DE9404367U1 - Measuring probe - Google Patents
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Description
MEßSONDEMEASURING PROBE
Die Erfindung betrifft eine Meßsonde, insbesondere zur Überwachung der Wassergüte, mit einem an eine Meßstelle absenkbaren Sondenkörper zur Aufnahme von Sensoren, die mit einer Signalverarbeitungseinheit verbunden sind.The invention relates to a measuring probe, in particular for monitoring water quality, with a probe body that can be lowered to a measuring point to accommodate sensors that are connected to a signal processing unit.
Derartige Meßsonden werden beispielsweise für die Überwachung des Grundwassers und die Beurteilung des Wasserzustands in ruhenden oder fließenden Gewässern eingesetzt. Sie sind in der Regel mit mehreren Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Parameter bestückt, die eine Aussage über die Wasserqualität liefern. Zu diesen Parametern gehören z.B. der pH-Wert, die Leitfähigkeit, der Sauerstoffgehalt, die Trübung, der Druck und die Temperatur. Bekannte Meßsonden dieser Art sind über ein Verbindungskabel mit einer stationären Meßstation an der Oberfläche verbunden. Dort werden die von der Meßstelle analog nach oben übermittelten Signale verarbeitet und in einer Ausgabeeinheit angezeigt. Diese Meßstation ist jedoch witterungsbedingten Temperaturschwankungen ausgesetzt, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt werden kann. Die analoge Datenübertragung von derSuch measuring probes are used, for example, to monitor groundwater and assess the water condition in still or flowing waters. They are usually equipped with several sensors to record different parameters that provide information about the water quality. These parameters include, for example, the pH value, conductivity, oxygen content, turbidity, pressure and temperature. Known measuring probes of this type are connected to a stationary measuring station on the surface via a connecting cable. There, the analog signals transmitted upwards from the measuring point are processed and displayed in an output unit. However, this measuring station is exposed to weather-related temperature fluctuations, which can affect the measuring accuracy. The analog data transmission from the
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Meßstelle zur Meßstation an der Oberfläche ist anfällig für Spannungsabfalle oder äußere Störeinflüsse auf dem Übertragungsweg, was insbesondere bei Messungen in großen Tiefen zu Signalverfälschungen führen kann. Darüberhinaus muß eine fest installierte Meßstation an der Oberfläche besonders geschützt und gegen einen unbefugten Zugriff gesichert werden. Dennoch treten an diesen Meßstationen immer wieder Beschädigungen durch Vandalismus und dadurch bedingte Störungen bei der Wasserüberwachung auf.The measuring point to the measuring station on the surface is susceptible to voltage drops or external interference on the transmission path, which can lead to signal distortions, especially when measuring at great depths. In addition, a permanently installed measuring station on the surface must be particularly protected and secured against unauthorized access. Nevertheless, damage caused by vandalism and the resulting disruptions to water monitoring still occur at these measuring stations.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegen Störungen besser geschützte Meßsonde zu schaffen, die eine höhere Meßgenauigkeit ermöglicht.The object of the invention is to create a measuring probe that is better protected against interference and enables greater measurement accuracy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalverarbeitungseinheit direkt an bzw. in dem Sondenkörper angeordnet ist und die von den Sensoren ausgegebenen Analogsignale digitalisiert und für eine Auswerteeinheit aufbereitet.This object is achieved according to the invention in that the signal processing unit is arranged directly on or in the probe body and digitizes the analog signals output by the sensors and prepares them for an evaluation unit.
Bei der erfindungsgemäßen Meßsonde wird die gesamte Signal-Verarbeitungseinheit zusammen mit dem Sondenkörper an die Meßstelle abgesenkt. Sie ist dort vor witterungsbedingten Temperaturänderungen und vor unbefugtem Zugriff geschützt. Durch die thermisch stabile Anordnung der Signalverarbeitungseinheit im Sondenkörper und die dort erfolgende Digitalisierung der analogen Ausgangssignale des Sensors ist eine höhere Meßgenauigkeit und verbesserte Übertragung mit geringerer Störempfindlichkeit realisierbar. Im Gegensatz zur analogen Übertragung der Meßsignale, bei der auf dem Übertragungsweg eingestreute Störungen oder Spannungsabfälle zu Signalverfälschungen führen, ist die digitale Übertragung gegen derartige Fehlerquellen unempfindlich.In the measuring probe according to the invention, the entire signal processing unit is lowered to the measuring point together with the probe body. There it is protected from weather-related temperature changes and from unauthorized access. The thermally stable arrangement of the signal processing unit in the probe body and the digitization of the analog output signals of the sensor that takes place there enable greater measurement accuracy and improved transmission with less sensitivity to interference. In contrast to the analog transmission of the measuring signals, in which interference or voltage drops on the transmission path lead to signal distortions, the digital transmission is insensitive to such sources of error.
Von der Signalverarbeitungseinheit werden die durch die Sensoren erfaßten Signale zweckmäßigerweise turnusmäßig eingelesen und entsprechend verarbeitet. Die erfaßten Signale können mit einer Identifikation hinsichtlich der erfaßten Größe, der Meßstelle und des Zeitpunktes der Messung versehen und in einem Speicher abgelegt werden. Ein derartiger Speicher ist vorzugsweise in der Signalverarbeitungseinheit enthalten. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann durch die Signalverarbeitungseinheit ein vorbestimmtes Meßprogramm duchgeführt werden, so daß die Meßgrößen z.B. in einem vorgegebenen Stundenrhythmus, nur einmal pro Tag oder auch in längeren Zeitintervallen ermittelt werden. Durch Ermittlung dieser Meßgrößen über einen längeren Zeitraum läßt sich somit nicht nur der momentane Wasserzustand beurteilen, sondern es können über einen längeren Zeitraum erfaßte Daten gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden.The signals recorded by the sensors are expediently read in by the signal processing unit on a regular basis and processed accordingly. The recorded signals can be provided with an identification with regard to the recorded quantity, the measuring point and the time of the measurement and stored in a memory. Such a memory is preferably contained in the signal processing unit. In a further advantageous embodiment of the invention, the signal processing unit can carry out a predetermined measuring program so that the measured quantities are determined, for example, at a predetermined hourly rhythm, only once a day or at longer time intervals. By determining these measured quantities over a longer period of time, not only can the current water condition be assessed, but data recorded over a longer period of time can be stored and retrieved when required.
Die in der Signalverarbeitungseinrichtung aufbereiteten Daten können zweckmäßigerweise über eine mobile Ausgabeeinheit, wie z.B. einen Laptop, ein Notebook oder einen PC ausgelesen werden, die an ein von der Meßsonde zur Oberfläche führendes Verbindungskabel angeschlossen wird. Anstelle der auffälligen stationären Meßstationen mit den darin fest installierten Auswertegeräten, ist an der Oberfläche nur noch eine Anschlußbuchse erforderlich, die vor unbefugtem Zugriff und Zerstörung leicht geschützt werden kann. Ein derartiger Anschluß kann beispielsweise direkt unterhalb der Abdeckung eines Brunnens oder Grundwasserpegelrohrs vorgesehen werden, so daß es von außen unsichtbar und bei Bedarf dennoch schnell erreichbar ist.The data processed in the signal processing device can be conveniently read out via a mobile output unit, such as a laptop, notebook or PC, which is connected to a connecting cable leading from the measuring probe to the surface. Instead of the conspicuous stationary measuring stations with the evaluation devices permanently installed in them, only a connection socket is required on the surface, which can be easily protected against unauthorized access and destruction. Such a connection can, for example, be provided directly beneath the cover of a well or groundwater level pipe, so that it is invisible from the outside but can still be quickly accessed if necessary.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoren und die Signalverarbeitungseinheit alsIn a particularly expedient embodiment of the invention, the sensors and the signal processing unit are
zusammensteckbare Module ausgebildet und durch eine Schnellverbindung elektrisch miteinander verbunden. Damit ist eine einfache Montage der Meßsonde und deren Demontage bei erforderlicher Wartung oder Auswechslung der Sensoren bzw. Signalverarbeitungseinheit möglich. Die Schnellverbindung zwischen den Sensoren und der Signalverarbeitungseinheit ist in vorteilhafter Weise als Steckverbindung aus Kontaktstiften an den in einem Adapter gehaltenen Sensoren und dazu passenden Buchsen in einem Gehäuse der Signalverarbeitungseinheit ausgebildet. Dadurch wird eine kompakte Modulbauweise ohne Kabelverbindungen erreicht. Um den Eingriff der einander zugehörigen Buchsen und Kontaktstifte beim Zusammenbau der Meßsonde zu erleichtern, können der Adapter und das Gehäuse z.B. durch einen Nockeneingriff am Gehäuse verdrehsicher geführt sein. Dadurch kann sichergestellt werden, daß die in dem Adapter gehaltenen Sensoren und die Signalverarbeitungseinheit nur in einer zueinander passenden Stellung in das Sondenrohr eingesetzt werden können.modules that can be plugged together and are electrically connected to one another by a quick connection. This enables the measuring probe to be easily assembled and disassembled when maintenance or replacement of the sensors or signal processing unit is required. The quick connection between the sensors and the signal processing unit is advantageously designed as a plug connection made up of contact pins on the sensors held in an adapter and matching sockets in a housing of the signal processing unit. This results in a compact modular design without cable connections. In order to facilitate the engagement of the matching sockets and contact pins when assembling the measuring probe, the adapter and the housing can be guided in a rotation-proof manner, for example by a cam engagement on the housing. This ensures that the sensors held in the adapter and the signal processing unit can only be inserted into the probe tube in a position that matches one another.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbexspxels anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further advantages of the invention emerge from the description of a preferred embodiment example based on the drawing. They show:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Meßsonde zur Bestimmung der Wassergüte mit Verbindungskabel und Halterung undFig. 1 a schematic view of a measuring probe for determining water quality with connecting cable and holder and
Fig. 2 eine Schnittansicht der Meßsonde in Fig. 1.Fig. 2 is a sectional view of the measuring probe in Fig. 1.
Die in Fig. 1 gezeigte Meßsonde 1 ist über ein Verbindungskabel 2 mit einer Halterung 3 verbunden, die an der Oberseite einen Haltering 4 trägt. An dem Verbindungskabel 2 kann die Meßsonde beispielsweise in ein Grundwasserpegelrohr bis auf eine vorbestimmte Tiefe in das Grundwasser abgesenktThe measuring probe 1 shown in Fig. 1 is connected via a connecting cable 2 to a holder 3, which has a retaining ring 4 on the top. Using the connecting cable 2 the measuring probe can be lowered into the groundwater, for example, in a groundwater level pipe to a predetermined depth.
und durch den Haltering 4 an der Oberfläche entsprechend befestigt werden. Zum Auslesen der von der Meßsonde 1 über die Verbindungsleitung 2 übermittelten Signale ist an der Halterung 3 ein Anschluß 5 vorgesehen, an den eine mobile Auswerteeinheit, wie z.B. ein PC, ein Laptop, ein Notebook o.a., angeschlossen werden kann.and fastened to the surface using the retaining ring 4. To read the signals transmitted by the measuring probe 1 via the connecting cable 2, a connection 5 is provided on the holder 3, to which a mobile evaluation unit, such as a PC, laptop, notebook or similar, can be connected.
Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, weist die Meßsonde 1 einen hohlzylindrischen Sondenkörper 6 auf, der an seinen beiden Enden fluiddicht verschlossen ist.As can be seen from Fig. 2, the measuring probe 1 has a hollow cylindrical probe body 6 which is fluid-tightly sealed at both ends.
Das hintere Ende des Sondenkörpers 6 wird durch ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 7 verschlossen, das in den Sondenkörper 6 eingesteckt und durch einen hinteren Gewindering 8 an diesem gehalten ist. Am Außenumfang des Gehäuses 7 ist ein Ringbund 9 angeformt, der von dem über das Gehäuse 7 aufgeschobenen Gewindering 8 über einen Dichtungsring 10 an eine Anlagefläche 11 im Inneren des Sondenrohrs 6 angepreßt wird. In dem Gehäuse 7 ist eine Signalverarbeitungseinheit 12 fluiddicht untergebracht. An dem vom Sondenrohr nach hinten vorstehenden Ende des Gehäuses 7 ist ein mit der Signalverarbeitungseinheit 12 elektrisch verbundenes Anschlußteil 13 für das Verbindungskabel 2 zur Stromversorgung und Datenübermittlung angeordnet. Über stirnseitige Anschlußbuchsen 14 an dem in das Sondenrohr 6 ragenden Teil des Gehäuses 7 wird eine elektrische Verbindung zu Sensoren 15 hergestellt.The rear end of the probe body 6 is closed by an essentially cylindrical housing 7, which is inserted into the probe body 6 and held thereto by a rear threaded ring 8. An annular collar 9 is formed on the outer circumference of the housing 7, which is pressed by the threaded ring 8 pushed over the housing 7 via a sealing ring 10 onto a contact surface 11 inside the probe tube 6. A signal processing unit 12 is housed in a fluid-tight manner in the housing 7. At the end of the housing 7 protruding backwards from the probe tube, a connection part 13 for the connecting cable 2 for power supply and data transmission is arranged, which is electrically connected to the signal processing unit 12. An electrical connection to sensors 15 is established via front connection sockets 14 on the part of the housing 7 protruding into the probe tube 6.
Die Sensoren 15 sind in einem im wesentlichen zylindrischen Adapter 16 gehalten, der in die vordere Öffnung des Sondenkörpers 6 eingesteckt und durch einen vorderen Gewindering 17 fixiert ist. In gleicher Weise wie das Gehäuse 7 weist auch der Adapter 16 einen Ringbund 18 auf, der zur abgedichteten Halterung des Adapters 16 im Sondenkörper 6 durchThe sensors 15 are held in a substantially cylindrical adapter 16, which is inserted into the front opening of the probe body 6 and is fixed by a front threaded ring 17. In the same way as the housing 7, the adapter 16 also has an annular collar 18, which is used for the sealed mounting of the adapter 16 in the probe body 6 by
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den vorderen Gewindering 17 über einen Dichtring 19 gegen eine Anlagefläche 20 im Inneren des Sondenkörpers 6 angedrückt wird. Der Adapter 16 weist Durchgangsöffnungen 21 auf, in welche die Sensoren 15 derart eingesteckt sind, daß ihr vorderer Sensorkopf 22 gegenüber der vorderen Stirnfläche des Adapters 16 vorsteht. Zur axialen Sicherung der Sensoren 15 im Adapter 16 weisen die Durchgangsbohrungen einen inneren Absatz 24 auf, an den ein verbreitertes Mittelteil 23 des Sensors 15 von einer an der Rückseite des Adapters 16 angeschraubten Halteplatte 25 angedrückt wird. Zur Abdichtung sind zwischen den Sensoren 15 und dem Adapter 16 Dichtungsringe 26 vorgesehen. Die hinteren Enden der Sensoren 15 sind als Kontaktstifte 27 ausgebildet, die in die Buchsen 14 des Gehäuses 7 eingreifen.the front threaded ring 17 is pressed against a contact surface 20 inside the probe body 6 via a sealing ring 19. The adapter 16 has through holes 21 into which the sensors 15 are inserted in such a way that their front sensor head 22 protrudes from the front face of the adapter 16. To axially secure the sensors 15 in the adapter 16, the through holes have an inner shoulder 24, against which a widened middle part 23 of the sensor 15 is pressed by a holding plate 25 screwed to the back of the adapter 16. Sealing rings 26 are provided between the sensors 15 and the adapter 16 for sealing. The rear ends of the sensors 15 are designed as contact pins 27 which engage in the sockets 14 of the housing 7.
An dem Adapter 16 ist über einen Steg 28 ein vorderes Halteteil 29 befestigt, über das ein Schutzkorb 3 0 auf den vorderen Gewindering 17 aufgesteckt ist. Der Schutzkorb 29 weist Öffnungen auf, durch welche das zu untersuchende Wasser zu den Sensorköpfen 21 gelangen kann. An dem Halteteil 29 ist ein motorisch betriebenes Flügelrad 31 befestigt, durch das für bestimmte Sensoren, wie z.B. einen Sauerstoffsensor, eine Anströmung des Sensorkopfs erzeugt werden kann, um so eine Ablagerung von in Wasser gelösten Fremdstoffen zu verhindern und eine Versorgung der Meßstelle mit frischem Untersuchungswasser zu gewährleisten. Die Stromversorgung für den Antriebsmotor des Flügelrads 31 erfolgt über eine elektrische Verbindung durch das Halteteil 28 und den Verbindungssteg 29 zu einem mittigen Kontaktstift 32, der in eine entsprechende Buchse des Gehäuses 7 eingreift. A front holding part 29 is attached to the adapter 16 via a web 28, over which a protective basket 30 is placed on the front threaded ring 17. The protective basket 29 has openings through which the water to be examined can reach the sensor heads 21. A motor-driven impeller 31 is attached to the holding part 29, through which a flow can be generated on the sensor head for certain sensors, such as an oxygen sensor, in order to prevent the deposit of foreign substances dissolved in water and to ensure that the measuring point is supplied with fresh test water. The power supply for the drive motor of the impeller 31 is provided via an electrical connection through the holding part 28 and the connecting web 29 to a central contact pin 32, which engages in a corresponding socket in the housing 7.
In das Halteteil 29 ist eine Verriegelungsschraube 33 für den Schutzkorb 29 eingeschraubt. Sie weist einen äußerenA locking screw 33 for the protective cage 29 is screwed into the holding part 29. It has an external
Zapfen 34 auf, der mit einer entsprechenden Bohrung im Schutzkorb 30 zusammenwirkt. Durch Einschrauben der Verriegelungsschraube 33 in das Halteteil 29 kann die Verriegelung gelöst werden, wobei die Verriegelungsschraube 33 verliersicher gehalten ist. Durch Abziehen des Schutzkorbs 3 0 werden die Sensorköpfe 22 der Sensoren 15 und das motorisch betriebene Flügelrad 31 zugänglich und können bei Bedarf gereinigt werden. Bei größeren Wartungsarbeiten der Sensoren 15 bzw. deren Austausch kann der vordere Gewindering 17 einfach abgeschraubt werden, wodurch der Adapter 16 zusammen mit den Sensoren 15 herausgezogen werden kann. Bei Bedarf kann auch das Gehäuse 7 mit der darin enthaltenen Signalverarbeitungseinheit 11 durch Abschrauben des hinteren Gewinderings 8 auf einfache Weise ausgewechselt werden.Pin 34, which interacts with a corresponding hole in the protective cage 30. The lock can be released by screwing the locking screw 33 into the holding part 29, whereby the locking screw 33 is held captive. By removing the protective cage 30, the sensor heads 22 of the sensors 15 and the motor-driven impeller 31 are accessible and can be cleaned if necessary. For major maintenance work on the sensors 15 or their replacement, the front threaded ring 17 can simply be unscrewed, whereby the adapter 16 can be pulled out together with the sensors 15. If necessary, the housing 7 with the signal processing unit 11 contained therein can also be easily replaced by unscrewing the rear threaded ring 8.
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