DE4423848C2 - Analysengerät zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs von Materie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Analysengerät zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs von Ma­ terie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Analysengeräte werden vor allem bei der Abwasseranaly­ se eingesetzt, um den Sauerstoffverbrauch der im Wasser enthal­ tenen organischen Zellen zu bestimmen. Diese Messung wird auch BSB-Messung genannt (Biologischer Sauerstoff-Bedarf). Bislang bestehen derartige Analysengeräte aus einem Behälter, auf den gasdicht ein Deckel aufgeschraubt wird. Von dem Deckel führt ei­ ne Druckleitung zu einem Quecksilbermanometer, das laufend den Druck anzeigt. Dieses Gerät wird in der Regel in Klimaschränken angeordnet, um eine gleichbleibende Bezugstemperatur zu schaf­ fen, so daß die Errechnung des Sauerstoffbedarfs aus den vom Quecksilbermanometer angezeigten Druckwerten vereinfacht wird. In der Regel besteht ein Analysengerät aus mehreren Behältern, die auf Magnetrührplattformen angeordnet sind, so daß mehrere Proben gleichzeitig analysiert werden können. Die Verwendung von Quecksilbermanometern wird jedoch wegen der Gefährlichkeit des Umgangs mit diesem sehr giftigen Metall zunehmend abgelehnt. Zu­ dem sind die Druckwerte von den Manometern, insbesondere wenn das Gerät etwas weiter unten in einem Klimaschrank angeordnet ist, sehr schwierig abzulesen.

Die DE 75 05 016.7 U1 zeigt ein gattungsgemäßes Gerät zur Mes­ sung des biochemischen Sauerstoffbedarfs, bei welchem in dem Deckel des Gerätes ein Drucksensor angeordnet ist, der mit dem Behälter-Innenraum in Druckverbindung steht. Der Deckel ist in Art einer Überwurfmutter auf den Behälter mit der zu analysie­ renden Probe aufschraubbar. Bei diesem Gerät ist es von Nach­ teil, daß die Meßwerterfassung nach wie vor sehr arbeitsaufwen­ dig ist, da die Meßzyklen in der Regel über einen sehr langen Zeitraum, manchmal bis zu 28 Tagen, verlaufen, und in bestimmten Abständen der aktuelle Druck abgelesen werden muß, was personell mit Schichtbetrieb und Wochendienst verbunden ist.

Eine weitere Einrichtung dieser Art ist in der EP-O 208 949 A2 be­ schrieben. Dort ist in einem Behälterverschluß ein elektrischer Drucksensor angeordnet. In dem Deckel ist zusätzlich eine Belüf­ tungseinrichtung angeordnet. Langzeitmessungen müssen bei diesem Gerät nichtsdestotrotz manuell im Schichtbetrieb durchgeführt werden.

Die DE 92 11 939 U1 zeigt ein Meß- und Diagnosegerät für Ver­ brennungskraftmaschinen, also in einem technisch völlig entfern­ ten Gebiet. Es ist aus dieser Druckschrift ersichtlich, daß man mit Hilfe von rechnergestützten Systemen auch Langzeitmessungen vornehmen kann. Diese Druckschrift gibt dem Fachmann jedoch kei­ ne konkrete Hilfe zur Schaffung eines anwenderfreundlichen Gerä­ tes, das auch Langzeitmessungen mit geringem Personalaufwand er­ möglicht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Analysengerät zu schaf­ fen, das umweltfreundlich, leicht ablesbar und leicht zu handha­ ben ist und Langzeitmessungen mit geringem Personalaufwand er­ möglicht. Zugleich soll das Gerät unempfindlich gegen Verschmut­ zung sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Analysengerät der oben genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Druckmessung, d. h. eine Druckmessung durch einen elektrischen oder elektronischen Sensor vorgenommen, der zusammen mit der gesamten Meßelektronik ein­ schließlich der Meßwertanzeige in dem Deckel des Meßbehälters integriert ist. In dem Deckel sind somit folgende Komponenten integriert: Ein elektrischer Drucksensor, der mit dem Behälter­ innenraum in Druckverbindung steht, eine Meßelektronik, der das Ausgangssignal des Drucksensors zugeführt wird, um einen dem Gasverbrauch proportionalen Wert zu errechnen, eine Tastatur zur Bedienung der Meßelektronik, ein Display zur Anzeige gemessener, errechneter oder gespeicherter Werte und eine Stromversorgung für die Komponenten, vorzugsweise eine Batterie. Diese Komponen­ ten werden in dem Deckel derart angeordnet, daß sie durch die Außenkontur des Deckels gegen Verunreinigung und Eindringen von Flüssigkeit geschützt sind. Die Anzeige erfolgt z. B. mittels ei­ nes LCD oder LED-Displays. Der Drucksensor kann entweder zum Be­ hälterinnenraum offen in dem Deckel angeordnet oder durch eine gasdurchlässige, jedoch wasserabweisende Membran, z. B. PTFE-Mem­ bran, gegenüber dem Behälterinnenraum abgetrennt sein. Auf diese Weise wird eine Verschmutzung des Drucksensors z. B. bei einem Umkippen des Behälters oder starker Schaumbildung vermieden.

Die Vorteile der Erfindung liegen auf der Hand. Es wird ein sehr kompaktes Analysengerät erhalten, das kostengünstig herzustellen ist und mit einem Minimum an apparativem Aufwand eine Bestimmung des Gasverbrauchs von Materie, insbesondere des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB-Wert), ermöglicht. Es sind keine Queck­ silbermanometer mehr vonnöten, so daß das Gerät giftfrei arbei­ tet.

Die Komponenten des Geräts sind in einer kugelförmigen oder el­ lipsoiden Verdickung des Deckels angeordnet, wobei die Verdic­ kung die Außenkontur des als Flasche ausgebildeten Behälters nicht überragen sollte. Auf diese Weise können die Flaschen wei­ terhin so dicht wie möglich nebeneinander angeordnet werden, oh­ ne daß sich die auf die Flaschen aufgesetzten Analysengeräte ge­ genseitig stören.

Vorzugsweise kann das Analysengerät eine Füllstandsonde aufwei­ sen, die eine automatische Messung des Einfüllvolumens ermög­ licht. Die Füllstandsonde kann elektrisch, optisch oder mittels Ultraschall arbeiten. Da das Behältervolumen fest vorgegeben ist, läßt sich der Gasverbrauch direkt errechnen und auf dem Display anzeigen. Eine manuelle Umrechnung ist in diesem Fall nicht mehr notwendig.

Das Gerät kann weiterhin einen Temperatursensor aufweisen, um den Einfluß der Temperatur bzw. Temperaturänderungen auf den Meßwert zu kompensieren.

Das Gerät weist einen Speicher auf, in dem entweder ein fest eingegebener oder der zuletzt ausgegebene Meßwert gespeichert wird, so daß bei einer neuen Messung der neue Messwert zu dem Referenzwert oder dem zuletzt abgerufenen Meßwert in Bezug ge­ setzt werden kann.

Wenn in dem Analysengerät eine interne Uhr (Clock) vorgesehen ist, kann die zeitliche Veränderung der Werte durch die Meßelek­ tronik selbsttätig berücksichtigt werden.

Die Speicher der Meßelektronik können somit zur Speicherung von Parametern, wie Behältervolumen, Einfüllvolumen, Temperatur, Druck und Zeit als auch zur Speicherung gemessener oder vorgege­ bener Werte ausgebildet sein.

Wenn das Gerät über eine insbesondere kontaktlose Schnittstelle verfügt, können die gemessenen und/oder gespeicherten Werte in einen größeren Rechner zur Meßwertaufbereitung und -darstellung überspielt werden.

Der Deckel zur Aufnahme des Geräts besteht, wie bereits ange­ sprochen, aus einer Verdickung am oberen Ende. Die Verdickung kann die Form einer in vertikaler Achse zusammengedrückten Kugel haben. Der Deckel besteht dann vorzugsweise aus zwei Kugelhalb­ schalen, die in einer horizontalen Ebene miteinander verschraubt werden. Im Bereich der einander zugewandten Stirnseiten der Halbschalen ist der Raum für eine Batterie oder einen Akku vor­ gesehen. Die Nahtstelle der beiden Halbschalen kann durch eine O-Ringdichtung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt sein.

Das LCD- bzw. LED-Display ist vorzugsweise derart in dem Deckel angeordnet, daß das Display selbst oder eine durchsichtige Blen­ de des Displays flächig mit der Außenkontur des Deckels ab­ schließen. Die Verschmutzungsanfälligkeit wird hierdurch sehr stark reduziert. Die Tastatur zur Bedienung der Meßelektronik sollte in Form von Tastern vorgesehen werden, die vorzugsweise wie bei einer Folientastatur hermetisch abgeschlossen sind. So­ mit kann weder im Bereich des Displays noch im Bereich der Ta­ statur Flüssigkeit in das Gerät eindringen. Das Gerät ist daher sogar abwaschbar und für den Einsatz in der Abwasseranalyse her­ vorragend geeignet.

Da der Behälter meist Flaschenform hat, ist es vorteilhaft, wenn der Deckel, der auf die Flasche aufschraubbar ist, ebenfalls kreisrund ist, so daß er für ein Auf- und Abschrauben auf die Flasche ergonomisch günstig gestaltet ist.

In einer für unterschiedliche Messungen einsetzbaren Ausfüh­ rungsform der Erfindung kann in dem Deckel ein elektromagnetisch betätigbares Ventil angeordnet sein, das durch die Meßelektronik meßwert- oder zeitabhängig betätigt werden kann, um den Behäl­ terinnenraum mit der Außenatmosphäre oder einem an dem Deckel vorgesehenen Außenanschluß zu verbinden. Auf diese Weise läßt sich ein gesteuerter Druckausgleich des Behälterinnenraums mit Umgebungsluft oder einer Referenzatmosphäre durchführen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schema­ tischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Analysengeräts be­ stehend aus Flasche und aufschraubbaren Meßkopf und

Fig. 2A bis 2C Seitenansichten einer alternativen Ausführungsform eines Meßkopfes zur Verwendung mit der Flasche aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Analysengerät 10 bestehend aus einer Flasche 12 und einem auf die Flasche 12 aufschraubbaren Meßkopf 14. Der Meßkopf 14 besteht aus einem auf die Flasche 12 aufschraubbaren Schraubteil 16, an dessen Oberseite eine Verdickung 18 ausgebil­ det ist, die die Form eine in vertialer Richtung gestauchten Kugel aufweist. In dieser Verdickung 18 sind die elektrischen bzw. die elektronischen Komponenten des Analysengeräts inte­ griert. Die Verdickung 18 besteht aus zwei Halbschalen 20, 22, die an einer Nahtstelle 24 miteinander verschraubbar sind. Im Bereich der oberen Halbschale 20 ist ein Display 26 und zwei Be­ dienungstaster 28, 30 vorgesehen. Das Display 26 schließt mit seiner Außenkontur glatt mit der Außenkontur der oberen Halb­ schale 20 ab. Die Bedienungstaster 28, 30 können leicht über die Außenfläche der oberen Halbschale 20 herausragen, sind jedoch flüssigkeitsdicht abgedichtet, so daß eine Verschmutzung des Ge­ rätes durch den Randbereich der Taster 28, 30 ausgeschlossen ist. Das Display 26 ist leicht nach oben geneigt, was die Ables­ barkeit der auf dem Display dargestellten Meßwerte erleichtert. Im Ausführungsbeispiel wird ein zweistelliges Display verwendet. Die beiden Bedienungstaster können einzeln oder in Kombination zum Starten und Stoppen einer Messung, zum Rücksetzen des Geräts oder zur Anzeige eines Meßwertes verwendet werden. Ebenso lassen sich die Taster 28, 30 zur Speicherung bestimmter Werte benut­ zen. Wenn das Gerät für eine Benutzung in dunklen Räumen vorge­ sehen ist, sollte das Display als LED-Anzeige ausgebildet sein. In dem Gerät ist eine Zeitschaltautomatik (nicht dargestellt) vorgesehen, die die Meßelektronik in einen Ruhezustand zurück­ schaltet, nachdem der Meßwert auf dem Display für eine vorgege­ bene Zeit, z. B. zwischen 10 sec und 1 Minute, angezeigt worden ist. In diesem Ruhezustand werden z. B. nur die Speicher und ge­ gebenenfalls auch Meßerfassungskreise der Meßelektronik mit Strom versorgt, so daß der Meßkopf mit einer Batterie mehrere Jahre betrieben werden kann. Im Bereich der einander zugewandten Stirnseiten der Halbschalen 20, 22 ist ein Fach für die Batterie oder einen Aku angeordnet, so daß für einen Batteriewechsel le­ diglich die Halbschalen aufgeschraubt, die Batterie ausgetauscht und die Schalen wieder zugeschraubt werden müssen. Unter Berück­ sichtigung des geringen Stromverbrauchs, der ein Auswechseln der Batterie lediglich alle paar Jahre erforderlich macht, ist die­ ses Gerät sehr angenehm und einfach in der Handhabung.

Fig. 2A bis 2C zeigen verschiedene Ansichten eines Meßkopfes 32, der weitgehend identisch zum Meßkopf 14 aus Fig. 1 ausgebildet ist. Identische oder funktionsgleiche Teile sind hierbei mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Meßkopf 32 unterscheidet sich vom Meßkopf 14 dadurch, daß auf der oberen Halbschale 20 ein planer Bereich 34 vorgesehen ist, auf dem die Taster 28, 30 und das Display 26 angeordnet sind. Dieser plane Bereich 34 ist in einem Winkel von ungefähr 30° zur Horizontalen nach oben ge­ neigt. Der Meßkopf 32 hat den Vorteil, daß der dichte Abschluß des Displays zur Außenkontur des Meßkopfes einfacher realisier­ bar ist, weil das Display eine plane Außenkontur aufweisen kann. Obwohl im Übergangsbereich von dem planen Bereich 34 zur Außen­ kontur der oberen Halbschale 20 Ecken ausgebildet sind, ist die­ se Ausführungsform des Meßkopfes aufgrund des billigeren Dis­ plays oder der billigeren Displayblende, durch die das Display nach außen hin geschützt wird, günstiger herstellbar. Der Deckel 14, 32 ist vorzugsweise aus möglichst chemikalienbeständigem Kunststoff gefertigt. Er hat sehr geringe kompakte Abmessungen, die ein dichtes Aufstellen der Flaschen nebeneinander gestatten, da der Außenumfang der Meßköpfe 14, 32 nicht über den Außenum­ fang der zugehörigen Flaschen 12 hinausragt. Das Analysengerät ist daher sehr platzsparend und kostengünstig sowohl in der Her­ stellung als auch in der Bedienung und Wartung.

Claims (13)

1. Analysengerät zur Bestimmung des biochemischen Sauer­ stoffbedarfs von Materie, umfassend einen Behälter (12) zur Aufnahme der zu analysierenden Probe und einen Deckel (14, 32) zum gasdichten Abschluß des Behälters (12), in welchem ein Drucksensor angeordnet ist, der mit dem Behälterinnenraum in Druckverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14, 32) eine kugelförmige oder ellipsoide Verdickung (18) aufweist, in der folgende Komponenten integriert sind:

• 1. ein elektrischer Drucksensor,
• 2. eine Meßelektronik, der das Ausgangssignal des Drucksensors zugeführt wird, um einen dem Gasverbrauch (BSB) proportionalen Wert zu errechnen,
• 3. ein Speicher zur Speicherung von Referenzwerten, Parametern oder Meßwerten,
• 4. ein Uhren- oder Zeitmeßbaustein für die Meßelektronik,
• 5. eine Tastatur (28, 30) zur Bedienung der Meßelektronik,
• 6. ein Display (26) zur Anzeige gemessener, errechneter oder ge­ speicherter Werte und/oder eine Schnittstelle zum Datenaustausch, und
• 7. eine Stromversorgung für die Komponenten.

2. Analysengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Deckel (14, 32) eine Füllstandsonde angeordnet ist, die in Richtung auf den Behälterinnenraum gerichtet ist, und daß das ermittelte Füllstandsignal der Meßelektronik zur Errech­ nung eines Meßwertes zugeführt wird.

3. Analysengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Deckel (14, 32) ein elektrischer Temperatursensor an­ geordnet ist, dessen Ausgangssignal der Meßelektronik zugeführt wird.

4. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektronik einen Speicher zur Speicherung eines Meß­ wertverlaufs aufweist.

5. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitautomatik vorgesehen ist, die nach einer durchge­ führten Messung den errechneten Meßwert für eine vorgegebene Zeit auf dem Display anzeigt und danach die Meßelektronik in ei­ ne Ruhestellung schaltet.

6. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) als Flasche und der Deckel (14, 32) als aufschraubbarer (16) Flaschenverschluß ausgebildet sind.

7. Analysengerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14, 32) bezüglich der Flaschenachse rotationssy­ metrisch ausgebildet ist und den Außenumfang der Flasche (12) nicht überragt.

8. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (18) aus zwei dicht miteinander verbindba­ ren Halbschalen (20, 22) besteht, und daß im Bereich der einander zugewandten Stirnflächen der Halbschalen (20, 22) eine Aufnahme für eine Batterie oder einen Akku angeordnet ist.

9. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (26) als zwei- oder dreistelliges LCD- oder LED- Display ausgebildet ist.

10. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (26) mit der Außenkontur des Deckels (14, 32) ab­ schließt.

11. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (26) im Bereich der Deckeloberseite angeordnet ist und schräg nach oben weist.

12. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14, 32) über ein von der Meßelektronik elektroma­ gnetisch betätigbares Ventil verfügt, um den Behälterinnenraum mit der Umgebung oder einem Außenanschluß zu verbinden.

13. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor gegenüber dem Behälterinnenraum durch eine gasdurchlässige wasserabweisende Membran abgetrennt ist.