Christine Weibelzahl

Untersuchung eines hydrostatischen Mehrstellen-Differenzdruck-Messsystems

Zur Bestimmung von geringen Höhenänderungen werden hydrostatische Höhenmesssysteme eingesetzt, die auf dem physikalischen Prinzip der kommunizierenden Röhren basieren.
In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften eines hydrostatischen Mehrstellen-Differenzdruck-Messsystems - dem LAS System (Large Area Settlement System) der Firma Edi Meier und Partner AG - untersucht. Das LAS System soll in einem Felssturz zur Ermittlung von Höhenänderungen eingesetzt werden und hat dort die Funktion eines Frühwarnsystems. Durch mögliche Höhenänderungen soll der Absturz des Felsens erkannt werden. Die Bewegung beträgt zur Zeit zwei bis drei Zentimeter im Monat und nimmt zu.
Aus der Arbeit mit dem Messsystem wird die fehlende Automatisierung des Befüllvorgangs als sehr zeitaufwendig angesehen. In der Praxis ist das Messsystem durch die Möglichkeit der Datenabfrage per Modem und durch die automatische Messwerterfassung für Überwachungsmessungen geeignet. Lediglich zum Ausgleich des Flüssigkeitsverlustes ist während der Messung eine Wartung nötig.
Der optimale Aufbau des LAS Systems ist die Positionierung aller Messzylinder in einer Ebene. Die Zentraleinheit und damit der Sensor steht unterhalb der Ebene. Durch diese Anordnung werden systematische Fehler wie Flüssigkeitsverlust und der Einfluss von Luftblasen vermindert. Mittels Differenzbildung werden weitere Einflüsse, die auf das gesamte Messsystem wirken, eliminiert.
Für den Einsatz im Felssturz wird eine spezielle Flüssigkeit genutzt, die für tiefe Temperaturen geeignet ist. Die Arbeitsweise des Messsystems wurde mit dieser Flüssigkeit und mit Wasser untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass sowohl die Genauigkeit als auch die Zeitdauer einer Messung von der eingesetzten Flüssigkeit abhängen.
Für die Höhenänderung in Abhängigkeit von Sollhöhen und für die Langzeitstabilität von Höhenänderungen wurde versucht, eine Kalibrierfunktion aufzustellen. Die Versuche haben gezeigt, dass mit Zunahme der Höhenänderung und der Anzahl der Messzyklen auch der Drift der Messwerte zunimmt. Eine Ursache ist der Flüssigkeitstransport, der sowohl durch die große Höhendifferenz als auch durch den Drehschalter zwischen den Messpositionen begünstigt wird.
Wird davon ausgegangen, dass alle drei Messlinien die gleichen Eigenschaften besitzen, so können die ermittelten Ergebnisse auf das gesamte Messsystem angewandt werden.
Bei einem Funktionstest in der Klimakammer wird die volle Funktionsfähigkeit des Messsystems bei tiefen Temperaturen festgestellt.
Eine Genauigkeitssteigerung ist durch den Einsatz eines leistungsfähigeren Differenz-drucksensors möglich. Des Weiteren ist eine Vorrichtung zum Befüllen und zur Ermitt-lung des Flüssigkeitsverlustes sowie eine genaue Definition des Füllstandes von Vorteil.