DE4004939C2 - Brunnenpegel-Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brunnenpegel-Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Wasserstände, beispielsweise den Grund­ wasserpegel, mit Hilfe einer Druckmeßsonde zu messen, die an einem elektrischen Kabel hängend in ein zumindest im oberen Bereich mit einem Brunnenrohr ausgekleideten Bohrloch versenkt wird. Die Druckmeßsonde enthält eine Druckmeßzelle, die den hydrostatischen Druck der darüber­ stehenden Wassersäule mißt. Die von einem in die Druckmeß­ sonde integrierten Verstärker verstärkten elektrischen Signale werden über das die Druckmeßsonde haltende Kabel einer am oberen Ende des Brunnenrohrs angeordneten Kopf­ station zugeführt, in welcher die über einen längeren Zeitraum anfallenden Daten von einer Sammeleinrichtung, herkömmlich einem Trommelschreiber oder einem digitalen Datenspeicher, registriert werden. Die Kopfstation enthält üblicherweise auch die für den Betrieb des Trommelschrei­ bers und der Druckmeßsonde erforderlichen Stromversor­ gungseinrichtungen.

Brunnenpegel-Meßgeräte sind, da sie vielfach ganzjährig betrieben werden, sehr großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Die elektronischen und mechanischen Komponen­ ten müssen damit nicht nur für einen sehr großen Tempera­ turbereich ausgelegt sein, sondern sind auch aufgrund großer Temperaturschwankungen kondenswassergefährdet. Die Gefahr der Kondenswasserbildung bedingt vergleichsweise großen konstruktiven Aufwand, wenn große Betriebssicher­ heit und lange Lebensdauer gefordert werden.

Ein Brunnenpegel-Meßgerät der gattungsgemäßen Art ist aus der Zeitschrift "Wasser und Boden", 1989, Heft 6/7, Seite 413 bekannt. Bei diesem Meßgerät umfaßt die Pegelmeßsonde ausschließlich den Meßsensor sowie einen Vorverstärker, der Signalverluste in dem normalerweise vergleichsweise langem Sonderkabel ausgleichen soll. Der eigentliche Meßverstärker, der Meßumformer und ein computergestütztes Pegeldaten-Sammelsystem, welches einen digitalen Datenspeicher umfaßt, sind außerhalb des Brunnenrohres, normalerweise im Bereich der Kopfstation, angeordnet. Sie sind damit vergleichsweise großen Temperaturschwankungen ausgesetzt und müssen für diese Temperaturschwankungen dimensioniert sein.

Aus dem Aufsatz Johann Schneider "Überwachen und Registrieren der Wasserstände in Tiefbrunnen" in der Zeitschrift GWF 102. Jahrgang, Heft 16, 21. April 1961, Seiten 439 bis 440, ist ferner ein Brunnenpegel-Meßgerät bekannt, dessen Pegelmeßsonde ausschließlich einen Drucksensor enthält. Das Meßgerät umfaßt ein Anzeige- und Registriergerät, das jedoch nicht Bestandteil der Kopfstationen ist, sondern in einem davon entfernt gelegenen Maschinenhaus untergebracht ist. Aufgrund dieser Unterbringung sind die elektronischen Komponenten keinen Temperaturschwankungen ausgesetzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Brunnenpegel-Meßgerät der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß es auch dann betriebssicher und genau arbeitet, wenn seine Kopfstation ungünstigen Umweltbedingungen, insbesondere großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, sämtliche Komponenten der Meßdatenerfassung, Aufbereitung und Datensammlung in die Pegelmeßsonde zu integrieren, da die Pegelmeßsonde im Betrieb in das Wasser, dessen Pegel gemessen werden soll, abgesenkt ist und sich damit in einer nur geringen Temperaturschwankungen ausgesetzten Umgebung befindet. Auf diese Weise kann der Temperaturbereich, für den diese Komponenten bemessen sein müssen, verringert werden, was die Konstruktion vereinfacht und die gegebenenfalls die Meßgenauigkeit erhöht. Darüber hinaus sind diese Komponenten keiner Kondenswasserbildung ausgesetzt.

Da die Datenübertragungs-Schnittstelle als optische Schnittstelle, insbesondere Infrarot-Schnittstelle, ausgebildet ist, werden, anders als bei durch Steckkontakte oder dergleichen gebildete Datenübertragungs- Schnittstellen Korrosionsprobleme, die zu Fehlern bei der Datenübertragung führen können, vermieden.

Die Kopfstation enthält an elektrischen Komponenten im wesentlichen nur die Datenübertragungsschnittstelle sowie Einrichtungen zur Stromversorgung der Schnittstelle und der Pegelmeßsonde, beispielsweise eine Batterie oder einen Akku. Die in der Kopfstation verbliebenen Komponenten sind vergleichsweise nur wenig temperaturabhängig und lassen sich problemlos gegen Kondenswasserbildung schützen. Es versteht sich, daß in der Kopfstation andere Komponenten, wie zum Bei­ spiel Vorrichtungen zur Referenzdruckerzeugung oder Trocknungsmittel untergebracht sein können.

Das erfindungsgemäße Meßgerät kann für Flüssigkeitspegel­ messungen beliebiger Art eingesetzt werden, wie zum Beispiel zur Pegelmessung von Grundwasser, fließenden Gewässern oder stehenden Gewässern, wie zum Beispiel Seen oder dergleichen. Unter einem Brunnenrohr soll hier und im folgenden auch eine Erdbohrung oder ein Schacht oder dergleichen verstanden werden.

Anstelle einer elektrischen Kabelverbindung zwischen Pegelmeßsonde und Kopfstation können auch Lichtleiter vorgesehen werden, insbesondere wenn deren Enden auf seiten der Kopfstation zugleich die optische Schnittstel­ le bilden.

An die optische Datenübertra­ gungsschnittstelle kann für die Abfrage der gesammelten Meßdaten eine transportable Datenübertragungs- und/oder Datenspeicher­ einrichtung angekoppelt werden. Diese Datenübertra­ gungs- und/oder Datenspeichereinrichtung umfaßt ebenfalls eine optische Schnittstelle, die auf die optische Schnitt­ stelle der Kopfstation aufgesetzt wird. Um dies zu er­ leichtern, trägt das Brunnenrohr an seinem oberen Ende zweckmäßigerweise einen mit einem Deckel verschließbaren Rohrkopf, der auf seiner Oberseite eine Auflagefläche für die transportable Datenübertragungs- und/oder Datenspei­ chereinrichtung bildet. Die Auflagefläche ist zweckmäßi­ gerweise so gestaltet, daß sie die optischen Schnittstel­ len zueinander ausrichtet. Zweckmäßigerweise ist die Schnittstelle der Datenübertragungs- und/oder Datenspei­ chereinrichtung in einem gesonderten, über ein Kabel mit einem transportablen Hauptgerät verbundenen Lesekopf untergebracht, der für sich auf die Auflagefläche auf­ setzbar ist. Zur Fixierung des Lesekopfs an der Auflage­ fläche können Haftmagnete oder Rasten oder dergleichen vorgesehen sein.

Um die Handhabung des Brunnenpegel-Meßgeräts zur erleich­ tern, sind die Datenübertragungsschnittstelle und die zur Stromversorgung des Geräts vorgesehenen Batterien oder Akkus in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, welches außerhalb des Brunnenrohrs abnehmbar an diesem angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Mündungsöffnung des Brunnen­ rohrs freigehalten, so daß das Brunnenrohr für weitere transportable Sonden-Meßgeräte, beispielsweise für ein Kabellichtlot, mit welchem der absolute Wasserpegel bestimmt werden kann, freigehalten wird, ohne daß das Brunnenpegel-Meßgerät zuvor entfernt werden müßte. Der am oberen Ende des Brunnenrohrs angeordnete, mit einem Deckel verschließbare Rohrkopf hat hierzu zweckmäßiger­ weise seitlich der Brunnenrohrmündung eine von dem Deckel abgedeckte Aufnahmevertiefung für das die Batterien und die optische Schnittstelle enthaltende Gehäuse.

Transportable Sonden-Meßgeräte, wie zum Beispiel Kabel­ lichtlote oder dergleichen, haben eine Kabeltrommel, von der das endseitig mit einer Sonde versehene Meßkabel mittels einer Handkurbel oder dergleichen abwickelbar ist. Herkömmliche Sonden-Meßgeräte dieser Art müssen während der Messung auf dem oberen Ende des Brunnenrohrs von Hand gehalten werden, was die Messung erschwert. In einer bevorzugten Ausgestaltung, die auch bei anderen Brunnenpegel-Meßgeräten als dem vorstehend erläuterten Gerät eingesetzt werden kann, ist an dem oberen Ende des Brunnenrohrs ein Rohrkopf angebracht, der auf seiner Oberseite eine Auflagefläche für das Sonden-Meßgerät aufweist. Der Rohrkopf hat zumindest ein Arretierungs­ organ, mit dem das auf der Auflagefläche abgestellte Sonden-Meßgerät relativ zum Brunnenrohr ausgerichtet und fixiert werden kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Sonden-Meßgerät betriebssicher auf dem Rohrkopf abgestellt werden kann, ohne daß es manuell gestützt werden müßte. Bei dem Arretierungsorgan handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Haken, dem am Sonden-Meßgerät eine Hakeneingriffsöffnung zugeordnet ist. Geeignet sind auch Arretierungsstifte oder sonstige Führungsvorsprünge, die das Sonden-Meßgerät kippsicher auf der Auflagefläche halten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Brunnenpegel-Meßgeräts anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brunnenpegel- Meßgeräts während des Meßbetriebs;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen die Kopfstation des Meßgeräts tragenden Rohrkopf eines Brunnenrohrs,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Meßgeräts bei der Übermittlung gesammelter Meß­ daten,

Fig. 4 eine schematische Ansicht des Meßgeräts bei einer Variante der Meßdatenübermittlung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein im wesentlichen vertikales Brunnenrohr 1, das mit seinem unteren Ende unter den Grundwasserpegel 3 reicht und an seinem oberen, über die Erdoberfläche 5 vorstehenden Ende einen Rohrkopf 7 trägt. An dem Rohrkopf 7 ist in einem Gelenk 9 ein Deckel 11 angelenkt, der in seiner über die Mündung des Bohrrohrs 1 geklappten, das Bohrrohr 1 verschließenden Stellung mittels eines Schlosses 13 versperrbar ist. Das Bohrrohr 1 kann sich, wie in Fig. 1 dargestellt, bis unter den Grundwasserpegel 3 erstrecken; es kann auch lediglich den oberen Bereich einer bis zum Grundwasser reichenden Brunnenbohrung auskleiden.

In einer bei geöffnetem Deckel 11 von oben her zugängli­ chen, seitlich des Brunnenrohrs 1 angeordneten Aufnahme­ vertiefung 15 des Rohrkopfs 7 ist betriebsmäßig entnehm­ bar eine Kopfstation 17 eingesetzt, die an einem bis unter den Grundwasserpegel 3 reichenden elektrischen Kabel 19 eine Druckmeßsonde 21 trägt. Die Druckmeßsonde 21 enthält eine beispielsweise kapazitiv wirkende Druck­ meßzelle 23, die ein dem hydrostatischen Druck der darüber­ liegenden Wassersäule proportionales elektrisches Signal liefert. Eine ebenfalls in der Druckmeßsonde 21 unterge­ brachte Daten-Aufbereitungs- und -Sammeleinrichtung 25 digitalisiert die gegebenenfalls in einem Meßverstärker verstärkten analogen Signale der Druckmeßzelle 23 und speichert in vorbestimmten Abständen zeitlich aufeinan­ derfolgende Meßdaten in einem Datenspeicher. Bei der Aufbereitungs- und Sammeleinrichtung 25 handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Mikroprozessor mit zugeordne­ ten Speicherbausteinen. Die Kopfstation 17 enthält im wesentlichen nur eine Infrarot-Schnittstelle 27, über die die gesammelten Meßdaten bei Bedarf über das Kabel 19 aus dem Speicher der Aufbereitungs- und Sammeleinrichtung 25 abgerufen werden können, sowie Batterien 29 (Fig. 3) für die Stromversorgung der Kopfstation 17 und der Druckmeß­ sonde 21. Die Infrarot-Schnittstelle 27 und die Batterien 29 sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, welches in die Aufnahmevertiefung 15 des Rohrkopfs 7 mit in das Brunnenrohr 1 eingeführtem Kabel 19 eingesetzt ist. Das Brunnenpegel-Meßgerät kann damit als Einheit aus dem Brunnenrohr 1 bzw. dem Rohrkopf 7 entnommen werden. Da sämtliche für die Meßdatenverarbeitung erforderlichen Komponenten in die Druckmeßsonde 21 integriert sind, sind sie im Betrieb nur den vergleichsweise kleinen Temperatur­ schwankungen des Grundwassers ausgesetzt und nicht den unter Umständen großen Temperaturschwankungen der Atmo­ sphäre. Das Gehäuse der Kopfstation 17 enthält damit neben der Infrarot-Schnittstelle 27 und den Batterien 29 im wesentlichen nur noch mechanische Komponenten, wie zum Beispiel die für die Referenzdruckerzeugung der Druckmeß­ sonde 21 erforderlichen Einrichtungen und gegebenenfalls Trocknungsmittel, wie zum Beispiel Silica-Gel.

In einer Variante des vorstehend erläuterten Meßgeräts kann das Verbindungskabel 19 Lichtleiter für die optische Datenübertragung enthalten. Die Lichtleiter können auf der Seite der Kopfstation 17 mit ihren Enden zugänglich sein und zugleich die Funktion der optischen Schnittstel­ le 27 mit übernehmen. Um auf elektrische Leitungen in dem Kabel 19 vollständig verzichten zu können, können in der letztgenannten Version die Batterien 29 auch in die Druckmeßsonde 21 integriert sein. Auf diese Weise können die gesamten elektrischen Funktionen des Meßgeräts vor Temperaturschwankungen geschützt werden.

Zum Abrufen der in der Aufbereitungs- und Sammeleinrich­ tung 25 gespeicherten Pegelmeßdaten kann auf eine durch die Oberseite des Rohrkopfs 7 gebildete Auflagefläche 31 ein transportables Datenübertragungs- und/oder Datenspei­ chergerät 33 aufgesetzt werden, welches auf seiner Unter­ seite eine der Infrarot-Schnittstelle 27 der Kopfstation 17 zugeordnete Infrarot-Schnittstelle 35 hat. Die Daten­ übertragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung 33 über­ trägt Steuerbefehle zur Aufbereitungs- und Sammeleinrich­ tung 25 und empfängt in der Einrichtung 25 gespeicherte Pegelmeßdaten. Die Einrichtung 33 umfaßt zweckmäßigerwei­ se wiederum einen digitalen Datenspeicher; sie kann aber auch für die unmittelbare Weiterleitung der aus dem Speicher der Einrichtung 25 ausgelesenen Daten eingerich­ tet sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Datenüber­ tragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung 33 Bestand­ teil eines transportablen Kabellichtlots 37, mit welchem der Abstand des Grundwasserpegels 3 von der Auflagefläche 31 des Rohrkopfs 7 gemessen werden kann. Das Kabellicht­ lot 37, welches ansonsten herkömmlich ausgebildet sein kann, umfaßt eine Kabeltrommel 39, auf der ein Kabel 41 abspulbar aufgewickelt ist, welches an seinem Ende eine das Auftreffen auf den Grundwasserpegel 3 erfassende Sonde 43 trägt. Das Auftreffen der Sonde 43 auf den Grundwasserpegel 3 wird durch ein nicht näher dargestell­ tes Lichtzeichen des Kabellichtlots 37 angezeigt. Für die Abstandsmessung kann das Kabel 41 mit einer Maßeinteilung versehen sein. Um die Bedienung des Kabellichtlots 37 zu erleichtern, trägt der Rohrkopf 7 einen nach oben abste­ henden Haken 45, dem in der Unterseite des Kabellichtlots 37 eine Hakeneingriffsöffnung 47 zugeordnet ist. Durch Einhängen des Hakens 45 kann das Kabellichtlot 37 kippsi­ cher auf dem Rohrkopf 7 fixiert werden, und zwar in einer Stellung, in der die Infrarot-Schnittstellen 35, 27 zueinander ausgerichtet sind. Da die Kopfstation 17 außerhalb des Brunnenrohrs 1 angeordnet ist, kann die Sonde 43 unbehindert in das Brunnenrohr 1 eingeführt werden. Die Datenübertragungs- und/oder Datenspeicherein­ richtung 33 kann jedoch auch ein von dem Kabellichtlot 37 gesondertes Gerät sein.

Fig. 4 zeigt eine Variante einer Datenübertragungs­ und/oder Datenspeichereinrichtung 49, deren Funktion der Einrichtung 33 entspricht, die aber als gesonderte Ein­ heit transportabel ist. Die Datenübertragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung 49 umfaßt ein transportables Hauptgerät 51, welches über ein Kabel 53 mit einem Lese­ kopf 55 verbunden ist, der eine Infrarot-Schnittstelle 57 für die Ankopplung an die zugeordnete Schnittstelle der Kopfstation 17 enthält. Um den Lesekopf 55 auf der Aufla­ gefläche 31 des Rohrkopfs 7 fixieren zu können, enthält der Lesekopf 55 einen Haftmagnet 59, der den Lesekopf 55 an einem Metallteil des Rohrkopfs 7 fixiert. Es versteht sich, daß der Magnet 59 auch Bestandteil des Rohrkopfs 7 sein kann.

Claims (10)

1.Brunnenpegel-Meßgerät mit einer am oberen Ende eines Brunnenrohrs (1) angeordneten Kopfstation (17), einer über ein Kabel (19) an die Kopfstation (17) angeschlossenen, in das Brunnenrohr (1) eingeführten Pegelmeßsonde (21), insbesondere Druckmeßsonde, einer einen digitalen Speicher umfassenden, elektronischen Meßdaten-Aufbereitungs- und -Sammeleinrichtung (25) sowie einer in der Kopfstation (17) vorgesehenen Datenübertragungsschnittstelle (27) zum Abfragen von in der Meßdaten- Aufbereitungs- und -Sammeleinrichtung (25) gesammelten Meßdaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten-Aufbereitungs- und -Sammeleinrichtung (25) in die Pegelmeßsonde (21) eingebaut ist und die Kopfstation (17) nur die Datenübertragungsschnittstelle (27) und Batterien (29) oder Akkus zur Stromversorgung der Schnittstelle (27) und der Pegelmeßsonde (21) umfaßt, wobei die Batterien (29) oder Akkus in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und die Datenübertragungsschnittstelle (27) als optische Schnittstelle, insbesondere Infrarot-Schnittstelle ausgebildet ist.

2. Brunnenpegel-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (19) für die Datenübertragung wenigstens einen Lichtleiter aufweist.

3. Brunnenpegel-Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kopfstation (17) nahegelegene Ende des Lichtleiters eine optische Schnittstelle bildet.

4. Brunnenpegel-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brunnenrohr (1) an seinem oberen Ende einen mit einem Deckel (11) verschließbaren Rohrkopf (7) trägt, der auf seiner Oberseite eine Auflagefläche (31) für eine transportable Datenübertragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung (33) bildet, die eine der optischen Schnittstelle (27) der Kopfstation (17) zugeordnete optische Schnittstelle (35) aufweist, welche bei auf die Auflagefläche (31) aufgesetzter Datenübertragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung (33) mit der optischen Schnittstelle (27) der Kopfstation (17) gekoppelt ist.

5. Brunnenpegel-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der optischen Schnittstelle (27) der Kopfstation (17) eine optische Schnittstelle (57) einer transportablen Datenübertragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung (49) zugeordnet ist, die die optische Schnittstelle (57) in einem von einem Hauptgerät (51) gesonderten und über ein Kabel (53) mit diesem verbundenen Lesekopf (55) enthält, der über Arretierungsmittel, insbesondere einen Haftmagnet (59), an einem Rohrkopf (7) der Kopfstation (17) fixierbar ist.

6. Brunnenpegel-Meßgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Schnittstellen (27, 35) der Kopfstation (17) und der Datenübertragungs- und/oder Datenspeichereinrichtung (33) für die Kopplung übereinander angeordnet sind.

7. Brunnenpegel-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Gehäuse seitlich außerhalb des Brunnenrohrs (1) abnehmbar an diesem angeordnet ist.

8. Brunnenpegel-Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Brunnenrohr (1) an seinem oberen Ende einen mit einem Deckel (11) verschließbaren Rohrkopf (7) trägt, welcher seitlich der Brunnenrohrmündung eine von dem Deckel (11) abgedeckte Aufnahmevertiefung (15) für das Gehäuse aufweist.

9. Brunnenpegel-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brunnenrohr (1) an seinem obereren Ende einen Rohrkopf (7) trägt, der auf seiner Oberseite eine Auflagefläche (31) für zusätzliche transportable Sonden-Meßgeräte (37), insbesondere ein Kabellichtlot aufweist, und daß der Rohrkopf (7) zumindest ein Arretierungsorgan (45) zur Ausrichtung und Fixierung des Sonden-Meßgeräts (37) relativ zum Brunnenrohr (1) aufweist.

10. Brunnenpegel-Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretierungsorgan als Haken (45) ausgebildet ist, dem am Sonden-Meßgerät (37) eine Hakeneingriffsöffnung (47) zugeordnet ist.