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Regenmesser kalibrieren

  • Planetarier
  • 4. Mai 2009 um 19:26
  • Erledigt
  • Olivier
    Gast
    • 13. März 2010 um 11:50
    • #21

    Die eigentliche Ermittlung des Kalibrierungsfaktors bei WsWin ist einfach und die Formel hierfür ist ja bekannt.
    Es stellt sich die Frage, wie genau die Wippe auslöst. Bei der hier angesprochenen Station sind das anscheinend 10 ml/Wippenschlag. Ich würde ertsmal kontrollieren, ob dies den Tatsachen entspricht (es könnte ja sein, dass die Wippe bereits bei 9ml auslöst). Dazu würde ich den Regenmesser von der Station trennen und die 10-fache Menge an Wasser einfüllen. Ist die Mechanik korrekt, müsste die Wippe bei 100ml 10 mal kippen und es dürfte nach dem letzten Kippvorgang kein Wasser mehr in der Wippe sein. Weicht der Test von den theoretischen Vorgaben ab, besteht schon mal das erste Problem. Kippt die Wippe z.B. 10x und es bleiben 50% Wasser in der letzten Wippenhälfte, hat man eine absolute Abweichung von 5ml, was einem Fehler von 5% der Messeinrichtung entspricht. WsWin bekommt die Daten von der Station mit einer Kommastelle. Die Stationen zählen bei der Ermittlung des Anzeigewertes den Wippenschlag und so kommt ein weiterer Fehler dazu, welcher im ungünstigsten Fall fast 50% sein kann (bei einer Regenmenge, die zu 19ml am Trichterausgang führt, aber die Wippe nur einmal auslöst).

    Wenn die Sache mit dem Wippenschlag geklärt ist, kann man an die Berechnung gehen:
    Wir messen in SI-Einheiten, also sollten alle Berechnungen auch in diesen Einheiten durchgeführt werden. Das sind Meter und Liter (die Regenmenge in mm entspricht ja l/m²).
    Die Kreisfläche berechnet sich: A = (d/2)²*PI
    Die Regenmenge wird angegeben in l/m².
    Daraus ergibt sich folgende Berechnung: Regenmenge = Wassermenge M / Fläche A
    Für 10ml Wassermenge und Durchmesser 100 mm gilt dann: Regenmenge = 0,01 l / (0,1m / 2)² * PI (anhand der Einheiten sieht man, dass die Formel richtig ist)
    Das Ergebnis lautet: 1,2732395447351626861510701069801 l/m² ?(?(?(
    (Die korrekte Wassermenge für einen Wippenschlag, damit 1 l/m² angezeigt wird, berechnet sich wie folgt: Regenmenge * Fläche A = Wassermenge M => 1 l/m² * (0,1m / 2)² * PI = 0,0078539816339744830961566084581988 l oder 7,85 ml, gerundet. Das beeinflußt die weitere Mathematik aber nicht :) )

    Für 1 l Wassermenge und Durchmesser 100 mm gilt dann: Regenmenge = 1 l / (0,1m / 2)² * PI
    Das Ergebnis lautet: 127,32395447351626861510701069801 l/m².

    Bei beiden Ergebnissen sieht man, dass bei ganzzahliger Anzeige (also ohne Kommastellen) ein nicht linearer Fehler auftritt (bis zu 50%). Diesen nichtlinearen Fehler kann man mit einem einfachen Korrekturfaktor nicht berichtigen - das nur nebenbei.

    Erweiterung des Trichters auf 200mm:
    Für 10ml Wassermenge und Durchmesser 200 mm gilt dann: Regenmenge = 0,01 l / (0,2m / 2)² * PI
    Das Ergebnis lautet: 3,1830988618379067153776752674503 l/m²

    Für 1 l Wassermenge und Durchmesser 200 mm gilt dann: Regenmenge = 1 l / (0,2m / 2)² * PI
    Das Ergebnis lautet: 31,830988618379067153776752674503 l/m²

    Berechnung Korrekturfaktor:
    Faktor = Istwert / Sollwert
    Faktor = 31,830988618379067153776752674503 l/m² / 127,32395447351626861510701069801 l/m²
    Faktor = 0,250
    Dies ist nur eine allgemeine Beispielrechnung.

    Noch eine Bemerkung zur Mantelfläche:
    Nach der Trigonometrie wirkt sich nur die "benetzte" Mantelfläche aus. Wieviel das bei einem Kreisausschnitt und schräg einfallenden Regentropfen ist, möchte ich nicht wirklich berechnen. Bei einer Fehlerbetrachtung, wird man sehen, dass ein Fehler aufgrund der anteiligen Mantelfläche (so sie überhaupt wirksam ist) gegenüber den restlichen bekannten Fehlern verschwinden gering ausfallen wird und somit vernachlässigbar ist. Und wenn wir schon bei der Fehlerbetrachtung sind: die Messeinrichtung sollte immer als Ganzes (also mit aufgesetztem Trichter) geprüft werden.

  • Olivier
    Gast
    • 13. März 2010 um 11:56
    • #22

    Nachtrag:
    Man kann sich das ganze auch ganz einfach herleiten:
    Der Durchmesser wird verdoppelt. Da dieser im Quadrat steht und als Quotient in die Berechnung einfließt, muss der Kalibrierungsfaktor 0,25 betragen ( 1 / 2² * d² = 1/4 * d² )

  • Planetarier
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    • 14. März 2010 um 00:37
    • #23

    Hatte den Test noch mal mit 10 Versuchen durchgeführt. Zuerst musste der Regenmesser mit einer Doppel-Libellen-Wasserwaage, ausgerichtet werden.
    (Regenmesser derzeit defekt) Hier wurden dann 10 Kalibrierungs-Versuche mit einem 200 mm Trichter gemacht.

    1 = 11 ml
    2 = 10 ml
    3 = 8,6 ml
    4= 9 ml
    5= 8,6 ml
    6= 10 ml
    7= 8,4 ml
    8= 9,4 ml
    9= 9 ml
    10 = 9,4 ml

    Durchschnittswert = 9,34 ml

    Die Kalibrierung mit der Messpipette liefert tendenziell eher zu tiefe Messwerte. Dies liegt u.a. daran dass Verluste im Auffangbecken oder während des Kippens nicht berücksichtigt werden. Da so auch einzelne Tropfen im Trichter hängen bleiben, müsste der Wert ein bischen höher einkalkuliert werden.

    Bei dem Baumarkt-Trichter, kam ich zu folgendem Ergebnis:

    Welche Wassermenge wird bei einem Trichter mit 70 mm Durchmesser benötigt, dass hier im dem Becher die Sollmenge von 1 mm erreicht wird?

    Hier brauche ich zuerst die Fläche: A = 70 * 70 * PI / 4 = 3848,4510 mm²
    Als nächstes muss die Menge (ml) pro Quadratmeter auf Fläche des Regenmessers fällt: M = 1000000 / 3848,4510 = 259,84 ml

    Die einzufüllende Wassermenge für 1 mm errechnet sich: Menge = 1000 * 1 / 259,84 = 3,8 ml

    Diese Menge von 3,8 ml füllte ich dann in den Baumarkt-Trichter ein, und war überrascht: Statt 1mm sind daraus 2 mm geworden. Also stimmt hier diese Strich-Einteilung überhaupt nicht. Als ich die Regenmenge in der Software und dem Baumarkt-Trichter verglichen habe, war ich der Aufffassung dass dies stimmen würde. Auch war ich der Überzeugung, dass hier zu wenig Niederschlag erfasst worden. Die Stricheinheiten musste ich dann neu anlegen, auf dem Trichter.

    Da ja man über die 1. Formel den Kalibrierungsfaktor berechnen kann, kommt hier bei einem Trichter von 200 mm, ein Wert von 0,276 heraus.
    Wenn ich aber die Formel über die Mantelfläche in Betracht ziehe, kommt es zu einem Ergebnis von 0,315.
    Bei der 3. Formel ergibt das Ergebnis, einen Wert von 0,300.

    Welche Formel hier zu der richtigen Niederschlagsmenge kommt, kann ich derzeit nicht in der Praxis überprüfen. Möglicherweise kann ich den Regenmesser der derzeit bei mir defekt ist, über Beziehungen reparieren lassen. Wer die Möglichkeit hat, sollte dies mit einem genauen Regenmesser kontrollieren.

    Gruß Manfred
    Ein Sprichwort besagt, "Wenn du nicht aufisst", gibt es morgen schlechtes Wetter.
    Wetterstation: Nexus TE923 HW4


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  • Olivier
    Gast
    • 14. März 2010 um 10:09
    • #24

    Ich bin bei meinen Kalibrierungsversuchen wie folgt vorgegangen:

    1. Vor dem ersten Versuch wurde das ganze System gereinigt und mit einer größeren Menge Wasser (ca. 0,5 l) gespült.
    2. Die benötigten Wassermengen wurden abgewogen (1 l Wasser hat in erster Näherung das Gewicht von 1 kg)
    3. Es wurde immer das Vielfache der Wassermenge eines berechneten Wippenschlags verwendet ( bei der VP: 4,22 g => min. 42 g Wasser, bei der Feinjustierung sogar 84 g Wasser)
    4. Die abgemessene Wassermenge wurde mit Hilfe einer Spritze in den Trichter gefüllt (Geschwindigkeit: ca. 1ml pro Sekunde)
    5. Da bei der VP die Wippenschläge einzeln justiert werden können, habe ich die Wassermenge beim Ablauf aufgefangen und nachgemessen (sollte im Idealfall die Hälfte der eingefüllten Menge sein)

    Begründungen zu
    1. Damit das System sauber ist. Bei trockenem System könnte es zu Verfälschungen auf grund von nicht ablaufendem Wasser kommen.
    2. Meiner Ansicht nach genauer als irgendwelche Skalenstriche auf einer 10-Cent-Spritze
    3. Da man mit einer normalen Küchenwaage keine hochgenaue Messungen machen kann (z.B. fehlende Kommastellen, Messgenauigkeit der Waage etc.). Mit der Vervielfachung wird hier der auftretende Fehler auf jeden Fall minimiert
    4. Wenn man das Wasser zu schnell einfüllt, geht eine gewisse Menge verloren (z.B. Wasserverlust beim Kippen) oder es kommt zu Fehlmessungen, da sich die Wippe mit mehr Wasser füllt bevor sie kippt
    5. Ein unsymetrisches System würde bei kleinen Regenmengen zu falschen Werten führen

    Ergebnis meiner Justierungsversuche:
    Bei 84 g Wasser schlägt die Wippe 19 mal und es bleibt in der letzten Wippe ca. 50% Wasser stehen. Die aufgefangene Wassermenge eines Ablaufs beträgt 42 g.
    Schlußfolgerung:
    Das System ist symetrisch.
    Der Fehler liegt bei 5%
    Der Fehler bei Dauerregen liegt auf jeden Fall darunter (ich vermute bei ca. 2-3 %).

  • DL5GTA
    Gast
    • 14. März 2010 um 15:08
    • #25

    ich glaube es ist ganz einfach so:

    1 ist = 100 mm durchmesser

    ? ist = 240 mm durchmesser

    nun einfach 100/240 = 0,416666 das wäre dann der neue Wert der Einstellung in Wetter Display.

    Probiert gemessen und stimmt !

    Warum umständlich wenn es eigendlich ganz einfach ist.

    gruß Günther

  • sebi099
    Gast
    • 4. Juni 2014 um 16:07
    • #26

    Hallo zusammen,

    das Thema ist zwar schon sehr alt, aber da meine Frage hier perfekt passt, so möchte ich sie hier stellen.
    Und zwar hat die Huger WMR 918 oder auch die 928 eine Auflösung von 1l m² und ich habe folgendes gelesen:

    Die Regenmessanlage besteht aus
    (v.l.n.r.) den Regensensor der WS2300 (Auslösung 0,5mm), den „Digirain“
    (Auslösung 0,01mm) und den modifizierten Regenmesser (RGR918 ) der
    WMR928NX der mittels eines 30cm Trichters zu einer Auflösung von 0,1mm
    gebracht wurde, desweiteren befindet sich ganz rechts noch der gute alte
    analoge Regemesser für Vergleichswerte!

    Ich würde dies gern auch bei meinem Regensensor durchführen, was müsste ich beachten?
    Was auch nicht ganz schlüssig ist, wären das bei 3 facher grösse ja die 3 fache menge Wasser einfließt und somit die Auflösung bei 0,3 l m² liegen würde oder sehe ich das falsch?!


    Gruß Sebastian


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    • 4. Juni 2014 um 18:43
    • #27

    Hallo Sebastian,

    Nach einer Formel ist für einen Durchmesser von 30 cm eine Auflösung von 0,123 mm (Regenmesser WMR928NX)

    Gruß Manfred
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  • sebi099
    Gast
    • 5. Juni 2014 um 13:27
    • #28

    Also ich komme da auf 0,111 lt. der Berechnung von Werner Krenn.

    Berechnung für neuen Regenmengenkalibrierfaktor bei Huger-Sensor:

    Fläche alter Sensor mit 100 mm Durchmesser: 0,1 * 0,1 * 3,14159 / 4 = 0,00785 m2

    Fläche neuer Sensor mit 157 mm Durchmesser: 0,157 * 0,157 * 3,14 / 4 = 0,01936 m2

    Bei 0,00786 m2 Fläche wird 1 mm = 1 l/m2 angezeigt,
    deshalb muß bei der größeren Fläche (0,01936)

    die 1 mm auf 0,405 mm (0,00785*1,0/0,01936) korrigiert werden.

    Da der Regensensor von der größeren Fläche nichts weiß,
    müssen die übermittelten Werte auf die neue,

    größere Fläche normiert werden -> Regenkalibierfaktor = 0,405

    Was rechnest Du denn da anders?!

    Gruß Sebastian

  • Planetarier
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    • 5. Juni 2014 um 19:41
    • #29

    @Sebastian,

    Hier verwende ich eine andere Formel, die ich aus einer Excel-Datei enthalten habe. Diese Vorlage ist aus einem Netzwerk herunter geladen worden:

    Berechnung:

    Durchmesser alter: 105 mm

    Fläche des Trichters (alt) = 105 * 105 * PI / 4 = 8659,014751
    Fläche des Trichters (neu) = 300 * 300 * PI /4 = 70685,83471

    Neue Regenauflösung = (8659,014751 * 1/ 70685,83471) = 0,123 mm ~ 0,120 mm

    Somit kann man auch die Regenmesser aus dem Baumarkt überprüfen, ob die Scallierung passt.

    Gruß Manfred
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    Einmal editiert, zuletzt von Planetarier (5. Juni 2014 um 22:35)

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