DE19623781C1

DE19623781C1 - Precipitation measuring device for rainfall

Info

Publication number: DE19623781C1
Application number: DE1996123781
Authority: DE
Inventors: Ralph Oestreicher
Original assignee: UTK KLIMA CONSULT GmbH
Current assignee: UTK KLIMA CONSULT GmbH
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2016-06-05

Abstract

The measuring device has a catchment funnel (1) fitted to the top of a measuring container (4), with a measuring element (6), in the form of a pressure sensor or an ultrasonic sensor, at the bottom opening of the measuring container. The measuring container can be provided by a capillary tube with a diameter of between 0.5 and 5 cm, the discharge of the received precipitation controlled via a magnetic valve (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Niederschlagsmeßgerät mit einem Auf fangbehälter und einer Meßeinrichtung zur Feststellung des im Auffangbehältern gesammelten Niederschlages.The invention relates to a precipitation measuring device with an up catch container and a measuring device for determining the im Collecting precipitation.

Zur Messung von Niederschlägen sind eine Vielzahl von Meßein richtungen bekannt geworden. Dabei werden Auffangbehälter einge setzt, die eine Skala aufweisen, mit deren Hilfe eine über einen längeren Zeitraum angesammelte Niederschlagsmenge gemessen werden kann. Darüber hinaus sind zur Messung von Niederschlägen Kipp waagensysteme und Tropfenzähler entwickelt worden. Zur Vermeidung der optischen manuellen Ablesung des Füllstandes in solchen Auffangbehältern sind auch schon Regenmesser bekannt geworden, mit denen der jeweilige Füllstand in elektrische Signale umge wandelt werden kann.There are a variety of measurements for measuring precipitation directions became known. Collecting containers are inserted sets that have a scale, with the help of which one over a precipitation accumulated over a longer period of time can. In addition, tipping is used to measure precipitation weighing systems and dropper have been developed. To avoid the optical manual reading of the level in such Collecting receptacles have also become known, with which the respective level is converted into electrical signals can be changed.

So wird von der Firma Friedrichs/Co., Schenefeld, ein Nieder schlagsmesser in Form eines Impulsgebers vorgeschlagen, der nach dem Prinzip der Kippwaage arbeitet. Dabei werden genormte Niederschlagsmengen als Wippeninhalt in elektrische Impulse umgewandelt und auf diese Weise registrierte Meßwerte erhalten.So the company Friedrichs / Co., Schenefeld, becomes Nieder impact meter in the form of a pulse generator proposed works on the principle of the tilting scale. Here are standardized Amounts of precipitation as rocker content in electrical impulses converted and obtained registered measured values in this way.

In der DE-OS 27 20 602 wird eine Vorrichtung zur elektrischen Messung von Niederschlägen mit einer dem Niederschlag ausgesetz ten Auffangfläche, dessen Abfluß in ein zylindrisches Meßrohr geleitet ist, beschrieben, bei dem der Auffangtrichter in ein zylindrisches Maßrohr mündet, das Auffanggefäß kommuniszierend mit einem Meßrohr aus nicht leitfähigem Kunststoff verbunden ist, das an seinem Außenumfang mit einem über die Höhe des Meßrohres von gleichbleibender Breite metallischen Belag versehen ist und der in an sich bekannter Weise in Verbindung mit einem Oszillator und einem Meßwandler einen Meßkondensator bildet.In DE-OS 27 20 602 a device for electrical Precipitation measurement with exposure to precipitation th collecting surface, its drain into a cylindrical measuring tube is described, in which the collecting funnel in a cylindrical measuring tube opens, the collecting vessel communicates connected to a measuring tube made of non-conductive plastic is that on its outer circumference with a about the height of the Provide measuring tube of constant width metallic coating is and in a manner known per se in connection with a Oscillator and a transducer forms a measuring capacitor.

In der DE-OS 39 11 152 wird ein Niederschlagsmeßgerät mit einem Auffangbehälter und einer Meßeinrichtung für die Menge des mit dem Auffangbehälter angesammelten Niederschlages beschrieben, das für jeden Anwendungsfall ohne wesentliche Vergrößerung der Verdunstungsneigung der angesammelten Niederschlages einsetzbar sein soll, mit einer automatischen Meßwertermittlung, wobei der Auffangbehälter eine Ablauföffnung aufweist, die mit einer Öffnung eines unter dem Auffangbehälter angeordneten geschlos senen Sammelraumes fluchtet und bei der im Boden des Sammelraumes ein Druckelement angeordnet ist, durch das die Messung der jeweiligen Wassersäule erfolgt. Im Sammelraum des Niederschlags messers können dabei variabel zur Erzielung genauer Meßwerte je nach zu erwartender Niederschlagsmengen dünnere oder dickere Rohre eingesetzt werden. Die im Druckelement erhaltenen elektri schen Meßsignale werden nach Vorverstärkung über eine Daten leitung zu einer Registriereinheit übertragen.In DE-OS 39 11 152 a precipitation measuring device with a Collection container and a measuring device for the amount of described with the collection of accumulated precipitation, for every application without significantly increasing the Evaporation tendency of the accumulated precipitation can be used should be, with an automatic measurement, whereby the collecting container has a drain opening, which with a Opening of a closed located under the collecting container his collection room is aligned and in the floor of the collection room a pressure element is arranged through which the measurement of water column. In the collecting room of precipitation knives can be varied to achieve accurate measurements depending on the expected amount of precipitation, thinner or thicker Pipes are used. The electri obtained in the printing element Measuring signals are pre-amplified using data Transfer line to a registration unit.

In der DE-OS 42 31 235 wird ein Regenmesser zur Messung von Niederschlagsmengen vorgeschlagen, bei dessen Einsatz Regenmengen auch über längere Zeiträume hinaus mit großer Genauigkeit ohne Anwesenheit von Bedienungspersonal erfolgen können. Dieser Regen messer arbeitet nach dem Prinzip eines Intensitätsmessers. Dabei wird der Füllstand des Behälters in regelmäßigen Abständen durch einen Füllstandsmesser ermittelt und für jedes Meßintervall ein Intensitätssignal geliefert. Diese Signale werden nach Meßintervallen getrennt in einem Speicher abgespeichert. Aufgrund der Erfassung auch kleinster Meßintervalle bei unmittelbarer Entleerung des Auffangbehälters nach erfolgter Messung sollen Meßfehler durch Verdunstung nahezu ausgeschlossen werden.In DE-OS 42 31 235 a rain gauge for measuring Precipitation amounts suggested, when using rainfall amounts even over longer periods with great accuracy without Presence of operating personnel. That rain knife works on the principle of an intensity meter. Here the level of the container is checked at regular intervals a level meter determined and for each measurement interval delivered an intensity signal. These signals are after Measurement intervals are stored separately in a memory. Because of the detection of even the smallest measuring intervals with immediate Empty the collecting container after the measurement has been made Measurement errors due to evaporation can almost be excluded.

In der US-Patentschrift 4 827 766 wird ein Niederschlagsmeßgerät beschrieben, bei dem der Druck als Wasserdruck im zu zählenden Wassertropfen, also in einer Art der Oberflächenwasserspannung berücksichtigt wird. Dabei erfolgt jedoch keine Messung der Niederschlagshöhe über diesen Druck. Die Anwendung dieser Methode dient hier lediglich der Formung gleichartiger Wassertropfen, da die Größe und Form für diese Art der Messung der Nieder schlagsmenge durch Zählung einzelner Wassertropfen eine besondere Rolle spielt. In U.S. Patent No. 4,827,766, a rainfall meter is disclosed described, in which the pressure to be counted as water pressure Drops of water, i.e. in a kind of surface water tension is taken into account. However, there is no measurement of the Precipitation level above this pressure. The application of this method only serves to form similar drops of water, because the size and shape for this type of measurement of the low stroke by counting individual drops of water a special one Role play.

Diese nach dem Stand der Technik beschriebenen Niederschlagsmeß geräte sind zwar hinreichend meßgenau, genügen aber hinsichtlich ihrer Meßgenauigkeit und ihrem Bedienkomfort nicht allen Anfor derungen.This precipitation measurement described according to the prior art Devices are sufficiently accurate to measure, but are sufficient in terms of their measurement accuracy and ease of use do not meet all requirements changes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Niederschlagsmessung so auszugestalten, daß der Meßvorgang sich selbst eicht und selbsttätig erfolgt und mögliche Störgrößen durch eine geeignete Formgebung weitest gehend minimiert werden.The present invention has for its object a Design device for precipitation measurement so that the measuring process calibrates itself and takes place automatically and possible disturbances through a suitable design as far as possible to be minimized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Niederschlagsmeßgerät mit einer Auffangvorrichtung und einer Meßeinrichtung zur Fest stellung des im Auffangbehälter angesammelten Wassers gelöst, das durch eine zylindrische Meßröhre aus Kunststoff, Glas oder Metall gekennzeichnet, an deren oberer Öffnung über einen Adapter ein Auffangtrichter mit Einlaufsieb angeordnet und deren untere Öffnung über ein Adapter-Drehteil mit einem Gehäuse verbunden ist, in dem ein als Druckmesser oder Ultraschallsensor ausgebil detes Meßelement, eine Elektronikplatine zur Meßwertauswertung und ein Magnetventil angeordnet sind. Dabei ist die Meßröhre zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit als Meßkapillare auszubilden. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Niederschlags meßgerätes in Wintermonaten ist die Meßröhre mit einer Isolierung gegen Frosteinbrüche im Winter oder zu starker Erwärmung im Sommer und damit verbundene Meßungenauigkeiten zu versehen. Darüber hinaus ist es von Vorteil, an der Meßröhre Heizbänder oder Heizfolien anzuordnen und darüber hinaus auch den Auffangtrichter in analoger Weise heizbar zu gestalten. Außerdem ist es erfindungsgemäß von Vorteil, die Länge der Meßröhre auf 20 bis 50 cm zu begrenzen.According to the invention, the object is achieved by a precipitation measuring device with a collecting device and a measuring device for fixed position of the water accumulated in the container, by a cylindrical measuring tube made of plastic, glass or Marked metal, at its upper opening via an adapter a collecting funnel with inlet sieve and the lower one Opening connected to a housing via an adapter swivel is in which a trained as a pressure meter or ultrasonic sensor Detes measuring element, an electronic board for evaluation of measured values and a solenoid valve are arranged. Here is the measuring tube to achieve high measuring accuracy as a measuring capillary to train. When using the precipitation according to the invention measuring device in winter months is the measuring tube with insulation against frostbursts in winter or excessive warming in To provide summer and associated measurement inaccuracies. In addition, it is advantageous to use heating tapes on the measuring tube or to arrange heating foils and also the To design the collecting funnel to be heatable in an analogous manner. It is also advantageous according to the invention to determine the length of the Limit measuring tube to 20 to 50 cm.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Meßröhre als schlanker Kegelstumpf ausgebildet werden, ohne daß Meßunge nauigkeiten auftreten. Zur Messung der Niederschlagsmengen wird als Meßelement erfindungsgemäß ein Druck- oder Ultrasensor ver wendet. Das Gehäuse ist mit dem des Adapter-Drehteiles ver schraubt und hat unten eine Aufnahme für einen Standfuß sowie eine Steckverbindung zur Spannungsversorgung und zur Meßwert übertragung. Das Meßelement wird zweckmäßig durch einen einge bauten Filter vor starker Verschmutzung geschützt. Ein Überlauf am oberen Ende des Meßgefäßes sorgt für einen Schutz der Iso lierung vor Wasser bei Ausfall der Elektronik.According to a further feature of the invention, the measuring tube be formed as a slim truncated cone without measurement inaccuracies occur. To measure the amount of precipitation as a measuring element according to the invention, a pressure or ultrasensor ver turns. The housing is ver with that of the adapter rotating part screws and has a receptacle for a base as well a connector for power supply and measured value transmission. The measuring element is expediently turned on built filters protected from heavy pollution. An overflow at the upper end of the measuring vessel protects the iso Wateration in the event of electronics failure.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be based on an embodiment are explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Niederschlagsmeßgerät.The drawing shows a longitudinal section through the invention Precipitation meter.

Das Niederschlagsmeßgerät weist einen Auffangtrichter 1 mit einer Fläche gemäß DWD-Empfehlung von 200 cm² auf. Diese Fläche kann bei Bedarf größer (für Bestandsmessungen) oder mit Heizung 2 ausgelegt werden. Über ein Einlaufsieb 3 gelangt das Nieder schlagswasser in ein als Meßröhre oder Meßkapillare ausgebil detes Meßgefäß. Dies kann ein ca. 20 bis 50 cm langes Rohr 4 oder ein Kreiskegelstumpf aus Kunststoff, Metall oder Glas sein, dessen unteres Ende verschlossen ist. Dies kann durch Einbau in ein Adapter-Drehteil 5 erfolgen, in das ein Meßinstrument 6, z. B. ein Druck- oder ein Ultraschallsensor, eingebaut wird. Der Durchmesser der Meßkapillare 4 spielt dabei keine Rolle, er sollte jedoch dem Einsatzgebiet des Niederschlagssensors angepaßt werden. Für mitteleuropäische Verhältnisse und eine Länge der Meßröhre von etwa 25 cm ist ein Wert zwischen 1 und 3 cm angebracht. Die Meßkapillare 4 kann bei Bedarf (Winter betrieb) von einer Heizfolie oder von Heizbändern 7 umgeben sein. Nach außen ist sie zunächst durch eine Isolierung 8, z. B. ein Rohrmantel oder eine Ausschäumung, vor Wärmeverlust im Winter bzw. starker Erwärmung im Sommer geschützt. Einen mechanischen Schutz einschließlich einer evtl. Heizung bietet ein an der Außenverkleidung des Trichters angeordneter Metallmantel 9. Dieser wird auf das Adapter-Drehteil 5 aufgeschoben und mittels vier Verschraubungen mit diesem verbunden. In einem unterhalb des Adapter-Drehteils 5 angebrachten Gehäuse 11 sind das Meß element 6 (Druck- oder Ultraschallsensor), eine Elektronikplatine 12 zur Meßwertaufbereitung (Meßalgorithmus) und ein Schlauch magnetventil 13 angeordnet. Über zwei am Boden des Meßvolumens angebrachte Abflüsse gelangt dabei das Niederschlagswasser zum Ventil 13, welches entsprechend des programmierten Meßalgorithmus das Meßgefäß bei Erreichen des maximalen Wasserstandes bzw. bei längerem Aussetzen des Niederschlages entleert. Das Gehäuse ist mit dem Flansch des Adapter-Drehteils 5 verschraubt und hat unten eine Aufnahme für einen Standfuß 14 sowie eine IP 65 Steckverbindung zur Spannungsversorgung und Meßwertüber tragung. Das Meßelement wird durch einen eingebauten Filter vor starker Verschmutzung geschützt. Ein Überlauf 10 am oberen Ende des Meßgefäßes sorgt für einen Schutz der Isolierung vor Wasser bei Ausfall der Elektronik. Die Elektronikbaugruppe 12 hat die Aufgaben, das Analogsignal des Meßelementes zu verar beiten und entsprechend der gewählten Auflösung ein Reed-Kontakt konformes Impulssignal auszusenden. Darüber hinaus steuert sie das bzw. die Magnetventile und gegebenenfalls die Heizkreise für den Trichter 1, die Meßröhre 4 und das Gehäuse im Winter betrieb. Die Elektronik unterdrückt Meßfehler aufgrund von kurzen Pegelschwankungen, wie sie bei Erschütterungen, beispielsweise durch schwere Baufahrzeuge, entstehen können, unterdrückt Ver dunstungsverluste und sorgt für eine Entleerung des Meßgefäßes bis auf einen minimalen Füllstand, wenn es lange Zeit nicht regnet oder schneit, um Algenansatz und ein Zerfrieren des Meßgefäßes zu verhindern.The precipitation measuring device has a collecting funnel 1 with an area in accordance with the DWD recommendation of 200 cm 2. This area can be designed larger (for inventory measurements) or with heating 2 if required. Via an inlet sieve 3 , the precipitation water enters a measuring vessel designed as a measuring tube or measuring capillary. This can be an approximately 20 to 50 cm long tube 4 or a circular truncated cone made of plastic, metal or glass, the lower end of which is closed. This can be done by installing in an adapter-rotating part 5 , in which a measuring instrument 6 , z. B. a pressure or an ultrasonic sensor is installed. The diameter of the measuring capillary 4 is irrelevant, but it should be adapted to the area of application of the precipitation sensor. For Central European conditions and a length of the measuring tube of approximately 25 cm, a value between 1 and 3 cm is appropriate. The measuring capillary 4 can be surrounded by a heating foil or heating tapes 7 if required (winter operation). To the outside it is first by insulation 8 , for. B. a tubular jacket or a foam, protected from heat loss in winter or strong heating in summer. Mechanical protection, including any heating, is provided by a metal jacket 9 arranged on the outer casing of the funnel. This is pushed onto the adapter rotating part 5 and connected to it by means of four screw connections. In a housing 11 mounted below the adapter rotating part 5 , the measuring element 6 (pressure or ultrasonic sensor), an electronic circuit board 12 for processing the measured values (measuring algorithm) and a hose solenoid valve 13 are arranged. The rainwater reaches valve 13 via two drains attached to the bottom of the measuring volume, which, according to the programmed measuring algorithm, empties the measuring vessel when the maximum water level is reached or after prolonged exposure to precipitation. The housing is screwed to the flange of the adapter rotating part 5 and has a receptacle for a pedestal 14 and an IP 65 connector for power supply and measured value transmission. The measuring element is protected against heavy soiling by a built-in filter. An overflow 10 at the upper end of the measuring vessel ensures protection of the insulation against water in the event of failure of the electronics. The electronics module 12 has the tasks to process the analog signal of the measuring element and to send out a reed contact-compliant pulse signal in accordance with the selected resolution. In addition, it controls the solenoid valve and, if necessary, the heating circuits for the funnel 1 , the measuring tube 4 and the housing in winter operation. The electronics suppress measurement errors due to short level fluctuations, such as those caused by vibrations, for example due to heavy construction vehicles, suppress evaporation losses and ensure that the measuring vessel is emptied to a minimum level when it is not raining or snowing for a long time, to prevent algae growth and to prevent freezing of the measuring vessel.

Die beschriebene Ausführung der Erfindung ermöglicht eine schlanke Bauform des Meßgerätes in Form eines Sektkelches, was zur Verringerung des Windfeldes im Bereich der Meßfläche und somit zur Verringerung der Beeinflussung der Verluste, was gleichbedeutend zu einer höheren Meßgenauigkeit führt. Aufgrund des vorgeschlagenen Meßprinzipes unter Verwendung einer Meß kapillare ist eine Verringerung der elektrischen Heizleistung im Winterbetrieb möglich. Desweiteren ist eine im Vergleich mit dem Stand der Technik eine einfachere Montage sowie eine leichtere Wartung möglich, was sich positiv beim Einsatz des erfindungsgemäßen Niederschlagsmessers durch deutliche Kosten einsparungen auswirkt. Durch den vorgeschlagenen Meßalgorithmus zur Meßwerterfassung und -verarbeitung gibt der Sensor ein Reed-Kontakt-konformes Meßsignal aus und kann somit an die gängigen meteorologischen Datenerfassungsstationen angeschlossen werden.The described embodiment of the invention enables slim design of the measuring device in the form of a champagne flute what to reduce the wind field in the area of the measuring surface and thus reducing the impact on losses what synonymous leads to a higher measurement accuracy. Because of of the proposed measuring principle using a measuring capillary is a reduction in electrical heating power possible in winter. Furthermore, one is in comparison with the prior art a simpler assembly and a easier maintenance possible, which is positive when using the Rain meter according to the invention by significant costs savings. Through the proposed measurement algorithm the sensor enters for data acquisition and processing Reed contact compliant measurement signal and can therefore be sent to the common meteorological data acquisition stations connected will.

Claims

1. Precipitation measuring device with a collecting device and a measuring device for determining the precipitation water collected in the collecting container, characterized by a measuring vessel ( 4 ) made of plastic, glass or metal, at the upper opening of a collecting funnel ( 1 ) and at the lower opening of a in a housing arranged arranged as a pressure sensor or ultrasonic sensor measuring element ( 6 ) and in which the flow or the inflow and outflow of the blow can be controlled by solenoid valves ( 13 ).

2. Precipitation meter according to claim 1, characterized in that the measuring vessel ( 4 ) is designed as a capillary with a diameter of 0.5 to 5 cm.

3. Precipitation measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring vessel ( 4 ) is designed as a slim truncated cone.

4. Precipitation meter according to claim 1, characterized in that the measuring vessel ( 4 ) consists of elastic plastic material.

5. Precipitation meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the solenoid valves ( 13 ) are designed as hose valves.

6. Precipitation meter according to one of claims 1 to 5, characterized in that the given measurement signal of electronic control of such conventional tilting scales systems corresponds.

7. Precipitation meter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring vessel ( 4 ) is provided with insulation and heating and the collecting funnel ( 1 ) is heatable.