Mit der steigenden Nachfrage nach Wasserressourcen ist es wichtiger denn je, die Auswirkungen von städtebaulicher Entwicklung und Landwirtschaft auf die Wasserressourcen beurteilen zu können. Um dieser wachsenden Nachfrage gerecht zu werden, müssen Manager von Wasserressourcen, Ingenieure und Hydrologen den Grundwasser- und Oberflächenwasserspiegel mit Wasserstand-Datenloggern überwachen, um die Basis und den sich ändernden Wasserstand im Zeitverlauf zu dokumentieren.
Wasserstands-Logger enthalten normalerweise eingebaute Mikroprozessoren, Drucksensoren sowie eine Batterie für die Stromversorgung und sind durch ein robustes Gehäuse für den langfristigen Einsatz unter Wasser ausgelegt. Sie können über Monate hinweg unbeaufsichtigt eingesetzt werden, wobei Wasserstandsdaten in benutzerdefinierten Intervallen erfasst und digital im internen Speicher abgelegt werden. Durch kontinuierlichen 24/7-Überwachungsbetrieb beseitigen Wasserstands-Logger viele Probleme, die durch manuelle Datenerfassung entstehen, und erleichtern die gleichzeitige Überwachung mehrerer Standorte.
Wasserstands-Logger automatisieren außerdem den Archivierungsprozess und die Berichterstellung von Daten. Hydrologen können die Loggerdaten einfach auf ein mobiles Gerät oder einen Computer übertragen und detaillierte Diagramme oder Dateien erstellen. Diagramme können zu Dokumentationszwecken einfach gedruckt werden, während die elektronischen Daten archiviert oder in andere Programme exportiert werden können.
Obwohl der Wasserstand-Logger für immer mehr Hydrologen zum Instrument der Wahl wird, wenn es um die Datenerfassung geht, kann es aufgrund unzähliger Produkte auf dem Markt schwierig werden, sich für das richtige Produkt für die jeweilige Anwendung zu entscheiden. Unabhängig davon, ob Sie bereits Erfahrungen mit Wasserstands-Messungen gesammelt haben oder gerade erst anfangen - dieser Bericht hilft Ihnen, die richtigen Produkte für Ihre Anforderungen auszuwählen. Er weist auf die fünf wichtigsten Überlegungen hin und gibt Tipps zu bestimmten Funktionsmerkmalen.
1. Barometrische Kompensation von Wasserstand-Datenloggern
Grundsätzlich wird zwischen zwei Hauptvarianten von Wasserstands-Loggern unterschieden:
mit und ohne Druckausgleich.
Logger mit Druckausgleich verfügen über ein integriertes Entlüftungsrohr, mit dem die Logger die Änderungen des atmosphärischen Drucks automatisch kompensieren können. Werden diese Änderungen auf beiden Seiten des Drucksensors ausgeglichen, kann ein gut entwickelter und gewarteter, entlüfteter Wasserstands-Datenlogger hochgenaue Wasserstandsdaten liefern.
Logger ohne Druckausgleich verwenden keine Entlüftungsrohre. Stattdessen können diese Logger mathematisch mit Hilfe eines Luftdruck-Loggers und einer einfachen Softwarefunktion barometrisch kompensiert werden. Luftdruckwerte können auch von Wetterstationen in einem Umkreis von etwa 15 Kilometern eingeholt werden.
Mittlerweile gibt es auch Modelle die nicht entlüftet sind, aber zusätzlich zum Sensor im Wasser auch einen Luftdrucksensor enthalten.
Beachten Sie auch, dass entlüftete Logger zwar die höchste Genauigkeit bieten können, jedoch auch eine Reihe von Einschränkungen aufweisen, die Probleme verursachen und zu fehlerhaften Daten und/oder Datenverlust führen können. Diese Einschränkungen umfassen:
- Entlüftete Logger sind sperriger als nicht entlüftete Logger, was den Transport und die Installation schwieriger macht.
- Die meisten entlüfteten Logger benötigen Trocknungsmittel zum Schutz vor Feuchtigkeit, wodurch der Wartungsaufwand und die Gesamtbetriebskosten des Loggers steigen. Hier kann Kondensationsbildung auch zu Genauigkeitsproblemen führen.
- Bei der Überwachung von verschmutztem Wasser müssen Entlüftungsschläuche aus korrosionsfestem Material verwendet werden, was die Kosten für den Logger erhöht. Hier müssen auch die Kosten für eine eventuelle Dekontamination mit eingerechnet werden, die vor dem nächsten Einsatz des Loggers erforderlich sein kann.
- Entlüftete Logger sind nicht flexibel wenn es um den Einsatz in verschiedenen Tiefen geht. Ausgleichsschläuche können normalerweise nicht verlängert werden, ohne den Logger zum Lieferanten zurückzuschicken, und zu lange Schläuche müssen ohne Knicke vorsichtig aufgerollt werden.
- Gerät das Ende des Entlüftungsschlauchs unter Wasser, sind alle nachfolgenden Daten aufgrund der unbekannten Druckausgleichskomponente während dieser Zeit beeinträchtigt.
Diese Einschränkungen unterstreichen die Vorteile von nicht entlüfteten Loggern, die zudem kompakter sind, weniger Wartung benötigen, sich einfach in Gewässern mit variabler Tiefe einbringen lassen und nicht von Überflutung beeinrächtigt werden. Die neueren, nicht belüfteten Logger mit Zweifach-Sensoren bieten zudem den Vorteil, dass Wasserstandsdaten ohne zusätzliche Nachberechnungen direkt bereitstehen.
2. Verständnis der Genauigkeit eines Datenloggers für den Wasserstand
Bei der Beurteilung der Genauigkeit des Wasserstandes sollten Sie Antworten auf folgende Fragen erhalten:
- Wie hoch ist die Genauigkeit des Systems?
Bei nicht entlüfteten Loggern errechnet sich der Systemfehler aus der Summe der Fehler des Wasserstand-Loggers und des Loggers für den Luftdruck. Hier wird der Luftdruck oft übersehen, muss aber mit einberechnet werden. Im Gegensatz dazu messen entlüftete Wasserstands-Logger den Differenzdruck direkt, daher muss nur ein Messfehler berücksichtigt werden.
- Bezieht sich die angegebene Genauigkeit nur auf den Sensor des Loggers oder auf den gesamten Logger?
Sowohl der Sensor eines Wasserstands-Loggers als auch der verbaute Analog-Digital-Wandler (ADC) tragen zu Messfehlern bei. Dabei kann der Messfehler des ADC genauso signifikant sein wie der Sensorfehler selbst. Aus diesem Grund sollten Sie sich vom Hersteller bestätigen lassen, dass sich die angegebene Genauigkeit auf die gesamte Messkette bezieht, nicht nur auf den Sensor. Um den Wasserstandspegel auf 3 mm genau aufzulösen, ist mindestens ein 12-Bit-ADC mit einem Wasserstandssensor von 2 bar nötig. In gleicher Weise sollten Sie sicherstellen, dass die Genauigkeitsangabe für barometrische Logger alle Fehlerquellen enthält.
- Gelten die Angaben zur Genauigkeit für den gesamten kalibrierten Messbereich des Loggers?
Die Genauigkeit eines Wasserstands-Loggers am oberen oder unteren Ende eines bestimmten Bereichs kann sich stark von der Genauigkeit in der Mitte dieses Bereichs unterscheiden. Aus diesem Grund ist es wichtig herauszufinden, ob sich die Genauigkeitsangabe des Loggers auf einen einzelnen Punkt oder den gesamten Messbereich bezieht. Nur wenn Sie die Genauigkeit eines Wasserstands-Loggers über den gesamten Messbereich kennen, können Sie mit Sicherheit sagen, dass der Logger Ihre Genauigkeitsanforderungen erfüllt.
- Verursachen Temperaturschwankungen zusätzliche Fehler außerhalb der Genauigkeitsangaben?
Einige Wasserstands-Logger sind nicht in der Lage, Temperaturänderungen effektiv zu kompensieren, was falsche Druckwerte verursachen kann. Aus diesem Grund ist es wichtig herauszufinden, ob Fehler, die sich aus Temperaturänderungen ergeben, in den Genauigkeitsangaben enthalten sind oder ob diese separat berücksichtigt werden müssen. Datenlogger mit geringer Gesamtmasse gleichen sich schneller an wechselnde Temperaturbedingungen an und erhöhen so die Messdynamik bei sich ändernden Bedingungen. Die Reaktionszeiten geben an, wie schnell der Logger das Temperaturgleichgewicht erreicht.
- Wie wichtig ist Drift?
Drucksensoren in Wasserstands-Loggern unterliegen im Lauf der Zeit einer Drift. Ob Drift für Sie von Bedeutung ist, hängt von Ihrer jeweiligen Anwendung ab. Drift ist immer dann von Bedeutung, wenn absolute Druckwerte erforderlich sind oder wenn keine aktuellen Referenzpegel- oder Tiefenmessungen verfügbar sind. Dies kann der Fall sein, wenn ein Wasserstands-Logger länger als ein Jahr eingesetzt wird und während dieser Zeit keine Referenzmessungen vorgenommen werden. Ansonsten spielt die Drift keine wesentliche Rolle, da sie durch regelmäßige (d.h. monatliche) Referenzmessungen neutralisiert wird. Unabhängig davon, ob sich die Drift auf Ihre Daten auswirkt oder nicht, sollten Sie den Logger-Hersteller nach den Angaben zur Drift fragen.
Zusätzlich zu diesen Fragen sollten Sie sich beim Hersteller erkundigen, ob die Genauigkeit des Loggers rückverfolgbar überprüft oder gemessen wurde, zum Beispiel von einem akkreditierten Labor. Einige Unternehmen bieten rückführbare Kalibrierzertifikate zur Überprüfung der Genauigkeit jedes Loggers an.
3. Softwarefunktionen, die wirklich wichtig sind
So wie Wasserstands-Logger von Modell zu Modell erheblich variieren können, ist dies auch mit der Grafik- und Analysesoftware oder der zugehörigen App der Fall. Grundsätzlich ist es eine gute Idee, nach Software Ausschau zu halten die intuitiv ist und minimale Einarbeitung benötigt. Sie sollten auch in der Lage sein, bestimmte Aufgaben schnell und einfach ausführen zu können, wie zum Beispiel das Konfigurieren von Loggern, das Auslesen und Teilen der Daten sowie deren grafische Darstellung.
Welche Softwarefunktionen Sie besonders berücksichtigen hängt auch vom Verwendungsort der Software ab. Für Software, die vor Ort verwendet wird, achten Sie auf Funktionen zur einfachen Installation von Loggern und dem Auslesen der Daten. Software, die zur Analyse von Daten im Büro verwendet wird, sollte über leistungsfähige Analysefunktionen verfügen.
Folgende Funktionen sollten Sie besonders in Hinsicht auf den Einsatzort berücksichtigen:
- Zeitsparende Startfunktionen - Wenn Sie viele Logger gleichzeitig starten wollen, suchen Sie nach Software, mit der Sie die Messparameter einmal eingeben und mit diesen dann alle Logger parallel konfigurieren können. Dies spart Zeit und es hilft auch sicherzustellen, dass alle Logger gleich konfiguriert sind. So können Sie zum Beispiel sicherstellen, dass alle Logger in einem Verbund gleichzeitig und mit dem selben Messintervall starten.
- Barometrische Kompensation (für Logger, die keinen integrierten barometrischen Druckausgleich besitzen) - Um die Druckwerte eines nicht entlüfteten Loggers in barometrisch korrigierte Wasserstandswerte umzurechnen, sollte die Loggersoftware über eine barometrische Kompensation verfügen. Mit diesen Hilfsmitteln können Sie normalerweise den Referenzwert, die Wasserdichte und andere Werte eingeben und dann automatisch eine Umwandlung des Drucks in Wasserstandsdaten durchführen.
- Multi-Logger-Grafik - Bei der Überwachung von Wasserpegeln an mehreren Standorten ist es oft von Vorteil, Daten von mehreren Wasserstands-Loggern in einem einzigen Diagramm zusammenzufassen und zu analysieren. Fragen Sie den Anbieter unbedingt nach dieser Funktion.
- Einfacher Datenexport - Da Wasserstandsdaten häufig in andere Software wie Tabellenkalkulationsprogramme oder Modellierprogramme integriert werden müssen, stellen Sie sicher, dass sich Daten schnell und einfach in verschiedene Dateiformate exportieren lassen.
- Speichern und Abrufen von Projekten - Die Möglichkeit, Projekte zu speichern und später abzurufen erscheint zwar als grundlegende Funktion einer Logger-Software, in der Realität unterstützen viele Programme diese Funktion jedoch nicht. Da die Datenanalyse normalerweise mehrere Schritte umfasst, z. B. das Zusammenfügen mehrerer Dateien, das Konvertieren von Druckwerten in Wasserstandsdaten und das Formatieren von Diagrammen, sollten Sie sicherstellen, dass Sie mit der Software Ihre Arbeit speichern und zur Weiterverarbeitung wieder abrufen können.
HOBOware’s Assistent für barometrische Kompensation
4. Einen Datenlogger für Wasserstand Kaufen oder Mieten?
In der Vergangenheit hat der relativ hohe Preis für Wasserstands-Logger viele Hydrologen davon abgehalten, einen eigenen Logger-Vorrat anzulegen. Viele haben sich dafür entschieden, ihre Logger stattdessen zu mieten. Obwohl das Mieten eine bequeme Option für kurzfristige Installationen darstellt, sollte man sich darüber im klaren sein, dass der Preis für Wasserstands-Logger so weit gesunken ist, dass der Kauf für viele Anwendungen kostengünstiger ist. Wenn Sie Dienstleistungen im Bereich Hydrologie oder Grundwasser anbieten, können Sie durch den Besitz eines Inventars von Wasserstands-Loggern einen Wettbewerbsvorteil erzielen, da Sie auf zusätzliche Leihgebühren für Ihre Kunden verzichten können.
5. Logger-Kommunikation
Datenlogger mit Verbindung zu einem Mobilgerät bieten den Vorteil, dass Sie keinen Laptop vor Ort mitnehmen müssen, während Sie bei Bedarf trotzdem Daten anzeigen und Konfigurationseinstellungen ändern können. Drahtlose Logger mit Bluetooth Low-Energy (BLE) bieten den zusätzlichen Vorteil, dass Sie im Gegensatz zu früheren Bluetooth-Versionen nicht auf den Logger zugreifen müssen, um die Verbindung zu aktivieren. Logger, die auf mechanische Steckverbinder angewiesen sind, können beim Feldeinsatz durch Wasser beschädigt werden und versagen. Wasserstands-Logger mit einer optischen Schnittstelle, welche vollständig im Gehäuse des Loggers eingeschlossen ist, sind weniger anfällig für Schäden oder Ausfälle durch Wasser. Solche Logger mit optischer Schnittstelle benötigen jedoch eine optische Basisstation, um den Logger an einen Computer anzuschließen. Die beste Option für die Verbindung zum Computer ist eine direkte USB-Schnittstelle. Einige ältere Logger verwenden serielle Kommunikation in Verbindung mit einem Seriell/USB Konverter, damit sie an einen USB Port angeschlossen werden können. Da diese Logger intern serielle Kommunikation verwenden, sind ihre Datenübertragungsgeschwindigkeiten begrenzt und erfordern die Installation spezieller Treiber auf dem Computer.
