DE3208602A1

DE3208602A1 - Drucksensor fuer wasserstandsmessungen

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

Description

Drucksensor für Wasserstandsmessungen
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.
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.
Dieses bedeutet, daß die Wasserstände auch mit einem Drucksensor ausreichender Empfindlichkeit gemessen werden können.
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.
Heute sind Drucksensoren mit Genauigkeiten bis etwa 10 5 auf dem Markt, mit denen solche Meßgeräte konzipiert werden könnten.
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.
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.
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.
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.
Die vorliegende Erfindung lt Drucksensor für Wasserstandsm essungen" .stellt ein Verfahren zum Einbau von Drucksensoren dar, bei dem alle vorher beschriebenen Nachteile gelöst sind.
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.
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..
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.
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.
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.
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.
Da die Luftblase auf dem Wasser schwimmt, kann die zweite Membran zum Abtrennen des Übertragungsmediums entfalien, wodurch eine große Zahl von Fehlermöglichkeiten beseitigt ist.
Abbildung 2 zeigt eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung.
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.
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 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.
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.
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Claims

Drucksensor für Wasserstandsmessungen Patentansprüche Drucksensor für Wasserstandsmessungen da du r eh gekennzeichnet, daß das Druckmeßsystem nicht direkt mit dem flüssigen Medium (z. Bsp. Salzwasser) in.

Berührung kommt, in dem der Druck gemessen werden soll, sondern daß vor das Druckmeßsystem ein Einlaßrohrsystem für das flüssige Medium gesetzt ist, dessen Form und Querschnitt eine Luftblase einsperren, die das Druckmeßsystem von dem flüssigen Medium trennt, ohne daß eine weitere Trennmembran erforderlich ist.
2) Einrichtung nachAnspruch 1 dadurch sgekennzeichne t, daß die Blase vor dem Druckmeßsystem statt mit Luft mit anderen Gasen oder mit inerten Flüssigkeiten (z. Bsp. Öl), die auf dem Wasser schwimmen, gefüllt ist.
3) Einrichtung nach Anspruch 1 - 2 dadurch gekennze ichnet, daß das ungefähr nach unten gerichtete Einlaßrohrsystem bis in die Trennblase hinein mit einem Kupferrohr ausgekleidet ist, das zur Verringerung der Korrosion elektrisch isoliert gehaltert ist, um insbesondere beim Betrieb in natürlichen Gewässern den Bewuchs und die Verschmutzung des Einlaßrohrsystems weitgehend zu unterdrücken.
4) Einrichtung nachAnspruch3 dadurch gekennzeich -net, daß statt des Materials Kupfer andere Legierungen des Kupfers oder andere Materialien zur Anwendung gelangen, die bewuchshemmend wirken und korrosionsarm sind.
5) Einrichtung nach Anspruch 3 - 4 dadux ch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung mit einem bewuchshemmenden Geflecht, Gewebe, Filter, Sieb, Netz, Korb oder mit einer Kombination aus diesen Anordnungen ausgekleidet ist.