beachtet werden, daß Kupfer vor allem im Salzwasser in Verbindung mit anderen Metallen starke Krrosionserscheinungen hervorruft.To solve the problem of fouling, on the one hand, the fact is used that copper and alloys containing copper do not overgrowth in water. On the other hand-must It should be noted that copper especially in salt water in connection with other metals causes severe signs of corrosion.

Das Einlaßrohr 5 ist deshalb mit einem Isolierrohr 8 ausgekleidet, in dem von dem übrigen Material elektrisch isoliert ein Kupferrohr 9 angebracht ist, das bis über den Wasserstand 10 im Einlaßrohr reicht, wobei das Isolierrohr außen etwa 5 mm vorsteht.The inlet pipe 5 is therefore lined with an insulating pipe 8, in which a copper tube 9 is attached, electrically insulated from the rest of the material is that extends above the water level 10 in the inlet pipe, the insulating pipe protrudes about 5 mm on the outside.

Länge und Querschnitt der Einlaßrohr-Kombination 5, 8, 9 sind im Verhältnis zum Kanal 7 und dem Kammervolumen 12 des Meßsystems so bemessen, daß bei dem in Frage kommenden Druckbereich von ca. 1 - 5 bar absolut die Kompression des Luftvolumens 13 so klein ist, daß sich der Wasserspiegel 10 im Einlaßrohr um weniger als 1 cm verändert.The length and cross section of the inlet pipe combination 5, 8, 9 are in relation to the channel 7 and the chamber volume 12 of the measuring system so that the in The question of the pressure range of approx. 1 - 5 bar absolute the compression of the air volume 13 is so small that the water level 10 in the inlet pipe is less than 1 cm changes.

Die Vorteile dieser Anordnung liegen u. a. darin, daß der Drucksensor auch unter Wasser gegen Luftdruck arbeitet und daher im Labor unter gleichen Bedingungen getestet und justiert werden kann. Ferner können die druckempfindlichen Teile der Membran nicht durch Ablagerungen, Korrosion oder Bewuchs verändert werden, da diese im Trockenen arbeiten und die mit Kupfer ausgekleidete Einlaßöffnung nach unten gerichtet ist.The advantages of this arrangement are inter alia. in that the pressure sensor also works under water against air pressure and therefore under the same conditions in the laboratory can be tested and adjusted. Furthermore, the pressure-sensitive parts of the Membrane cannot be changed by deposits, corrosion or fouling, as these work in the dry and the copper lined inlet port down is directed.

Da die Luftblase auf dem Wasser schwimmt, kann die zweite Membran zum Abtrennen des Übertragungsmediums entfalien, wodurch eine große Zahl von Fehlermöglichkeiten beseitigt ist.Since the air bubble floats on the water, the second membrane can to separate the transmission medium, which creates a large number of possible errors is eliminated.

Abbildung 2 zeigt eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung.Figure 2 shows another advantageous embodiment of the invention.

Hier ist der Drucksensor senkrecht über der Einlaßöffnung mit der Membran nach unten angeordnet, wobei die Querschnitte der einzelnen Rohrabschnitte entsprechend den vorher beschriebenen Funktionen gewählt sind.Here the pressure sensor is vertically above the inlet opening with the Diaphragm arranged downwards, the cross-sections of the individual pipe sections are selected according to the functions described above.

In einer anderen Ausführung der Erfindung zur weiteren Verkleinerung des Meßfehlers durch die Kompression der Luftblase kann das Meßsystem auch mit einer Blase aus Öl oder einer anderen inerten Flüssigkeit, die leichter als Wasser ist, betrieben werden.In another embodiment of the invention for further downsizing of the measurement error due to the compression of the air bubble, the measurement system can also use a Bladder made of oil or some other inert liquid lighter than water, operate.

In der Praxis werden hier beim Aussetzen des Meßsystems zunächst die Meßrohre mit der Flüssigkeit bLas enfrei gefüllt und verschlossen. Nachdem die Einlaßöffnung unter Wasser ist, wird der Verschluß entfernt. Auch bei dieser Anordnung ist keine zweite Membran als Trennschicht zwischen Wasser und Übertragungsmedium erforderlich, so daß sich hieraus keine Meßfehler ergeben können.In practice, when the measuring system is suspended, the Measuring tubes filled with the liquid bubble-free and sealed. After the inlet port is under water, the cap is removed. Even with this arrangement there is no second membrane required as a separating layer between water and transmission medium, so that no measurement errors can result from this.

Je nach Einsatz des Drucksensors nach der Erfindung erfolgt die elektronische Verarbeitung der Meßwerte mit Speicherung der Daten entweder mit in dem Sensorgehäuse unter Wasser, oder die Daten werden per S.eekabel bzw. per Seekabel und Funkboje zu einer Landstation übertragen und dort verarbeitet.Depending on the use of the pressure sensor according to the invention, the electronic one takes place Processing of the measured values with storage of the data either in the sensor housing under water, or the data is transmitted via submarine cable or submarine cable and radio buoy transferred to a land station and processed there.

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Claims

Pressure sensor for water level measurements Pressure sensor for water level measurements since you r eh marked that the pressure measuring system is not directly with the liquid medium (e.g. salt water) in.

Touch comes in which the pressure is to be measured, but that an inlet pipe system for the liquid medium is placed in front of the pressure measuring system, whose shape and cross-section lock in an air bubble that the pressure measuring system of separates the liquid medium without the need for a further separating membrane.

2) device according to claim 1 characterized in that the bladder in front of the pressure measuring system with other gases or with inert liquids instead of air (e.g. oil) floating on the water is filled.

3) Device according to claim 1 - 2 marked ichnet that the inlet pipe system directed approximately downwards into the separating bladder a copper pipe is lined to reduce corrosion electric is held in isolation, especially when operating in natural waters To suppress fouling and contamination of the inlet pipe system to a large extent.

4) device according to claim3 characterized in that instead of the Material copper other alloys of copper or other materials used which have an anti-fouling effect and are low in corrosion.

5) Device according to claim 3 - 4 dadux ch characterized in that the Inlet opening with an antifouling mesh, fabric, filter, sieve, net, basket or lined with a combination of these arrangements.