| Lokální výstražné systémy v ochraně před povodněmi > Automatické měřicí systémy > Měřicí čidla | |
Hladinová čidla |
|
| Lokální výstražné systémy v ochraně před povodněmi > Automatické měřicí systémy > Měřicí čidla | |
Hladinová čidla |
|
Pro měření stavů hladin mohou být podle konkrétních podmínek využity dva možné principy měření. Bezkontaktní princip bude navrhován přednostně na měrné profily s přítomností mostů, lávek, kolmých břehů nebo jiných pevných konstrukcí. Mezi základní bezkontaktní čidla se řadí ultrazvukové a radarové sondy.
Kontaktního principu měření stavů hladin je možné využít jak na měrných profilech s pevnými stavebními konstrukcemi tak i na lokalitách s nezpevněnými přírodními břehy. Základním kontaktním hladinovým čidlem jsou manometrické sondy.
Oba principy měření stavů hladin jsou ověřeny na již stávajících provozovaných lokálních výstražných systémech (viz. dílčí zpráva projektu „Vyhodnocení povodní v červnu a červenci 2009 na území České republiky“).
Sonda vysílá ultrazvukový signál a ten se odrazí od detekované plochy. Čas mezi vysláním a příjmem signálu je úměrný pozici odrazné plochy, v našem případě pozici hladiny v toku.
Orientační cena ultrazvukové sondy je 15.000 – 40.000,- Kč.
•jednoduchá instalace s využitím zejména stávajících pevných konstrukcí
•spolehlivý provoz
•pořizovací cena
•silné turbulence hladiny za povodní mohou v některých případech způsobit výpadky v měření
•zachycení splavenin pod senzorem může způsobit výpadky v měření
•přesnost měření může být ovlivněna změnou teploty vzduchu mezi měřenou hladinou a čidlem a to zejména v případě, kdy rozložení teploty není homogenní (z části je řešeno automatickou teplotní kompenzací)
•přesnost měření může být ovlivněna vlhkostí vzduchu a případně větrem
•pod membránou sondy se nachází tzv. „mrtvé pásmo“ ve kterém ultrazvuková sonda nemůže zaměřit pozici hladiny
•přístupnost senzoru může vést ke snazšímu poškození třetí osobou
Ultrazvukové sondy jsou standardní součástí lokálních výstražných systémů, přesnost měření je pro potřeby povodňových orgánů dostačující. Uvedeným nevýhodám (turbulence hladiny, splaveniny, ovlivnění teplotou vzduchu, existence tzv. mrtvého pásma) lze předejít správnou instalací ultrazvukové sondy.
Radarová sonda vysílá sérii krátkých mikrovlnných pulsů směrem k hladině. Čas mezi vysláním a zachycením odražených vln odpovídá pozici měřené hladiny.
Orientační cena radarové sondy je 30.000 – 50.000,- Kč.
•jednoduchá instalace s využitím zejména stávajících pevných konstrukcí
•spolehlivý provoz
•vlivy prostředí (teplota, vlhkost vzduchu, vítr) neovlivňují přesnost měření
•vysoká přesnost měření
•vhodné využití při umístění sensoru vysoko nad hladinou (více jak 8 m)
•zachycení splavenin pod senzorem může způsobit výpadky v měření
•energeticky náročný provoz
•pořizovací cena
Radarové sondy jsou z principu svého měření přesnější než ultrazvukové sondy, omezeně jsou využívány Českým hydrometeorologickým ústavem na profilech bez vodoměrné stanice. Pro potřeby LVS jsou radarové sondy obvykle instalovány v menší míře zejména z důvodu vyšších nároků na spotřebu elektrické energie.
Manometrická sonda prostřednictvím membrány (křemíkové, keramické) snímá hydrostatický tlak vody, který odpovídá pozici hladiny nad sondou. Vždy je nutné zajistit kompenzaci vlivu atmosférického tlaku vzduchu a to buď kapilárou, nebo samostatným tlakovým sensorem. V případě použití externího tlakového sensoru je nutné, aby tlaková kompenzace probíhala automaticky v řídící jednotce. Výpočet kompenzace mimo řídící jednotku není přípustný.
Orientační cena manometrické sondy je 11.000 – 15.000,- Kč.
•širší možnosti využití instalace (zatopené mosty, profily bez pevných stavebních konstrukcí)
•spolehlivý provoz
•vyšší přesnost měření v porovnání s ultrazvukovými sondami
•spolehlivé měření v turbulentních vodách a místech s výskytem naplavenin
•pořizovací cena
•při minimálním zatopení sondy může být poškozen snímací prvek mrazem
•v některých případech obtížnější instalace zejména při stabilizaci sondy v toku
•možnost mechanického poškození sondy nebo kabeláže v průběhu povodní nebo chodu ledu (lze předejít správně provedenou instalací)
Manometrické sondy jsou nejrozšířenějším měřícím senzorem na vodoměrných stanicích ČHMÚ a podniků Povodí a jsou také často využívány pro potřeby lokálních výstražných systémů.
Plováková čidla nachází v omezené míře uplatnění na vodoměrných stanicích ČHMÚ nebo správců povodí. Jedná se o přesná měřidla pohybu hladiny v případě, že jsou umístěna do uklidňovací šachty vodoměrné stanice nebo rourového limnigrafu. V případě, že nebude tato podmínka splněna, nelze tato čidla pro LVS využít.
Bublinková čidla pro měření stavů hladin jsou nejčastěji používána v hydro-logických službách v zemích západní Evropy, v menší míře jsou provozována také v České republice. Jedná se o měření hydrostatického tlaku vody pomocí tlakového vodiče stabilizovaného v toku a snímacího tlakového mechanismu a malého kompresoru umístěného v měřící stanici mimo vodní tok. Pro potřeby LVS se nepředpokládá využití tohoto způsobu měření stavů hladin.
Manometrické sondy bez kompenzace vlivu atmosférického tlaku vzduchu. Někteří výrobci nabízí manometrické sondy, které měří hydrostatický tlak včetně atmosférického tlaku vzduchu. Pro odstranění chyby měření způsobené vlivem atmosférického tlaku vzduch je potřebné pořídit ještě jedno měřidlo pro měření tlaku vzduchu a potom obě hodnoty zpracovat ve speciálním software mimo řídící jednotku. Tato čidla nejsou v hydrologii povrchových vod standardně používána a nejsou doporučena také pro lokální výstražné systémy.
Kapacitní čidla a vodivostní čidla se standardně v hydrologii povrchových vod nepoužívají zejména z důvodu komplikované instalace a ochrany čidla. Tato čidla nejsou doporučena ani pro lokální výstražné systémy.
Kontaktní čidla poskytují pouze informace o dosažení limitní hodnoty. Mimo bod kontaktu neuvádí další informace o změnách a trendech stavů hladin. Čidla nejsou doporučena pro lokální výstražné systémy.
Pro realizaci měření hladin je doporučeno použít ultrazvuková, radarová nebo manometrická čidla se zajištěnou kompenzací atmosférického tlaku.
Soubor: LVS_5521_hladinova.htm