LIMNIMETRIE : Limnimeter-Sensoren

Limnimer-Sensoren oder Pegelsonden können in 2 Kategorien eingeteilt werden:

Limnimeter-Sensoren bzw. Füllstandssonden mit Wasserkontakt und solche ohne Wasserkontakt.

Von Limnimmetern bis hin zu Radar Limnimmetern gibt es eine Vielzahl von Sensoren.

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Limnimmeter-Sensoren, oder Füllstandssonden, mit Kontakt :

Direktes oder indirektes Ablesen, Laufzeitmessung, Druckmessung sind die Methoden der berührenden Füllstandsmessung.

- Die direkte Ablesung erfolgt an sogenannten Limnimetriepegeln. Das sind emaillierte Metallplatten mit Zentimetereinteilung, die senkrecht oder flach auf geneigten Böden aufgestellt werden. Die Bestimmung des Wasserstandes erfolgt durch einen Beobachter in direkter Ablesung. Die Investition ist sehr gering, die Installation erfordert oft Tiefbauarbeiten, die Wartung beschränkt sich auf die regelmäßige Reinigung der Pegel. Die Haltbarkeit der Leitern hängt von den Stößen ab, denen sie ausgesetzt sind. Die Betriebskosten sind hoch, wenn der Beobachter dauerhaft anwesend ist. Die Messgenauigkeit ist zufällig und unterliegt menschlichen Fehlern. Sie sind oft das einzige Messinstrument und immer noch der historische Bezugspunkt für die Messwerte.

- Die indirekte Messung betrifft den Schwimmer. In Verbindung mit einem Plotter auf skaliertem Papier ist dies der Limnigraph, der heute nicht mehr verwendet wird, da er zu umständlich im Betrieb und zu unsicher ist. Bei der Verbindung mit einem Codierer wurden die Nachteile der Verwendung von Papier, Stift und Tinte vermieden, aber der Schwimmer, der klemmt, oder das Kabel, das auf der Rolle rutscht, sind nach wie vor große Nachteile, die zu falschen Messungen und vielen Fahrten führen. Die Investition ist hoch, die Installation erfordert umfangreiche Tiefbauarbeiten, die bei starkem Hochwasser oftmals missbraucht werden. Die Überwachung vor Ort muss ständig erfolgen und verursacht hohe Betriebskosten. Die Messgenauigkeit ist gut, aber die Dauerhaftigkeit ist nicht gewährleistet. Die Messungen für den Limnigraphen werden manuell erfasst, können aber auch von einerzentralen erfasst werden, wenn sie mit einem Encoder ausgestattet ist.

- Die Laufzeitmessung wird von Limnimeter-Sensoren oderPegelsonden mit Ultraschall unter Wasser verwendet. Es handelt sich dabei um eine piezoelektrische Zelle, die am Boden des Wasserlaufs befestigt und über ein Kabel mit einer Zentrale verbunden ist, die auch die Zelle anregen soll. Wenn die Zelle angeregt wird, sendet sie eine Frequenz aus, die an sie zurückgesendet wird, wenn sie die Luft/Wasser-Grenzfläche erreicht. Diezentrale misst die Zeit, die die Frequenzwelle benötigt, um die Strecke zurückzulegen, und leitet daraus die Messung des Wasserspiegels ab. Die Wartung besteht darin, die Oberfläche des Sensors zu reinigen, wenn sie sich mit Schlamm bedeckt. Die Genauigkeit ist gut, wenn der Limnimetersensor bzw. die Pegelsonde sauber ist und die Wassertemperatur nur wenig schwankt. Dieses System ist nicht einfach zu installieren und erfordert eine gewisse Wartung.

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- Die Druckmessung erfolgt mithilfe von Blasensensoren oder Pegelsonden oder durch Unterwassersonden. Bei der Methode des "Bubble-to-Bubble"-Füllstandssensors wird ein Rohr in den Wasserlauf eingetaucht und dort gehalten. Am anderen Ende sendet ein Kompressor zyklisch einen Druck in diese Röhre. Ein Erfassungssystem registriert den Druckwert, der notwendig ist, damit am anderen Ende eine Blase aus dem Rohr entweicht. Diese Methode erfordert wenig Infrastruktur und Investitionen. Die Notwendigkeit eines Kompressors schränkt jedoch den Nutzen dieser Methode ein. Entweder ist der Kompressor groß und benötigt einen Netzanschluss, oder er ist klein und wird zur mechanischen Schwachstelle des Systems. Unterwassersonden (Drucksensoren) sind untergetauchte Metallzylinder, die eine Silizium- oder Keramikzelle und eine Miniaturelektronik enthalten. Der Druck, der von der Wassersäule oberhalb des Limnimometers oder der Pegelsonde ausgeübt wird, bewirkt eine Verformung der Zelle, die eine Spannung erzeugt, die proportional zum ausgeübten Druck und damit zum Wasserstand ist. Das Kabel, das die Sonde mit dem Datenerfassungssystem verbindet, transportiert das Signal zu diesem System. Die Investitions- und Installationskosten sind gering. Da es sich um eine wartungsfreie Schwachstromversorgung handelt, ist dies die kostengünstigste Methode. Die Auflösung dieser Art von Wasserstandssensoren liegt im Millimeterbereich, die Genauigkeit hängt von der Linearität ab und ist umgekehrt proportional zum Skalenendwert. Sie wird nur durch Schwankungen der Wassertemperatur beeinflusst.

Der gemeinsame Nachteil aller Unterwassersensoren besteht darin, dass die Sensoren bei Hochwasser sehr oft beschädigt oder sogar zerstört werden. Die Verwendung von Unterwassersensoren kann in der Hydrologie gerechtfertigt sein, aber bei Hochwasser sollte das Risiko, in Krisenzeiten keine Messungen mehr zu haben, dazu führen, dass Unterwassersensoren mit anderen Mitteln kombiniert oder durch andere Mittel ersetzt werden.

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Berührungslose Limnimmeter- bzw. Füllstandssonden-Sensoren :

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

Um es einfach auszudrücken: Beide nutzen die Laufzeitmessung. Das heißt, dass die empfindliche Zelle des Ultraschallsensors oder die Hochfrequenzantenne der Radarsonde eine Frequenz aussendet und die Zeit misst, die sie braucht, um nach dem Aufprall auf der Wasseroberfläche wieder zu ihr zurückzukehren. Da die Elektronik die Schallgeschwindigkeit in der Luft (im Fall der Ultraschallsonde) und die Lichtgeschwindigkeit (im anderen Fall) kennt, berechnet sie die Entfernung zwischen dem Limnimmetersensor und dem Wasser. Das Datenerfassungssystem, das diese Information vom Limnimmetersensor erhält, leitet daraus die Wasserhöhe ab. Beide Mittel können durch längere Zeit bestehende Hindernisse zwischen dem Wasserstandssensor und der Wasseroberfläche behindert werden. Die Messung des Wasserstandssensors ultraschall wird stark von der Temperatur und dem Vorhandensein von Wind beeinflusst. Die Ungenauigkeit des Wasserstandssensors ultraschall hängt direkt mit dem Luftabstand zum Wasser zusammen. Dieses Mittel ist daher nicht gut für die Messung von Flüssen geeignet, es ist ideal für die Messung in Reservoirs. Die Investition ist angemessen.

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Die vom Limnimmeter-Sensor gegebene Messung Radar wird durch nichts beeinflusst und seine Genauigkeit ist gleich, egal wie weit der Limnimmetersensor vom Wasser entfernt ist. Dies ist das ideale Mittel zur Messung von Wasserläufen. Die Investition ist drei- bis viermal höher als bei einem Ultraschallsensor. In beiden Fällen kann die Installation sehr einfach sein (an einer Brücke befestigt) oder je nach Standort umfangreiche Bauarbeiten erfordern. In allen Fällen, mit Ausnahme des "Blase-zu-Blase"-Limimetersensors und des Unterwasser-Ultraschall-Limimetersensors, kann der Installationsaufwand erheblich reduziert werden, indem die Limimetersensoren oder Pegelsonden energie- und übertragungsunabhängig gemacht werden. Zu diesem Zweck werden die Pegelmesser oder -sonden von Solarmodulen mit Niederspannung versorgt, und die Signale werden per Kurzstreckenfunk zur Zentrale zu erwerben.