VLOEISTOFSTROOMSENSOR 0387I GEBRUIKERSHANDLEIDING CENTRUM VOOR MICROCOMPUTER APPLICATIES http://www.cma-science.nl
Beschrijving De Vloeistofstroomsensor 0387i meet de snelheid van stromend water. De sensor kan worden gebruikt voor de bestudering van de waterdoorvoer, stromingspatronen en het transport van sedimenten in stromend water. Ook kan de stroomsnelheid van water ons iets vertellen over het ecosysteem, met name over de planten en dieren die in het water kunnen leven. De Vloeistofstroomsensor is voorzien van een schoepenrad aan een peilstok met 5 meter kabel. Om de sensor in elkaar te zetten vouwt men de vier delen van de peilstok uit en schuift deze in elkaar tot ze vastklikken. De sensor wordt geleverd met drie plastic verhogers (kort, middel en lang), waarmee het schoepenrad op een vaste hoogte vanaf de ondergrond kan worden geplaatst. De totale lengte van de peilstok is 1,5 m. Als de Vloeistofstroomsensor in stromend water wordt geplaatst, veroorzaakt dit een draaiing van het schoepenrad. Hoe sneller de waterstroming, hoe sneller de draaiing. Een met het schoepenrad meedraaiend magneetje triggert een reedschakelaar elke halve rotatie (gelijk aan het principe van een fietscomputer). De schakelaar zendt een puls naar de elektronica die de pulsen omzet in een spanningssignaal wat evenredig is met de stroomsnelheid. De Vloeistofstroomsensor kan direct worden aangesloten op de analoge ingangen van de CMA interfaces. Sensorherkenning De vloeistofstroomsensor heeft een Figuur 1: Het schoepenrad van de sensor (links) en het magneetje met de reedschakelaar (rechts). geheugenchip (EEPROM) met informatie over de sensor: naam, gemeten grootheid, eenheid en ijking. Deze informatie wordt via een simpel protocol (I 2 C) uitgelezen door de CMA interfaces en de sensor wordt bij aansluiten op deze interfaces automatisch herkend. Als de sensor niet automatisch wordt herkend door de interface, moet deze handmatig gekozen worden uit de Coach sensorbibliotheek. 2 Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i
Opslag en onderhoud van de Vloeistofstroomsensor Spoel de Vloeistofstroomsensor na gebruik met schoon water en dep hem droog met papier of een schone doek. Daarna kan de sensor worden opgevouwen en opgeborgen. Om de levensduur van de Vloeistofstroomsensor te verlengen is het raadzaam om de bewegende onderdelen van het schoepenrad te smeren na een aantal keren veldgebruik. Vermijd bij gebruik dat het schoepenrad in aanraking komt met rotsen en andere harde oppervlakken in het water. Indien de bladen van het schoepenrad verbogen zijn, zal dit de nauwkeurigheid van de sensor nadelig beïnvloeden. Suggesties voor experimenten De Vloeistofstroomsensor kan worden gebruikt voor o.a. de volgende experimenten: Het doorstroomvolume berekenen Het doorstroomvolume of de uitstroom is het volume water dat door een doorsnede van een bedding stroomt gedurende een bepaalde tijdseenheid. Om het doorstroomvolume te bepalen wordt de dwarsdoorsnede van de stroom of rivier gemeten. Vervolgens wordt met de Vloeistofstroomsensor op dezelfde plaats de stroomsnelheid van het water bepaald. Het doorstroomvolume kan nu worden berekend door het oppervlak te vermenigvuldigen met de stroomsnelheid. Bepaling van de transportsnelheid van sedimenten De hoeveelheid sedimenten en de maximale grootte van deeltjes die door stromend water kan worden getransporteerd is gerelateerd aan de stroomsnelheid. Daarom kunnen stroomsnelheidsgegevens van de Vloeistofstroomsensor worden gebruikt om te bepalen welke afmeting van deeltjes meegevoerd wordt bij een bepaalde stroomsnelheid. Een tabel, afgeleid uit verschillende metingen geeft aan dat bij een gegeven stroomsnelheid er verschillende gedragsmogelijkheden zijn voor sedimentdeeltjes die in de bedding liggen of zich in de waterstroom Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i 3
bevinden. Bijvoorbeeld, bij een gemeten stroomsnelheid van 1 m/s, zullen zout en zanddeeltjes (maar geen kleideeltjes) die zich in de bedding bevinden in beweging komen en stroomafwaarts getransporteerd worden. Bij dezelfde snelheid zullen alle sedimentdeeltjes met afmetingen tussen 10 en 100 µm die al in beweging waren, in beweging blijven, terwijl deeljes groter dan 100 µm worden afgezet. Zo kan de Vloeistofstroomsensor een waardevol instrument zijn bij studie van sediment-transport. Vergelijking van de stroomsnelheid op verschillende locaties in een stroom Met de Vloeistofstroomsensor is het ook mogelijk om stroomkarakteristieken van een stroom te bepalen door op verschillende plekken en diepten stroomsnelheidsmetingen te doen. Om de stroomkarakteristiek van de waterstroom weer te geven kan het behulpzaam zijn om stroomlijnen en vectorlijnen te tekenen. De eerste illustratie toont hoe stroomlijnen de mogelijke paden weergeven van een enkel waterdeeltje. Vectorlijnen geven zowel de stroomsnelheid en richting aan. Hoe langer de lijn, hoe groter de stroomsnelheid. A v o id lo gs and rocks A v o id S a n d b a rs A v o id s tre a m - b e n d s S ite 1 De procedure voor het meten van stroming 1. Keuze van de locaties Neem voldoende voorzorgsmaatregelen alvorens zich in een stroom te begeven. Indien het water te diep of te snelstromend is, zoek dan een andere plaats. Ga nooit alleen in de stroom zonder iemand anders die in geval van nood bijstand kan verlenen. Kies twee locaties binnen een afstand van 50 m van elkaar, die zover mogelijk uit elkaar liggen en representatief zijn voor de stroom als geheel. Vermijd plekken met bochten of obstakels in de stroom zoals rotsen of zandbanken. Probeer een 4 Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i S ite 2 Figuur 1 Keuze van meetplekken (site). Vermijd obstakels zoals rotsen (rocks) en boomstammen (logs), bochten (bends) en zandplekken (sandbars)
plek te kiezen waar het water stroomt. De ene locatie kan een snelle stroming hebben zoals in een stroomversnelling. De andere locatie kan een middelmatige of langzame stroming hebben zoals na een poel. Het is niet nodig dat beide plekken dezelfde stroming hebben. Meet op elke locatie de breedte en diepte van de stroom. Probeer een plek te vinden die gemakkelijk over te steken is en niet dieper is dan 1 m. (de sensor werkt niet bij dieptes van 0,1m of minder). De Vloeistofstroomsensor is voorzien van een kabel van 5m lengte. Hierdoor is het mogelijk om metingen tot ca. 4m van de kant te doen zonder de interface mee te nemen in de stroom. Indien de stroom breder is dan 4 m, gebruik een assistent die de interface vasthoudt, en die naar de andere oever gaat zodra de kabel te kort is geworden. Zo is er minder kans dat de interface in het water valt en beschadigd raakt. 2. Het meten van de dwarsdoorsnede van een stroom Gebruik een meetlint om de breedte van de stroom (in m) te bepalen en schrijf deze op. Verdeel de breedte in 6 gelijke secties. 1 2 3 4 5 6 7 In itia l d is ta n c e = 0 F in a l d is ta n c e = S tre a m w id th In itia l d e p th = 0 F in a l dep th = 0 Gebruik een peilstok om de diepte van de stroom te meten bij elk van punten uit de vorige stap. Maak een tabel van afstand tegen diepte. Meet steeds vanaf dezelfde waterkant. Voeg ook de diepte toe bij de beginafstand (0m) en de eindafstand. d is ta n c e o u t d e p th 1 Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i 5
3. Het meten van de stroomsnelheid Sluit de Vloeistofstroomsensor aan op de datalogger. Indien een computer met interface gebruikt wordt, plaats deze dan op een veilige afstand van het water. 4 0 % Dompel het schoepenrad van de Vloeistofstroomsensor onder tot ca. 40% van de diepte bij elk van de in de eerste stap bepaalde afstanden. Indien de plek ondiep genoeg is kan gebruik gemaakt worden van de bijbehorende verhogers om de Vloeistofstroomsensor te ondersteunen op de stroombedding. Met de verhogers kan het schoepenrad eenvoudiger op dezelfde hoogte en richting gehouden worden. Laat het schoepenrad stroomopwaarts wijzen (zie figuur links) en plaats hem in de stroom. Houd de sensor gedurende 10 s in de stroom om meetgegevens te verzamelen. Herhaal de meting voor elk van de andere secties. ris e r s o p tio n a l F lo w 4. Het doorstroomoppervlak berekenen 1. Zet de stroomdiepte uit tegen de oeverafstand. 2. Integreer de grafiek. De integraal geeft (een benadering van) de doorsnede van de waterstroom. 6 Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i
5. De doorstroom bepalen 1. Bereken de gemiddelde snelheid voor elk van de locaties. 2. Om de uitstroom of doorstroomvolume te berekenen, vermenigvuldig de gemiddelde stroomsnelheid met de in stap 2 bepaalde doorsnede van de bedding. 3. Herhaal dit voor de tweede locatie. Aanvullende tips 1. De plastic verhogers, die met de Vloeistofstroomsensor worden meegeleverd, kunnen behulpzaam zijn om de sensor tijdens metingen op dezelfde diepte en in dezelfde oriëntatie te houden. Plaats de onderkant van de verhogers simpelweg op de bedding. Indien er onzekerheid bestaat over welke verhoger gebruikt moet worden, begin dan met de middelste lengte en schat daarmee de diepte. rise rs o p tio n a l 3 rise rs in c lu d e d 2. Houd er bij de keuze van een locatie voor stromingsexperimenten rekening mee dat de stroom niet gespleten wordt door rotsen, andere (half onderwater liggende) obstakels of zandbanken. 3. Het schoepenrad van de sensor moet altijd tegen de stroomrichting in wijzen tijdens metingen. Sta altijd op de oever tijdens metingen, of, wanneer dat niet mogelijk is, sta dan zover mogelijk stroomafwaarts van de sensor. 4. Omdat de stroming sterk wordt beïnvloedt door de weersomstandigheden, is het belangrijk om goede aantekeningen te maken van de datum, tijd en weer worden gemaakt. Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i 7
IJking Het uitgangsignaal van de Vloeistofstroomsensor 0387i is rechtevenredig met de stroomsnelheid. De sensor kan geijkt meten met: 1. de ijking uit de standaardbibliotheek van Coach. 2. de ijking uit de EEPROM van de sensor. De naam van de Vloeistofstroomsensor in de sensorbibliotheek van Coach 5 is: Vloeistofstroomsensor (0387i) (CMA) (0..4 m/s). Figuur 2. De standaard ijkgrafiek van de Vloeistofstroomsensor (zoals gebruikt in de standaard Coach bibliotheek en in het sensorgeheugen): Stroom (m/s)= 0,8 * V uit (V) De coëfficiënten van de ijkfunctie zijn: a= 0,8; b= 0. 8 Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i
Technische specificaties Vloeistofstroombereik Uitgangsbereik Ijkfunctie Resolutie bij 12-bit A/D-omzetter Nauwkeurigheid 0-4,0 m/s 0 5 V Vloeistofstroom (m/s) = 0,8 * V uit (V) 0,005 m/s ±1% of full-scale reading Responsietijd 98% van de volle schaaluitlezing in 5 s; 100% van de volle schaaluitlezing in 15 s Temperatuursbereik (kan worden geplaatst in) 0 tot 70 C Sensorinformatie Auto-ID en ijking Verbinding voor 256 bytes seriële EEPROM BT (British Telecom) plug Garantie: De Vloeistofstroomsensor 0387i is gegarandeerd vrij van materiaal- en constructiefouten gedurende 12 maanden na datum van aankoop mits deze onder normale laboratoriumomstandigheden wordt gebruikt. Deze garantie geldt niet als de sensor in een (lab)ongeluk beschadigd raakt of foutief is gebruikt. N.b.: Dit product is alleen voor onderwijskundige doeleinden geschikt. Het is niet geschikt voor industriële, medische, of commerciële doeleinden of onderzoek op hoog niveau. Rev. 11/06/2015 Gebruikershandleiding Vloeistofstroomsensor 0387i 9