Messtechnik für Labor- und Felduntersuchungen
Messtechnik
Das Institut verfügt über eine messtechnische Ausstattung für verschiedene Bereiche der Wasserwirtschaft. Die verfügbare Messtechnik wird kontinuierlich erweitert um gänzlich alle Aufgabestellungen bearbeiten zu können. Die im Folgenden vorgestellten Messgeräte sind für den Einsatz im Labor sowie für den Feldeinsatz geeignet.
Tracer Messgerät (mobile Abflussmessung)
Der Easyflow von der Firma MADD (Abbildung) ist ein Durchflussmessgerät nach der Salzverdünnungsmethode und ermöglicht eine Messung in Gerinnen und an natürlichen Gewässern wie Bächen. Zur Messung wird stromaufwärts der Messpunkte der Sonden eine Salzlösung in das Gewässer gegeben. Während die Salzwolke vorbeizieht wird die elektrische Leitfähigkeit des Wassers gemessen und hierüber der Durchfluss bestimmt. Mit diesem System können Durchflüsse bis zu 100 l/s gemessen werden.
Messprinzip des Easyflows Easyflow Durchflussmesser
Temperaturmessungen 0 - +40 °C
- Messbereich 0,01 – 99,99 l/s
- Genauigkeit ± 5 %
- Messintervalle 1, 2, 4, 8 s
Differenzdruckmanometer (Messung von Differenzdruck)
Um Druckdifferenzen zwischen Punkten zu messen kann ein digitales Manometer genutzt werden. Beim Differenzdruckmano-meter PCE 910 wird der Druck zwischen beliebigen Stellen gemessen indem diese über Schläuche mit den Sensoren verbunden werden. Die Messdaten werden während der Messung auf einem PC gespeichert.
Das Differenzdruckmanometer PCE 910 weist die folgenden Merkmale auf:
- Messbereich - 2000 mbar bis 2000 mbar
- Auflösung 1 mbar
- Genauigkeit ± 2 %
- Messfolge 0,8 s
Ultraschallsensoren (Wasserstandsmessung)
Mit Ultraschallsensoren können Wasserstände berührungslos gemessen werden. Das bringt den Vorteil mit sich, dass es keinen Einfluss durch das Messgerät selbst auf den Wasserstand gibt. Die Messung erfolgt durch die Ausgabe eines Signals, das an der Wasseroberfläche und dem Gerinneboden reflektiert wird und über die Laufzeit wird die Entfernung ermittelt. Im Labor werden die USS 02 Sensoren der Firma General Acoustics genutzt, der Messbereich der 4 eingesetzten Sensoren liegt zwischen 3 und 25 cm. Alle Werte werden mit einer maximalen Abtastrate von 50 Hz gemessen und über einen Computer erfasst.
Ultraschallsensoren USS02:
- Messbereich 30 bis 250 mm
- Abtastrate 50 Hz
- Auflösung 0,18 mm
- max. zulässige Fließgeschwindigkeit 6 m/s
Ultraschallsensoren USS10:
- Messbereich 200 bis 1200 mm
- Abtastrate 50 Hz
- Auflösung 0,18 mm
- max. zulässige Fließgeschwindigkeit 15 m/s
UltraLab Controller UltraLab Sensor
ADV (mobile Geschwindigkeitsmessung)
Beim ADV (Akustischem Doppler Verfahren) wird vom Sender ein akustisches Signal mit fester Frequenz ausgegeben, über die Streuung und Reflektion an kleinen Partikeln im Wasser verändert sich die Frequenz. Diese Änderung der Frequenz geschieht proportional zur Geschwindigkeit der Partikel (Doppler Effekt), somit kann die Geschwindigkeit ermittelt werden. Mit dem im Labor verwendeten Nortek Vectrino ist eine Darstellung von 3D-Geschwindigkeitsvektoren möglich. Für den Vectrino gibt es verschiedene Sonden, besonders geeignet für den Einsatz im Labor bzw. im Feld.
- Messbereich 1, 10, 30, 100, 250, 400 cm/s
- Sampling-Frequenz 1 – 200 Hz
- Auflösung mm/s
- Genauigkeit ± 0,5 % des Messwerts, ± 1 mm/s
Vectrino Feldsonde im Einsatz
Folgende Varianten stehen dem Insitut zur Verfügung:
- Standard & Plus Variante
- 2 x Side Looking
- 1 x Field Probe
Digitaler Messflügel (mobile Geschwindigkeitsmessung)
Schiltknecht MiniAir20 Messflügel mit Auswerteeinheit
Mit dem Messflügel können Fließgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten aber auch Gasen gemessen werden. Bei den verwendeten Schildknecht MiniAir20 Messflügeln wird die Geschwindigkeit direkt ermittelt und auf dem Display angezeigt. Zusätzlich kann auch die Wassertemperatur angezeigt werden.
Geschwindigkeit:
- Genauigkeit ± 2,0 % (± 3,5 %)
- Messbereich 0,02 – 5 m/s (0,03 – 10 m/s)
Temperatur:
- Genauigkeit ± 0,5 C°
- Messbereich –30 bis +140 C
Analoger Messflügel (mobile Geschwindigkeitsmessung)
Neben den digitalen Messflügeln sind auch analoge Messflügel der Firma OTT vorhanden. Messungen mit diesen Messflügeln werden in Kombination mit dem Zählgerät Z210 bzw. Z215 durchgeführt. Die Messbereiche der Flügel richten sich nach den angebrachten Messschaufeln. Zur Ermittlung der Fließgeschwindigkeit wird aus der aufgezeichneten Zeit und Impulsen (Umdrehungen) die Drehzahl ermittelt. Zu jeder Schaufel existieren empirisch ermittelte Formeln mit denen man, in Abhängigkeit von der Drehzahl, die Fließgeschwindigkeit ermittelt. Die Ermittlung der Geschwindigkeit ist mit diesen Messflügeln nur eindimensional in die Hauptfließrichtung möglich.
OTT Zählgerät, Kleinflügel C2 und Schaufel
- Messbereich (je nach Schaufel verschieden) 0.025 m/s – 5 m/s
- Genauigkeit mm/s
Magnetisch induktiver Strömungsmesser (mobile Geschwindigkeitsmessung)
Als weitere Möglichkeit zur Geschwindigkeitsmessung kann ein OTT Natilus C2000 in Kombination mit einer OTT Sensa Z300 Auswerteeinheit genutzt werden. Der C2000 ist ein magnetisch-induktiver Strömungsmesser, dessen Messprinzip auf dem Faradayischen Induktionsgesetz beruht. Wird ein Magnetfeld von einem elektrischen Leiter durchquert, wird eine elektrische Spannung induziert. Über diese von zwei Elektroden gemessen Spannung kann in Folge die Geschwindigkeit ermittelt werden.
OTT Nautilus C2000 OTT Sensa Z300
Der Nautilus C2000 gibt die Strömungsgeschwindigkeiten direkt auf dem Display des Sensa Z300 aus. Zur Aufnahme längerer Messreihen verfügt der Sensa Z300 über eine RS 232 Schnittstelle zur Datenaufzeichnung auf dem PC.
- Genauigkeit mm/s
- Messbereich 0 m/s bis 2,5 m/s
GNSS-Vermessung (satellitengestützte Positions- und Höhenermittlung)
Zur Aufnahme von z.B. Sohlprofilen in begehbaren Gewässern und im Feld wird ein Leica Zeno 20 genutzt. Der Einsatz erfolgt häufig mit einer externen Antenne, da durch die höhere Position ein besserer Empfang erreicht werden kann. Mit dem GNSS-Empfänger können Geländehöhen und –position vereint als Punkt aufgezeichnet und in ein Geländemodell eingetragen werden. Mit dem Zeno 20 können zusätzlich zu Punkten direkt Linien oder Flächen aus mehreren Punkten aufgenommen werden. Die aufgenommenen Daten werden zur Bearbeitung in GIS-Modelle eingefügt. Um auch an Stellen mit schlechtem Satellitenempfang Punkte aufnehmen zu können, kann der Empfänger mit einer 2 m hohen externen Antenne ausgestattet werden. Außerdem können zusätzlich über einen mit dem System kommunizierenden Distanzmesser (Leica Disto S910) schwer zugängliche Positionen eingemessen werden.
Leica Zeno20 Externe Antenne Leica Disto S910 Mess- und Montagestab
Genauigkeit:
- Position maximal 2 cm
- Höhe maximal 3 cm
GNSS-Vermessung (satellitengestützte Positions- und Höhenermittlung)
Mit dem Emlid Reach Rs+ können, wie mit dem Leica Zeno 20, z.B. Sohlprofile in begehbaren Gewässern oder im Feld erfasst werden. Der RTK GNSS Empfänger ermöglicht eine Zentimetergenaue Positionsbestimmung. Mit dem GNSS-Empfänger können Geländehöhen und –positionen vereint als Punkt aufgezeichnet und in ein Geländemodell eingetragen werden. Das System ist gegenüber Umwelteinflüssen wie Regen oder Staub nach IP67 geschützt.
- Abmessungen 14,5 x 14,5 x 8 cm
- Gewicht 0,690 kg
- Zentimetergenaue Positionsbestimmung
- Reichweite bis zu 8 km
- Akkulaufzeit 30 Stunden
- Wasser, Staub & Sturz geschützt
Emlid Reach Rs+
Drohne Phantom 4 Pro (Trägersystem für Messtechnik)
Die DJI Phantom 4 pro Drohne wird zur Aufnahme von Luftbildern oder Durchführung von Messungen aus der Luft verwendet. Sie besitzt ein hochwertiges Kamerasystem mit einer sehr schnell agierenden elektromechanischen Bildstabilisierung. Durch ihre kompakte Größe (35 cm Durchmesser) und ihr geringes Gewicht (1,388 kg) kann die Drohne eine Maximalgeschwindigkeit von bis zu 72 km/h und eine maximale Steiggeschwindigkeit von 6 m/s erreichen.
Drohne DJI Phantom 4 Pro:
- Durchmesser 0,35 m
- Gewicht 1,388 kg
- Maximalgeschwindigkeit 72 km/h
- Maximale Steigrate 6 m/s
Drohne Mavic 2 Pro (Trägersystem für Messtechnik)
Die DJI Mavic 2 pro Drohne wird vom selben Herrsteller wie die DJI Phantom 4 pro produziert. Im Gegensatz zur DJI Phantom 4 pro ist die DJI Mavik 2 pro kleiner (32,3 x 24,2 cm) und leichter (0,907 kg). Die maximale Flugzeit, die maximale Flughöhe und die Maximalgeschwindikeit weichen nur geringfügig von den Werten der DJI Phantom 4 pro Drohne ab.
DJI Mavic 2 Pro
- Abmessungen 32,2 x 24,2 x 8,4 cm
- Gewicht 0,907 kg
- Maximalgeschwindigkeit 72 km/h
- Maximale Steigrate 5 m/s
Traverse zur steuerbaren Positionierung von Messtechnik
In der wasserbaulichen Versuchsrinne des Instituts kommt zur Positionierung Messtechnik (bspw. Geschwindigkeitsmessern) eine Traverse mit Lineareinheiten der Fa. isel zum Einsatz. Aktuell steht ein 2-Achsen-System zur Verfügung (X-Y oder X-Z).
Interface:
- ISEL CNC-Controller IMC-S8 (3-Achs-Controller)
Vorhandene Lineareinheiten:
- LES4 (L = 990 mm, Spindelsteigung 2,5 mm)
- LES4 (L = 2990 mm, Spindelsteigung 2,5 mm)
- LES5 (L = 2990 mm, Spindelsteigung 2,5 mm)
Bedienung mittels selbst entwickelter MATLAB-UI
Traversen im Einsatz im Versuchslabor