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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Experiment: Temperaturabhängigkeit der HAC4-Höhenmessung



<MM>
22-12-2004, 02:35
Nach einigen Ausfahrten zum abermaligen Vergleich von GPS- und HAC4-ermittelter Höhendaten, hat sich eindrucksvoll bestätigt, was eh schon jeder und immer vermutet hat:

Der HAC4 mißt in der Sonne respektive bei höhren Temperaturen eine HÖHERE Lage als im Schatten.

Verantwortlich dafür sind nicht nur Temperaturkoeffizienten der elektronischen Bauteile. Denn solche gibt es im GPS-Gerätl ja auch zuhauf.

Es ist auch das - im Vergleich zu einem klobigeren GPS - sehr kleine Gehäuse des Radlcomputers, das die Wärme zusätzlich konzentriert bzw. die Wärmeleitung innerhalb des Gehäuses begünstigt. Ein kleines Gehäuse ist nunmal schneller "heiß" als ein grober "Ziegel" vom Format eines GPS-Geräts, der länger braucht, um sich im gesamten aufzuheizen.

Freilich: Auch das Prinzip der Höhenmessung hat einen Einfluß auf die erhaltenen Werte.
Der HAC4 mißt barometrisch - die GPS-Gerätln tun das - in aller Regel - nicht, sondern ermitteln, sofern mindestens vier Satelliten in Sichtweite sind, aus trigonometrischen Berechnungen die 3. Dimension, den z-Wert also - fern abseits jeglicher temperaturabhängiger Luftdruckdosen.

Man könnte nun hergehen und in einem Langzeitexperiment den HAC4 in einem gut isolierten Raum unter Laborbedingungen die gesamte erlaubte Temperaturskala durchleiden lassen. D.h. man startet bei z.B. -20 °C, läßt den HAC4 sich angleichen (bis also das Gehäuse auch -20 °C erreicht), notiert dann die dazu gemessene Höhe, geht mit der Temperatur um 1 °C rauf, wartet wieder das Angleichen ab, liest den Höhenwert ab usw. usf., bis man am Ende eine Eichkurve erhält, die zu jedem Temperaturwert einen additiven Korrekturwert bereitstellt.


Anhang: .tur-File der durchgeführten Messung

<MM>
22-12-2004, 02:36
Nach einer Ausfahrt müßte dann softwaremäßig diese Eichkurve mit dem während der Fahrt aufgezeichneten Höhendiagramm verrechnet werden, um das korrigierte und endgültige Höhendiagramm zu erhalten.

Meines Wissens nach unterstützt diese Vorgangsweise noch kein Programm. Auch rechnet der HAC4 intern mit keiner Eichkurve, sonst würde ja das unten angefügte Resultat ein waagrechte Linie sein.

Zur durchgeführten 16stündigen Messung unter Nicht-Labor-Bedingungen (fixe Postion des HAC4 auf einer Fensterbank im Schatten):


HAC4 aus der warmen Stube auf Fensterbrett legen
Aufzeichnung starten
16 Stunden warten
den vereisten :p HAC4 reinholen
HAC4 auf den Heizkörper legen
warten, bis wieder alles schön trocken ist
Aufzeichnung stoppen


Das so erhaltene Diagramm zeigt die Temperaturabhängigkeit der Höhenmessung am fixen Standort auf dem Fensterbankerl.

<MM>
22-12-2004, 02:37
Freilich ist das nun keine Eichkurve, weil ja der Temperaturbereich völlig unregelmäßig "durchfahren" wurde - eben nicht unter Laborbedingungen. Man kann aber schon schöne Ergebnisse ablesen, daß nämlich z.B. eine Änderung der Temperatur von -4 °C auf -10 °C (Differenz: -6 °C) die Höhenmessung um -29 hm beeinflußt.

Fazit:

Bei guten Sichtverhältnissen respektive Empfangsbedingungen liefert ein gutes (!) GPS-Gerät aus physikalischen und berechnungsmethodischen Gründen die verlässlicheren Werte als ein HAC4.

Ob der HAC5 so eine labormäßig ermittelte Eichkurve berücksichtigt, ist mir nicht bekannt.


HAC4 nach der frostigen Fensterbanktortur

Tyrolens
22-12-2004, 11:01
Die Differenzen durch die Temperaturschwankungen sind ja erstaunlich hoch.
Warum wurden beim HAC 4 nicht die Daten des Thermometers für die Anpassung der Druckmessdose an die Temperatur herangeszogen? Zu kompliziert? Der Aufwand würde sich doch angesichts der großen Abweichungen lohnen.

cuberider
22-12-2004, 11:10
Soweit ich weiss haben eh alle Hoehenmesser einen temp. Ausgleich. Da die Halbleitersensoren einen hohen temp-Koeffizienten haben.

Deshalb bieten alle Hoehenmesser auch eine Temperatur-Anzeige( wenn man die Daten schon hat kostets nicht mehr viel).

Warum der HAC das aber nicht besser ausgleicht ????

CR

Schipfi
22-12-2004, 11:12
interessant wäre was da der Polar macht....

man sollte halt so a experiment ned bei einer wetterschwankung machen... weil da is klar dass sich der luftdrück andernt... und somit verschiedene höhen ausgeben werden...

<MM>
22-12-2004, 11:34
>Schipfi2k:

Man sollte vielleicht auch seine Zeilen vor dem Posten nochmals lesen - oder zumindest auf Vorschau klicken. ;) *duck* :p

Schipfi
22-12-2004, 11:49
Da hab i einen ordentlichen Buchstabenbrei gehabt.... nimma lustig... :D

alkfred
22-12-2004, 12:09
auch auf die gefahr hin, daß ich mich jetzt blamier:
ist nicht der luftdruck temperaturabhängig? in dem fall wäre die temperatur nur eine moderatorvariable und die eigentliche ursache für die höhenschwankungen des geräts wäre einfach der luftdruck. soll heissen: die schwankungen resultieren nicht aus der änderung der temperatur, sondern aus der änderung des luftdrucks.

zumindest wettertechnisch lässt sich sicher ein signifikanter zusammenhang zwischen temperatur und wetterlage (hoch/tief) ableiten.

Tyrolens
22-12-2004, 12:36
Original geschrieben von alkfred
die schwankungen resultieren nicht aus der änderung der temperatur, sondern aus der änderung des luftdrucks.

Ja, aber der Luftdruck selbst wird auch durch die Temperatur beeinflußt.

alkfred
22-12-2004, 13:12
na ja, aber es ist ja nix neues, daß der luftdruck nicht konstant gleich bleibt. umsonst muß man ja nicht immer eine neue ausgangshöhe eingeben.

<MM>
22-12-2004, 13:47
Wir könnten tief in die Gastheorie abschweifen, über adiabatische Zustandsänderungen etc. sinnieren.

Bleiben wir aber doch beim Meßergebnis bzw. der Durchführung des Experiments!

Schaut euch z.B. die Kurven gegen Ende der Messung an: Hier steigt die Temperatur innerhalb von 10 Minuten um 22 °C, weil der HAC4 vom nächtlichen Draußen ins stubenwarme Drinnen verbracht wurde.

Dabei ändert sich der Luftdruck freilich nicht wesentlich - ansonsten müßten einem ja beim Wechsel von der Stube nach draußen (oder umgekehrt) oder beim Öffnen des Fensters/der Türe die Ohren zuschnappen, was sie bekanntermaßen nicht tun. (Eventuelle Lufströme treten dabei nicht durch Druckunterschiede, sondern durch Temperaturunterschiede auf).

Außerdem: Der HAC wurde AUF DIE HEIZUNG gelegt, es wurde also nicht das quasi abgeschlossene System WOHNUNG (und damit das darin befindliche Gas (= Luft)) aufgeheizt, sondern der HAC selbst, womit umso mehr einsichtig wird, daß der Luftdruck konstant bleibt, und es die Temperatur ist, die sich ändert. (Würde hingegen die Wohnung selbst auf ca. 40 °C aufgeheizt werden, müßte bei konstantem Volumen des Gases (Größe der Wohnung bleibt gleich) auch der (Luft)Druck steigen.)

Für die Lage am Fensterbankerl sind die Zusammenhänge nicht so direkt einsichtig - aber im Wissen um die derzeitige Hochdrucklage, die kaum eine Veränderung während des Tages mit sich bringt, kann man auch hier ruhigen Gewissens annehmen, daß der Luftdruck während der Langzeitmessung als von der Temperatur unabhängig angesehen werden kann.

Durch den offensichtlichen Gleichlauf der Temperatur- und Höhendaten im Diagramm wird somit auch im Gesamten eine Temperaturabhängigkeit der Meßmethode dokumentiert (, die noch stärker zum Ausdruck käme, würde HACtronic die Skalierung im Höhendiagramm nicht gar so ungeschickt wählen).

<MM>
22-12-2004, 13:48
weiterführende Links bzgl. Ideales Gas und Höhenmessung mit dem HAC4:

http://www.ciclosport.de/ger/html/faq/start.htm
Höhenmessung (HAC3,4 ALPIN 2,3,4,5 CM 434 Alti, CM 436 Alti M):


Die Höhenmessung aller CicloSport-Geräte erfolgt nach der barometrischen Methode. Diese errechnet die Höhe (bzw. die Differenz) aus der Änderung des Luftdrucks mit Hilfe einer Drucksonde.
Das Prinzip nutzt die Luftsäule, die auf jeder Fläche auf der Erde anliegt und je nach Höhe ein def. Gewicht hat. Dieses Gewicht stellt wiederum einen Druck dar, der z.B. über ein Barometer abgelesen werden kann.
Ein Beispiel: Bei Meereshöhe wiegt die Luftsäule 1000g (nicht der reale Wert!), steigt man nun 1000 Meter in die Höhe, wird die Luftsäule (und damit auch ihr Gewicht) verkürzt. Auf 1000 Meter wiegt die Luftsäule dann nur noch 900g (ebenfalls nicht der reale Wert!). Mit der Gewichtsänderung ändert sich logischerweise auch der anliegende Druck auf der Beispielfläche - dies wird bei der Errechnung der Höhe berücksichtigt.

Was in der Theorie recht simpel erscheint, wird in der Praxis etwas komplizierter. Geht man davon aus, daß eine Luftdruckänderung in Höhenänderung umgesetzt wird, dann wird klar, daß die Geräte (gewisse Ausnahme bei ALPIN2, 3, 5) auch natürliche Luftdruckänderungen als Höhenänderung anzeigen. Dies führt zu Fehlern in der Anzeige der aktuellen Höhe ist aber systembedingt nicht änderbar.
Um die Fehler geringer zu halten (gerade in den Summenfunktionen), wird bei allen Geräten mit Höhenmessung mit einer Hysterese von 5Metern gearbeitet. Dies bedeutet, daß erst Höhenänderungen ab 5 Metern aufsummiert werden, dies gleicht die natürlichen Schwankungen bei stabiler Wetter- und damit Luftdrucklage aus. Schwankt der Luftdruck (z.B. bei einem durchziehenden Tiefdruckgebiet) allerdings stärker, so werden auch hier fehlerhafte Werte angezeigt.
Ein kleiner Nebeneffekt: Durch die Höhenänderung in der Anzeige (ohne echte Höhenänderung) kann bei den Radcomputern mit Höhenmessung und bei den HAC3 + HAC4 die Luftdruck- und damit auch die mögliche Wettertendenz beobachtet werden. Steigt die Höhenanzeige, so sinkt der Luftdruck (schlechteres Wetter im Sommer), sinkt die Höhenanzeige, so steigt der Luftdruck (besseres bzw. stabiles Wetter).
Selbstverständlich können bei den Geräten die fehlerhaften Höhen auch während einer Tour korrigiert werden (z.B. an Landmarken, Hütten, etc.), bzw. ist eine Änderung im Rahmen der PC-Auswertung (HAC4, CM 436 Alti M, ALPIN3 & ALPIN 5) zusätzlich möglich.


Zusammenhang zwischen Luftdruck und Temperatur
http://www.ph-weingarten.de/homepage/faecher/physik/muckenfuss/gebiete/Wetter_neu/lufttemp.htm


Meßprinzipien zur Druckmessung
http://www.lufft.de/D/3_Me_Dr.htm

Tyrolens
22-12-2004, 14:29
Original geschrieben von <MM>
Durch den offensichtlichen Gleichlauf der Temperatur- und Höhendaten im Diagramm wird somit auch im Gesamten eine Temperaturabhängigkeit der Meßmethode dokumentiert (, die noch stärker zum Ausdruck käme, würde HACtronic die Skalierung im Höhendiagramm nicht gar so ungeschickt wählen).

Wie ist denn die Druckmeßdose des HAC aufgebaut? Müßte die nicht einen bestimmten Innendruck haben, bzw. mit einem bestimmten eben auf unterschiedliche Temperaturen reagierendes Medium gefüllt sein?

<MM>
22-12-2004, 16:45
>Tyrolens:

Ich hab' den HAC4 zwar schon des öfteren auseinandergenommen ghabt, aber immer nur zum Trocknen :rolleyes: oder Batteriewechseln, hab' also die Vorderseite der Platine, wo diese von Ciclosport so benamste "Drucksonde" montiert ist, noch nie zu Gesicht bekommen.

Da hier dezitiert nicht das Wort "DruckmeßDOSE" vorkommt, schätze ich mal, daß hier wenig Mechanik im Spiel ist. Auch von der Größe her deutet alles eher auf ein Halbleiterteil hin.

Das einzige Ding, das ich zum Stichwort "Drucksonde" bzgl. HAC4 finde, ist ein Gummiteil, das offenbar auf die eigentliche Sonde aufgesetzt ghört/wird:

O-Ring für Drucksonde
http://www.roseversand.de/rose_main.cfm?KAT_ID=1750&PRD_ID=15379&spr_id=1&MID=0&CID=175

Ich schätze den - aus dem Bild nicht abschätzbaren - Durchmesser mal auf max. 10 mm.

<MM>
22-12-2004, 16:45
Zusätzlich Ergoogletes:


http://www.ciclosport.de/ger/html/downloads/hacinfobook.pdf
Der Höhenmesser markiert dabei die Spitze der derzeitigen Technologie: Die hochmoderne Drucksonde mißt so präzise, daß sie im Prinzipschon 25 Zentimeter Höhenunterschied erfaßt, obwohl Ihr Display der Einfachheit halber nur jeden Meterschritt anzeigt. Probieren Siees aus: Stellen Sie die Höhe auf Ihren derzeitigen Standort in Brust-höhe ein. Legen Sie dann Ihren CC HAC 4 auf den Boden oder
halten Sie ihn hoch über den Kopf. Sie werden feststellen, daß erschon diesen kleinen Höhenunterschied von plus/minus einem Metergenau anzeigt.



http://www.mtb-news.de/forum/showthread.php?t=15637
Falls es jemanden interessiert ...
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Man kann den Cm 414 so auch als Barometer verwenden.
1 mbar Änderung des Luftdruckes entsprechen 8 m Höhenänderung.
Höhe nimmt zu = Luftdruck nimmt ab
Wenn die Anzeige des Altimeters also von 50 m auf 66 m ändert, ist der Luftdruck um 2 mbar gefallen.

Das kann evtl. bei Touren im Gebirge recht wichtig sein ...



http://www.mtb-news.de/forum/showthread.php?t=125815
Re: Wie genau sind eure Höhenmesser
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Der HAC4 misst laut Anleitung zwar auf den Meter genau, addiert erklommene Höhenmeter auf den Tagessatz nur in 5m-Schritten. Dahe resultiert wohl eine Ungenauigkeit in einer Tour.
Ansonsten hat ein sich ändernder Luftdruck schon starke Einflüsse: die sog. barometrische Höhenstufe (das heisst die Druckhöhenänderung bei Druckänderung) beträgt am Meeresspiegel gerundet 30ft/hPa.
D.h., wenn der Luftdruck um einen hPa sinkt, fällt der Höhenmesser um 30ft~10m!!!!
Daher kann das Fahren durch eine Front oder in der Nähe eines Gewitters einiges an Höhe ausmachen.
Für eine genaue Höhenanzeige müsstet Ihr immer einen Referenzdruck, z.B. in Meereshöhe haben. Den gibt es unterwegs aber leider nicht.

<MM>
22-12-2004, 16:47
Und schließlich der beste Hinweis (neben den ermittelten Meßdaten) darauf, daß beim HAC4 noch keine Temperaturkorrektur erfolgt:





http://www.ciclosport.de/ger/html/downloads/alpininfobook.pdf
Ihre enorme Meßgenauigkeit erhält die Ciclo Alpin Drucksonde unter anderem durch ihren Temperaturkompensationsspeicher. Die Höhenmessung ist nämlich nicht nur vom Luftdruck, sondern auch von der Temperatur der Drucksonde abhängig. Mit einem speziellen Verfahren werden Fehlwerte, die durch Temperaturunterschiede entstehen können, präzise ausgeglichen.


Von so einem "Temperaturkompensationsspeicher" ist nirgendwo die Rede in Bezug auf den HAC4.

Supermerlin
22-12-2004, 17:11
Ein weiterer Effekt wird vermutlich auch die Nichtlinearität des Druckmeßsensors für unterschiedliche Höhenlagen sein.

Die Berücksichtigung so einer Kalibrierkurve (Eichen darf nur das Eichamt) in einem Computer ist ansich ein Klax. Man müßte es halt nur machen.

lg, Supermerlin

Tyrolens
22-12-2004, 17:11
Wie könnte eine Drucksonde auf Halbleiterbasis aussehen? Jedenfalls müßte diese Sonde auf Temperaturänderungen reagieren? Also vielleicht doch eine Membran, die sich bei Luftdruckänderung vergrößert, bzw, verkleinert?

<MM>
22-12-2004, 17:26
Original geschrieben von Tyrolens
Wie könnte eine Drucksonde auf Halbleiterbasis aussehen? [...]

Piezoelektrische (http://www.3sat.de/nano/glossar/piezoelektrisch.html) Elemente reagieren auf Krafteinwirkungen und daher Druck (p=F/A) bzw. können im umgekehrten Wege (klitzekleine) Kräfte erzeugen (die Piepserl in den kleinen Tric-o-Tronics haben z.B. Piezolautsprecher; die Membran ist der auf eine größere Fläche aufgebrachte Halbleiter selbst).

Damit ist Druckmessung auch ohne eine Membran möglich. (Eventuell verwendet man aber Membranen als mechanisch vorgeschalteten Verstärker?)

Hardigatti - hat keiner einen alten HAC4, den wir zwecks Neugierbefriedigung zeremoniell schlachten könnten? *GGG*

<MM>
26-12-2004, 22:22
Weil's thematisch verwandt dazupaßt:

Der HAC4 mißt ja die aktuelle Höhe auf 25 cm genau. Zur Anzeige bringt er's auf 1 m genau. Und bei der Ermittlung der kumulierten Höhensumme sorgt eine Hysterese (bzw. ein Schwellenwert) dafür, daß das Ergebnis durch wetterbedingte Luftdruckschwankungen - so gut's halt geht - unbeeinflußt bleibt.

Beim Durchblättern der Bedienungsanleitung eines CICLONavic bin ich nun auf folgendes interessante Detail gestoßen:


Original geschrieben von CICLONavic-Bedienungsanleitung, Seite 28, 2. Absatz

Die Höhenhysterese beim HAC 4 beträgt - anders als beim CICLONavic - fünf Meter. Diesen gegenüber dem CICLONavic etwas höheren Wert hat der Hersteller eingegeben, weil der HAC 4 auch als Uhr am Handgelenk getragen wird. Bei Handbewegungen nach oben oder unten könnten nun noch leichter nicht wirklich gefahrene Höhenmeter gezählt werden. Da der CIClONavic nicht am Handgelenk, sondern nur am Fahrradlenker befestigt ist, ist die Höhenhysterese hier auf zwei Meter abgesenkt.

Wieder themenbezogener: Den HAC 4 am Handgelenk zu tragen, halte ich für keine gute Idee - aus zweieinhalberlei Gründen.

1. haut man sich dadurch die Temperaturmessung z'sammen, weil das Gerät durch die Körpernähe aufgeheizt wird
2. (ergibt sich aus 1.) ist durch die starke Temperaturabhängkigkeit der Höhenmessung trotz der Hysterese ein größerer Fehler in der Höhensumme zu erwarten
2½. Die Luftlöcher für die Höhenmessung geraten (vor allem im Winter oder beim Tragen von weiten Langarmtrikots oder leichten Jacken im Sommer) allzu leicht unter die Bekleidung, wodurch die Messung extrem verfälscht werden kann.


Zusammenfassung:

HAC 4: Höhenhysterese = 5 m
CICLONavic: Höhenhysterese = 2 m