8. Sensoren

Letztes Update 25.08.2002

Hinweis: Die Seiten über die Sensoren sind noch fast alle in der Entwicklung. Es kann also sein, das einige Links zu Schaltplänen und Layouts noch nicht existieren, weil ich sie noch nicht eingebaut oder gezeichnet habe. Bitte etwas Geduld.


Es gibt 4 verscheidene Typen von Sensoren.

1. Analoge Sensoren

Dieser Sensortyp liefert ein analoges Ausgangssignal und wird durch einen ADC erfaßt.

Das Signal wird in einem kurzen Interval digitialisert, z.B. alle 5 Sekunden. Gespeichert wird ein Meßwert z.B alle 10 Minuten. Der Meßwert besteht dann aus einem Mittelwert von 120 Messungen. Das hat den Vorteil, das eine Aussage über die Qualität des Meßwertes gemacht werden kann. Über das Meßinterval wird der größte und der kleinste Wert festgehalten und es kann die Varianz bestimmt werden. Es sollte immer bedacht werden, das sich Wettergrößen innerhalb kurzer Zeit nicht stark ändern können. Die Änderungen erfolgen in der Regel in Stunden und nicht in Sekunden. Sollte also bei der Temperatur oder beim Luftdruck der Min- oder Maxwert stark vom Mittelwert abweichen und zusätzlich ist eine hohe Varianz vorhanden, dann kann ein defekter Sensor oder eine defekte Elektronik vermutet werden. Ist die Varianz jedoch klein, dann ist eher von einer Fehlmessung auszugehen. Umgekehrt sieht es z.B. bei der Windrichtung oder Windgeschwindigkeit aus. Heftiges Wetter mit Stürmböen ist dann an stark abweichenden Min- und Maxwerten und an einer hohen Varianz zu erkennen.

Jeder Meßwert besteht besteht deshalb aus vier Meßgrößen:

2. Digitale Sensoren

Analoge Meßwerte sind zeitdiskrete Messungen, d.h. die Ereignisse zwischen einer Messung werden nicht erfaßt. Bei einigen Sensoren kann diese Information aber wichtig sein, wie z.B. bei der Schallmessung oder der Gewitterintensität. Die einfachste Lösung ist das Zählen von Ereignissen über einen digitalen Counter. Die Signale werden dazu in der Regel durch einen Spannungs/Frequenz Wandler aufbereitet, auf einen Zählerbaustein gegeben und dann parallel vom Rechner aufgenommen.

3. Serielle Sensoren

Dieser Sensortyp ist durch zwei Größen charakerisiert:

1. Er kann mehr als eine Meßgröße liefern. Das können vorberechnete Werte sein, wie z.B. bei der Gewitterortung. Aus drei Spulen sollte nach Möglichkeit schon die Richtung der drei Raumachsen geliefert werden

2. Er liefert seine Meßgröße nicht in einem festen Zeitraster, sondern nur dann wenn ein Ereignis eintritt, wie z.B. ein Blitz.

In der Regel ist für diesen Sensortyp ein Mikrokontroller notwendig (z.B. PIC's), die über eine serielle Schnittstelle ihre Werte liefern. Diese Art der Erfassung kann auch benutzt werden, um andere Rechner an die Wetterstation zu koppeln, in dem die Meßwerte über ein Standardprotokoll gesendet werden. Das Standardprotokoll hat für diesen Sensortyp folgenden Aufbau:

Standardprotokoll für serielle Übertragung

  Bytes Typ Bemerkung

#

1

Char Startkennung = $23

id

2

Byte $00..$FF Sensorkennung

n

2

Byte $00..$FF Anzahl der folgenden Meßwerte

mw

n*4

Word $0000..$FFFF Meßwert als 16 Bit Word

cr

1

Char Endekennung = $0D

4. Berechnete Sensoren

Dies sind Meßgrößen, die sich aus bereits gemessenen Parametern berechnen lassen, wie z.B der Windchill oder Humidex Wert.

5. Abkürzungen

Abkürzungen nach WMO

Symbol Größe Einheit Zahlenwert
Messgrößen

TT

Lufttemperatur (Trockentemperatur)

°C

 

HT

Feuchttemperatur (befeuchteter Fühler)

°C

 

SP

Luftdruck auf Stationshöhe

hPa

 

Rechengrößen

SVP

Sättigungsdampfdruck

hPa

 

SAH

Sättigungsfeuchte

g/m3

 

VP

Wasserdampfpartialdruck

hPa

 

DT

Taupunkttemperatur

°C

 

RH

Relative Feuchte

%

 

MH

Mischungsverhältnis

g/kg

 

SH

Spezifische Feuchte

g/kg

 

ET

Äquivalenttemperatur

°C

 

C

Psychrometerkoeffizient C=0,00066*(1+0,00115*HT)

1/°C

 

Konstante

C1

für Temperaturbereich von 0 ... 100,0 °C hPa 6,10780

C2

für Temperaturbereich von 0 ... 100,0 °C

 

17,08085

C3

für Temperaturbereich von 0 ... 100,0 °C

°C

234,175

PDRY

Dichte trockener Luft

kg/m3

 

PVAP

Dichte des Wasserdampfes

kg/m3

 

PWET

Dichte feuchter Luft

kg/m3

 

RDRY

Gaskonstante für trockene Luft

Nm/kg°C

287,05

RVAP

Gaskonstante für Wasserdampf

Nm/kg°C

461,51

CPL

Spezifische Wärme der trockenen Luft

J/kg°C

1004,82

CW

Spezifische Wärme des Wassers

J/kg°C

4186,74

LH

Verdampfungswärme des Wassers bei 0°C

J/kg

2500,78