DE3614717A1 - Umkipp-messgeraet mit einem druckfesten gehaeuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umkipp-Meßgerät mit einem druckfesten Gehäuse, einem Meßfühler und einer bei dem Umkippen des Meßgerätes den jeweils gemessenen Wert speichernden Anzeigeeinrichtung.

Zur Erfassung der Temperatur des Tiefseewassers werden seit langer Zeit Tiefsee-Umkippthermometer verwendet. Diese werden mittels besonderer Einrichtungen in den Tiefwasserbereich geführt und bei Erreichen der Wasser­ tiefe, deren Temperatur zu ermitteln ist, gekippt. Durch das Kippen des Thermometers bricht die Quecksil­ bersäule, wodurch die Anzeige des Temperaturwerts an der Meßstelle auch nach Wiedereinholen des Umkipp- Thermometers erhalten bleibt. Derartige Umkipp-Thermo­ meter sind in den PTB Mitteilungen 1964, April, S. 275 beschrieben.

Entsprechend wird unter Verwendung eines ungeschützten Thermometers verfahren, wenn der Wasserdruck ermittelt werden soll.

Die bekannten Umkipp-Meßgeräte haben den Nachteil, daß der ermittelte Meßwert bei versehentlichem nochmaligen Kippen des Gerätes gelöscht wird. Weiter ist die Er­ mittlung des tatsächlichen Meßwerts schwierig: Der angezeigte Meßwert wird mittels besonderer optischer Hilfsinstrumente bei in ein Temperaturbad eingetauchtem Thermometer von diesem abgelesen. Der tatsächliche Meßwert wird sodann aus dem angezeigten Wert über eine Korrekturformel errechnet. Nachteilig ist weiter, daß bei der systembedingten Genauigkeit der für die Praxis geforderte Bereich von -2°C bis +40°C nicht abgedeckt werden kann. Es sind daher Sätze von Thermometer-Meßge­ räten erforderlich, die jeweils nur einen Teilbereich abdecken.

Das Erfassen des Drucks ist noch beträchtlich aufwendi­ ger, da die Meßgröße sowohl temperatur- als auch druck­ abhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umkipp- Meßgerät zu schaffen, welches die genannten Nachteile überwindet, also eine einfache und zuverlässige Ermitt­ lung und Ablesung der Temperatur bzw. des Drucks des umgebenden Tiefseewassers am Ort, an dem die das Meßge­ rät haltende Einrichtung umgekippt wird, ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Aktivierungseinheit mit einer die nachfolgend genannten Komponenten mit Spannung versorgenden Batte­ rie und einem von außen zu betätigenden Magnetschalter, eine Recheneinheit mit Analog/Digital-Wandler und eine Speichereinheit zum Halten eines nach über eine vorge­ gebene Zeitdauer beibehaltenen, mittels eines Quecksil­ berschalters ermittelten Umkipp-Zustands gemessenen Meßwerts vorgesehen ist und die Anzeigeeinrichtung ein LC-Display aufweist.

Der Meßfühler wird bei einer Ausbildung des vorgeschla­ genen Meßgerätes als Thermometer durch einen einen Halbzweig einer elektrischen Widerstandsbrücke bilden­ den Platinwiderstand dargestellt, bei der Ausbildung des Meßgerätes als Druckmesser dagegen durch eine pie­ zo-resistive Meßbrücke.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestal­ tungen dieser Erfindung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in der ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Elektronik des erfindungsgemäßen Meßgeräts bei Ausbil­ dung als Umkipp-Thermometer,

Fig. 2 die vorgeschlagene Ausbildung eines End­ bereichs des das Meßgerät aufnehmenden Glasrohres und einen diesen verschlie­ ßenden Stopfen in einer Querschnittsdar­ stellung.

Fig. 3 eine Ausbildung des den Temperatursensor tragenden Stopfens in verkleinerter Darstellung.

Das von einem druckfesten Glasrohr 30 aufgenommene Um­ kipp-Thermometer weist eine Aktivierungseinheit 10 auf, die mit einer Batterie 12 und einem von außen durch das Gehäuse hindurch zu betätigenden Magnetschalter 14 ver­ sehen ist. Bei Betätigung des Magnetschalters 14 wird die Elektronik des Thermometers aktiviert und die nach­ folgend genannten Komponenten mit Spannung versorgt.

Ein als elektrische Widerstandsmeßbrücke aufgebauter Meßfühler 16 weist einen Platinwiderstand 18 auf, so daß ein temperaturabhängiges Meßsignal erzeugt wird. Dieses Meßsignal wird in einer mit einem Analog/Digi­ tal-Wandler versehenen Recheneinheit linearisiert, wo­ durch ein Signalausgang erzeugt wird, der exakt propor­ tional zu der jeweiligen Temperatur ist.

Eine mit einem Quecksilberschalter 24 versehene Spei­ chereinheit 22 hält den nach über eine vorgegebene Zeitdauer beibehaltenen Umkipp-Zustand gemessenen Tem­ peraturwert. Dieser von der Speichereinheit 22 gehal­ tene Temperaturwert wird schließlich in einer mit einem LC-Display versehenen Anzeigeeinrichtung 26 angezeigt.

Das hier vorgeschlagene Umkipp-Thermometer funktioniert wie folgt: Nach Betätigung des Magnetschalters 14 von außen werden die elektronischen Komponenten 16, 20, 22, 26 von der Batterie 12 mit Spannung versorgt. Die sich über der elektrischen Widerstandsbrücke, die den den eigentlichen Sensor bildenden Platinwiderstand 18 auf­ weist, ausbildende Diagonalspannung wird der Rechenein­ heit 20 zugeführt. Diese führt vor oder nach einer Analog/Digital-Wandlung eine Korrektur durch, die die nicht-lineare Charakteristik des Platinwiderstands 18 korrigiert. Dieser korrigierte Meßwert wird einer Spei­ chereinheit 22 zugeführt, bis der Quecksilberschalter 24 der Speichereinheit 22 durch Umkippen des Thermome­ ters betätigt wird. Wenn dieser Umkipp-Zustand über einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise 10 Sek, erhalten bleibt, wird der zu diesem Zeitpunkt vorlie­ gende Meßwert gespeichert. Der gespeicherte Meßwert wird bei Abfrage auf dem LC-Display 28 der Anzei­ geeinrichtung 26 dargestellt und kann nach Einholen des Thermometers abgelesen werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Rechenein­ heit 20 mit einer Bereichsautomatik versehen, die in einem Temperaturbereich von -2°C bis +19,999°C für eine Auflösung des Meßwerts von 1 mK und im Bereich von 20°C bis 40°C für eine Auflösung von 10 mK sorgt.

Bei der alternativ oder zusätzlich vorgeschlagenen Ausbildung des Geräts als Druckmeßgerät wird statt bzw. zusätzlich zu dem Temperatursensor ein piezo-resistives Element als Drucksensor verwendet.

Das vorgeschlagene Temperaturmeßgerät wird wie folgt bedient:

Nach einmaligem Betätigen des Magnetschalters durch einen Magneten geht das Gerät aus dem Power-down Modus in den Hold Modus über und zeigt im Display außer dem Betriebszustand "Hold" den zuletzt gespeicherten Meßwert an. Nach 10 sec. kehrt es automatisch in den stromsparenden Power-down Modus zurück.

Wird der Magnetschalter während der Hold Anzeigephase erneut betätigt, geht das Gerät in den Continuous Modus über.

Für einen Zeitraum von ca. 60 sec. mißt das Gerät kontinuierlich die Temperatur und zeigt den Wert sofort auf dem Display an; zusätzlich wird der Betriebszustand "CONT" für Continuous angezeigt.

Nach Ablauf der 60 sec. kehrt das Gerät automatisch in den Power-down Modus zurück, wobei der zuletzt gemesse­ ne Wert gespeichert wird und durch erneutes Betätigen des Magnetschalters im Hold Modus abgelesen werden kann.

Wird der Magnetschalter während der Continuousphase erneut betätigt, so geht das Gerät in den Sample Modus über, der sich zuerst ersichtlich im Abschalten des Displays auswirkt. Obwohl sich der Sample Modus äußer­ lich jetzt nicht vom Power-down Modus unterscheidet, ist das Gerät zur Meßwertnahme vorbereitet, die nur durch Kippen (Aktivieren des Quecksilberschalters) ausgelöst werden kann.

Zur Kontrolle, ob sich das Gerät tatsächlich im Sample Modus befindet, kann vor dem Absenken der Magnetschal­ ter aktiviert werden, wobei - während der Aktivierungs­ zeit im Display - außer dem Betriebszustand "Sample" kontinuierlich Meßwerte der Umgebungstemperatur ange­ zeigt werden.

Wird der Magnet vom Magnetschalter entfernt, kehrt das Gerät sofort zum stromsparenden Zustand des Sample Modus zurück.

Kippen des Gerätes von weniger als 10 sec. aktiviert es nun ebenso wie eine erneute Betätigung des Magnetschal­ ters, führt aber nicht zur Abspeicherung eines Meßwer­ tes.

Bleibt das Gerät jedoch länger als 10 sec. gekippt, wird ein Meßwert gespeichert und das Gerät kehrt zum Power-down Modus zurück und kann durch weiteres Kippen nicht mehr aktiviert werden.

Durch Betätigen des Magnetschalters wird das Gerät wieder in den Hold Modus gebracht und der Meßwert kann abgelesen werden.

Wenn sich das Gerät dabei im gekippten Zustand befin­ det, kann vom Hold Modus nicht in den Sample Modus weitergeschaltet werden, d.h. der Meßwert bleibt solan­ ge gegen Überschreiben geschützt.

Der Meßwert ist also gegen Verlust bei erneutem Kippen - insbesondere bei Bergung und Transport des Instrumen­ tes - gesichert.

Die Bedienung des Druckmeßgerätes ist entsprechend, hier allerdings ist ein Continuous-Modus nicht vorgese­ hen.

Weiter kann ein Zeitgeber vorgesehen sein, der zu einem vorgegebenen Zeitpunkt die Speicherung der jeweiligen Meßgröße veranlaßt.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausbildung eines der Me­ tallstopfen 44 und des mit diesem zusammenwirkenden Stirnflächen des Glasrohres. Der Stopfen 44 ist im wesentlichen pilzförmig ausgebildet und im Stielbereich mit einer umlaufenden, einen O-Ring 50 aufnehmenden Nut 52 versehen. Auf den Bereich zwischen Nut und Pilzhut ist ein Ring 54 aufgeschoben, der die Axiallast des Stopfens 44 auf die Stirnfläche des Glasrohres über­ trägt.

Die Stirnfläche des Glasrohres ist torussegmentförmig ausgebildet, die der Stirnfläche des Glasrohres zuge­ wandte Fläche des Ringes 54 ist dazu komplementär aus­ gestaltet. Diese eigenartige Ausbildung von Stirnfläche und Ringfläche bewirkt eine optimale Spannungsver­ teilung im Bereich des Glasrohres von der Stirnfläche bis zu dem O-Ring 50 und verhindert somit einen Bruch des Glasrohres aufgrund der ansonsten auftretenden Zugspannungen.

Der Stopfen 44 ist an seinem inneren Endbereich 56 mit einem Außengewinde versehen, das mit einer Druckmutter 58 schraubt, die in einer Ausnehmung einen elastischen, im Querschnitt rechteckigen Ring 60 trägt. Der Stopfen 44 wird nach Einsetzen in das Glasrohr durch relative Drehung des Stopfens 44 gegenüber der Druckschraube 58 in dem Glasrohr fixiert.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausbildung des Temperatur­ sensorkopfs 40. Dieser ist durch ein in seiner Spitze den Temperatursensor 42 aufnehmendes, sich von dem Stopfen 44 fort erstreckenden Röhrchen 44 ausgebildet, das an seinem dem Stopfen 44 zugewandten Ende mit wenigstens einer Wärmeleitscheibe 46 versehen ist, die der Entkopplung des Wärmeflusses von dem Stopfen 44 zu dem Temperatursensor 42 dient. Das Äquilibrierverhal­ ten kann weiter durch eine weitere, an dem freien Ende des Röhrchens 44 und damit im Bereich des Temperatur­ sensors 42 angeordnete weitere Wärmeleitscheibe 48 verbessert werden.

Der Batteriesatz kann in das Glasrohr eingebracht sein, bevorzugt ist er jedoch in einem der Stopfen angeord­ net, um einen Batteriewechsel ohne Öffnung des Glasroh­ res zu ermöglichen.

Claims (11)

1. Umkipp-Meßgerät mit einem druckfesten Gehäuse, einem Meßfühler und einer bei dem Umkippen des Gerätes den jeweils gemessenen Wert speichernden Anzeigeein­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Aktivierungseinheit (10) mit einer die nach­ folgend genannten Komponenten mit Spannung versorgenden Batterie (12) und einem von außen zu betätigenden Mag­ netschalter (14) vorgesehen ist,
• - eine Recheneinheit (20) mit Analog/Digital-Wandler vorgesehen ist,
• - eine Speichereinheit (22) zum Halten eines nach über eine vorgegebene Zeitdauer beibehaltenen, mittels eines Quecksilberschalters (24) ermittelten Umkipp- Zustands gemessenen Meßwerts vorgesehen ist, und
• - die Anzeigeeinrichtung (26) ein LC-Display (28) aufweist.

2. Umkipp-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßfühler durch einen einen Halbzweig einer elektrischen Widerstandsmeßbrücke (16) bildenden Platinwiderstand (18) dargestellt wird, und die Re­ cheneinheit zur Linearisierung der Charakteristik des Platinwiderstandes (18) ausgebildet ist.

3. Umkipp-Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Recheneinheit (20) mit einer Be­ reichsautomatik versehen ist.

4. Umkipp-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßfühler durch eine piezo-resistive Meßbrücke dargestellt wird.

5. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Tempe­ ratur- als auch ein Drucksensor vorgesehen ist.

6. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber.

7. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) durch ein zylindrisches, beidseitig mittels eines Me­ tallstopfens (44) unter Verwendung eines O-Rings (34) verschlossenes Glasrohr gebildet wird.

8. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pilzförmig ausgebildete Stopfen (44) in seinem unteren Bereich mit einem Außengewinde versehen ist, das mit einer einen elastischen Ring (60) aufnehmenden Druckmutter (58) schraubt.

9. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Meß­ fühler und/oder der Batteriesatz in den beiden Metall­ stopfen (44) angeordnet ist.

10. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (44) auf seiner dem Glasrohr zugewandten Seite mit einer torussegmentförmigen Ausnehmung und die Stirnflächen des Glasrohres mit komplementären Schliffflächen ausge­ bildet sind.

11. Umkipp-Meßgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur­ sensor (42) in einem sich von dem Stopfen (44) fort erstreckenden Röhrchen (44) angeordnet ist, wobei das Röhrchen (44) an seinem dem Stopfen 44 zugewandten Ende mit wenigstens einer ersten Wärmeleitscheibe (46) und eine im Bereich des Temperatursensors (42) angeordnete weitere Wärmeleitscheibe (48) versehen ist.