OTT Hydromet launcht selbstentleerenden Regensensor

Dazu gehören verschiedene Messsysteme zur Erfassung flüssiger und fester Niederschläge. Diese lassen sich sowohl in kalten als auch warmen Klimazonen einsetzen. In jüngster Zeit erhielt die Niederschlagssensoren-Familie Zuwachs durch zwei neue Modelle: den wartungsfreien, radar-basierten Lufft WS100 im Jahr 2017 und den OTT WAD im Jahr 2018. WAD steht für „Wiegen und Entleeren“ (weighing and draining) und beschreibt ein einzigartiges Messprinzip, das die Vorteile von wiegenden und sammelnden Regenmessern vereint.

Die hohe Messgenauigkeit erfüllt die Anforderungen der WMO-Richtlinie Nr. 8. Sie gibt vor, dass Regensensoren eine maximale Ungenauigkeit von ±3 % aufweisen dürfen. Darüber hinaus gibt er Niederschlagsintensitäten sowie Gesamtwerte in Echtzeit im beeindruckenden Messbereich von 0,001 bis 720 mm/h aus.

Das neue, selbstentleerende Kipp-Waagen-System stellt eine Alternative zum OTT Pluvio²-Sensor dar und eignet sich speziell für den Einsatz in subtropischen und tropischen Klimazonen.

Diese sind geprägt von starken Regenschauern mit bis zu 10.000 mm pro Jahr sowie Extrem-Wetterereignissen in Form von Hurrikans und Taifunen. Er ist in der Lage, die Messwerte „Ereignis“ (Regen ja/nein), Regenmenge, Regenintensität und die Gesamtmenge auszugeben.

Der OTT WAD vereint ein Kipp- und ein Wäge-System. Dies hat den Vorteil, dass der Sensor Gewichtszunahmen berücksichtigt und Daten nicht durch Verdunstung oder unabsichtliche Entleerung verfälscht, wie es bei Sammelbehältern der Fall sein kann.

Das Messprinzip näher erklärt

Die hochpräzise monolithische und selbstentleerende Sammelvorrichtung verfügt über zwei Kammern, die sich abwechselnd mit Niederschlag füllen. Ist ein bestimmtes Volumen erreicht, kippt der Monolith um und entleert sich.

Jeder Tropfen wird mit einer Auflösung von 0,001 mm/m² überwacht, ist durch das hochpräzise Wäge-System auf ±10 mg genau.

Kalibrierung

Die Kalibrierung erfolgt mithilfe eines Präzisions-Referenzgewichts in Kombination mit einer Software zur Überwachung, Konfiguration und Wartung.

Der Sensor wird über einen Standard-USBPort an den Computer angeschlossen. Die Kalibrierung und Justage ist gemäß ISONorm über den gesamten Intensitätsbereich von beeindruckenden 0 bis 720 mm/h möglich.

Schnittstellen

Der OTT WAD Niederschlagssensor verbindet höchste Funktionalität mit einem sehr kompakten Design. Insgesamt sechs analoge, digitale und serielle Schnittstellen, wie SDI-12 und RS-485 mit verschiedenen Ausgangstelegrammen, ermöglichen die einfache Integration in verschiedene Systeme und Netzwerke.

Erprobung

In Feldversuchen, bei denen meteorologische Dienste und Institute den OTT WAD direkt mit sammelnden Wäge-Sensoren oder manuellen Prüflehren verglichen, konnte kein negativer Messeffekt durch den Trichter festgestellt werden. Er ist der Nachfolger herkömmlicher Kipplöffel-Systeme, die sich besonders für den Vergleich von langen Zeitreihen und historischen Niederschlagsdaten und auf dem gleichen Gehäusedesign und zweiteiligen Kippschaufelsystem basieren, eignen. Allerdings sorgt das Primärwäge-Prinzip des neuen WAD für eine weitaus bessere Messleistung als seine Vorgänger.

Abmessungen und Gewicht

Durch die kleinen Gehäuseabmessungen und das geringe Gewicht von 2,5 kg entstehen geringere Logistik- sowie Installationskosten als bei anderen Wäge-Systemen oder optischen Niederschlagssensoren. Der OTT WAD ist somit ca. 50 % günstiger als andere Niederschlagsmessgeräte – bei vergleichbarer oder sogar überlegener Funktionalität. Er ist somit für die Integration in bereits vorhandene Messfelder und an schwer zugänglichen Stellen geeignet und kann Kippwaagen oder manuelle Messgeräte problemlos ersetzen.

OTT WAD – Betrieb

Der flüssige Niederschlag wird durch den Trichter mit einem Auffangbereich von 200 cm² bzw. 314 cm² gesammelt. Von dort aus gelangt er über den Tropfenformer in den selbstentleerenden Auffangbehälter, wo der Tropfen sofort gewogen wird.

Es wird jedoch nicht das absolute Gewicht überwacht, sondern die Gewichtszunahme gegenüber der vorherigen Messung. Durch die hohe Abtastrate kompensiert der Sensor Langzeitdrift, Temperaturdrift und Verdampfung nahezu automatisch.

Ist eine der Messkammern voll, kippt die Auffangvorrichtung und entleert sich, während sich die Messung in der zweiten Kammer fortsetzt. Beim Kippvorgang kompensiert der OTT WAD mögliche Abweichungen durch einen eingebauten Algorithmus als Interpolation der temporären Phase zwischen vorheriger und nächster Echtzeitmessung.

Die typische Kippfrequenz beträgt einmal pro Sekunde bei einer maximalen Intensität von 720 mm/h und einer Spitzenkapazität von 0,2 mm.

Die auf den Trichter folgenden Filterstufen kompensieren Wind-, Schock-, Vibrationsund Windeinflüsse.

Nach der Filterung analysiert der OTT WAD die Gewichtszunahme und gibt sie – im einfachsten Fall – als Niederschlagsereignis aus. Bei einer Korrelation von 20 mg bzw. 0,001 mm wird der Niederschlag mit einer Auflösung von 0,001 mm berechnet und seit dem letzten Datenabruf kumuliert oder als Gesamtmenge seit Systemstart zur Verfügung gestellt.

Die Abbildung oben zeigt das Schrittsignal nach einer Minute bei einer Intensität von 3 mm/min (rot). Es wird über die serielle Schnittstelle des OTT WAD ausgegeben. Die gemessene Niederschlagsmenge (blau) entspricht dem idealen Schrittsignal einer einminütigen Kippintensität (grün) und zeigt die schnelle Reaktivität im Vergleich zu anderen Niederschlagssensoren. Das Schrittsignal wurde von mehreren Wetterdiensten bestätigt.

Der OTT WAD berechnet die Niederschlagsintensität aus der Volumenzunahme. Diese steht dann als Niederschlagsintensität während der letzten gemessenen Minute in mm/min und mm/h, als Wert seit der letzten Messung oder als Niederschlagsintensität während einer Zeit t als Durchschnitts-, Minimal- und Maximalwert zur Verfügung.

Für Intensitätsmessungen wird empfohlen, sich auf die berechneten Werte zu beziehen, anstatt die Intensität auf der Grundlage gezählter Impulse zu berechnen, die mit herkömmlichen Kippkübelmessgeräten durchgeführt werden. Dies ist auch wichtig, um die WMO-Richtlinie für den Parameter Intensität mit einer maximalen Verzögerung von 60 Sekunden als Sprungantwort einzuhalten. Der Impulsausgang ist nur für die Mengenmessung vorgesehen, da er sich in Abhängigkeit von der Regenintensität bei entsprechender Schaufelkapazität und Auflösung deutlich verzögern kann.

Die seriellen Schnittstellen RS-485 und SDI-12 bieten die besten Messergebnisse sowie umfangreichsten Funktionalitäten. Die seriellen Schnittstellen liefern neben den Messdaten auch verschiedene Betriebsdaten und Fehlermeldungen. Sie dienen der Analyse der Messqualität.

Daten über die Regenmenge können weiterhin als Analogwert (0/4...20 mA, 0...2,5/5 V) oder als Impulswert über den Open-Collector erzeugt werden.

MERKMALE AUF EINEN BLICK

• Wäge-System aus zwei Behältern mit je 4 ml Kapazität zur Erfassung von flüssigen Niederschlägen
• Selbstentleerung durch Kippschaufel nach dem Schwerkraftprinzip zur Vermeidung von manueller Entleerung und Überlauf
• Präzise Messung über den gesamten Intensitätsbereich von 0 bis 720 mm/h durch integrierten Mikrocontroller und Korrekturfunktion
• Echtzeitdaten über Intensität und kumulierte Niederschläge ohne Filterung oder Verzögerung
• Äquivalente Zeitreihen vergleichbar mit aufgezeichneten Zeitreihen auf Basis von Tipping-Bucket-Netzwerken mit gleichen Eigenschaften, jedoch ohne Intensitätsfehler
• Die Kalibrierung erfolgt mithilfe eines Referenzgewichts gemäß ISO-Standard anstelle von Wasservolumen, um nur einen geringen Intensitätswert zu erfassen
• Genauigkeitsprüfung nach der Reinigung und jährliche Kalibrierung über USB-Schnittstelle und OTT WAD Commander (Software) durch den Anwender im Feld oder Labor möglich
• Niedrigerer Preis als die OTT Pluvio²-Serie (konzipiert für die Überwachung fester und flüssiger Niederschläge und daher nur schwer für die Regenüberwachung zu verwenden)
• Trichter mit eingebetteter Spirale sowie Schutzgitter zur Vermeidung des Eindringens von Blättern und Tieren ins Gerät