LIMNIMETRIE : Limnimeter-Sensoren

Füllstandssensoren können in zwei Kategorien unterteilt werden:

Wasserstandssensoren oder Füllstandssonden mit und ohne Kontakt zum Wasser.

Von Wasserstandsanzeigern bis hin zu Radar haben Wasserstandsanzeiger eine große Auswahl an Sensoren.

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Füllstandssensoren oder Füllstandssonden mit Kontakt:

Direkte oder indirekte Ablesung, Laufzeitmessung, Druckmessung sind die Methoden der Füllstandsmessung.

- Die direkte Ablesung erfolgt an Wasserstandswaagen. Dabei handelt es sich um emaillierte Metallplatten mit Zentimetereinteilung, die senkrecht oder flach auf einen schrägen Boden gestellt werden. Die Bestimmung des Wasserstandes wird von einem Beobachter in direkter Ablesung durchgeführt. Die Investition ist sehr gering, die Installation erfordert häufig Tiefbauarbeiten, und die Wartung beschränkt sich auf die regelmäßige Reinigung der Waage. Ihre Haltbarkeit hängt von den Stößen ab, denen sie ausgesetzt sind. Die Betriebskosten sind hoch, wenn der Beobachter ständig anwesend ist. Die Genauigkeit der Messung ist unsicher und unterliegt menschlichen Fehlern. Die Waage ist ein historisch gewachsenes Gerät an Flüssen, das oft das einzige Messmittel ist und immer die historische Referenz für die Abmessungen darstellt.

- Die indirekte Messung betrifft den Schwimmer. Der Limnigraph, der mit einem Plotter auf geteiltem Papier verbunden ist, wurde aufgegeben, da er zu restriktiv in der Handhabung und nicht sehr sicher ist. Durch den Anschluss an einen Encoder werden die Unannehmlichkeiten vermieden, die mit der Verwendung von Papier, dem Stift, der Tinte, dem Schwimmer, der sich verklemmt, oder dem Kabel, das auf der Umlenkrolle rutscht, verbunden sind und zu Fehlmessungen und zahlreichen Verschiebungen führen. Die Investition ist wichtig, denn die Installation erfordert eine Menge Tiefbauarbeiten, die bei großen Überschwemmungen oft beschädigt werden. Die Überwachung vor Ort muss ständig erfolgen und ist mit erheblichen Betriebskosten verbunden. Die Genauigkeit der Messung ist gut, aber die Haltbarkeit ist nicht garantiert. Die Erfassung der Messwerte für den Wasserstandsanzeiger erfolgt manuell, kann aber durch einzentralesErfassungssystem gewährleistet werden, wenn ein Encoder hinzugefügt wird.

- Die Weg-Zeit-Messung wird von eingetauchten Ultraschall-Füllstandsensoren verwendet. Dieses besteht aus einer piezoelektrischen Zelle, die am Boden des Wasserlaufs befestigt und über ein Kabel mit einer Erfassungseinheitverbunden ist, die auch zur Anregung der Zelle dient. Bei Erregung sendet die Zelle eine Frequenz aus, die beim Erreichen der Luft-Wasser-Grenzfläche wieder zu ihr zurückkehrt. misst die Zeit, die die Frequenzwelle benötigt, um die Strecke zurückzulegen, und leitet daraus die Messung des Wasserstandes ab. Die Wartung besteht darin, die Oberfläche der Zelle zu reinigen, wenn sie mit Schlamm bedeckt ist. Die Genauigkeit ist gut, wenn der Füllstandssensor sauber ist und die Wassertemperatur wenig schwankt. Dieses Füllstandssensorsystem ist nicht einfach zu installieren und erfordert eine gewisse Wartung, weshalb es wenig Erfolg hatte.

 

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- Die Druckmessung erfolgt über Blasen-zu-Blasen-Füllstandssensoren oder über Tauchsonden. Bei der Blase-zu-Blase-Methode wird ein Schlauch in den Wasserlauf getaucht und gehalten. Am anderen Ende erzeugt ein Kompressor zyklisch einen Druck in diesem Rohr. Ein Datenerfassungssystem zeichnet den Druck auf, der erforderlich ist, damit eine Blase aus dem Rohr am anderen Ende entweicht. Diese Methode erfordert wenig Infrastruktur und Investitionen. Allerdings schränkt die Notwendigkeit eines Kompressors den Wert dieser Methode ein. Entweder ist der Kompressor groß und benötigt eine Netzversorgung, oder er ist klein und wird zum mechanischen Schwachpunkt des Systems. Tauchsensoren (Druckmessumformer) sind eingetauchte Metallzylinder, die eine Silizium- oder Keramikzelle und eine Miniaturelektronik enthalten. Der Druck, der von der Wassersäule über dem Drucksensor oder der Pegelsonde ausgeübt wird, verformt die Zelle, die eine Spannung erzeugt, die proportional zum ausgeübten Druck und damit zum Wasserstand ist. Das Kabel, das die Sonde mit dem Datenerfassungssystem verbindet, leitet das Signal an das System weiter. Die Investitions- und Installationskosten sind gering. Da sie mit Schwachstrom betrieben werden und keine Wartung erfordern, ist dies die wirtschaftlichste Methode. Die Auflösung dieser Art von Füllstandssensoren liegt in der Größenordnung von einem Millimeter, die Genauigkeit hängt von der Linearität ab und ist umgekehrt proportional zum Skalenendwert. Sie wird nur durch Schwankungen der Wassertemperatur beeinflusst.

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Nachteil, den alle eingetauchten Niveausensoren haben, besteht darin, dass die Niveausensoren im Falle einer Überschwemmung sehr oft beschädigt oder sogar zerstört werden. Der Einsatz von Tauchpegelsensoren in der Hydrologie kann gerechtfertigt sein, aber im Falle von Überschwemmungen muss das Risiko, in einer Krisenzeit keine Messung mehr zu haben, dazu führen, dass diese Tauchpegelsensoren in Kombination mit anderen Mitteln eingesetzt oder durch andere Mittel ersetzt werden.

 

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Berührungslose Füllstandssensoren:

Es gibt zwei Möglichkeiten: Ultraschall und Mikrowellen(Radar).

Vereinfacht gesagt, verwenden beide die Messung der Reisezeit. Das heißt, die empfindliche Zelle desUltraschall-Füllstandssensors oder die Mikrowellenantenne derRadar-Füllstandssonde sendet eine Frequenz aus und misst die Zeit, die sie benötigt, um nach dem Abprallen von der Wasseroberfläche zu ihr zurückzukehren. Da die Elektronik im Falle der Füllstandssonde mit Ultraschall die Schallgeschwindigkeit in der Luft und im anderen Fall die Lichtgeschwindigkeit kennt, berechnet sie den Abstand zwischen dem Füllstandssensor und dem Wasser. Das Erfassungssystem, das diese Informationen vom Wasserstandssensor erhält, leitet daraus die Höhe des Wassers ab. Diese beiden Mittel können durch das längere Vorhandensein von Hindernissen zwischen den Wasserstandssensoren und der Wasseroberfläche behindert werden. Die Messung des Ultraschall-Wasserstandssensors wird stark durch die Temperatur und das Vorhandensein von Wind beeinflusst. Die Ungenauigkeit desUltraschall-Wasserstandssensors steht in direktem Zusammenhang mit dem Luftabstand, der ihn vom Wasser trennt. Es ist daher für die Messung in Flüssen nicht gut geeignet, wohl aber für die Messung in Stauseen. Die Investition ist angemessen.


 

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Die vom Wasserstandssensor gelieferte Messung Radar wird durch nichts beeinflusst und seine Genauigkeit ist unabhängig von der Entfernung zwischen dem Sensor und dem Wasser dieselbe. Es ist das ideale Mittel zur Messung von Wasserläufen. Die Investitionskosten sind drei- bis viermal so hoch wie bei einem Ultraschall-Wasserstandssensor. In beiden Fällen kann die Installation sehr einfach sein (Befestigung auf einer Brücke) oder je nach Standort erhebliche bauliche Maßnahmen erfordern. In allen Fällen, mit Ausnahme des "Blase-zu-Blase"-Wasserstandssensors und des eingetauchten Ultraschall-Wasserstandssensors, ist es möglich, den Installationsaufwand erheblich einzuschränken, indem die Wasserstandssensoren oder -sonden energie- und übertragungsautonom ausgeführt werden. Zu diesem Zweck werden die Füllstandssensoren über Solarzellen mit Niederspannung versorgt und die Signale per Kurzstreckenfunk an das Kraftwerk Erwerb.

 

 

Weitere Informationen auf Wasserstandsensoren und Pegelsonden

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