Figuur A Hydrostatische drukopnemer (Bron: Leidraad Riolering module C2330)Figuur A Hydrostatische drukopnemer (Bron: Leidraad Riolering module C2330) — Figuur A Hydrostatische drukopnemer (Bron: Leidraad Riolering module C2330)

Meetprincipe

Een hydrostatische drukopnemer (zie figuur A) meet de hydrostatische druk die de hoogte van een waterkolom veroorzaakt. De waterkolom oefent druk uit op een membraan. Daardoor vervormt het membraan. Deze vervorming verandert de capaciteit van een condensator (zie figuur B). Hoe hoger de waterkolom, hoe groter de druk op het membraan en hoe groter de vervorming. De vervorming wordt omgezet in een elektrisch signaal. Dit signaal wordt sterker naarmate de vervorming toeneemt. Voor het uitgangssignaal is een range van 4 tot 20 mA gebruikelijk. Hierbij staat 4 mA gelijk aan een druk van 0 en komt 20 mA overeen met de bovengrens van het meetbereik.

Figuur B Principe hydrostatische drukopnemer (Bron: Leidraad Riolering module C2330)

Membraanhoogte inmeten

De waterhoogte boven de sensor volgt uit de formule in figuur C, waarbij de waterhoogte gelijk is aan de gemeten waterdruk, gedeeld door een vermenigvuldiging van de zwaartekracht en de dichtheid van het afvalwater. De waterdruk is ten opzichte van de membraanhoogte. Daarom moet u voor een betrouwbare meetwaarde de membraanhoogte nauwkeurig inmeten.

Luchtdruk compenseren

De gemeten druk bestaat uit een sommatie van de hydrostatische druk en de luchtdruk. De luchtdruk varieert tussen de 960 en 1.040 hPa. Deze waarde heeft invloed op de waarnemingen en daarom moet u de luchtdruk compenseren. Dit gebeurt met een luchtslangetje wanneer u de waterdruk meet. Eventueel kunt u ook achteraf compenseren op basis van zelfstandige luchtdrukmetingen. Ook bestaan er drukopnemers met twee druksensoren: een om de hydrostatische druk te meten en een voor de luchtdruk. Uit het verschil tussen beide berekent u het luchtdrukgecompenseerde waterniveau. In deze video van Wateropleidingen ziet u het verschil tussen hydrostatische druk en druk in een vloeistof in een afgesloten ruimte.

Figuur C Afleiden waterniveau uit gemeten hydrostatische druk (Bron: Stichting Wateropleidingen)

In de formule in figuur C is te zien dat ook de dichtheid van het water invloed heeft op het afleiden van het waterniveau. Omdat de dichtheid afhankelijk is van de temperatuur, moet de meetapparatuur ook compenseren voor variatie in temperatuur. Schommelingen in temperatuur zijn te compenseren met geïntegreerde temperatuursensoren.

Toepassing en installatie

Op locaties waar bij droog weer veel afvalwater aanwezig is, het riool of de voorziening erg diep ligt of de locatie sterk vervuild is, kunt u beter geen drukopnemer gebruiken.

Meetbereik

Drukopnemers zijn verkrijgbaar in de gangbare meetbereiken van 1, 2, 4 en 10 m. Als u dieper dan 4 m moet kunnen meten, neemt u dus een drukopnemer met een meetbereik van 10 m. Dit betekent ook een grotere absolute afwijking in meetnauwkeurigheid. Ultrasone en radarsensoren zijn toepasbaar binnen een volledig meetbereik tot 10 m.

Gevoeligheid

Een drukopnemer is niet gevoelig voor verstoringen in het stromingspatroon. U kunt deze meter goed gebruiken in besloten en beperkte ruimten (zoals riooloverstortputten) en bij turbulent water of kans op schuimvorming. Let op bij gebruik in een put of voorziening die snel vervuild is. Achtergebleven slib kan uitharden en daardoor de meting negatief beїnvloeden.

Installatietips

Installeer de drukopnemer op een locatie in de voorziening waar de kans op vuilophoping klein is.
De oriëntatie van de sensor in de waterstroom is ook van belang. Breng het membraan evenwijdig aan de stromingsrichting aan om te voorkomen dat stromingsdruk (snelheidshoogte) wordt gemeten. Een stroomsnelheid van 1 m/s leidt bijvoorbeeld al tot een overschatting van het waterniveau van circa 5 cm.
Installeer een drukopnemer waar mogelijk in de hoek van een put en zo diep mogelijk in de put (zie figuur D). De diepte is belangrijk om over een zo groot mogelijk bereik te kunnen meten. Meet het waterniveau bij voorkeur vanaf de bodem van de put tot aan de putdeksel. Bij een continue waterstroom moet u de put droogzetten om de sensor aan te brengen.

Figuur D Hydrostatische drukopnemer in inspectieput (Bron: Leidraad Riolering module C2330)

Onderhoud

Het onderhoud van de drukopnemer en de randapparatuur is afhankelijk van:

de mate van vervuiling op de locatie (ter plaatse controleren);
de gevoeligheid van de sensor voor variaties in de omgevingscondities (sensor is bevestigd in een agressief milieu);
de kwaliteit van de sensor;
de eisen aan nauwkeurigheid en volledigheid van de te verzamelen gegevens (deze beschrijft u in het meetplan);
de wijze van voeding (accu, batterij of netvoeding).

Na circa drie maanden in het meetproces bezoekt en controleert u de installatie. Op basis van uw ervaringen met het functioneren van de meetvoorziening bepaalt u een passende onderhoudsfrequentie. Hierbij houdt u rekening met andere meetlocaties binnen uw beheergebied.

Aandachtspunten onderhoud

Elke keer dat u een meetlocatie voor onderhoud bezoekt, registreert u in een logboek het uitgevoerde onderhoud. Beschrijf daarbij welke werkzaamheden u hebt uitgevoerd en eventueel aangetroffen opmerkelijke zaken.
De ervaring leert dat u de meetapparatuur voor een goede werking jaarlijks moet kalibreren.
Tijdens het periodiek onderhoud moet u ook controleren op afwijkingen in de gemeten waterniveaus. Hiervoor meet u het waterniveau handmatig en vergelijkt u het resultaat met de gemeten waarde van de meter. Bij afwijkingen corrigeert u de instelling van het nulpunt (referentieniveau).

Meetnauwkeurigheid

Als u de sensor en meetapparatuur conform de inbouwvoorschriften en randvoorwaarden hebt aangebracht, haalt een hydrostatische drukopnemer een meetonzekerheid van circa 0,1 - 0,2% van de eindschaalwaarde (meetbereik).

Nulpuntsverloop (nulpuntsdrift)

Naast een correcte installatie bepaalt de kwaliteit van het membraan de meetnauwkeurigheid. Als de drukopnemer veroudert en vervuild raakt, kan de elasticiteit van het membraan verminderen. Dit leidt tot nulpuntsdrift. U kunt dit signaleren door tijdens het periodiek onderhoud controlemetingen te doen. Tegenwoordig zijn membranen over het algemeen gemaakt van roestvrij staal of zijn ze keramisch. Keramische membranen zijn minder gevoelig voor elasticiteit. Fabrikanten van membranen geven een verloop aan van 0,1% per jaar van de eindschaalwaarde.

Correctiemethoden nulpuntsverloop

Het nulpuntsverloop is in het instrument te corrigeren. Hiervoor bestaan verschillende methoden die zijn gebaseerd op het principe dat door een stijgend waterniveau contact wordt gemaakt op een bekend (referentie)niveau. Een omvormingsfactor (zelfkalibratie) corrigeert automatisch het verschil tussen het bekende (ingemeten) en gemeten niveau. Hiervoor gebruikt u contactelektroden 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. Contactelektroden zijn gevoelig voor vervuiling.

U kunt het nulpuntsverloop ook achteraf (datavalidatie) controleren door het verloop statistisch te detecteren (trendanalyse) en de meetwaarden (bij een geleidelijk verloop) lineair te corrigeren (zie Meetgegevens verwerking en analyse).

Luchtdrukcompensatie

Verstopping of vocht in het luchtkanaal kan zorgen voor storingen of onvolkomenheden in de luchtdrukmeting, wat leidt tot afwijkingen in de meetwaarden (zie figuur E). Als het ontluchtingsslangetje niet goed meer functioneert, verstoort dat de waarnemingen. Deze verstoring van het signaal kan zowel langzaam als plotseling ontstaan. Met datavalidatie kunt u dit detecteren.

Figuur E Voorbeeld afwijkingen in metingen door verstopping ontluchtingsslang. Twee sensoren aangesloten op dezelfde ontluchting beginnen beide te verlopen door luchtdrukverschillen (Bron: Leidraad Riolering module C2330)

Inmeten referentieniveau

Het is belangrijk dat u de hoogte van het nulpunt van de sensor nauwkeurig inmeet. Bij dit nulpunt meet de apparatuur de hydrostatische druk. Ten opzichte van dit referentieniveau leidt u de waterhoogte in m NAP af. In de praktijk is een meetonzekerheid van 0,5 - 1 cm haalbaar.

Hydrostatische drukopnemer