Hydrostatische drukopnemer

In de praktijk wordt voor een hydrostatische drukmeter vaak de term drukopnemer gebruikt. Een hydrostatische drukmeting is de meest robuuste techniek en wordt daarom veel toegepast. Figuur A Hydrostatische drukopnemerVergroot afbeelding Het waterniveau is af te leiden van de relatieve druk ten opzichte van de ingemeten membraanhoogte. Voor een betrouwbare niveaumeting is het belangrijk dat de membraanhoogte nauwkeurig is ingemeten en de elastische vervorming blijft overeenstemmen met de instellingen. Drukopnemers meten de luchtdruk meestal via een dun luchtslangetje, tegelijk met een waterdrukmeting. In principe is ook achteraf te compenseren op basis van zelfstandige luchtdrukmetingen. Schommelingen in temperatuur zijn te compenseren met geïntegreerde temperatuursensoren. Voor het uitgangssignaal is een bereik (range) van 4 tot 20 mA gebruikelijk. Hierbij staat 4 mA gelijk aan een druk van 0 en komt 20 mA overeen met de bovenkant van het meetbereik. Installatiemogelijkheden De grootste beperking van een drukmeting is het feit dat de drukopnemer in het (afval)water zit. Hierdoor kan slib zich rond de sensor ophopen. Monteer de drukopnemer daarom op een plek waar de kans op vuilophoping het kleinst is. Tijdens de installatie van een drukopnemer onder in de put moet het mogelijk zijn de put droog te zetten. Een drukopnemer is niet zo gevoelig voor verstoringen in het stromingspatroon. Een drukopnemer is goed toepasbaar in besloten en beperkte ruimten (zoals riooloverstortputten) en bijvoorbeeld bij turbulent water of kans op schuimvorming. Maar bij voldoende onderhoud is de drukopnemer net zo geschikt voor andere doeleinden. Onderhoudsgevoeligheid Zolang bij een drukopnemer opgehoopt slib niet is uitgehard, heeft dit nauwelijks invloed op de drukmeting. Dit komt omdat de druk dan toch wordt doorgegeven. Maar zodra het slib uithardt, beïnvloedt het de meting negatief. Controleer een druksensor daarom periodiek op vervuiling en reinig deze zo nodig. Het onderhoud van een drukopnemer is sterk afhankelijk van: De mate van vervuiling op de locatie (na te gaan door in de eerste weken regelmatig te controleren). De gevoeligheid van de sensor voor variaties in de omgevingscondities. De kwaliteit van de sensor. De eisen aan nauwkeurigheid en volledigheid van de te verzamelen dataset. Meetnauwkeurigheid In hoofdzaak bepaalt de kwaliteit van het membraan de meetnauwkeurigheid van een drukopnemer. Membranen in drukopnemers zijn er van verschillende materialen. Hierbij is een ontwikkeling gaande van kunststof naar keramische en metallische membranen, zoals roestvaststaal. Keramische membranen zijn het meest robuust. Bij metallische membranen kunnen vrije H+-ionen de werking negatief beïnvloeden. Deze ionen kunnen bijvoorbeeld vrijkomen bij een gegalvaniseerde trap in de put. Ook zijn er de zogenaamde dubbele membranen. Het ene membraan meet de druk en het andere voorkomt dat vocht via het luchtslangetje (atmosferische drukmeting) de meetcel binnendringt. Nulpuntsverloop Verstopping of bijvoorbeeld vocht in het luchtkanaal kan leiden tot storingen of onvolkomenheden in de luchtdrukmeting. Deze storingen zijn vaak de oorzaak van nulpuntsverloop en daarmee van afwijkingen in de meetwaarden. De sensor kan verlopen als het ontluchtingsslangetje niet goed meer functioneert (zie figuur A). Deze verstoring van het signaal kan zowel langzaam als plotseling ontstaan, wat het ontdekken ervan bemoeilijkt. Met datavalidatie is dit mechanisme te herkennen. Figuur B Voorbeeld nulpuntsverloop door verstopping ontluchtingsslang: twee sensoren aangesloten op dezelfde ontluchting, beginnen beide te verlopen door luchtdrukverschillenVergroot afbeelding Naarmate de drukopnemer ouder en/of erg vies wordt, kan de elasticiteit van het membraan afnemen. Dit leidt tot nulpuntsdrift. Met regelmatige controlemetingen is dit te signaleren en te corrigeren. Volgens de fabrikanten heeft de nieuwe generatie drukopnemers dankzij verbeteringen aan het membraan minder last van nulpuntsdrift dan vroeger. De fabrikanten geven een verloop aan van 0,1% per jaar. Dit is meestal een acceptabele afwijking. Of de drukopnemers dit in de praktijk ook daadwerkelijk halen, is niet bekend. Correctiemethoden nulpuntsverloop Het nulpuntsverloop is in het instrument of tijdens datavalidatie te corrigeren. Voor correctie in situ zijn verschillende methoden in omloop. Alle methoden zijn gebaseerd op het principe dat door stijging van het waterniveau contact wordt gemaakt op een bekend (referentie)niveau. Een omvormingsfactor (zelfkalibratie) corrigeert automatisch het verschil tussen het bekende (ingemeten) en gemeten niveau. De meest voorkomende hulpmiddelen hiervoor zijn contact-elektroden of vlotterschakelaars. De contactelektrode bestaat uit twee metalen pinnen die door water contact maken. De vlotterschakelaar bestaat meestal uit een drijver die door de opdrijvende beweging contact maakt. De omstandigheden bepalen nut en noodzaak van vlotterschakelaars of contactelektroden. Bedenk hierbij dat met name contactelektroden gevoelig zijn voor het aanhaken van vuil, waardoor het middel soms erger is dan de kwaal (zie figuur C). Zorg ervoor dat het systeem eenduidig vastlegt wanneer en hoe het corrigeert (automatisch tijdens/na bui). Figuur C Voorbeeld vlotterschakelaarVergroot afbeelding   Figuur D Foute zelfkalibratie (links volledige meetreeks, rechts ingezoomd)Elke keer dat de waterstand boven 0 m komt, kalibreert het systeem de sensor opnieuw. Dan wijzigt het referentieniveau. Dit leidt tot staptrends in de metingen.Vergroot afbeelding Correctie op nulpuntsverloop achteraf (datavalidatie) is mogelijk door het verloop statistisch te detecteren (trendanalyse) en de meetwaarden (bij een geleidelijk verloop) lineair te corrigeren (zie Meetgegevens verwerking en analyse).