Messung des Wasserstands - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 67

chen Kristall aufgebaut ist. Diese rhythmischen Schwingungen übertragen sich als
„Schallwellen“ in die Atmosphäre. Quarzkristalle werden hierbei bevorzugt ver-
wendet.
Sender und Empfänger: Die so von einem „Sender“ abgestrahlten Schallwellen
durchqueren in Schallgeschwindigkeit als kurze Ultraschallimpulse den Luft-
raum, werden an der Wasseroberfläche reflektiert und versetzen die Membrane
des Senders ihrerseits in mechanische Schwingungen, die von einer Piezoscheibe
in elektrische Energie umgewandelt wird; so wird der Sender zum „Empfänger“.
Gerätekonfigurationen, bei denen Sender und Empfänger in einem Gerät angeord-
net sind (vgl. Abb. 3.32 ), werden reversible Wandler genannt. Sie werden heute in
der Messtechnik bevorzugt eingesetzt, da sie kleinere Bauformen ermöglichen und
preisgünstiger sind als Geräte mit getrennten Sendern und Empfängern.
Da während der Phase des Sendens keine Empfangssignale erkannt werden kön-
nen, muss ein Mindestabstand zwischen Sender/Empfänger und der Wasserober-
fläche eingehalten werden; dieser Abstand - Totzone genannt - ist abhängig von der
verwendeten Wellenlänge des Sensors. Je kleiner die Frequenz, desto geringer ist
die Totzone. In extrem räumlich beengten Situationen kann die Totzone durch ge-
trennte Sende- und Empfangssysteme verkleinert werden (Details s. Lau 1990 ).
Störeinflüsse bei Wasserstandsmessungen mit Ultraschall: Der größte Einfluss
auf die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit nach dem Echolotverfahren geht
von der Temperatur der Luft zwischen Sensor und Wasseroberfläche und ihrer
Änderung aus; so bewirkt eine Lufttemperaturänderung von 1 °K eine Verminde-
rung oder Erhöhung der Schallgeschwindigkeit um 0,18 %. Dieser Einfluss muss
daher kompensiert werden. Hierzu wird i. d. R. die Lufttemperatur mit Hilfe einer
im Messgerät eingebauten Temperatursonde gemessen. Dies ist aus zwei Gründen
nicht unproblematisch:
a) Die Temperaturmessung sollte wegen seines oben aufgezeigten signifikanten Ein-
flusses auf die Schallgeschwindigkeit eine Genauigkeit von mindestens 0,1 °C
haben; eine solche Genauigkeit ist aber bei Feldmessungen schwer erreichbar.
Zudem werden eingebaute Temperatursensoren häufig vom Oaseneffekt (Auf-
heizung des Gerätes und der direkten Umgebung) beeinflusst und erfassen nicht
einen möglichen Temperaturgradienten im Verlauf des Ultraschallweges.
b) Bei einer reinen Temperaturkompensation wird der Einfluss der Luftfeuchte und
des Luftdrucks nicht berücksichtigt.
Eine Änderung des Molekulargewichts spielt nur bei geschlossenen Tanks in der in-
dustriellen Füllstandsmessung in Abhängigkeit des ausgasenden Stoffes eine Rolle
(Lau 1990 ). Weitere mögliche Störeinflüsse sind Wind, Regen und Schnee.
Der Ultraschallimpuls verliert zwangsläufig Energie auf seinem Weg hin und
zurück durch Schallabsorption . Deren Größe hängt von der verwendeten Frequenz
und der Beschaffenheit der Messstrecke ab. Grundsätzlich gilt, dass eine hohe
Arbeitsfrequenz von z. B. 44 kHz deutlich stärker abgeschwächt wird als eine tiefe
Frequenz. Die Folge ist, dass bei großen Reichweiten tiefe Frequenzen eingesetzt
werden. Gleichzeitig gilt, dass der maximal mögliche Messbereich eines Ultra-