用于查明液体媒介物状态参量的测量仪.pdf

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摘要
申请专利号:

CN97193773.7

申请日:

1997.03.14

公开号:

CN1216111A

公开日:

1999.05.05

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权有效期届满IPC(主分类):G01N 33/18申请日:19970314授权公告日:20040331|||授权||||||公开

IPC分类号:

G01N33/18; G01D11/24; G01L19/14

主分类号:

G01N33/18; G01D11/24; G01L19/14

申请人:

埃尔古计量与控制技术有限公司;

发明人:

埃德加·鲍斯

地址:

联邦德国奥斯纳布吕克

优先权:

1996.03.15 DE 19610167.0

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

王以平

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内容摘要

一个可在一种液体媒质中浸入,经过电线与一个电源装置和一个数据处理装置连在一起的测量仪,用于查明如地下水等液体媒介物的化学和/或物理状态参量。它在一个基本为圆柱形套管内包括连为一体的传感器和一个数据记录器。其中轴向的套管显示出其可彼此分解和相连的部分,即一个在其一端接收了数据记录器(5)的套管部分(2),一个压力测量套管部分(4)和环绕一个传感器单元,装有流入口的中间套管部分(3)。其中可以有选择地将压力测量套管部分(4)或中间套管部分(3),直接地不透水地安装在接收了数据记录器(5)的套管部分(2)上。

权利要求书

1: 一种可完全浸入液体介质中并通过电线可与一个电源装置和一个 数据处理装置相连、用于测量液体介质的化学和/或物理状态参量的测量 仪,带有集成在一个基本上为圆柱形的套管中的传感器和一个数据记录 器(5),所述套管在其轴向具有彼此可分可联的三个部分,即在其一 端容纳数据记录器(5)的套管部分(2)、压力测量套管部分(4) 和一个环绕传感器单元并有流入口(18)的中间套管部分,其中,可以 选择地将压力测量套管部分(4)或中间套管部分(3)液体密封地直 接安装在容纳数据记录器(5)的套管部分(2)上。
2: 如权利要求1所述的测量仪,其特征在于,所述传感器单元可插 入所述中间套管部分,并借助于密封座内的O形环实现与数据记录器间 的密封。
3: 如权利要求1或2所述的测量仪,其特征在于,所述压力测量套 管部分既可以密封安装在容纳数据记录器的套管部分也可以密封安装在 中间套管部分,并且其电连接是通过可密封地引入中间套管部分的电缆 实现的。
4: 如权利要求1至3中任一项所述的测量仪,其特征在于,压力测 量套管部分还包括一个温度探测器,它类似于压力测量被连接。
5: 如权利要求1-4中任一项所述的测量仪,其特征在于,中间套 管部分可以不依赖于传感器地进行安装,并通过一个铸形的螺纹同一个 在容纳数据记录器的套管部分侧铸成的螺纹连在一起。
6: 如权利要求1-5中任一项所述的测量仪,其特征在于,其具有 密封地引入数据记录器的多个插座连接,并且一个传感器单元包括多个 可以有效地插入一个测量平面的传感器。
7: 如权利要求6所述的测量仪,其特征在于,可插入的传感器分别 带有一个存储芯片,其至少存储由厂方校准得到的测量数据校正因子, 并将其传送给数据记录器,用于测量的初始化。
8: 如权利要求6或7所述的测量仪,其特征在于,所述存储芯片存 储有用于识别传感器种类及待测值种类的数据组。
9: 如权利要求6至8中任一项所述的测量仪,其特征在于,传感器 在传感器单元中的布置是可变的。
10: 如权利要求6至9中任一项所述的测量仪,其特征在于,可向传 感器单元中安装数目不等的传感器。
11: 如权利要求6至10中任一项所述的测量仪,其特征在于,传感 器可分别单独地更换。
12: 如权利要求1至11中任一项所述的测量仪,其特征在于,传感 器分别带有一个与其连接元件固定相连的圆柱形套管,该套管以范围的 方式围绕一个测量电极,该测量电极密封地、但可拆卸地安装在套管中。
13: 如权利要求12所述的测量仪,其特征在于,套管中的测量电极 支撑在一个密封块中,而且套管外侧具有至少一个安装于密封座内的O 形环。
14: 如权利要求6至13中任一项所述的测量仪,其特征在于,套管 有一个带有窗口的颈部,其中的窗口用作焊接测量电极接线端、填入和 取出密封块的通道,以及用受压介质冲击填入的密封块的进口。
15: 如权利要求6至14中任一项所述的测量仪,其特征在于,传感 器单元在其端部区域有两个彼此相对的用于插入传感器的插入面,其中 相对安置的传感器的测量电极基本上位于同一测量面内。
16: 如权利要求1至15中任一项所述的测量仪,其特征在于,数据 记录器根据介质的不同状态参量之间的相互影响对测量值进行校正。
17: 如权利要求6至16中任一项所述的测量仪,其特征在于,传感 器安装有离子选择电极,用于测量pH值、硝酸盐含量、氧含量、氯离子 含量、铵离子含量、钙的正离子的含量、水的硬度及其他离子化粒子的 含量,此外,传感器还安装有用于确定氧化还原电位、电导率和浑浊度 的测量单元,并且可通过利用激发光定义的能量引起的分子激发来完成 测量。
18: 如权利要求6至17中任一项所述的测量仪,其特征在于,与传 感器的电连接可以通过电感耦合以无接触的方式实现。

说明书


用于查明液体媒介物状态参量的测量仪

    这项发明涉及的是一个可完全在液体媒质中浸入,并通过电线可同一个电源装置和一个数据处理装置连在一起的用以查明液体媒介物的化学和/或物理状态参量的测量仪。

    在一种测量仪上(DE-94 04 359.0 U1),一个测量探针具有一个圆柱形的探测体,在其尾端被插入一个适配器。这个适配器是作为测量传感器的支架特殊造型的,使同样是圆柱形的测量传感器将其后尾端插入适配器内。相反它的前端和测量头经过适配器和套管边向下突出并被一个保护网包围。

    这种安排有一个缺点,即一方面是很小的测量要求,差不多只能测水压和水位,如果就此降低测量探针的费用,不是一般地讲可以承担的。另一方面,如果需要测量5个或更多的系统参数时,这个测量探针无法适应较高的测量要求。

    DE-25 31 784 C2公开了在一个小钻孔内测量一种媒质的压力和温度的装置,其中为测量温度安装一个随温度改变其电阻值的电阻,为测量压力安装一个压力检测器。它们通过测量信号线同设在钻孔外的分析单元连在一起。这种装置只适合于获取温度和压力的测量值,如想测量5个或更多地系统参数,这种装置和它的适应能力是无法满足高的测量的。

    DE 80 26 460U1公开了一种综合探测仪,用以测量用汽和油供暖而产生的废气,其上安装了一个具有内壳、外壳的双壳管及一个热电偶,这种探测仪不适合查明液体媒质中的任何一个测量值。

    本发明的任务是提供一个测量液体媒介物状态参量的仪器,它可从一个尽可能廉价的测量水压探针扩展为一个完整的测量各种参数的测量仪。

    本发明的任务由权利要求1所限定的方案来解决,其它的改善和提高将在权利要求2至18中阐明。

    通过可选择地将装有压力测量装置的压力测量套管部分直接安装在接收了数据记录器的套管部分上或安装在一个环抱传感器单元的中间线路下使这个测量仪达到了很高的灵活性。

    由于测压套管部分可以直接装在接收了数据记录器的套管部分上,在单单需要测量压力的情况下,-通常是同测量温度连在一起,就可以非常便宜地提供一个基本测量仪,而它在任何时候都可以扩建。

    它的特殊优点还在于,传感器单元里可以配装多个传感器。它们全部在一个测量平面显露其传感器头。其中可安装的传感器数量及在传感器单元里的安排是可变的。

    由此这个测量仪不仅可以由一个压力测量仪扩建为多功能测量仪,而且测量形式还可以随时适应用户的要求。

    如果传感器被配备了存储芯片,将每个测量传感器的操作校对和自我确定传给数据记录器的话,这个测量仪的简单的可扩建性和灵活性还额外地得到了支持。这样便可放弃对传感器的实地校对。

    为降低使用者的费用,传感器可以在替换后被拆解,使消耗了的测量电极从它的机械托座和电子连接中分离出来并装上一个最后所提的新的测量电极。

    其它的优点显示在后面的描述和附图中:

    图1:一个附和发明的测量仪的横截面带有其彼此组装在一起的套管部分及安装的压力测量和传感器单元。

    图2:接收了数据记录器的套管部分的横截面。

    图3:中间套管部分的横截面。

    图4:压力测量套管部分的横截面。

    图5:压力测量范围的横截面。

    图6:没有安装中间套管部分和传感器单元的用以测量压力和温度的测量仪的横截面。

    图7:接收了数据记录器,带有插入的传感器单元和组装的压力测量范围的套管部分的横截面,不包括中间套管部分和压力测量套管部分。

    图8:一个横截面的传感器单元的上顶端的细节描绘。

    具体地讲,这个测量仪1包括1个用于接收数据记录器5的套管部分2,1个用于接收传感器单元6的中间套管部分3和1个用于接收压力测量范围7的压力测量套管部分4。套管部分2在自己的下边缘8有一个和中间套管部分3在自己的下边缘9类似的终端,使得压力测量套管部分4即可以安装在接收了数据记录器5的套管部分2的下边缘8上,也可以安装在接收了传感器单元6的中间套管部分3的下边缘9上。

    数据记录器套管2在它的和向外引出的电缆连在一起的上顶端被装上了一个顶端被装上了一个终端帽11,这个帽坐落于接收了数据记录器5的套管部分2的上边缘10上,并通过一个密封体14为防止液体浸入提供了可靠的保护。密封体14有两个密封座12和13。它们分别被填上了O-形环而从此起到了所必要的封密作用。在密封体14的中间存在着一个插入件15,用于安装向外引出的,在此没有画出的电缆。这电缆一方面作为数据导线,另一方面作为测量仪1的电源供应导线。

    电缆可以同仪器铸在一起,以降低费用和起到严密的效果,或者也可如在此指出的情况插入其中,使电缆可以根据情况安装不同的长度和彼此进行交换。电源供应很实用地处于测量仪的外部,可以作为电池包一同降到地表下,同在地下水测量时沉入水位管的测量仪的情况一样。

    数据记录器5本身是一个圆柱形的组件。在其体内有一个重要的模拟数字转换器,它将收到的作为模拟电压进入的数据转换成数字测量信号,如一个保存已数字化的数据的中间储存器,又可以将已储存的数据再次传给在外面接通的计算机。执行测量程序和传导测量数据所要求的写上姓名、地址和控制的元件已经或以硬件或以软件的形式在数据记录器5里写入。另外,在数据记录器5中可以安装1个单元用以计算还可供使用的剩余电源-1个可取出的电池或蓄电池。

    在接收了数据记录器5的套管部分2的避开插头15的范围旁有1个位于下边缘8的延长部分用以装配中间套管部分3及压力测量套管部4。各个套管部分的连接比如可以通过一个螺纹来完成,使每个套管部分在安装时必须相对扭转,或者通过一个固定物,使各个套管部分彼此位置固定地呆在固定物上,比如通过一个大头螺丝母或其它所熟悉的形式,将多个管截面相互固定住。

    因为仪器经常使用于测量地下水的通道直径为2’的水位管里,所以有必要让测量仪的外部直径尽可能地小,并在连接套管部分2,3和4时考虑到这一点。

    中间套管部分3在它的面朝数据记录器的一端显示出一个内螺纹16。它同为接收数据记录器5安装的套管部分2的外螺纹8’连在一起。在避开了数据记录器的中间套管部分3的一端有一个尺寸与套管部分2的外螺纹8’一样的外螺纹17。此外中间套管部分3指示出流入口18。它们为长形,其长轴平行于圆柱形测量仪的长轴。另外,紧靠中间套管部分3处有一些圆形的分布于它身围的入口19。

    压力测量套管部分4在其上端表示出1个内螺纹21它与中间套管部分3的外螺纹17安装连上了中间套管部分3。压力测量套管4经过套管部分2的外螺纹8’与接收了数据记录器5的套管部分2连在一起。

    此外,压力测量套管部分4于其底面显示出一个出口22,通过这个出口使应该测量的媒介物与压力测量范围7联系。

    压力测量范围7特别地包括了一个通常以压电原理组成的压力检测器23。它被安置在一个完整组件24内,通过一个接缝25与一个凸缘26不透水地连在一起。凸缘26有两个用O-形环填满的不透水的密封座27和28。为使外边的空气压力测量变为可能,可以同电缆一起将一根压力平衡电缆引入压力测量范围4,电缆的另一端同地表面的空气接通。

    在图6阐明了,压力测量范围7是怎样组装在压力测量套管部分4里和怎样直接同环绕着数据记录器5的套管部分2连接在一起。套管方面压力测量套管部分4的内螺纹21同接收了数据记录器的套管部分2的外螺纹8’拧紧,套管内的压力测量范围7同它的凸缘26被压入一个与位于测量仪1上边的密封体14相似的密封部分29内。其中的密封性通过被安置在密封座27和28的O-形环得到了保证。密封部分29面朝套管部分2的墙壁一面同样是通过位于密封座30和31内的O-形环起到不透水作用的。为了阻止密封部分29的长向滑动,在套管部分2的内侧安装了一个距离筒管32,它的一侧同数据记录器5的下端,另一侧同密封部分29分别拧紧,以至于无论是距离筒管32,或是密封部分29或是压力测量范围7都在各自的套管内有固定的位子。当然也可以将密封部分29直接支撑于数据记录器5的下端和缩小套管部分2的悬垂。

    一个如在图6中介绍的安排描述了一个最低限度的测量仪,其中在压力测量套管部分4内还可以额外地安装一个温度探测器。除此之外,不可能在这种安排中配备其它的传感器。由此提供了一个纯碎的水位测量仪,有其相对的价格优势和很小的套管尺寸。

    为将这样一个水位测量仪转化成一个多用途的测量仪,首先拧下压力测量套管部分4,接着从挤压座脱下压力测量范围7和它的凸缘26,取出密封部分29和距离筒管32,使得一个上边的测量器部分,如图2描绘,为接收其它的部分使用。下侧的传感器单元6被插入套管部分2内,并用自己的插座连接同在数据记录器旁安装的插口吻合从而保证传感器电池6的接通。下端的压力测量范围4借助于它的凸缘26被插入一个在传感器电池6旁铸成形的接收器34里,如图7描绘的。压力测量范围4的电接通是通过不透水地引入进传感器单元6的一个小管里36的电缆完成的。电缆在进行仪器改建时可以经过一个没有标出的中间插座分开。

    通过一个插入运动插进数据记录器下端插口的传感器单元6借助密封座37和38内的两个O-形环达到了套管部分2不透水于数据记录器的效果。传感器单元6独立于中间套管部分3被安装。图7的处于改建中的测量仪在图1中完整地被中间套管部分3和压力测量套管部分4包围。

    传感器单元在6在图8被具体地介绍。它基本上包括至少一个物体38。它不透水地支撑传感器39并通过它的外部密封座36和37不透水地装配入套管部分2。物体38上安置了一个距离销钉40,它在传感器单元6插入数据记录器5下端时起到了挡板的作用。

    传感器单元6包括多个传感器39。它们被相邻地组装在传感器单元6的物体38内。它们基本上尺寸一样因此可以在一个测量平面工作,即使有两个物体38组成一个传感器单元,相对而卧,也可以使安插的传感器的测量头基本上位于一个测量平面上。

    传感器39每次可以逐个进行更换,这样就可以承担由于支架不同而造成的费用,减轻了保养。除外,传感器39还可以随愿望进行安插,这样就使每一个传感器的位子不固定,而每次只需安置所需要的传感器39。对于每次具体测量不需要的传感器可以暂时停止其使用。

    那些单独的传感器39显示出一个主要是两部分组成的组件。它可以使原来的测量电极42脱离一个围绕其颈部的筒管43,从而能够更换测量电极42。筒管43在其颈部范围内有窗口45,它使通往电极42电源的通道变为可能,并且帮助在筒管43和测量电极42之间的中间空间注入密封和支撑软膏。这样测量电极42在筒管43内既不透水又被平行地支撑住。为更好地分配密封和支撑软膏,在侧面安装了一个注入口45’。除此之外,窗口45的作用还在于,再次取出密封块,并经过窗口45用处于压力下的媒介物进汽冲击电极42和筒管43之间的中间空间,从而赶出密封块,为筒管43接收新的测量电极42作好准备。

    新的测量电极42安置于筒管43后,在通过窗口45填入密封块之前应首先通过窗口45将筒管42的电子接触焊接到插座33的续组33’上。通过这种工作方法就没有必要在使用后销毁整个传感器39,比如PH-酸度值测量的传感器只需使用几个星期,而是将那些较贵的,大部分为金属的筒管再次直接投入使用。

    筒管43通过安置于密封座46和47内的O-型环使传感器39不透水于传感器单元6的物体38,从而作到了没有液体可流入插头连接处33。

    个别的传感器39还可以额外地配备一个温度测量,它只引起一个很小的附加费用,有特殊的愿望很容易得到满足。

    为使传感器39的使用具有尽可能大的灵活性,可在筒管43的窗口45的范围内安装一个存储芯片。它不仅把传感器的形式及用它每次应测量的参数传给数据记录器,而且连获得操作校准数据。这些数据在一个测量系列开始之前传给数据记录器5并被它将每个测量值作为纠正因子归类,这样就省去了在实地校准的必要性。此外,于数据记录器5的改插或者新添传感器39就无需进行任何变动一包括软件。

    为有利于特殊精确的测量,数据记录器5可以识别系统状态参量的彼此影响和纠正由此产生的测量错误,比如,地下水中的硝酸盐含量过高可以改变密度从而改变所测量的压力。因为由测量压力产生的数据就暗示了水的不正常状态,所以安装了适应于高硝酸盐含量的纠正因子。

    如果那些具体的传感器39不是经过插座33与数据记录器5连接,而是将测量数据经过一个电感联合器从而无接触地传送,它将更有优点。这样,数据记录器送出一个载波。载波的改变通过被传感器39送出的信号作为测量信号被加以分析利用。

    不仅离子选择电极42供传感器39使用,特别是在测量硝酸盐、氧含量、氯化物、铵(基),钙和其它碱土金属时,为测量其它的离子需要更多的电极42时可以随时进行补充,而且测量电池也随时准备为查明媒介物的氧化还原潜力,导电性和混浊度而效劳。此外还有可能在供电给测量仪1的电缆里安排1个光导体,并以此通过其电源的刺激光线刺激分子振荡或旋转从而证明相应的分子。这种技术特别适用于证明碳氢化合物,尤其是如苯,甲苯,混合二甲苯等多环芳族烃。它们经常在垃圾填埋场的浸透水中出现,所以它的证明有很高的重要性。

    因为测量仪1不仅应用于地下水,泉水或流动水里,而且也应用于垃圾填埋场的渗透水领域,也就是说非常有腐蚀性的媒体中,所以必须将整个测量仪制造得具有抗腐蚀性。仪器制造使用了含高铬和高镍成份及钛、钼混合物的高合金钢。使用成份大概为X6CrNiMoTi17122(材料号:1.4571)。重要的是,除传感器之外的所有与媒介物有联系的部件完全由一个这样的抗腐蚀的坚固材料制成。因为套管必须满足很高的机械要求,所以应制造得尽可能地坚固,并受到位于一个平面的传感器39的支持。另外,整个测量仪是受防爆保护的。

    当然测量仪器1的灵活多变性不仅仅局限于传感器可以有不同的数量和进行不同的安排,而且测量程序可以随愿望进行选择,比如考问时间和测量间隔可以根据需要为每一个传感器39通过编制数据记录器5的程序进行调节。

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一个可在一种液体媒质中浸入,经过电线与一个电源装置和一个数据处理装置连在一起的测量仪,用于查明如地下水等液体媒介物的化学和/或物理状态参量。它在一个基本为圆柱形套管内包括连为一体的传感器和一个数据记录器。其中轴向的套管显示出其可彼此分解和相连的部分,即一个在其一端接收了数据记录器(5)的套管部分(2),一个压力测量套管部分(4)和环绕一个传感器单元,装有流入口的中间套管部分(3)。其中可以有选择地。

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