Beschreibung der Messinstrumente und ihre Funktionsweisen

Messmast Übersicht

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10m [Windmessungen]

Schalenkreuz-Windgeber [m/s]

2D-Ultraschall- Anemometer [m/s]

Messwertgeber für Windrichtung [Grad]

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7m [kurzwellige/ langwellige Strahlung]

CMP11 Pyranometer [W/m²]

CGR4 Pyrgeometer [W/m²]

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6m [Windmessung]

Schalenkreuz-Windgeber [m/s]

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~2,5m [Temperatur & Feuchte]

Temperatur- [°C]/ Feuchtesensor [%]

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~1,5m [Niederschlag, Luftdruck]

Regenmesser [mm]

Datenlogger/ Logbox

Barometer (in der Logbox montiert) [hPa]

Schalenkreuz-Windgeber

Windgeschwindigkeit [m/s]

Geräteausführung:

  • Messbereich: 0,3 - 60 [m/s]
  • Genauigkeit: +/- 0,3 [m/s]
  • mit integrierter 15W Heizung (Minusgrade zulässig)
  • Datenausgang: 4-20 mA
  • METEK GmbH

Funktionsweise:

  • Der Schalenkreuz-WIndgeber besteht aus einem drei- (mitunter auch vierarmigen Stern) mit halbkugelförmigen Hohlschalen. Wenn nun der Wind in diese frei drehbar gelagerten Schalen weht, setzen sich diese in Bewegung. Aus der Rotationsbewegung (Umdrehungen pro Minute) des Sterns wird dann die Windgeschwindigkeit abgeleitet.

2D-Ultraschall-Anemometer

Windgeschwindigkeit [m/s]

Geräteausführung:

  • Windgeschwindigkeit: 0 – 75 m/s
  • Windrichtung: 0 – 359°
  • Heizelemente im Transducer (Verhinderung von Vereisung)
  • arbeitet nach Prinzip der Differenz-Laufzeitmessung
  • analog output: 4...20 mA
  • WSWD sonic anemometer, MESA Systemtechnik GmbH

Funktionsweise:

  • ermittelt die horizontalen Komponenten Windgeschwindigkeit und Windrichtung des
    dreidimensionalen Windvektors (parallele Strömung zur Erdoberfläche). Die rechtwinkli-
    gen Geschwindigkeitskomponenten wird aus zwei zueinander orthogonal ste-
    henden Messstrecken errechnet. Aus den beiden X- und Y-Windkomponenten lassen sich wiederum die
    Polarkoordinaten als Betrag und Winkel der Windgeschwindigkeit berechnen.

Hintergrund:

  • Schall ist eine als Welle fortschreitende Deformation in einem Medium und bewegt sich
    in verschiedenen Medien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fort (Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in ruhender Luft ~343 m/s)
  • Wird das Medium Luft bewegt, überlagert sich die Geschwindigkeitskomponente der Luftbewegung zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit in ruhender Luft. Das bedeutet, dass eine Windgeschwindigkeitskomponente in Ausbreitungsrichtung des Schalls, den Schall beschleunigt und eine entgegengesetzte Windgeschwindigkeitskomponente die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls verringert.
  • Aus dem Unterschied in den Laufzeiten der beiden überlagerten Ausbreitungsge-
    schwindigkeiten lässt sich die Windgeschwindigkeitskomponente der jeweiligen Messstrecke
    ermitteln. Dadurch, dass pro Messstrecke in beide Richtungen die Laufzeiten gemessen wer-
    den, kann der hohe Temperatureinfluss auf das Messergebnis eliminiert werden
  • Laufzeiten können mit hohen Frequenzen präziser bestimmt werden, sodass auf kurze Distanzen hohe Frequenzen verwendet werden --> Ultraschall

Messwertgeber für Windrichtung

Geräteausführung:

  • Messbereich: 360°
  • max. Belastbarkeit: 100 m/s
  • heavy duty Ausführung
  • Metek GmbH

Funktionsweise:

  • Die Windfahne richtet sich durch den auftretenden Winddruck stets parallel zur ortlichen Windrichtung aus, deren Stellung (0 - 359 Grad) elektronisch abgetastet wird.

 

Pyranometer

Kurzwellige Strahlung [W/m²]

Pyrgeometer

Langwellige Strahlung [W/m²]

Temperatur-& Feuchte Messfühler

Lufttemperatur [°C], relative Feuchte [%]

Geräteausführung Temperatursensor:

  • Sensor: Platinwiderstand Pt100 Temperaturfühler
  • Messbereich: -40...+60 °C
  • Genauigkeit: +/- 0,2 K (bei 23°C)
  • Ausgang: Messwiderstand Pt 100
  • in Strahlungsschutzhülle
  • METEK GmbH

Funktionsweise:

  • Pt Temperaturfühler sind Temperatursensoren, welche mit einer Widerstandsänderung auf den Temperatureinfluss reagieren. Der Messeffekt wird durch die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Temperatur bei Platin erzielt. Platin-Messwiderstände werden nach ihrem Material und ihrem Nennwiderstand bei einer Temperatur von 0 °C bezeichnet. Sehr stark verbreitet ist Pt100 ( Nennwiderstand 100 Ω) wie auch hier am Messmast montiert. Höhere Nennwiderstande sind aber ebenfalls in der Anwendung

 

Geräteausführung Feuchtesensor:

  • Sensor: Kapazitives Messelement
  • Messbereich: 0...100 % rF
  • Genauigkeit: 10...90% rF bei 23°C --> 1,5%

                             <10% & >90% rF --> 2%

  • Betriebstemperaturbereich allgemein: -40...+75 °C
  • Mindestluftgeschwindigkeit am Sensorkopf: 0,5 m/s
  • in Strahlungsschutzhülle
  • METEK GmbH

Funktionsweise:

  • die Sonden des Feuchtigkeitssensors erkennen Veränderungen, die die Temperatur oder den elektrischen Strom in der Luft verändern.Die meisten Feuchtigkeitssonden basieren auf zwei elektrischen Leitern (Elektroden) mit einem nicht leitenden Polymerfilm zwischen den Elektroden, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Die Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft sammelt sich auf der Folie, was zu einer Änderung des Spannungsniveaus zwischen den beiden Elektroden führt.Diese Änderung wird dann in einen digitalen Messwert umgewandelt, sodass Sie unter Berücksichtigung der Lufttemperatur die relative Luftfeuchtigkeit ablesen können.
  • Kapazitive Feuchtigkeitssensoren gehören zu den am häufigsten verwendeten Typen. Sie funktionieren, indem sie Änderungen der Dielektrizitätskonstante eines Materials als Reaktion auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit messen.Die Dielektrizitätskonstante misst die Fähigkeit eines Materials, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern.

     

    Kapazitive Feuchtigkeitssensoren bestehen typischerweise aus zwei Elektroden, von denen eine mit einem hygroskopischen Material beschichtet ist, das Wasserdampf aus der Luft absorbiert.Wenn das hygroskopische Material Wasserdampf aufnimmt, führt dies zu einer Änderung der Dielektrizitätskonstante zwischen den beiden Elektroden, die vom Sensor gemessen wird.

  • kapazitiven Feuchtesensoren arbeiten nach dem Prinzip eines Plattenkondensators in dem als Dielektrikum eine sehr dünne feuchteempfindliche Polymerschicht verwendet wird, deren Dieletrizitätszahl sich abhängig von der aufgenommenen Feuchtigkeit ändert.
  • Die Dielektrizitätskonstante misst die Fähigkeit eines Materials, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Kapazitive Feuchtigkeitssensoren bestehen typischerweise aus zwei Elektroden, von denen eine mit einem hygroskopischen Material beschichtet ist, das Wasserdampf aus der Luft absorbiert.

 

  • beide Sensoren sind in einer Messsonde, geschützt durch einen Membranfilter
  • in einer Strahlungsschutzhütte
  • Sonde wird mittels einer Fühleraufnahme gehalten

 

Regenmesser

Niederschlag [mm]

Geräteausführung:

  • Wiegender Niederschlags-impulsgeber
  • Auflösung: 0,1 mm
  • Genauigkeit: +/- 2% mit Intensitätskompensation
  • Einsatzbereich: -20 - +70°C
  • mit Reedkontakt I Heizung → wintertaugliche Variante, Schneefall möglich, zwei getrennt geregelte Heizkreise gewährleisten genaue Temperaturregelung, Zuschneien des NS-Messers wird verhindert / Verdunstung an beheizten Flächen minimiert
  • Wippinhalt 2cm³(2g Wasser), Auffangfläche von 200 cm² (WMO-Norm) → eine Wippenfüllung entspricht Niederschlagshöhe von 0,1mm/m²
  • Wippenvolumen 0 – 8mm/min

 

Funktionsweise:

arbeitet mit reibungsarm gelagerter Wippe (Kippwaage) nach Joss-Tognini

Bei anderen Wippenmesssystemen treten Fehler durch unvollständiges Abtropfen infolge von Oberflächenspannungen des Niederschlages auf. Die Wippenkonstruktion nach Joss-Tognini ist jedoch so gestaltet, dass solche Fehler automatisch kompensiert werden.

Reibungsarm gelagerte Kippwaage arbeitet nach dem
“Prinzip von Joss-Tognini. Pro Vorgang beträgt das Wasservolumen 4 cm3 (4g) bezogen
auf die Auffangfläche von 200 cm². Eine Wippenfüllung entspricht daher 0,2 mm pro
Quadratmeter. Durch das Senken der Wippe wird ein Reed-Kontakt geschlossen und der
ausgelöste Impuls kann elektronisch abgetastet und registriert werden. Witterungs-
beständige Materialien ermöglichen den langzeitigen Einsatz.”

 

bei Kippung wird ein eingebauter Reedkontakt geschlossen, Impulsabgabe kann elektronisch abgetastet und fernübertragen werden

Barogeber

Luftdruck [hPa]

Geräteausführung:

  • METEK GmbH, Elmshorn Art.nr: 5010.1000 (analog)
  • Präzisionsausführung mit piezoresistivem Sensorelement
  • Messbereich: 800-1060 hPa
  • Genauigkeit: +/- 0,25 hPa mit Sensorheizung
  • Stromausgang: 4- 20mA bei 800– 1060hPa (Formel)

Funktionsweise:

  • misst den absoluten Luftdruck oder berechnet den reduzierten Luftdruck mittels internationaler Höhenformel (DIN ISO 2533)
  • “In Wetterkarten und auch in Wetterberichten wird meist der auf Meeresniveau umgerechnete ("reduzierte") Luftdruck eingetragen.” → bezogen auf Meereshöhe
  • Um gleichzeitig gemessene Luftdruckwerte sinnvoll miteinander vergleichen zu können, müssen diese auf eine gemeinsame Bezugshöhe, den Luftdruck auf Meereshöhe, umgerechnet werden.
  • Berechnung der Firmware des Barogebers mittels internationaler Höhenformel (DIN ISO 2533)…

Datenlogger (Logbox)

Sammlung aller Messungen

  • Alle Messinstrumente messen in 10 Sekunden-Abschnitten
  • Datenausgabe auf der Webseite dann auf 1 Minute gemittelt
  • Die Nutzung der Daten ist nur für private und nichtkommerzielle Zwecke gestattet. Das GEOMAR übernimmt für die Verfügbarkeit und Genauigkeit keine Gewähr. Bitte lesen Sie die allgemeinen Hinweise zu den meteorologischen Messdaten.