DE2720602C2

DE2720602C2 -

Info

Publication number: DE2720602C2
Application number: DE19772720602
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. 5520 Bitburg De Schmitz
Original assignee: Individual
Current assignee: SCHMITZ, MICHAEL, 5520 BITBURG, DE
Priority date: 1977-05-07
Filing date: 1977-05-07
Publication date: 1987-10-29
Also published as: DE2720602A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen, insbesondere Niederschlagshöhen mit einer dem Niederschlag ausgesetzten Auffangfläche, deren Abfluß in ein zylindrisches Meßrohr geleitet ist.

Die genaue Bestimmung und Registrierung der Niederschlagsmenge ist für die praktische Hydrologie 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 Niederschlagsereignissen bekannt sein, wenn er seine planenden Aufgaben ereignisgetreu verantwortlich durchführen soll.

Geräte zur Regenmessung sollen genau und weitgehend wartungfrei arbeiten. Weiterhin sollen sie die Fernübertragung 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 58 666 und DIN 58 667 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 oft 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 DE-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 Regenwasers und Einrichtung zur Ermittlung der Regenintensität aus der Steighöhe des Regenwassers mit Meßbehälter beschrieben. Dabei umfassen die Einrichtungen zur Ermittlung der Regenintensität einen Kondensator, dessen eine Elektrode vom Regenwasser im Meßbehälter und dessen andere Elektrode von einem auf der Außenseite des Meßbehälters angebrachten metallischen Belag gebildet ist, dessen Breite zur Oberseite des Meßbehälters hin gemäß der reziproken Wurzel aus der Steighöhe abnimmt. Der Auffangbehälter mündet über eine Leitung bodenseitig in einen Meßbehälter, an dessen Boden 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, deren 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 vorbunden ist, das an seinem Außenumfang mit einem metallischen Belag, insbesondere 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 Ausgestaltung wird vorgesschlagen, 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 Verunreinigunen 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 Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß auf das Auffanggefäß Auffangtrichter mit unterschiedlicher Auffangfläche aufsetzbar sind. Dadurch ist das Verhältnis der Auffangfläche zur Querschnittsfläche des Auffanggefäßes veränderlich, so daß das Auflösungsverhältnis von Steighöhe im Meßrohr zur Regenhöhe günstig eingestellt werden kann.

Ein weiterer 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 Überlaufrohr 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 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 Ausgestaltung ist im Auffanggefäß eine leichte Schaumplatte angeordnet, welche auf der eingeregneten Flüssigkeit frei aufschwimmt und die freie Verdunstungsfläche gegenüber der umgebenden Wand des Auffanggefäßes mindert. Es können aber auch die freien Öffnungen des Auffanggefäßes bzw. Auffangtrichters durch Kappen mit kleinen Öffnungen abgedeckt sein.

Um auch im Winter die Betriebssicherheit des Regenmeßgerätes zu gewährleisten, geht ein weiterer Vorschlag 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 zugleich, daß auch Niederschläge in Gestalt von Hagel oder Schnee werden können, weil sie durch die Erwärmung in den flüssigen Zustand übergehen.

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 Öffnung versehen. Der Außenumfang des Meßrohres 2, das vorteilhaft aus einem nichtleitenden Kunsstoff 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 Auffangfläche 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 9 a ein tief angeordnetes Ventil10 geöffnet werden. Das Ventil 10 ist an einer Abflußleitung 11 vorhanden, die durch den Boden 12 des Gefäßes 2 ragt. Die obere Kante 13 des Rohres 11 ist niveaugleich mit der unteren Kante 14 der metallischen Beschichtung 5 des Meßrohres 3 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 Öffnung 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 Überlaufeinrichtung 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 Analogwerte sind proportional der eingeflossenen Regenmenge. Das Meßsignal ist fernübertragbar und kann auf handelsüblichen Registriergeräten (Schreiber) 19 synchron aufgezeichnet werden. Die aufgezeichneten Kurven stellen die Zunahme des Niederschlags N in Abhängigkeit der Regendauer t dar.

Im Auffanggefäß 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 F _o = 1 m³ = 10⁶ mm² eine Regenhöhe von N _o = 1 mm fällt, dann beträgt das Regenvolumen
q _o = F _o · N _o = 10⁶ mm² · 1,0 mm = 10⁶ mm³ = 10³ cm³ = 1,0 Ltr.

Beträgt die beregnete Trichterfläche F m² und die Regenhöhe N (mm), so gewinnt man aus der Proportion

und einer mathematischen Umwandlung die jeweilige Regenmenge

Wenn diese eingeregnete Menge im Meßgefäß mit der waagerechten Querschnittsfläche f gespeichert wird, gilt die Beziehung

z · f = q = F · N

Hieraus wird

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 werden zu

Mit der veränderlichen Wahl des Fächenverhältnisses ist eine hervorragende Auflösung der Meßwerte möglich.

Claims

1. Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen, insbesondere der Niederschlagshöhen, mit einer dem Niederschlag ausgesetzten Auffangfläche, deren Abfluß in ein zylindrisches Meßrohr geleitet ist, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Auffanggefäßes (2) erheblich größer als der Durchmesser des Meßrohres (3) ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Auffanggefäß (2) Auffangtrichter (1) unterschiedlicher Auffangfläche aufsetzbar sind.

4. Vorrichtung nach den Anspüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (12) des Auffanggefäßes (2) ein in dieses hineinragendes, mit einem Ventil (10) versehenes Überlaufrohr (11) angeordnet ist, dessen Oberkante (13) niveaugleich mit der Unterkante (14) der Meßsonde, insbesondere in Gestalt der dem Meßrohr (3) zugeordneten metallischen Beschichtung (5) bzw. Folie ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) elektrisch betätigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffanggefäß (2) mit einem Notüberlauf (16) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 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 8, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Öffnungen des Auffanggefäßes (2) bzw. Auffangtrichters (1) durch Kappen mit kleinen Öffnungen abgedeckt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Auffanggefäß (2) und das Meßrohr (3) von einem Gehäuse umgeben sind, das in Abhängigkeit von tiefen Außentemperaturen frostsicher thermostatisch geregelt erwärmbar ist.