Mechanische snelheidsmeters

Bij de propeller en het cup-type stroomsnelheidsmeters wordt het aantal omwentelingen gedurende een bepaalde tijd geteld en meestal digitaal uitgelezen. Er bestaat een vrijwel rechtlijnig verband tussen de omwentelingssnelheid van de as en de stroomsnelheid van het water.

prOpeller meeTinSTrumenT

oktober 2009 Handboek debietmeten in open waterlopen

Evenals meters van het propeller- en cup-type hebben elektromagnetische snelheidsmeters altijd een calibratie nodig, die in dit geval het verband legt tussen stroomsnelheid en gemeten spanning. Deze calibratie dient in principe regelmatig te worden herhaald.

Volgens fabrieksopgave bedraagt de nauwkeurigheid 1% van de gemeten waarde. Een

instabiliteit van de nul-waarde kan echter vooral bij lage stroomsnelheden aanleiding geven tot grotere afwijkingen (circa 10 % bij 2 cm/s, circa 3 % bij 10 cm/s).

7.3.6 Mechanische snelheidsmeters

Bij de propeller en het cup-type stroomsnelheidsmeters wordt het aantal omwentelingen gedurende een bepaalde tijd geteld en meestal digitaal uitgelezen. Er bestaat een vrijwel rechtlijnig verband tussen de omwentelingssnelheid van de as en de stroomsnelheid van het water.

De meters kunnen worden onderscheiden in meters met een watergesmeerde as (relatief goedkoop) en meters met een oliegesmeerde as (geen vervuiling). De meeste fabrikanten leveren verschillende propellers met een dusdanige uiteenlopende vormgeving, dat ze voor verschillende snelheidsbereiken en in verschillende situaties geschikt zijn. De kleinste propellers voor veldwerk hebben een diameter van 2 tot 5 cm en worden gebruikt aan een dunne stang, waarbij de meetassistent meestal in de waterloop staat (de zogenaamde "wading" methode. Voor het meten aan een stang vanaf een brug worden meestal dikkere en langere stangen toegepast en kunnen ook propellers met een grotere diameter tot circa 12,5 cm worden toegepast. Bij het meten

aan een stang wordt voor het eenvoudig positioneren van de propeller in verticale richting vaak gebruikt gemaakt van buizensets, die om de stang schuiven. De stang blijft op de bodem staan en de buis waaraan de propeller nu is bevestigd, schuift om de stang op en neer en kan op de gewenste hoogte worden gefixeerd.

Bij de methoden waarbij de propeller aan een kabel is bevestigd, moeten de propeller en de behuizing van de as samen zodanig zwaar zijn, dat deze bij de te meten stroomsnelheden op hun plaats blijven. Vaak wordt dit geheel nog voorzien van een "staartvin" om de propeller parallel aan de stroomrichting te houden. De gebruikte diameters propeller variëren van circa 8 tot 12,5 cm. Alle snelheidsmeters worden geijkt in de fabriek.

Goed schoonhouden van de propellers en regelmatig verversen van de olie waarin de as beweegt, voorkomt afwijkingen van deze calibratie. Vooral de as waarop de propeller wordt gemonteerd is kwetsbaar. Wanneer deze niet meer zuiver recht is, kunnen afwijkingen optreden. Het is dan raadzaam deze te vervangen door een nieuwe. De aanloopsnelheid van de meeste propellers bedraagt circa 0,03 à 0,05 m/s. Voor betrouwbare metingen wordt echter circa 0,10 m/s als ondergrens gehanteerd.

Voor de stroomsnelheidsmeters van het propeller of cup-type wordt na het in positie brengen van de snelheidsmeter en een korte aanloopperiode (circa 30 seconden), het aantal omwentelingen gedurende 30 à 60 seconden geregistreerd. Deze minimum meettijd van 30 seconden is nodig, omdat de snelheid in een bepaald punt van de stroming fluctueert rond een gemiddelde waarde door het turbulente karakter van de stroming. Bij lage stroomsnelheden

De meters kunnen worden onderscheiden in meters met een watergesmeerde as (relatief goedkoop) en meters met een oliegesmeerde as (geen vervuiling). De meeste fabrikanten leve-ren verschillende propellers met een dusdanige uiteenlopende vormgeving, dat ze voor ver-schillende snelheidsbereiken en in verver-schillende situaties geschikt zijn. De kleinste propellers voor veldwerk hebben een diameter van 2 tot 5 cm en worden gebruikt aan een dunne stang, waarbij de meetassistent meestal in de waterloop staat (de zogenaamde “wading” methode. Voor het meten aan een stang vanaf een brug worden meestal dikkere en langere stangen toe-gepast en kunnen ook propellers met een grotere diameter tot circa 12,5 cm worden toege-past. Bij het meten aan een stang wordt voor het eenvoudig positioneren van de propeller in verticale richting vaak gebruikt gemaakt van buizensets, die om de stang schuiven. De stang blijft op de bodem staan en de buis waaraan de propeller nu is bevestigd, schuift om de stang op en neer en kan op de gewenste hoogte worden gefixeerd.

Bij de methoden waarbij de propeller aan een kabel is bevestigd, moeten de propeller en de behuizing van de as samen zodanig zwaar zijn, dat deze bij de te meten stroomsnelheden op hun plaats blijven. Vaak wordt dit geheel nog voorzien van een “staartvin” om de propel-ler parallel aan de stroomrichting te houden. De gebruikte diameters propelpropel-ler variëren van circa 8 tot 12,5 cm. Alle snelheidsmeters worden geijkt in de fabriek.

Goed schoonhouden van de propellers en regelmatig verversen van de olie waarin de as beweegt, voorkomt afwijkingen van deze calibratie. Vooral de as waarop de propeller wordt gemonteerd is kwetsbaar. Wanneer deze niet meer zuiver recht is, kunnen afwijkingen optre-den. Het is dan raadzaam deze te vervangen door een nieuwe. De aanloopsnelheid van de meeste propellers bedraagt circa 0,03 à 0,05 m/s. Voor betrouwbare metingen wordt echter circa 0,10 m/s als ondergrens gehanteerd.

Voor de stroomsnelheidsmeters van het propeller of cup-type wordt na het in positie brengen van de snelheidsmeter en een korte aanloopperiode (circa 30 seconden), het aantal omwen-telingen gedurende 30 à 60 seconden geregistreerd. Deze minimum meettijd van 30 secon-den is nodig, omdat de snelheid in een bepaald punt van de stroming fluctueert rond een gemiddelde waarde door het turbulente karakter van de stroming. Bij lage stroomsnelheden verdient het daarom aanbeveling een langere meettijd van 60 à 100 seconden te hanteren ter wille van de gewenste nauwkeurigheid. Op veel telkastjes is een voorziening aangebracht die in plaats van het aantal omwentelingen de tijd meet die nodig is voor een ingesteld aantal omwentelingen. Dit kan echter aanleiding geven tot vrij korte meettijden, hetgeen om boven-staande reden niet aan te bevelen is.

7.4 WATerSTAnDSmeTingen

De afvoer van een watergang op een bepaald tijdstip is altijd gekoppeld aan de waterstand(en) van dat moment. Het meten van waterstanden is dan ook een onmisbaar onderdeel van de afvoermeting. Bij de beschrijving van de meetmethoden voor het debiet (hfst. 5 en 6) is aange-geven welke betekenis de waterstandsmeting voor de bepaling van het debiet heeft.

Par. 7.4.2 geeft een overzicht van de meest gangbare meetmethoden voor de bepaling van de waterstand en de eigenschappen van deze meetmethoden. Voor meer uitgebreide informatie wordt verwezen naar [Lit. 24], de ISO standaarden (par. 7.4.3) en de informatie van leveranciers van de instrumenten.

Over de plaatsing van de waterstandsmeter in relatie tot de debietbepaling is een en ander aangegeven in de hoofdstukken 5 en 6. Algemene opstellingseisen zijn vermeld in hfst. 10. Voor een aantal instrumenten voor waterstandsmeting is het wenselijk of vereist voor een nauwkeurige meting om een peilbuis (stilling well) te gebruiken. De eigenschappen van de peilbuis voor een oppervlaktewaterstandsmeting zijn beschreven in par. 7.4.1.

Voor de plaatsingseisen van de waterstandsmeting in relatie tot de debietmeetmethode wordt verwezen naar de betreffende hoofdstukken over de meetmethoden en de meetprincipes. 7.4.1 peilbuiS (STilling Well)

Een peilbuis (stilling well) geeft de mogelijkheid de waterstand niet direct in de waterloop te meten, maar in een aparte buis. De peilbuis is geperforeerd of staat, bij plaatsing in het talud, in verbinding met de waterloop via een verbindingsbuis met een kleinere diameter. Het meten in een peilbuis heeft de volgende voordelen:

• de buis biedt bescherming aan de apparatuur (als de buis in het talud is geplaatst ook tegen vorst);

• in een correct gedimensioneerde en correct opgestelde peilbuis worden waterstands-fluctuaties door bijvoorbeeld wind en scheepvaart (korte golven) vrijwel helemaal uitge-dempt.

Eén van de functies van de peilbuis is het uitdempen van korte golven. De diameter van de ver-bindingsbuis mag daarom niet te groot zijn, maar tegelijkertijd moet de weerstand in de verbin-dingsbuis bij een verandering van de waterstand zo klein mogelijk zijn. Het hierdoor veroor-zaakte verval veroorzaakt een systematische fout: een stijgende waterstand wordt altijd te laag, een dalende waterstand te hoog geregistreerd. Een vuistregel voor de diameter van een verbin-dingsbuis is, dat de diameter van de verbin verbin-dingsbuis minimaal 10 procent bedraagt van de dia-meter van de peilbuis. Bij toepas sing van een grote diadia-meter, is het mogelijk dat deze verstopt raakt doordat deze toegan kelijk wordt voor bepaalde diersoor ten (kikkers, ratten). Ook in een te kleine buis kan verstopping optreden als gevolg van slakjes, sediment e.d. In beide gevallen kan een korf(je) verstopping voorkomen.

De verbindingsbuis moet bij voorkeur niet uitsteken uit het talud (“f ush”), waarbij het talud over een zekere lengte stabiel moet zijn en vlak afgewerkt. Als de verbindingsbuis wel uitsteekt uit het talud, moet dit haaks op de stroomrichting zijn. Bij hoge stroomsnel he den kunnen dan echter aanzienlijke verschillen tussen de in de vlotterbuis gemeten waterstand en de werkelijke waterstand in de waterloop optreden als gevolg van onder druk (schoorsteeneffect). De in de peil-buis gemeten waterstand zal te laag zijn. De grootte van de afwijking van de werkelijke water-stand hangt af van de stroomsnelheid bij de uitmon ding van de ver bindingsbuis, de horizontale afstand van de uitmonding tot het talud en de diameter van de verbindingsbuis [Lit. 1].

De voorkeursopstelling van een peilbuis is die plaatsing in het talud met een niet uitstekende verbindingsbuis naar de waterloop.

In die situaties waarbij veel sedimenttransport in de waterloop optreedt, kan de opening naar de peilbuis dichtslibben. Een zo hoog mogelijke plaatsing hiervan, maar nog wel beneden de laagste te verwachten waterstand, is daarom raadzaam.