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10m [Windmessungen]

Schalenkreuz-Anemometer [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-Anemometer [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]

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:

• Das Schalenkreuz-Anemometer besteht aus einem drei- (mitunter auch vierarmigen Stern) mit halbkugelförmigen Hohlschalen. Wenn 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.

Geräteausführung:

• Windgeschwindigkeit: 0 – 75 m/s
• Windrichtung: 0 – 359°
• Heizelemente im Transducer (Verhinderung von Vereisung)
• arbeitet nach Prinzip der Differenz-Laufzeitmessung
• 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 rechtwinkligen Geschwindigkeitskomponenten werden aus zwei zueinander orthogonal stehenden Messstrecken errechnet.
• Aus den beiden X- und Y-Windkomponenten lassen sich wiederum die Polarkoordinaten als Betrag und Winkel der Windgeschwindigkeit berechnen.

Zusatzinformationen:

• 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.
• Der hohe Temperatureinfluss auf das Messergebnis kann eliminiert werden, da die Laufzeiten pro Messstrecke in beide Richtungen gemessen werden.
• Laufzeiten können mit hohen Frequenzen präziser bestimmt werden, sodass auf kurze Distanzen hohe Frequenzen verwendet werden --> Ultraschall

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 örtlichen Windrichtung aus, deren Stellung (0 - 359 Grad) dann elektronisch abgetastet wird.

Geräteausführung:

• Sensitivität: 7...14 μV/W/m²
• Spektralbereich (50% Punkte): 300...2800 nm
• Einsatzberech: -40 ... +80 °C
• Maximale Strahlung: 4000 W/m²
• Neigungsfehler (bei 1000 W/m²): < 0,2 %
• Richtungsfehler (bei 80° mit 1000 W/m² Einstrahlung): < 10 W/m²
• Zero offsets: Wärmestrahlung (200 W/M²) : < 7 W/m² & Temperaturveränderung ( 5 K/hr) : < 2 W/m²
• Version: CMP 11 von Kipp & Zonen

Funktionsweise:

• Die hemisphärische Glaskuppel funktioniert wie ein Kantenfilter und lässt dadurch lediglich einfallende, kurzwellige Solarstrahlung passieren, welche dann eine darunter liegende schwarze Metallplatte erwärmt.
• Als Messfühler dient nun eine aus hintereinander geschalteten Thermoelementen bestehende geschwärzte Thermosäule.
• Die auftretenden Temperaturdifferenzen erzeugen Thermospannungen, die ein Maß für die empfangene Strahlungsintensität sind.

Zusatzinformationen:

• Thermosäule: eine Reihenschaltung von Thermoelementen als Strahlungsempfänger, bei denen die jeweils kühleren Lötstellen auf konstanter Temperatur gehalten werden, während die wärmeren Enden der Strahlung ausgesetzt werden. Die Erwärmung dieser Lötstellen erzeugt eine elektrische Spannung, aus der die Strahlungsintensität abgeleitet werden kann.
• Der Temperaturanstieg wrd leicht durch Wind, Luft und Strahlungsverlust an die Umgebung beeinflusst, deshalb wird der Sensor durch eine Glaskuppel geschützt.

Geräteausführung:

• Sensitivität: 5 bis 15 µV/W/m²
• Einsatzbereich: -40 to +80 °C
• Sichtfeld: 180°
• Bereich der Nettoeinstrahlung: -250 to + 250 W/m²
• Spektralbereich: 4,5 bis 42 μm (50% Punkte)
• Offset durch Kuppelglaserwärmung: <4 W/m²
• CGR 4 Pyrgeometer von Kipp & Zonen

Funktionsweise:

• Ein Pyrgeometer setzt sich aus einem Kantenfilter (hier die Glaskuppel) zusammen, der den solaren Anteil der Strahlung fernhält, und einer schwarzen Fläche, die die durchgelassene Strahlung absorbiert und dadurch erwärmt.
• Die nach oben gerichtete schwarze Metallfläche wird dadurch so lange elektrisch geheizt, bis sie die gleiche Temperatur wie eine nach unten gerichtete blanke Metallfläche besitzt.
• Das Pyrgeometer liefert daher eine Spannung, die proportional ist zu dem Strahlungsaustausch zwischen dem Instrument und dem Himmel/Boden in dessen Sichtfeld.
• Das Ausgangssignal des Detektors kann dementsprechend positiv oder negativ sein.
• Beispiel: Himmel ist kälter als das Pyrgeometer --> das Instrument strahlt Energie an den Himmel ab, das Ausgangssignal ist dann negativ.

Zusatzinformationen:

• Bei allen Pyrgeometern werden Infrarot-Glasmaterialien verwendet, die einen großen Teil der kurzwelligen Strahlung absorbieren.
• Das Glas erwärmt sich allerdings und erzeugt damit einen Offset bei den Messwerten.
• Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es daher normalerweise notwendig, das Pyrgeometer vor direkter Sonneneinstrahlung zu beschatten, um diesen Effekt zu minimieren.
• Interessant: Beim Modell des hier verwendeten CGR 4 Pyrgeometers reduziert sich jedoch dieser Offset auf ein vernachlässigbares Niveau, wodurch die Notwendigkeit von Temperaturmessungen oder Kuppelabschattung entfällt.
• Um einen Einfluss des Windes zu vermeiden, befinden sich die Flächen unter einer Glaskuppel.

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.

Zusatzinformationen:

• 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:

• Kapazititve Feuchtigkeitssonden basieren auf zwei Elektroden mit einem nicht leitenden, feuchteempfindlichen Polymerfilm zwischen den Elektroden, um ein elektrisches Feld zu erzeugen.
• Dieser hygroskopische Polymerfilm absorbiert Wasserdampf aus der Luft, was zu einer Änderung der Dielektrizitätskonstante zwischen den beiden Elektroden führt, die dann vom Sensor gemessen wird.

Zusatzinformationen:

• Die allgemeine Funktion basiert also auf der Änderungen der Dielektrizitätszahl eines Materials als Reaktion auf die Änderungen der Luftfeuchtigkeit.
• Dielektrizitätszahl (Permittivität): misst die Fähigkeit eines Materials, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern.

Geräteausführung:

• Wiegender Niederschlags-Impulsgeber
• Auflösung: 0,1 mm
• Genauigkeit: +/- 2% mit Intensitätskompensation
• Einsatzbereich: -20 - +70°C
• Impulsausgang: Reedkontakt verpolungssicher
• Heizung: zwei Heizkreise, wintertaugliche Variante
• 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, wiegender Wippe (Kippwaage) nach Joss-Tognini
• Durch das Senken der Wippe wird ein Reed-Kontakt geschlossen und der ausgelöste Impuls kann elektronisch abgetastet und registriert werden.

Zusatzinformationen:

• Die spezifische Joss-Tognini-Form begrenzt das Risiko von Teilentleerungen und Messfehlern.
• Bei anderen Wippenmesssystemen treten Fehler durch unvollständiges Abtropfen als Folge der Oberflächenspannung des Niederschlags auf.
• Wiegende Niederschlags-Impulsgeber sind in Regionen mit gemischtem oder festem Niederschlag präziser, können Ereignisse von nur 0,025 bis 0,05 mm messen und sind empfindlicher als andere Kippwaagen.

Geräteausführung:

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

Funktionsweise:

• Piezoresistive Drucksensoren erfassen den Druck in einem Raum oder einem Medium mit Dehnungsmessstreifen oder Halbleiterchips. Eine Verformung dieser Elemente führt zu einer Veränderung des elektrischen Widerstandes. Diese Veränderung lässt sich anschließend messtechnisch auswerten, um den Druck zu erfassen.
• Der Sensor misst den absoluten Luftdruck oder berechnet den reduzierten Luftdruck mittels der internationalen Höhenformel (DIN ISO 2533).

Zusatzinformationen:

• Um gleichzeitig gemessene Luftdruckwerte sinnvoll miteinander vergleichen zu können, müssen diese auf eine gemeinsame Bezugshöhe, den Luftdruck auf Meereshöhe, umgerechnet werden.
• In Wetterkarten und auch in Wetterberichten wird daher meist der auf Meeresniveau umgerechnete ("reduzierte") Luftdruck eingetragen.

Geräteausführung:

• COMBILOG datalogger system
• Version: COMBILOG 1022
• METEK GmbH
• Alle Sensoren des Messmastes messen in 10 Sekunden-Abschnitten.
• Die Datenausgabe auf der Webseite ist dann auf 1 Minute gemittelt.