Messung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 135

Abb. 4.18 Schwimmflügel
mit Ausleger, Winde und
Schwimmkörper
messenen Drehzahlen n die Fließgeschwindigkeit v nach der Flügelgleichung (4.6)
abgeleitet werden kann.
Will man eine solche Kalibrierung experimentell durchführen, dann liegt das
Problem darin, dass eine genau definierte Strömungsgeschwindigkeit in einem
ausreichend breiten und tiefen Gewässer (Kanal) nur sehr schwierig zu generie-
ren ist. Daher wird bei der Kalibrierung nicht das Wasser, sondern der Flügel mit
verschiedenen Geschwindigkeiten durch das ruhende Wasser eines Kanals bewegt
(Schleppversuche). Ob die so gewonnenen Ergebnisse auf die Natur, d. h. beweg-
tes Wasser, übertragen werden können, ist problematisch, da bei der Kalibrierung
im Schleppkanal die Anströmung an den Messflügel laminar ist, wohingegen in
strömenden Gewässern turbulente Strömung vorherrscht. Langjährige hydraulische
Untersuchungen, insbesondere von M. Fischer ( 1988 ), haben belegt, dass „Schlepp-
tankeichungen“ vertretbar sind, allerdings nur unter der Voraussetzung von aus-
reichend langen und breiten Schleppkanälen (wie z. B. der Eichkanal der Landes-
hydrologie der Schweiz in Bern mit einer Länge von 140 m, einer Tiefe von 2 m
und einer Breite von 4 m) und hochwertiger Mess- und Regeltechnik (s. hierzu auch
ISO 3455 2007 ).
Wichtig ist auch, dass bei der Kalibrierung immer die gleichen Befestigungsein-
richtungen verwendet werden wie bei der späteren Messung.
Bei der Durchführung der Kalibrierung, die je nach Geschwindigkeitsgrenze bis
zu 20 Schleppfahrten notwendig macht, muss unbedingt darauf geachtet werden,
dass das Wasser vor Beginn einer jeden Messung vollständig zu Ruhe kommt. Nach
Brand ( 1990 ) kann die notwendige Beruhigungspause zwischen zwei Messungen,
z. B. bei v = 5 m/s, in der Größenordnung von 30 min liegen. Der Messbereich im
Schleppkanal liegt bei einer geforderten Messunsicherheit von <1 % zwischen 0,3
und 10 m/s. Eine Streuung der Messergebnisse von 1 bis 2 mm/s wird als system-
immanent akzeptiert (Brand 1990 ).
Mit Hilfe der experimentell bestimmten Werte werden dann rechnerisch oder
graphisch die „Flügeleichungen“ ermittelt. In der Regel wird die Kalibrierbezie-
hung in Form von Geradengleichungen für mehrere Geschwindigkeitsabschnitte
gegeben (vgl. Gl. (4.7)).