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Vantage 2 ProVantage 2 ProDavis Vantage Pro 2 Plus Integrated Sensor Station (ISS), montiert auf dem Dach in Graz, Mariatrost

Inhalt

Vantage Pro 2

  • Stationshistory
  • Einleitung
  • Installation
  • ISS-Temperatur und Hygrometer
  • ISS-Regenmessung
  • ISS-Windmesser
  • ISS-Solarsensor
  • ISS-UV-Sensor
  • Temperatur and Humidity Station, THS
  • Radio Kommunikation zwischen ISS, THS und Konsole




  • Vantage Pro 2 Plus

    Stationshistory [nach oben]

    22.4.2013: Die Station ist nun auf das Portal www.wunderground.com aufgeschaltet. Der direkte Zugriff auf die aktuellen und historischen Daten erfolgt über den Wundercom Stationsnamen ISMALAND6. Die Station hat nun auch auf Weatherlink einen neuen Namen: Annero

    8.7.2012: Umzug der Station nach Diö, Schweden.

    14.3.2010: Die ISS wird vom Garten auf das Dach verlegt (s. Bilder oben). Dadurch kann die Sonneneinstrahlung besser gemessen werden.

    28.1.2010: Ich habe die Stromversorgung der THS umgebaut. Die Station wird nun mit zwei ganz gewöhnlichen AA/AM-3 Zellen versorgt. Die Zellen sind überall zu bekommen und auch sehr günsig. Zwei Zellen in Serie geschaltet haben auch 3VDC und eine Kapazität von ca. 2600mAh (Alkaline) verglichen mit den 1500mAh der Lithium CR123. Man hat also auch noch eine grössere Energiemenge; die Batterien sollten also länger halten (wenn die Selbstentladung vergleichbar ist).

    23.1.2010: Batterie in THS gewechselt, im Display wird aber immer noch Low Bat on Station 2 angezeigt. Laut Davis muss man bei einer solchen Meldung bis Mitternacht warten; zu diesem Zeitpunkt werden die Meldungen gelöscht. Bei mir bleibt aber die Meldung; offensichtlich wurde mir eine schlechte Batterie verkauft (für immerhin 8 Euro). Die CR123 finde ich eine suboptimale Lösung für die Stromversorgung der THS, da es ja hier nich auf Kompaktheit ankommt. Hier der Originaltext von Davis indem auch erklärt wird wie man die Low Bat Meldung manuell löscht: "It will clear at midnight. If you want to clear it immediately, go into and out of the setup mode. Press and hold the DONE key then while holding the DONE key press the MINUS key. You'll enter the setup screen and RECEIVING FROM will be displayed. Stop pressing both keys. Next, press and hold the DONE key to return to the main weather page."

    8.1.2010: Low Battery on Station 2, die THS Batterie ist wieder am Ende. Ich beobachte noch ein wenig die Datenübertragung. Diese Batterie hat nun immerhin 6 Monate gehalten; das wird von Davis auch so angegeben.

    8.11.2009: Die Station wird an ihrem neuen Standort in Graz, Mariatrost neu aufgebaut. Die ISS befindet isch auf ca. 510müM und wurde 2m über Boden am Rande einer Rasenfläche aufgestellt. Die THS befindet sich auf 525müM und befindet sich auf der Aussenseite eines Holzbalkons mit guter thermischer Isolation vom Haus.

    26.10.2009: Die Stationen in Wien werden abgebaut. Bis zum Neuaufbau in Graz werden keine Daten gesammelt

    16.7.2009: Die Batterie der THS ist nach 4,5Monaten Betriebnszeit leer (ca. 7Uhr30). Das ist erstaunlich, die Lebensdauer wird vom Hersteller mit 8 Monaten angegeben. Bei der batterie handelte es sich um die orignal mitgelieferte Duracell CR123 3Volt Zelle. Die Batterie wurde am 17.7 um 15.30Uhr gewechselt.

    1.6.2009: Die Station kann keine Daten mehr aufs Internet senden. Nach Aussagen von Davis handelt es sich um ein Problem mit dem ISP. Nach einem Reboot der Station (wie von Davis empfohlen) ist alles wieder i.O.

    10.5.2009: Die THS bekommt eine YAGI Antenne. Wie in meinem Artikel YAGI Antenne beschrieben, lässt sich damit diue Empfangsleistung weiter heben.

    11.4.2009: 14.00Uhr: Die THS wurde ca. einen Meter vom Zaun versetzt um eine bessere Luftzirkulation des Schutzgehäuses zu gewährleisten.

    10.4.2009: THS wird kurzfristig demontiert: Einbau eines externen Antennenanschlusses (Dank an Gerhard Koch), am Abend ist die Station wieder aktiv. Dank einer externen Antenne mit höherem Gewinn können die Pfadverluste durch Bäume im Radiopfad ausgeglichen werden.

    4.4.2009: 11.45/15.10Uhr: Kurze Abschattung (einige Minuten) des Solarsensors zur Ermittlung der Himmelsstrahlung (11.45Uhr ca. 124W/m2, 15.20Uhr ca. 165W/m2)

    3.4.2009: 15.40/17.20Uhr: Kurze Abschattung (einige Minuten) des Solarsensors zur Ermittlung der Himmelsstrahlung (15.40Uhr ca. 94W/m2, 17.20Uhr ca. 65W/m2)

    2.4.2009: 17.45Uhr: Kurze Abschattung (einige Minuten) des Solarsensors zur Ermittlung der Himmelsstrahlung (ca. 45W/m2)

    19.3.2009: Neues Web-Layout: Alle Stationsdaten einfach einsehbar.

    18.3.2009: Kalibrations-Vergleich des Barometers mit METAR Daten Wien Flughafen Schwechat

    15.3.2009: Der Berich auf dieser Seite wurde aktualisiert.

    15.3.2009: die Stationsdaten werden zweimal täglich in grafischer Form auf diese Seite geladen

    27.2.2009: Der Windmesser wird neu ausgerichtet. Er war vorher ca. 10° zu weit im Westen.

    26.2.2009: Die ISS (Integrated Sensor Suite) wird auf dem Dach installiert

    22.2.2009: Die THS (Temperature and Humidity Station) wird im  Garten installiert

    22.2.2009: Die Station wurde im Citizen Weather Observer Program angemeldet. Die Kennung lautet DW2426. Hier der direkte Link.

    21.2.2009: Die Station ist nun online bei weatherlink.

    21.2.2009: Testbetrieb in der Wohnung

    Einleitung [nach oben]

    Nachdem ich seit 2002 eine WS2200 (mehr dazu auf hier) betreibe habe ich mich im 2009 dazu entschlossen, zusätzlich eine Davis Vantage Pro 2 Plus anzuschaffen. Die WS2200 zeigt nach den Jahren im Betrieb schon erste Ausfälle: Der Windsensor konnte nach mehreren erfolgreichen Reparaturen nicht mehr betrieben werden und das Hygrometer im Garten fällt immer wieder aus und liefert unzuverlässige Daten, besonders bei niedrigen prozentualen Luftfeuchten. Der Windsensor ist bei der WS2200 suboptimal realisiert, da mit einer Abtastrate von 3 Minuten die Windböen nicht erfasst werden können. Ausserdem fehlt der WS2200 ein UV und Solarsensor.

    Zusätzlich zur Standardausführung der VantagePro2Plus (das Plus steht dabei für den UV und den Solarsensor) habe ich mir noch eine Temperatur und Feuchtigkeits-Mess-Station (Temperature and Humidity Station = THS) und eine IP Weatherlink zugelegt.

    Die neue Station besteht also aus drei Einheiten, die voneinander getrennt aufgestellt werden können ohne das man Kabel zwischen den Einheiten verlegen muss:

  • Konsole mit Integriertem Weather Link IP Datenlogger
  • Itegrierte Sensor Station (ISS)
  • Temperature and Humidity Station (THS)
  • Die Einheiten selbst bestehen wiederum aus einzelnen Komponenten, z.B. der Montageplattform, den Sensoren und der SIM (Sensor Interface Module). Das SIM beinhaltet unter anderem das Funkinterface. Es kann mit Batterien (Lithium) oder Mit einem Solarpanel gespeist werden. An das SIM werden alle Sensoren der jeweiligen Einheit angeschlossen. Durch Verlängerung der Kabel kann man also auch einzelne Sensoren von der eigentlichen Einheit entfernt montieren, was z.B. beim Windmesser Sinn macht. Dadurch können aber, die Messwerte beeinflusst werde. Dies wird bei den einzelnen Sensoren besprochen.
    Folgende Sensoren kann ich nun überwachen:

  • Temperatur (3 Sensoren: ISS, THS, Konsole)
  • Luftfeuchtigkeit (3 Sensoren: ISS, THS, Konsole)
  • Luftdruck (Konsole) , s. Artikel Luftdruckmessung
  • Windgeschwindigkeit und Richtung (ISS)
  • Regenmesser (ISS)
  • UV Einstrahlung (ISS)
  • Sonnenenstrahlung (ISS)
  • Die Abtastrate der Vantage Pro ist für die verschiedenen Sensoren unterschiedlich:

  • Windgeschwindigkeit und Richtung (ISS): 2.5 bis 3 Sekunden
  • Regen (Rate und akkumuliert, ISS): 10 bis 12 Sekunden
  • Temperatur und Luftfeuchte (ISS und THS): 10 bis 12 Sekunden
  • UV und Solar Sensor (ISS): 50 bis 60 Sekunden
  • - Luftdruch (Konsole): 15 Minuten

    Generell werden also Windwerte ca. all 3 Sekunden, Temperaturen, Luftfeuchte und Regen alle 10 Sekunden, Solar und UV Werte all Minute und der Druck all 15 Minuten abgefragt.
    Aus diesen Messwerten werden alle möglichen akkumulierten Grössen und Mittelwerte berechnet. Ausserdenm werden Zusätzliche Angaben berechnet wie z.B. Taupunkt, Wind Chill und Heat Index.

    Die Daten werden per Funk von der ISS und der THS zur Konsolre übertragen. Die Konsole ist mit dem IP Interface ausgerüstet welches die Daten über einen Router an die Weatherlink homepage sendet. Die Daten werden jede Minute übermittelt und sind hier einsehbar. Allerdings werden nur die Daten der ISS übermittelt, die Daten der THS werden vernachlässigt. Das ist bei meinem Setup ein bisschen Schade, da der Primär Temperatursensor und Humiditysensor (kurz TH-Sensor) nicht an die ISS sondern an die THS angeschlossen ist. Dasselbe gilt dann natürlich auch für die Daten, die an andere Seiten, z.B. das CWOP übertragen werden. Hier fehlen dann sogar Wind-Maximalwerte (Windgust) und die kumulativen Regenwerte für 1h und 24h. Hier hat der Benutzer leider keinen Einfluss und die Daten werden nach vorgegebenem Muster übertragen. Es ist auch Schade, das man die Daten nur an eine und nicht auch noch an eine alternative web page (z.B. seine eigene) übertragen kann, bzw. den Datentransfer auf eine Page seiner Wahl erfolgen lassen kann. Dies muss man mit der Weatherlink SW machen, die im Lieferumfang des IP Datenloggers inbegriffen ist. Man kann die SW übrigens auch nicht ohne Datenlogger kaufen, Sie wird nur mit einem Datenlogger mitgeliefert. Will man also Daten im Minutentakt auf eine andere Page übertragen, muss man den PC ständig laufen lassen (was man ja beim Aufbau mit dem IP Datenlogger nicht machen muss). Ich werde daher den Datenlogger wie bei meiner alten Station ein bis zweimal pro Tag auslesen lassen und dann per PC auf meine Homepage übertragen. Danach wird der PC wieder abgeschaltet.

    Auf der Konsole werden die Messgrössen numerisch und als Grafik dargestellt, wobei gerade der Grafik Modus sehr ausgefeilt ist und es ermöglicht, einzelnen Messgrössen über verschiedene Zeitspannen zu analysieren. Ausserdem werden Höchst- und Tiefstwerte für verschieden Zeitperioden gespeichert. Auf dem unten gezeigten Bild wird z.B. der Messwert Windgeschwindigkeit dargestellt (dass Grafik Symbol befindet sich beim Schriftzug Wind oben link im Display). Nun kann man mit den Pfeiltasten jeden einzelnen Messwert abfragen. Mit den Auf-, Ab- Tasten kann man den Anzeigezeitraum verändern. Ich finde diese Analysemethode sehr gut und man kann auch schnell die Daten anschauen, ohne gleich den PC zu starten.

    Konsole Davis Vantage Pro 2 Plus Konsole

    Installation[nach oben]

    Der Installationsort ist ausschlaggebend für möglichst genaue Messwerte einer Wetterstation. Dabei ist darauf zu achten, dass man sich so genau wie möglich an die international anerkannten Vorgaben hält. Natürlich ist es im privaten Bereich nicht einfach möglich z.B. den Windmesser auf einen 10m hohen Mast zu schrauben. Da die ISS viele Sensoren vereint, die verschieden Ansprüche an den Installationsort haben, ist ein idealer Standort eigentlich unmöglich. Der Windmesser sollte an einem Ort installiert werden, an dem er von turbulenten Windverwirbelungen verschont bleibt. Er sollte ca. 10 über dem höchsten Hindernis in der Gegend positioniert werden. Der Garten hinter dem Haus kommt dabei nicht in Frage, weshalb der beste Installationsort das Dach ist. Hier kann man natürlich nicht ganz einfach einen 10Meter Mast aufstellen, aber nach CWOP ist schon ein 2m Mast ein guter Kompromiss. Der UV- und der Solarsensor müssen an einem Ort installiert werde, an dem die Sonne zu allen Zeiten nicht von Bäumen oder anderen Gebäuden abgedeckt wird. Hier ist also ein Standort möglichst weit oben ebenfalls ideal.

    Der Standort des Regenmessers ist nicht so unsensibel, wie man vielleicht vermuten könnte. So können z.B. herabfallende Blätter den Trichter verstopfen. Schon in meinem Artikel zur älteren Station bin ich auf die einzelnen Punkte eingegangen, die bei der Wahl des Aufstellungsortes für den Regenmesser beachtet werden müssen. Hier noch einmal kurz eine Zusammefassung:

    Es sind folgende Hauptpunkte zu beachten:

    - Regenschatten durch grosse Hindernisse wie Gebäude und Bäume. Der Regenmesser sollte dabei in etwa halb so weit vom Hinderniss entfernt sein wie das Hindernis hoch ist. Bei einem 30m hohen Baum also 15m. Ist das nicht möglich, kann man den Regenmesser alternativ höher montieren. Hier handelt man sich dann aber unter Umständen Windprobleme ein (s. nächster Punkt)

    - Turbulenter Wind: Bei Windgeschwindigkeiten ab ca. 2m/sec. Werden durch Luftturbulenzen einige Tropfen über den Trichter hinweg getragen. Es wird also prozentual zu wenig Regenfall gemessen. Je höher die Windgescwindigkit, desto höher der Fehlbetrag. Nach einer Grafik in der Vorgaben des CWOP ist der Felbetrag bei 2m/sec 30%, bei 4m/sec 60% und bei 8m/sec sogar 90%. Da es ja nicht immer windet oder stürmt ist über ein Jahr mit einem gesamthaften Fehlbetrag von ca. 10% zu rechnen.

    Bei uns im Garten ist praktisch kein Ort, der nicht von hohen Bäumen teilweise abgeschattet ist. Ich hab mich deshalb entschlossen, den Regenmesser auf dem Dach zu positionieren. Alles andere wäre auch komplizierter, da die ISS ja voll integriert ist und z.B. der UV und der Solarsensor nicht mit langen Kabeln versehen werden sollten (s. genauere Beschreibung bei den entsprechenden Sensoren weiter unten im Text). Der Windmesser kann zwar mit langen Kabeln versehen werden, ohne das man gross an Messgenauigkeit verliert, dann muss man aber immer noch für das Ensemble TH, Regen, UV und Solar ein windstilles Örtchen finden. Ich muss wohl darauf warten bis ich an einem Ort wohne, an dem man die Sensoren auf einer genügend grossen Fläche ohne Abschattungen 2m über gemähtem Rasen aufstellen kann.

    THS THS Wien: Aufstellungsort der Konsole, ISS und der THS: 1) von der Seite, 2) von oben

    Ich habe im Moment zwei Regenmessr in Betrieb: Der Regenmesser meiner alten Station steht im Garten, der VantagePro2 auf dem Dach wie oben beschrieben. Es wird interessant, die Daten auf einen längeren Zeitraum auszuwerten und zu vergleichen. Im Häckel kann man auch nachlesen, dass die Oberkante des Regentrichters nach innen gebogen sein sollte, um zu verhindern, dass seitlich auf die Innenseite des Trichters fallende Tropfen nicht wieder hinausspritzen. Des Weiteren sollte der Trichter möglichst tief sein, um genau denselben Effekt zu verhindern. Beides ist mit beim Vantage Pro 2 Trichter (und übrigens auch nicht mit dem Trichter der WS2200) nicht erfüllt; hier kann man konstruktiv nachbessern. Eine solche Trichterverlängerung kann man nachträglich selbst basteln, allerdings muss man dann auch den UV und den Solarsensor versetzen, da sie sonst vom verlängerten Trichter abgeschattet werden.

    Auch die Verdunstung sollte betrachtet werden. Früher war dieser Faktor ja kritischer, da der Regenmesser als Sammelbehälter realisiert wurde, den man einmal pro Tag leerte und dabei die Regenmenge mass. Mit dem bei der VatnagePro2 und auch bei der WS2200 eingesetzten Kipp-Messer ist die Verdunstung aber viel kleiner. Maximal eine Kippladung kann verdunsten, das wäre ein Fehler von 0.2mm Regen. Hier ist die Positionierung auf dem Dach wegen der hohen Sonneneinstrahlung sicherlich weniger optimal. Der Trichter der VantagePro2 hat ausserdem eine schwarze Farbe, was die Erhitzung erleichtert. Aber UV Resistenz kann man ja nur optimal unter Beimischung von Kohlenstoffen bewerkstelligen und die sind nun mal schwarz. Man muss also zu Metallen greifen um den Trichter in weiss zu realisieren.

    Hohe Windgeschwindigkeiten auf dem Dach können die Montagestange überlasten. Ein stabile Montage der ISS ist also Voraussetzung, weil sie auf dem Dach dem vollen Wind ungeschützt ausgesetzt wird.

    Die Lufttemperatur und – Luftfeuchtigkeitsmessung ist auf dem Dach ebenfalls suboptimal. Nach Norm sollte man min. 10 Meter von Gebäude entfernt 2 Meter oberhalb eines gemähten Rasens messen. Im Garten kann ich einen solchen Sensor relativ einfach aufstellen. Damit ich lange Kabel vermeide, habe ich mir die THS zugelegt.

    Die THS habe ich im Moment an einem hölzernen Gartenzaun im Schatten angebracht, ca. 2 Meter über Boden. Der Zaun beeinflusst dabei die Messung, allerdings wird der Einfluss relativ gering sein, da sich der Zaun wie gesagt im Schatten befindet und nicht von der Sonne bestrahlt wird.

    THS THS Temperature and Humidity Station (THS) mit passivem Schutzgehäuse in Wien

    Die drahtlose Vanatge Pro 2 (es gibt auch noch eine verkabelte Variante) gibt es in einer amerikanischen und einer europäischen Variante. Die beiden Geräte unterschieden sich in den Sendefrequenzen, da in den verschiedenen Ländern der lizenzfreie Funkbetrieb nicht auf denselben Frequenzen zugelassen ist. Interessanterweise sind bei der Europäischen Version ebenfalls Schrauben nach dem amerikanischen Mass-System beigelegt. Man wird sich wundern warum der europäische Schraubenschlüssel nicht so ganz auf die ¼ Zoll Mutter passt. Für diese Schraube braucht man einen 7/16 Schlüssel, das ist in etwa ein 11er. Man ist also gut beraten wenn man noch einen verstellbaren Schraubenschlüssel (Engländer) zur Hand hat.

    Die Installations- Möglichkeiten der ISS sind nicht gerade variantenreich. Wenn man  keinen entsprechenden Mast  (32-44mm) zur Hand hat, wird man mit dem mitgelieferten Installationsmaterial schnell an die Grenzen kommen. Ein Mast ist allerdings gerade für das Anemometer (Windmesser) ideal, da man hier den Sensor optimal gen Norden ausrichten kann. Ich habe meine ISS an ein Geländerpfosten mit T Profil montiert und konnte praktisch keine der mitgelieferten U-Schienen verwenden, da diese sehr kurz sind und eigentlich nur für Rundmasten in Frage kommen. Man muss also ein bisschen herumprobieren.

    Um die ISS zu montieren entfernt man den Regentrichter. Dadurch wird der Zugang zu den Montagelöchern frei. Das ist eine suboptimale Lösung, da nun die empfindliche Regenwippe freiliegt. Ausserdem wird der Zugang zu den Montagelöchern von den Stützen für den Solar und den UV Sensor behindert. Hier hätte man sich etwas Besseres einfallen lassen sollen. Es gibt auch keine Möglichkeit nach der Montage die Regenwippe zu nivellieren. Aber evtl. ist der Einfluss hier gering sodass auf diese Prozedur verzichtet werden kann (das wird aber z.B. bei den Vorgaben von CWOP als kritischer Punkt aufgeführt, aber sehr wahrscheinlich geht Davis davon aus, dass der Mast, an dem man die ISS montiert, absolut senkrecht steht. Fragt sich dann nur noch, warum man den UV- und den Solar-Sensor nivellieren kann). Die ISS hat nur zwei Installationslöcher für eine U-Schiene in horizontaler Lage. Daher kann man sie nur an einem senkrechten Rohr oder Mast montieren, eine horizontale Halterung kommt nicht in Frage. Dadurch ist man sehr eingeschränkt und muss wie gesagt einwenig mit externem Installationsmaterial spielen wenn kein senkrechter, runder Mast mit dem erwähnten Durchmesser verfügbar ist.

    Montage Die Montageschrauben der ISS befinden sich hinter den Stützten für den UV und Solarsensor rechts. Die Regenwippe ist bei der Installation exponiert.

    Der UV und der Solarsensor lassen sich sehr einfach mit drei Schrauben einnivellieren. Hier wird man keine grosse Mühe haben die optimale Lage zu realisieren.

    Alternativ kann man die ISS auch mit grossen Holzschrauben an einen Holzpfosten o.ä . schrauben, was bedeuten einfacher ist. Ich habe meine THS wie oben erwähnt an einem Holzpfosten des Gartenzauns ebenso angebracht.

    ISS-Temperatur und Hygrometer [nach oben]

    Der ISS Temperatur und Luftfeuchtigkeits-Sensor ist in einem Schutzgehäuse eingebaut, das den Einfluss der direkten Sonneneinstrahlung mindert. Zusätzlich kann man die Sensorkammer noch mit einem Ventilator belüften. Dieser Ventilator wird mit Solarstrom betrieben. Um den Betrieb auf die Abendstunden zu erweitern kann man alternativ ein oder zwei NiCd Akkumulatoren einsetzten. Diese reduzieren aber sukzessive die Drehzahl im Tagbetrieb, weil die Solarzelle nun neben dem Ventilatorbetrieb auch noch die Batterien laden muss. Die Luft-Geschwindigkeit am Sensor variiert dabei zwischen 0,4-1m/sec. Bei meiner Anlage ist die ISS aktiv belüftet und die THS passiv. Das ist einerseits suboptimal da ja die THS am optimalen Ort für die Temperaturmessung steht und daher der relevante Sensor ist. Andererseits ist die THS standardmässig passiv gekühlt und verfügt nicht über Solarpanels. Die Anlage müsste also entsprechend nachgerüstet werden. Da sie im Schatten steht wäre es dann nötig das Solarpanel abgesetzt zu positionieren. Aber ich möchte erst einmal ein wenig Erfahrung mit dem heutigen Setup sammeln und dann beurteilen wie gross die Unterschiede zwischen aktiver und passiver Belüftung sind. Aber schon heute kann man deutlich sehen, dass die aktive Belüftung einen kontinuierlichen  Verlauf der Temperaturkurve ergibt, während bei der passiven Kühlung die Temperaturen in leichten Stufen variieren.

    ISS ISS-Vent Die ISS mit aktiver Sensorbelüftung. Das untere Solarpanel links sorgt für die Stromversorgung, rechts ist die Ansaugöffnung zu sehen.

    Regenmesser [nach oben]

    Die Regenmenge wird über eine Wippe gemessen. Von Haus aus ist die Wippe auf amerikanische Einheiten geeicht (auch das europäische Modell, offensichtlich hält man nicht viel von SI Einheiten) und man muss für metrische Messeinheiten die Wippe mit einem Adapter versehen. Dadurch wird pro Wippbewegung 0,2mm Regen gemessen. Die Wippe ist für den Transport mit einem Kabelbinder gesichert. Dieser wird für den Betrieb entfernt. Der Regenmesser ist vor-verkabelt und man muss keine weiteren Schritte unternehmen.

    Regenwippe Die Regenwippe in der ISS

    ISS-Windmesser [nach oben]

    Der Windmesser der VantagePro2 ist wie bei der WS2200 als Schalenkreuzanemometer mit drei Schalen ausgelegt. Damit wird die Windgeschwindigkeit Richtungsunabhängig gemessen. Zur Richtungsbestimmung wird eine Windfahne eingesetzt.

    Es gibt zwei verschieden grossen Anemometerschalen, die die Messung verschiedener maximaler Windgeschwindigkeiten erlaubt. Mit den standardmässig mitgelieferten grossen Schalen kann man bis 241km/h messen, mit den kleinen schalen bis zu 282km/h. Der Windmesser kommt mit einer kleinen Kabelrolle (12m), die es erlaubt, den Windmesser leicht abgesetzt zu montieren. Man kann dieses Kabel verlängern, muss aber mit reduzierten, maximal messbaren Windgeschwindigkeiten messen. Bei 42m ist das Maximum 60m/s (216km/h), bei 73m 44m/s (158km/h). Das sollte eigentlich kein Problem darstellen. An meinem Standort in Wien auf dem Dach habe ich schon Windgeschwindigkeiten bis zu 70km/h (das sind 8 Beaufort) gemessen. Dann ist es auf dem Dach schon sehr ungemütlich. Und 158km/h würde ich meiner Konstruktion nicht ohne weiteres zumuten.

    Windmesser Der Windmesser auf dem Dach in Wien

    ISS-Solarsensor [nach oben]

    Der Solar und der UV Sensor sind beide sehr ähnlich aufgebaut. Das Gehäuse sorgt für eine optimale Lüftung und erlaubt eine nachträgliche Nivellierung mit drei Stellschrauben, über die das Sensorgehäuse an der ISS angebracht ist. Die integrierte Wasserwaage erleichtert diesen Vorgang. Der Sensor selbst besteht aus folgenden Komponenten:

    - Diffusor: Sorgt für ein optimales Cosinus-Ansprechen. Das ist nötig um die Bestrahlungsleistung relativ zu einer horizontelen Ebene zu messen. Der Cosinusverlauf ist bei +/-90Grad, also am Horizont Null, am Zenit eins.

    - Filter: Der UV-Filter hat eine Erythema-Durchlasskurve; mehr dazu beim UV Sensor. Ob der Solarsensor über einen zusätzlichen Filter verfügt ist mir unklar. Entweder es werden zwei verschiedene Detektoren eingesetzt oder der Solarsensor verfügt ebenfalls über einen Filter, da der Solarsensor nur im Wellenlängenbereich von 400-1100nm empfindlich ist, der UV Sensor aber bei 280-360nm arbeitet.

    - Detektor: Halbleiter Diode mit sehr breitem Ansprechverhalten

    - Verstärker, der das Detektorsignal in einem Spannungsbereich von 0-2.5V umwandelt. Werden die Zuleitungen zu diesen Sensoren verlängert hat man also mit zusätzlichem Spannungsverlust zu rechnen. Die Messwerte werden analog von den Sensoren zur Zentraleinheit der ISS transportiert. Pro 30m Zuleitungskabel hat man mit einem Fehler von 45W//m 2 zu rechnen; es werden 45W/m 2 zu wenig angezeigt. Beim UV Detektor wird der gemessene UV Index um 0.5 pro 30m Zuleitung verringert.

    Der Solarsensor wird gegenüber einer Referenz geeicht, die mit einem Eppley Pyranometer geeicht wird. Der Solarsensor misst also die kumulative Einstrahlung über den gesamten Spektralbereich.

    Die Messwerte variieren also mit dem Sonnenstand, während des Tagesverlaufes und dem Jahresverlauf. Erstens wegen der Neigung der Erdachse und zweitens (das ist ein viel kleinerer Effekt) wegen der elliptischen Bahn der Erde um die Sonne. So variiert nur wegen des letzten Effekts die Sonneneinstrahlung an der Atmosphärenobergrenze von 1400W/m 2 im Perihel im Januar bis zu 1310W/m 2 im Aphel im Juni, das sind ca. 7% Unterschied. Die Solarkonstante liegt dazwischen bei 1367W/m 2 . Durch Absorption in der Atmosphäre wird dieser Wert reduziert. In den Bergen sind Werte bis ca. 1000W/m 2 messbar, für z.B. Wien habe ich Werte um 650W/m 2 im Sommer gesehen (jeweils auf eine horizontale Fläche). Im Januar ist der Wert entsprechend geringer, für Wien z.B. bei unter 200W/m 2 . In Mitteleurope ist im Winter mit einer um ca. 6 mal kleineren Einstrahlungsenergie (aufkumuliert) pro Tag im Winter gegenüber den Sommerwerten zu rechnen.

    Im Häckel sind folgende Werte für die Sonneneinstrahlung in den Ostalpen auf 48Grad Nord und 200müM. 12Uhr Ortszeit angegeben:

    · 15.03: 570W/m 2

    · 15.06: 810W/m 2

    · 15.09: 631W/m 2

    · 15.12: 258W/m 2

    Dazu kann man relativ einfach selber Berechnungen anstellen. Aus dem Kosinusgesetzt erfolgt die prozentuale Sonneneinstrahlung abhängig vom Breitengrad zur Tag und Nachtgleiche (ca. 21.3 bzw. ca. 23.9). Dies ist auf der folgenden Grafik abgebildet:

    UV-Solar Prozentuale Sonneninstrahlung für verschiedene Breitangrade: Bei 48° Nord sind knapp 70% zu erwarten.

    Prozentuale Sonneninstrahlung für verschiedene Breitangrade: Bei 48° Nord sind knapp 70% zu erwarten.

    Diese einfache Berechnung berücksichtigt dabei nicht die Streuung in der Atmosphäre die einerseits die Direktstrahlung beeinträchtigt, andererseits aber die Streustrahlung erhöht. Des Weiteren wird der Sonnenstand durch die geneigte Erdachse beeinflusst, im Sommer um 23.44 Grad, im Winter um -23.44Grad. Dadurch ergibt sich folgende prozentuale Einstrahlung für z.B. 48° Nord (Wien):

    UV-Solar Prozentuale Sonneninstrahlung für den 48sten Breitangrad: Im Sommer sind bis zu 90% zu erwarten, im Winter nur noch 30 %, alle Werte jeweils um 12Uhr Ortszeit.

    Die berechneten Werte beziehen sich jeweils für 12Uhr Ortszeit. Für alle anderen Tageszeiten ist der jeweilige Winkel über dem Horizont ausschlaggebend. Der prozentuale Anteil für diesen Winkel kann wieder der ersten Grafik entnommen werden. Steht die Sonne 30Grad über dem Horizont (also 60 Grad unter dem Zenit), ist die prozentuale Einstrahlung ca. 50% des Mittagswertes, im tiefen Winter sind das dann bei 48Grad Nord 50% von 30% also 15%. Auf 70Grad Nord ist die Mittagseinstrahlung zur Tag- und Nachtgleiche 35%, also halb so gross wie in Wien!

    UV-SolarUV-Solar Der UV und der Solarsensor lassen sich sehr einfach mit Schrauben und integrierter Wasservage nivellieren.

    ISS-UV-Sensor [nach oben]

    Der UV Sensor ist wie oben erwähnt sehr ähnlich wie der Solar-Sensor aufgebaut. Der UV Sensor hat aber einen speziellen Filter eingebaut, der nur den kurzwelligen Anteil der Strahlung (bis ca. 320nm) durchlässt und die langwelligen Anteile blockt. Die ideale Filterkurve ist in der untenstehenden Grafik in Rot abgebildet.

    Regentrichter Erythema Filterkurve, Bestrahlungsdichte durch die Sonne und gewichtete Sonneneinstrahlung

    UV-B ist der Anteil der Strahlung zwischen 280nm und 320nm, UV-A zwischen 320nm und 400nm. Die Grenzen zwischen den verschiedenen UV Bändern werden übrigens nicht überall gleich definiert, im Häckel sind folgende Bandgrenzen angegeben:

    Von der total eingestrahlten UV-Leistung gehen 94% zu Lasten von UV-A und 6% zu Lasten von UV-B. Die Erythema Filterkurve berücksichtigt hautsächlich den Anteil von UV-B Strahlung, welches mit 83% gewichtet wird, UV-A mit nur 17%. UV-C wird praktisch vollständig von der Ozonschicht absorbiert.

    Der kurzwellige Anteil der Solarstrahlung ist für die Hautrötung, die z.B. zum Sonnenbrand führt, zuständig. Die Messwerte des UV Sensors werden als UV Index oder als Mittlere Erythemal Dosis (MED) angegeben.

    Der UV Index ist folgendermassen gegliedert:

    Ein Index entspricht dabei 25mW/m2, es handelt sich also um eine Leistungsdichte, auch Strahlstromdichte oder kurz Strahlstrom genannt.

    Die UV Dosis (auch MED genannt, MED=Minimal Erythemal Dosis) ist hingegen ein kumulativer Wert, der über die Zeit aufaddiert wird. Man kann die gleiche Dosis erhalten in dem man mit hohem UV-Index kurz bestrahlt oder mit niedrigerem UV-Index länger Bestrahlt. Es handelt sich bei der UV Dosis also um eine Energiemenge. Eine UV-Dosis entspricht 20mJ/cm^2=200mJ/m2. Wenn man also 800Sekunden einem UV-Index von 1 ausgesetzt ist erhält man 800*25mW/^m=200mJ/m2= 1 MED = UV Dosis 1.

    MED1 oder UV Dosis 1 bedeutet dabei, dass es 24Stunden nach Sonnenbestrahlung zur Hautrötung kommt.

    Da verschiedene Hauttypen verschieden auf die UV Strahlung reagieren, werden verschieden maximale Dosen pro Hauttyp angegeben. In Kanada und in den USA unterschiedet man die Hautypen verschieden, was die Anwendung von UV Dosen nach MED noch umständlicher macht. Die kanadische Einteilung nach T.B. Fitzpatrick scheint sich durchgesetzt zu haben:


    UV Dose Adaptiert aus: Fitzpatrick's Dermatology in General Medicine. McGraw-Hill Professional; 5th edition

    Für den Hauttyp 1 reicht also eine UV Dosis von ca. 20mJ/cm^2, beim Hauttyp 3 sind es schon das Doppelte, also 40J/cm^2. Die Konsole und auch Weatherlink muss also eine gewisse Zeit aufaddieren, um eine Dose zu berechnen. Da der Index von der Station jede Minute auf das Internet geladen wird, kann man jede Minute eine UV Dose berechnen. Leider schweigt sich das Manual der Station aus, wie die Dose genau berechnet wird. Ich habe deshalb ein paar eigene Berechnungen angestellt. Wenn man eine UV Index von 1 misst entspricht das wie oben Beschrieben 25mW/m2. In einer Minute kumuliert sich dementsprechend eine Leistung von 60*25mW/m2=1,5J/m2 auf, also 0,0075 MED. Die Werte werden aber auf zwei Stellen nach dem Komma gerundet, in diesem Fall auf 0,01MED. Wenn man den 10 Minuten Mittelwert mit dieser Berechnung ermittelt, kommt man dem Wert, der von der VantagePro angezeigt und übermittelt wird sehr nahe.

    Die von der VantagePro2 Station gemessenen UV-Dosen können aber den Einfluss von reflektierter Strahlung an Schnee, Wasser, Sand usw. nicht einbeziehen, weswegen die Daten mit Vorsicht zu geniessen sind.


    Regentrichter Der UV und der Solarsensor befinden sich unmittelbar hinter dem Trichter für die Regenerfassung

    Temperatur and Humidity Station, THS [nach oben]

    Die THS hat, wie ihr Name schon sagt, ein eingebautes Hygrometer und ein eingebautes Thermometer. Beide Sensoren befinden sich in einem passiven Schutzgehäuse. Davon abgesetzt wird das Gehäuse des SIM (Sensor Interface Module) installiert. Hier ist darauf zu achten, dass die Antenne optimal zur Empfängerkonsole ausgerichtet ist. Die Funkverbindung ist aber im Gegensatz zu meiner alten Station WS2200 sehr viel besser und einfacher zu überwachen. Obwohl die THS ca. 50m vom Haus entfernt stationiert wurde und sich zwischen der Konsole und der THS 2 Wände (eine Aussenwand und eine Innenwand) befinden, ist die Sendeleistung noch nicht ausgereizt. Hier hilft das Empfangsdisplay der Konsole optimal weiter. Bei meiner alten WS2200 hatte man überhaupt keine Möglichkeiten die Empfangsleistung zu überprüfen. Bei der VantagePro2 ist dies mit Hilfe des Empfangsdisplays kein Problem mehr. Aber dazu später mehr.

    THS Detail Das passive Gehäuse der THS, im Hintergrund ist die Sendeeinheit sichtbar.

    Radio Kommunikation zwischen ISS, THS und Konsole [nach oben]

    Die VantagePro2 wireless kommuniziert bei Frequenzen zwischen 902-928MHz (amerikanisches Modell) bzw. zwischen 868.0 und 868.6MHz (Europäisches Modell). Das Europäische Spektrum ist dabei durch die European Radio Commission (ERC) spezifiziert (REC 70-03) und erlaubt eine maximale ausgestrahlte Leistung von 25mW e.r.p., wobei e.r.p. equivalent radiated power bedeutet. Das ist die relativ zu einem Dipol abgestrahlte Leistung. Ein Dipol sendet ca. 2.1dB mehr Strahlung aus als ein Isotropenstrahler in Richtung seiner Strahlungskeule (also die Richtung, in der die maximale Leistung abgegeben wird; bei einer Stabantenne ist das in einer Ebene senkrecht zum Stab.). 25mW entsprechen 14dBm. Die Sendeleistung der VantagePro2 ist mit 8mW (9dBm) angegeben, man darf also Antennen mit bis zu 5dBd (Gewinn relativ zu einem Dipolstrahler) bzw. ca. 7dBi(Gewinn relativ zu einem Isotropenstrahler) verwenden. Aber sehr wahrscheinlich sind die von Davis angegebenen Leistungen inklusive der mitgelieferten Stabantenne zu verstehen, welche einen Gewinn von ca. 3dBi haben wird. Daher kann man wohl Antennen mit bis zu 8dBd bzw. 10dBi verwenden. Das stimmt in etwa mit dem Gewinn der Yagi-Antenne überein, welche zum Long Range Repeater angeboten wird. Diese Yagi Antenne hat 11dBi Gewinn, die Ausgangsleistung des Repeaters wird ebenfalls mit 8mW angegeben.

    Wie oben erwähnt, lässt sich die Konsole so einstellen, das die Empfangsdaten dargestellt werden. Dieser Mode wird Diagnostic Mode genannt. Es sind zwei Darstellungen möglich: "Statistical Diagnostic Screen" und "Reception Diagnostic Screen". Hierzu gibt es auch eine Application Note, das App Note. 31 "Using Wireless Diagnostic". Der "Reception Diagnostic Screen" zeigt oben rechts (s. Abbildung unten) den Empfangspegel einheitenlos an. Werte zwischen 20 und 60 sind laut Manual OK, wobei ein höherer Wert auch einer höheren Empfangsleitung entspricht. Für eine Anlage im freien Feld wird eine Reichweite von 300m angegeben.

    Die Freiraumdämpfung (Free Space Path Loss = FSPL) berechnet sich nach folgender Formel: FSPL=20 * log(4 * Pi * Distanz (in Metern) * Frequenz (in Hz) / Lichtgeschwindigkeit). Für 300m und 868MHz erhält man 81dB. Davon muss man noch den Antennengewinn der Sende- und der Empfangsantenne abzählen (jeweils 3dBi) und man erhält einen Pfadverlust von 75dB. Bei 8mW, also 9dBm Sendeleitung hat man dann am Empfänger am Antennenfuss eine Empfangsleistung von -66dBm. Dieser Wert wird wohl in ungefähr dem Wert 20 im Diagnostic Display entsprechen.

    Für meine Station erhalte ich für die ISS einen Wert zwischen 43 und 58, also sehr gut. Die Station befindet sich auf dem Dach, ca. 10m schräg oberhalb der Konsole. Dabei ist anzumerken, das die Antennen gegeneinander suboptimal ausgerichtet sind. Die Konsolenantenne wurde relativ gut zur THS ausgerichtet, da sich diese weiter weg befindet. Die Stab-Antennen sind optimal ausgerichtet, wenn sie parallel im Raum stehen. Diese suboptimale Ausrichtung der Antennen zwischen ISS und Konsole könnte die realtiv grossen Schwankungen im Empfangspegel bedeuten. Der Back Ground Noise (BGN) war in beiden Fällen 20. Der BGN wird ebenfalls von der Konsole ganz unten im Display (s. Abbildung unten) angezeigt und hilft eventuelle Störquellen zu identifizieren. Werte zwischen 5 und 60 werden angezeigt, 20 ist also ziemlich OK. Die THS befindet sich ca. 50m hinter dem Haus. Zwischen THS und Konsole befinden sich zwei Wände, eine Aussen und eine Innenwand. Die Empfangswerte schwanken zwischen 30 und 43, sind also ebenfalls noch gut oberhalb der 20er Grenze. Mit meiner alten WS2200 Station war diese Anordnung der Sensoren nicht realisierbar und ich musste den Datenlogger näher zur Anlage im Garten positionieren, so dass sich keine Wände zwischen den beiden Einheiten befanden sondern nur ein Fenster (reine Glasscheibe ohne Beschichtung). Das verwundert ein wenig, da die WS2200 bei der halben Frequenz arbeitet und somit von den besseren Ausbreitungsbedingungen tieferer Frequenzen profitieren sollte. Aber offensichtlich ist das in der Vantage Pro 2 realisierte Funkmodem dem der WS2200 weit überlegen.

    Das Diagnostic Display der Konsole ist ein extrem hilfreiches Mittel um die Empfangsbedingungen der einzelnen Sensoren bzw. SIMs zu analysieren. Neben den Empfangswerten können auch statistische Werte eingesehen werden und so lässt sich überprüfen, ob ein guter Empfang auch über einen grösseren Zeitraum gewährleistet ist. Der Empfangswert wird zudem auch noch von der Weatherlink Software ausgelesen und lässt sich am Computer graphisch darstellen. So hat man auch noch nachträglich die Möglichkeit, die Empfangsdaten der Station über einen bestimmten Zeitraum zu überprüfen.

    Reicht die Sendeleistung und die Empfangsempfindlichkeiten der ISS nicht aus, kann man alternativ Repeater einsetzten, die von Davis angeboten werden. Man kann diese Repeater sogar kaskadieren. So sollte man praktisch jedes Set Up realisieren können..

    THS Detail Diagnostic Display der Vantage Pro 2 Konsole






    --- Der Autor und Publisher dieser Seite ist Bernd Margotte ---