Entwicklung eines selbst kalibrierenden Ozean-Bodendruck Meßgerätes (OBP)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Messgerät zum hochstabilen Monitoring langfristiger Variationen des Ozeanbodendrucks entwickelt und realisiert. Anhand von Modellierungen wurde ein Messsystem konzipiert, mit dem lediglich die Variationen des Druckes und nicht aber dessen absolute Höhe gemessen und aufzeichnet werden. Dadurch erfordert der hohe Umgebungsdruck bei diesem Messprinzip nicht den großen Messbereich, den ein Absolutdruckdruckmesser benötigen würde. Der Vorteil des mehrtausendfach kleineren Messbereichs liegt grundsätzlich in einer geringeren Drift, weil die Instrumentendrift mit dem Messbereich skaliert. Da Drift aktuell das limitierende Element der Aussagekraft langfristiger Druckmessungen ist, ist dies ein entscheidender Vorteil. Vor allem erlaubt das Öffnen des Ventils am Ende der Messreihe eine erneute Nullpunktjustierung, so dass zudem die kleine Drift erfasst wird und als Basis für die Korrektur zur Verfügung steht. Ein Differenzdruckmesser mit einem Messbereich von 1 bar (oder auch nur 0,1 bar) wurde so modifiziert, dass er bei bis zu 600 bar Umgebungsdruck hochgenau kleinste Druckdifferenzen zu einem Referenzdrucktank misst. Zudem wurde der Referenzdrucktank so gestaltet und gebaut, dass er, partiell gefüllt mit einem Quarzglaskörper, den Druck in einer Wasserfüllung unabhängig macht von Temperaturänderungen und diesen über lange Zeiträume hochgenau konstant hält. Nur hochfrequente Temperaturänderungen verursachen transiente kurze Drucksignale, die jedoch durch eine Tiefpassfilterung der Rohdaten, mit Durchlass für Perioden länger als 3 Tage, erfolgreich unterdrückt werden. Modellierungen zeigen, dass dieses System mit Hilfe der angepassten Füllung aus einer Kombination mit einem Volumenverhältnis von 90% Quarzglas und 10% Wasser sowie einer auf die Druck- und Temperatur-Bedingungen am Meeresboden aller Weltmeere angepassten Salinität, seinen Druckwert unbeeinflusst von Temperaturänderungen hält und somit als Druckreferenz dienen kann. Dieses System wurde gebaut und im Labor getestet. In einer Testreihe über mehrere Wochen mit luftgefülltem Referenzdrucktank im Wasserbad zeigte es, dass die errechneten Druckreaktionen selbst bei Temperaturänderungen bis 20K exakt den Berechnungen und Modellierungen entsprachen. Das bestätigt das Konzept und bescheinigt die erwartungsgemäße Funktion des gebauten Systems. Aufgrund exzessiver Lieferverzögerungen für den Referenzdrucktank weit über das Ende des Projektzeitraums hinaus, konnten die ursprünglich geplanten weiteren Test mit angepasster Füllung und in einem See aus Zeitgründen nicht mehr realisiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A new concept for an ocean bottom pressure meter capable of precision long‐term monitoring in marine geodesy and oceanography. Earth and Space Science, 2(5), 181-186.
Gennerich, Hans‐Hermann & Villinger, Heinrich
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A new concept for an ocean bottom pressure meter capable of precision-long-term monitoring in marine geodesy and oceanography. EGU General Assembly 2016. A. Richter. Vienna, Geophysical Research Abstracts. 18: EGU2016-17633.
Gennerich, H.-H.
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Beobachtungen am Meeresgrund – der feine Unterschied, Fachbeitrag KELLER Druckmesstechnik AG.
Straub, A. & Gennerich H.-H.
