DE2720602A1

DE2720602A1 - Vorrichtung zur elektrischen messung von niederschlaegen

Info

Publication number: DE2720602A1
Application number: DE19772720602
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl Ing Schmitz
Original assignee: Individual
Current assignee: SCHMITZ, MICHAEL, 5520 BITBURG, DE
Priority date: 1977-05-07
Filing date: 1977-05-07
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2720602C2

Description

Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen, insbesondere Niederschlagshöhen mit einer dem N2derschlag ausgesetzten Auffangfläche, deren Abfluß in ein zylindrisches Meßrohr geleitet ist.
Die genaue Bestimmung und Registrierung der Niederschalgsmenge ist ffir die praktische Hydrclogie von großer Bedeutung. Aus den Aufzeichnungen werden bedeutende Schlüsse auf den natürlichen Wasserhaushalt gezogen. Diese zielen auf statistische Verteilungen, Aufgaben der Bilanzierung Niederschlag, Abfluß, Versickerung und Verdunstung ab. Aber auch dem planenden Wasserbauingenieur müssen die Ablauferscheinungen von Niedersch gsereignissen bekannt sein, wenn er seine planenden Aufgaben ereignisgetreu verantwortlich durchführen soll.
Geräte zur Regenmessung sollen genau und weitgehend wartungsfrei arbeiten. Weiterhin sollen sie die Fern-Übertragung der Meßwerte aus entfernt liegenden Meßpunkten zu zentralen Meßwarten ermöglichen. Diesen Anforderungen werden die bisher bekannten, noch heute gebräuchlichen Geräte für die Regenmessung nur ungenügend gerecht. Bekannt sind Geräte, die auf mechanischer Wirkungsweise beruhen, so der Hellmann'sche Regenschreiber oder die Horner'sche Wippe. Geräte dieser Bauart sind in der DIN 53666 und DIN 5667 nach Prinzip und Wirkungsweise festgelegt. Geräte dieser Ausbildungsweise sind jedoch von großer Störanfälligkeit. Störungen rühren einerseits aus Einflüssen unvermeidbarer Verschmutzung her, andererseits sind sie durch die äußerst empfindliche, störanfällige Feinmechanik der Geräte bedingt. Demzufolge ist der Wartungsaufwand dieser Geräte äußerst hoch und erreicht of jährliche Wartungs- und Pflegekosten, die die Anschaffungskosten übersteigen.
Dies führt oft dazu, daß die Geräte nicht angeschafft oder vorhandene Geräte nicht genutzt werden.
In der DT-OS 21 14 269 ist eine Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten, mit einer dem Regen ausgesetzten Auffangfläche, mit einem eine Abflußöffnung aufweisenden Meßbehälter zur Aufnahme des auf die Auffangfläche fallenden Regenwassers und Einrichtung zur Ermittlung der Regenintensität aus der Steighöhe des Regenwassers mit Meßbehälter beschrieben. Dabei umfassen die Einrichtungen zur Ermittlung der R^genintensität einen Kondensator, dessen eine Elektrode vom Regenwasser im Meßbehälter und dessen andere Elektrode von einem auf der Außenseite des Meßbehälters angebrachten metallischen Jiag gebildet ist, dessen Breite zur Oberseite des Meßbehälters hin gemäß der reziproken Wurzel aus der Steighähe abnimmt. Der Auffangbehälter mündet über cine Leitung bodenseitig in einen Meßbehälter, an dessen inden eine ständig offene Abflußleitung vorhanden ist.
Mit dieser Vorrichtung werden Regenintensitäten gemessen.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Gerät zur Regenmessung zu schaffen, das bei einfachem Aufbau genaue und störungsfreie Messungen ergibt und Verschmutzungen des Gerätes, beispielsweise durch Kot der Vögel im Auffangtrichter, ohne Wirkung auf die erzielten Meßergebnisse läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen, insbesondere der Niederschlagshöhe, mit einer dem Niederschlag ausgesetzten Auffangfläche, dessen Abfluß in ein zylindrisches Meßrohr geleitet ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Auffangtrichter in ein zylindrisches Auffanggefäß mündet, das Auffanggefäß kommunizierend mit einem Meßrohr aus nicht leitfähigem Kunststoff verbunden ist, das an seinem Außenumfang mit einem metallischen Belag versehen, insbesondere mit Metallfolie beschichtet ist, welche über die Höhe des Meßrohres von gleichbleibender Breite ist und in an sich bekannter Weise in Verbindung mit einem Oszillator und einem Meßwandler einen Meßkondensator bildet.
Die erfindungsgemäße Lösung läßt mit einfachen Mitteln die Messung der Niederschlagshöhe zu.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Durchmesser des Auffanggefässes erheblich größer als der Durchmesser des Meßrohres ist.
Durch Wahl eines Auffanggefässes mit einem zum Vergleich zum Meßrohr großen Durchmesser ergibt sich, daß Verunreinigungen in dem Auffanggefäß angesammelt werden, die dann nicht in das Meßrohr gelangen. Ein Meßrohr geringen Durchmessers hat den Vorteil, daß es einen sehr guten und fein ansprechenden Kondensator bildet, insbesondere weil die Wanddicke des aus nicht leitfähigen Kunststoff bestehenden Rohres entsprechend dünnwandig gewählt werden kann.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß auf das Auffanggefäß Auffangtrichter mit unterschiedlicher Auffangfläche aufsetzbar sind. Dadurch ist das Verhältnis der Auffangfläche zur wuerschnittsfläche des Auffanggefässes veränderlich, so daß das Auflösungsverhältnis von Steighöhe im Meßrohr zur Regenhöhe günstig eingestellt werden kann.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag besteht darin, daß der Boden des Auffanggefässes tiefer als der Boden des Meßrohres angeordnet ist und im Boden des Auffanggefässes ein in dieses hineinragendes, mit einem Ventil versehenes uberlaufrohr angeordnet ist, dessen Oberkante niveaugleich mit der Unterkante der Meßsonde oder der dem Meßrohr zugeordneten metallischen Beschichtung bzw. Folie ist. Das Ventil kann dabei elektrisch betätigt sein, so besonders vorteilhaft in der Weise, daß bei gefülltem Auffanggefäß von der elektrischen Einrichtung eine selbständige Entleerung erfolgt, wobei nach dem Entleerungsvorgang das Ventil selbsttätig geschlossen wird. Das Entleerungsventil kann aber auch von Hand betätigt oder durch einen im Auffanggefäß angeordneten Schalter betätigt sein.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das Auffanggefäß mit einem Notüberlauf versehen ist. Weiterhin ist am Boden des Auffanggefässes ein mit Absperrventil versehenes Ableitungsrohr vorhanden.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist im Auffanggeräd eine leichte Schaumplatte angeordnet, welche auf der eingeregneten Flüssigkeit frei aufschwimmt und Folie freie Verdunstungsfläche gegenüber der umgebenden Wand des Auffanggefässes minder. Es können aber auch die freien Offnungen des Auffanggefaässes bzw. Auffangtrichters durch Kappen mit kleinen Öffnungen abgedeckt sein.
Um auch im Winter die Betriebssicherheit des Regenmeßgerätes zu gewährleisterl, geht ein weiterer Verschlag dahin, daß zumindest das Auffanggefäß und das Meßrohr von einem Gehäuse umgeben sind, das in Abhängigkeit von tiefen Außentemperaturen frostsicher thermostatisch geregelt wärmbar ist. Durch diese Maßgabe ergibt sich ungleich, daß auch Niederschläge in Gestalt von Hagel oder Schnee ermittelt werden können, weil sie durch die Erwärmung in den flüssigen Zustand iibergehen.
Die Erfindung ist anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erklärt.
Der Niederschlag, welcher auf eine trichterförmig ausgebildete, definierte Auffangfläche "F" des Trichters 1 fällt, wird einem darunter angeordneten Auffanggefäß 2 zugeführt, welches mit einem Meßrohr 3 über eine Leitung 4 kommunizierend verbunden ist. Das Meßrohr 2 ist oben mit einer kleineren Offnung versehen. Der Außenumfang des Meßrohres 2, das vorteilhaft aus einem nichtleitenden Kunststtff besteht, ist mit einer metallischen Folie 5 beschichtet, welche in lotrechter Erstreckung über die Länge des Meßrohres 3 von gleicher Breite ist.
Durch die elektrische Verbindung mit einem Oszillator 6 und einem elektrischen Meßwandler 7 wird in dieser Gestaltung ein Kondensator gebildet, dessen Kapazität sich im Meßrohr 3 durch die kommunizierend mit der sich im Auffanggefäß 2 bewegenden Flüssigkeitssäule ändert.
Die Kapazität ist von zunehmender Größe, wenn auf die Auffangrläche "F" des Trichters 1 ein Niederschlag fällt. Sie ist von abnehmbarer Größe, wenn das Gefäß 2 entleert wird.
In einer modifizierten Gestaltung kann auch eine kapazitive Meßsonde 8 unmittelbar in das Gefäß 2 eintauchen.
Die änderung der Kapazität erfolgt hierbei ebenfalls durch das sie umgebende Medium. Die Meßsonde 8 ist in gestrichelter Linie dargestellt.
Wenn in das Gefäß so viel Niederschlag eingeflossen ist, daß dieses voll ist, kann über einen Grenzkontaktgeber 9 über die Steuerleitung 9a ein tief angeordnetes Ventil 10 geöffnet werden. Das Ventil 10 ist an einer Abflußleitung 11 vorhanden, die durch den boden 12 des Gefässes 2 ragt.
Die obere Kante 15 des Rohres 11 ist niveaugleich mit der unteren Kante 14 der metallischen 3eschichtung 5 des Meßrohres 5 bzw. der unteren Kante der in Gefäß 2 vorhandenen Meßsonde 8. Das Rohr 11 setzt sich nach außen fort in ein Ableitungsrohr 15. Mit der Offnung des Ventils 10 wird eine schnelle Entleerung des Gefässes erreicht. Dieses Ventil schließt wieder dicht zu, wenn der Auslaßvorgang beendet ist. Die Anordnung eines handbetätigten Auslaßventils ist ebenfalls möglich. Auch kann die Entleerung mittels eines selbsttätig anlaufenden Saughebers erfolgen. Neben der vorerwähnten Entleerungseinrichtung ist eine Uberlaufeinrichtung 16 vorgesehen, welche ebenfalls außerhalb endet.
Da durch Vogelkot, Blatt- und Samenflug sowie durch allgemeine Luftverunreinigung Schmutzstoffe in das Gerät gelangen, ist eine weitere Entleerung 11 tiefer als die kommunizierende Verbindung im Boden 12 des Gefässes 2 vorhanden. In dem unterhalb der Verbindung 4 liegenden Raum des Gefässes, welcher nicht zur Messung genutzt wird, scheiden sich diese störenden Verunreinigungen ab und werden bei der Gefäßentleerung über das Ventil 18 regelmäßig ausgespült.
Die im Meßwandler erzeugten elektrischen Analogwerte sind proportional der eingeflossenen Regenmenge. Das Meßsignal ist fernübertragbar und kann auf handelsüblichen Registriergeraten (Schreiber) 19 synchron aufgezeichnet werden. Die aufgezeichneten Kurven stellen die Zunahme des Niederschlages "N" in Abhängigkeit der Regendauer litt? dar.
Im Auffanggefäß 2 ist eine Platte 20 aus Schaumkunststoff vorhanden, die so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß sie die Verdunstung des im Gefäß vorhandenen Wassers weitgehend verhindert.
Die Zylinder 2 und 3 sind von einem innen beheizbaren Gehäuse 21 umgeben.
Es ist üblich, die Regenhöhe in der Dimension "mm" anzugeben.
Wenn auf Fo = 1 m2 = 106 mm2 eine Regenhöhe von No = 1 mm fällt, dann beträgt das Regenvolumen qo = F0 N = 106 mm2 1,0 mm = 106 mm3 = 103 cm3 = 1,0 Ltr.
Beträgt die beregnete Trichterfläche F m2 und die Regenhöhe H (mm), so gewint man aus der Proportion q F . N = und einer mathematischen Umwandlung q0 F . N0 die jeweilige Regenmenge q0 ltr q = F . N = F . N mm . m² . 1,0 = o o m mm mit F in "m²" und N in "mm Wenn diese eingeregnete Menge in daßgafäß ilit der waagerechten Querschnittsfläche "f" gespeichert wird, gilt die Beziehung z . f = q = F . N . Hieraus wird z = F/f. N.
Für die dimensionsgebundene Rechnung: Mit F und f in m², N in mm erhält man die Speicherhöhe "z" in mm.
Sofern die Speicherhöhe z pro mm Regenhöhe interessiert, kann die Formel umgeschrieben erden zu z - F mm Speicherhöhe mm Regenhöhe Mit der veränderlichen Wahl des Flächenverhältnisses ist eine hervorragende Auflösung der Meßwerte möglich.

Claims

Patentansprüche 9 Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen, insbesondere Niederschlagshöhen, mit einer dem Niederschlag ausgesetzten Aufranfläche, deren Abfluß in ein zylindrisches Meßrohr geleitet ist, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Auffangtrichter (1) in ein zylindrisches Auffanggefäß (2) mündet, das Auffanggefäß (2) kommunizierend mit einem Meßrohr (3) aus nicht leitfähigem Kunststoff verbunden ist, das an seinem Außenumfang mit einem metallischen Belag (5), insbesondere Metallfolie, beschichtet ist, welche über die Höhe des Meßrohres (3) von gleichbleibender Breite ist und in an sich bekannter Weise in Verbindung mit einem Oszillator (6) und einem Meßwandler (7) einen Meßkondensator bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Durchmesser des Auffanggefässes (2) erheblich größer als der Durchmesser des Meßrohres (3) ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprechen 1 und 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf das Auffanggefäß (2) Auffangtrichter (1) unterschiedlicher Auffangfläche aufsetzbar sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Boden (12) des Auffanggefässes (2) ein in dieses hineinragendes, mit einem Ventil (10) versehenes Uberlaufrohr (11) angeordnet ist, dessen Oberkante (1so) niveaugleich rnit der Unterkante (14) der Meßsonde, insbesondere in Gestalt der dem Meßrohr ()) zugeordneten metallischen Beschichtung (5) bzw. Folie ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Ventil (io) elektrisch betätigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Ventil (10) durch einen im Auffanggefäß (2) angeordneten Schalter betätigt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Auffanggefäß (2) mit einem Notüberlauf (16) versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß am Boden (12) des Auffanggefässes (2) ein mit Absperrventil (18) versehenes Ableitungsrohr (17) vorhanden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß im Auffanggefäß (2) eine leichte Schaumplatte (20) angeordnet ist, welche auf der eingeregneten Flüssigkeit frei aufschwimmt und die freie Verdunstungsfläche gegenüber der umgebenden Wand des Auffanggefässes mindert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die freien Offnungen des Auffanggefässes (2) bzw. Auffangtrichters (1) durch Kappen mit kleinen Offnungen abgedeckt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zumindest das Auffanggefäß (2) und das Meßrohr ()) von einem Gehäuse umgeben sind, das in Abhängigkeit von tiefen Außentemperaturen frostsicher thermostatisch geregelt erwärmbar ist.