Altimeter-IMETER (Ad Hoc)

Druckmessung, Höhenmessung, Altimeter mit IMETER

-- Alti(I)METER -- Anwendungsbeispiele --

 

Test der I-SIF Druckmessung

Die auf Druckmessung basierende Höhenmessung (Altimetrie) wird hier zur Prüfung des IMETER Systems durch ein Messprogramm ausgeführt. Neben der Druckmessung kann die Stationshöhe verifiziert werden.

Die Luftdichte ist besonders vom Luftdruck abhängig und die Luftdichte ist für Präzisionswägungen wichtig.  Grundsätzlich wollen wir Methoden zur (gegenseitigen) Überprüfung der Sensoren zur Verfügung stellen. Dies geschieht hier anschaulich durch eine vergleichsweise einfache Methode. Das Prinzip besteht darin, die Anzeige des I-SIF Druckmessers mit den Angaben einer Wetterstation zu vergleichen. Die Wetterstation gibt üblicherweise den relativen Luftdruck an, I-SIF benötigt zur Kalibrierung jedoch Absolutwerte. Mittels des in der Nähe, zeitnah gemessenen relativen Luftdrucks und der "IMETER-Stationshöhe" wird der relative in den absoluten Luftdruck umgerechnet.

Grundlage ist die folgende Beziehung

    „Barometrische Höhenmessung“ (Wikipedia)

Die Stationshöhe h ergibt sich aus den Verhältnissen des Luftdrucks auf Meereshöhe (p₀) – was gleichbedeutend mit dem relativen Luftdruck (den die Referenzstation liefert) – zur Luftdichte (ρ₀) und Fallbeschleunigung (g) und des Logarithmus‘ der Druckverhältnisse zwischen Null (p₀) und dem lokal gemessenen Luftdruck (p) in der gesuchten Höhe h.

 

Es wird über eine Zeit hinweg beobachtet und die Luftdruckänderungen werden in Höhenunterschiede umgemünzt. Diese Höhenmessung wurde per Messprogramm so eingestellt, dass sie die folgende Ausgabe in einem Bericht ausgibt:

 

ALTIMETRIE mit IMETER      Check der Druckmessung durch Vergleich mit dem rel. Luftdruck der Wetterstation "www.meteo24.de": Angabe:103,00[kPa] zur Angabezeit 11:19:18.    Daten vom IMETER-System: Stationshöhe 498[m], Fallbeschleunigung 9,80769[m/s²] sowie momentaner Luftdichte 1,135231[kg/m³] (bzw. 1,20233) und Luftdruck 97,2522[kPa].    Die Höhenmessung mit I-SIF(p) ergibt sich zu 501,56[m]. Der Unterschied zur angegebenen IMETER Stationshöhe beträgt 3,56[m].       Damit die Anzeigen von I-SIF(p) und www.meteo24.de konsistent werden, müsste nach der vorläufigen Einschätzung, beim I-SIF(p) eine Korrektur von 0,040[kPa] eingegeben werden.    (D.h.I-SIF(p) müsste 97,292[kPa] anzeigen.)    PS: Die Altimeter-Präzision, die mit einer Ablesbarkeit von 0.01kPa (=0.1mbar) korrespondiert, entspricht einem Höhenunsicherheit von 90[cm]. -- Die Formel erlaubt jedoch generell keine allzu hohe Exaktheit      Messung einiger Werte ...    Verfolgung der Druckmessung und deren Ableitungen:          Zeit[min]                Druck[kPa]       berechnete Stationshöhe[m]      Änderung zum Startwert [cm]     1,01                       97,25259                      501,52                                                 -4     1,15                       97,252                         501,58                                                 2     1,30                       97,252                         501,58                                                 2     1,44                       97,25071                      501,69                                                 13     1,57                       97,2494                        501,81                                                 25      Zusammenfassung    Ergebnisse aus 5 Messungen.    - Mittelwert der Druckmessung: 97,251[kPa].    - Mittelwert der Höhenberechnung: 501,64[m].    - Mittlere Änderung während der Beobachtung: 8[cm].    Zur Richtigstellung der I-SIF(p) Anzeige wäre der 'Offset' um 0,041 kPa zu ändern.      • Allgemeine Informationsausgabe(n)    1.: I-SIF Einstellungen: Kanal N°6, LuftDruck (p[kPa]).    Messbereich von 30 bis 110kPa, Messunsicherheit ±0,003kPa, Korrekturfunktion: kPa => -0,0065+1·kPa, 7 Samples bei Abtaststufe 'Standard' …

Die Berichtsausgabe nennt die vom Benutzer angegebene Referenz und die Ausgangsdaten vom IMETER-System. Von einer ersten Messung ausgehend, wird eine Verifikation der Stationshöhe abgeleitet und eine Barometerkorrektur vorgeschlagen. Eine Liste - die auch viel länger werden kann - gibt Auskunft über die zeitliche Entwicklung des Luftdrucks. Die Druckwerte sind hier natürlich formatiert - d.h. die Präzision der Drücke erfolgt so, wie es die jeweilige Standardabweichung erlaubt (denn die angegebenen Druckmesswerte sind Mittelwerte aus mehreren Ablesungen). Schließlich folgt eine kleine Statistik und der Korrekturvorschlag für die I-SIF Druckmessung. Zur Information wird noch die aktuell vorliegende Einstellung der Druckmessung ausgegeben.

Beschreibung des Ablaufs und des Messprogramms

Das Messprogramm wird gestartet und beginnt damit, dass der Anwender den Namen der Wetterstation angeben soll. Dann wird die aktuelle Angabe des relativen Luftdruckes in Kilopascal abgefragt. Das Programm läuft dann eine Weile und beendet sich selbst spätestens nach 30 Messungen.

Messprogramm: "Altimeter" (Listing)

1.  ——— '- Datenzusamenstellung und Ausgabe grundsätzlicher Angaben -' —————————————
2.  [Textvariable *] "Name_der_Wetterstation" = ?Barometer TFA (Referenz) © Geben Sie bitte den Name der Wetterstation an!
3.  [Druckangabe *] "p_Ref°" = 101,325 [kPa] © Geben Sie bitte den relativen Luftdruck an (gemäß Radio, Wetterstation ...)
4.  [Textvariable] "Zeit_der_Ref.Ablesung" = @TIME@
5.  KOMPONENTEN: I-SIF Kalibrierung p
6.  p_Start [kPa] = p' © automatisch eingelesener Luftdruck am Anfang
7.  ƒ Luftdichte angeben
8.  rho_L° [kg/m³] = rhoL * p_Ref° / p_Start © reduzierte Luftdichte
9.  Initiale_Meereshöhe [m] = ( p_Ref° /(0,001* rho_L° * g ) * ln( p_Ref° / p_Start )) © Berechnung der Meereshöhendifferenz
10.  Höhenunterschied [m] = Initiale_Meereshöhe - NN © Berechnung der Meereshöhendifferenz
11.  Initiale_Meereshöhe_F+ [m] = ( p_Ref° /(0.001* rho_L° * g ) * ln( p_Ref° / ( p_Start +0,01) )) © ... fehler
12.  Höhenunterschied_durch_Unsicherheit [cm] = ( Initiale_Meereshöhe - Initiale_Meereshöhe_F+ )*100 © Höhenmissweisung / Abweichung
                     durch 1mbar (0…
13.  Soll_Druck_bei_korrekter_Ref [kPa] = p_Ref° / exp( NN *0,001* rho_L° * g / p_Ref° ) © Berechnung der Meereshöhendifferenz
14.  Abweichung_I-SIF_Druckmsg [kPa] = ( Soll_Druck_bei_korrekter_Ref - p_Start ) © Der Unterschied ... von Soll und Ist
15.  ƒ Berichtsausgabe: '{\FS22 ALTIMETRIE mit IMETER}\par.. / {\FS14\i PS: Die Altimeter-Präzision, die mit einer Ablesbarkeit
                     von 0.01kPa (=0.1mbar) korrespo…
16. »»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»
17.  ——— '- Verfolgung der Druckmessung und Umwertungen / Gewinnung von Mittelwerten -' —————
18. -a--b- aktueller_Luftdruck [kPa] = p' © automatisch eingelesener Luftdruck
19. -|--|- berechnete_Meereshöhe [m] = ( p_Ref° /(0,001* rho_L° * g ) * ln( p_Ref° / aktueller_Luftdruck )) © Berechnung der Meereshöhendifferenz
20. -|--|- Änderung_h [cm] = ( berechnete_Meereshöhe - Initiale_Meereshöhe )*100 © Änderung der anfänglichen Meereshöhe durch Druck/...
21. -|--|- Zähler_MW = Zähler_MW + 1
22. -|--|- Sum_p = Sum_p + aktueller_Luftdruck
23. -|--|- Sum_h = Sum_h + berechnete_Meereshöhe
24. -|--|- Sum_korr_pISIF = Sum_korr_pISIF + ( Soll_Druck_bei_korrekter_Ref - aktueller_Luftdruck )
25. -|--|- Sum_Änderung_h = Sum_Änderung_h + Änderung_h
26. -|--|- MW_p_ = Sum_p / Zähler_MW
27. -|--|- MW_h_ = Sum_h / Zähler_MW
28. -|--|- MW_korr_pISIF = Sum_korr_pISIF / Zähler_MW
29. -|--|- MW_Änderung_h = Sum_Änderung_h / Zähler_MW
30. -|--|- ƒ Berichtsausgabe: '{\FS20 Messung einiger Werte ...} Verfolgung der Druckmessung.. / @TIMR@ @ak'...
31. -a--|- SCHLEIFE: auf Zeile 18 zurückspringen, 4-Mal ausführen • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
32. -b- SCHLEIFE: auf Zeile 18 zurückspringen, max.5-Mal oder "@ abs( MW_Änderung_h )-10 #cm@<0 cm" ist/wird der Fall
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34.  ƒ Sprungziel bei Abbruch - ggf. erfolgt Ausführung ohne Rückfrage!
35.  ——— '- Formatierung der Mittelwerte und Endwerteausgabe -' —————————————————
36.  MW_p_ [kPa] = Sum_p / Zähler_MW
37.  MW_h_ [m] = Sum_h / Zähler_MW
38.  MW_korr_pISIF [kPa] = Sum_korr_pISIF / Zähler_MW
39.  MW_Änderung_h [cm] = Sum_Änderung_h / Zähler_MW © Berechnung der Meereshöhendifferenz
40.  ƒ Berichtsausgabe: '{\FS20\b Zusammenfassung} Ergebnisse aus .. / {\ul Z'...
41.  ——— '- Zusätzliche Ausgabe der Infos zur Druckmessung -' ——————————————————
42.  KOMPONENTEN: I-SIF Infoausgabe p
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(Die Inkonsistenz durch die 'lokale Fallbeschleunigung der Referenzstation auf Meereshöhe' muss hingenommen werden!)

Zwischen Zeile 17. und 31. wird die Auslesung, Verrechung und Erzeugung einer Berichtszeile fünfmalig ausgeführt. Wenn dadurch bereits die mittlere Änderung der berechneten Stationshöhe kleiner als 10cm beträgt, endet das Programm mit der Berichtserstellung zur Zusammenfassung und der Abfrage der Sensoreinstellung. Falls die Drucklage unruhig ist, sprich eine größere Stationshöhenabweichung auftritt, wird die fünfmalige Abfrage wiederholt (Zeile 32.) - maximal fünf Mal.