DE19616391A1 - Tensiometer used to measure water tension in soils - Google Patents

Abstract

The tensiometer has a ceramic vessel (25) filled with deaerated water (24) and a pressure sensor (1), and comprises a water storage vessel (4), a microvalve (3), a filling tube (5) connecting the storage vessel (4) and the ceramic vessel (25) via the microvalve (3), and controlling electronics (2) for the valve that shuts it off as long as the pressure sensed by the sensor (1) does not exceed a predetermined level. If this level is exceeded then the electronics (2) briefly opens (then recloses) the microvalve (3) and during the open time water flows from the storage vessel (4) to the ceramic vessel (25).

Description

Die Erfindung betrifft Tensiometer.The invention relates to tensiometers.

Tensiometer sind Meßgeräte, die zur Messung der Wasser­ spannung im Boden eingesetzt werden. Die Wasserspannung im Boden ist das Maß für die Summe der Wasserhaltekräfte im Boden. Diese Meßgröße ist entscheidend für pflanzenphysiologi­ sche Untersuchungen, da Pflanzen diese Kraft überwinden müs­ sen, um Wasser aufnehmen zu können. Weiter ist die unmittel­ bare Meßgröße für die Beschreibung von Wasserhaushalts- und Stofftransportstudien.Tensiometers are measuring devices used to measure water tension in the ground. The water tension in the Soil is the measure of the sum of the water holding forces in the Ground. This parameter is crucial for plant physiology investigations, since plants have to overcome this force to absorb water. Next is the immediate one bare measurable variable for the description of water balance and Mass transfer studies.

Aus der DE-A-43 08 720 ist ein Tensiometer mit einem in den Boden einzubringenden porösen Hohlkörper und einer Druck­ meßeinrichtung bekannt.From DE-A-43 08 720 is a tensiometer with an in the porous hollow body to be introduced and a pressure measuring device known.

Ein in der Druckschrift "T6 Druckaufnehmer-Tensiometer", UMS GmbH, München 1994 beschriebenes, gattungsbildendes Ten­ siometer zur Messung der Wasserspannung im Boden weist einen Druckaufnehmer und ein mit entgastem Wasser gefülltes Keramik­ gefäß auf. Nach dem Einbringen des Keramikgefäßes in den Boden wird die Wasserspannung des Bodens über die Keramik (semiper­ meable Membran) auf das Tensiometerwasser und über dieses auf den Druckaufnehmer übertragen. Wichtig dabei ist, daß das Tensiometerwasser frei von Gas- oder Dampfblasen ist, da der Druck inkompressibel übertragen werden muß.A in the publication "T6 pressure transducer tensiometer", UMS GmbH, Munich described genre-forming ten in 1994 Siometer for measuring the water tension in the ground has one Pressure sensor and a ceramic filled with degassed water vessel on. After inserting the ceramic vessel into the floor is the water tension of the floor over the ceramic (semiper meable membrane) on and over the tensiometer water transfer the pressure transducer. It is important that the Tensiometer water is free of gas or vapor bubbles because of the Pressure must be transferred incompressible.

Tensiometer zur Messung der Wasserspannung im Boden nach dem Stand der Technik messen allerdings nur in einem einge­ schränkten Meßbereich. Wird Wasser durch Unterdruck entspannt und überschreitet es durch die Druckabsenkung den Siedepunkt, so verdampft es. Für eine Temperatur von 20°C liegt der Siede­ punkt des Wassers bei ca. 23 hPa gegen Vakuum, bei einem Umge­ bungsdruck von 1000 hPa also bei ca. 977 hPa unterhalb des Umgebungsdrucks. Der Boden kann jedoch weit trockener werden, was gerade in trockenen Jahreszeiten häufig geschieht. Wird der Boden aber zu trocken und damit die Wasserspannung zu groß, so verdampft das Wasser aus dem Tensiometer. Eine weite­ re sinnvolle Messung mit dem Tensiometer ist nicht möglich. Auch wenn die Wasserspannung nach einer gewissen Zeit unter die Tensiometermeßwertgrenze abgefallen ist, kann nicht mehr mit dem Tensiometer weitergemessen werden, denn es befindet sich nur noch zu wenig oder gar kein Wasser mehr im Keramikge­ fäß. Tritt dieser Fall ein, muß das Tensiometer von Hand neu befüllt werden. Dies macht eine häufige Kontrolle notwendig, was insbesondere bei Langzeitmessungen oder bei einer großen Anzahl gleichzeitig im Einsatz befindlicher Tensiometer sehr aufwendig ist. Dabei sind gerade Langzeit-Umwelt-Monitoring- Studien ein Hauptanwendungsgebiet für Tensiometer. Außerdem gehen durch die mit der Kontrolle, dem Ausgraben, dem Befüllen und dem Wieder-Eingraben des Tensiometers verbundene Zeitver­ zögerung prinzipiell aufnehmbare Meßwerte verloren. Man nehme zum Beispiel an, ein Tensiometer beginne zum Zeitpunkt t₀ mit der Messung. Zum Zeitpunkt t₁ überschreitet die Wasserspannung den Grenzwert des Meßbereichs. Das Tensiometer beendet seine Messung bzw. liefert unsinnige Meßwerte. Zu einem Zeitpunkt t₂ falle die Wasserspannung wieder unter den Grenzwert des Meßbe­ reiches. Das Tensiometer könnte jetzt prinzipiell wieder zuverlässige Meßwerte liefern, tut dies jedoch aufgrund der in seinem Inneren abgelaufenen irreversiblen Veränderungen nicht. Eine Kontrolle des Tensiometers erfolgt erst zum Zeitpunkt t₃, und erst nach einer weiteren Zeitspanne, zum Zeitpunkt t₄, ist das Tensiometer wieder zum erneuten Meßeinsatz hergerichtet. Während der Zeitspanne Δt = t₄ - t₂ liefert das Tensiometer keine oder nur unsinnige Meßwerte, obwohl die Wasserspannung nicht außerhalb des Meßbereiches liegt.Tensiometer for measuring the water tension in the soil the state of the art measure however only in one limited measuring range. If water is released by negative pressure and if the pressure drops, it exceeds the boiling point, so it evaporates. The boiling point is at a temperature of 20 ° C point of water at approx. 23 hPa against vacuum, with a reverse exercise pressure of 1000 hPa at approx. 977 hPa below the Ambient pressure. However, the soil can become much drier which often happens in dry seasons. Becomes the soil is too dry and the water tension too  large, so the water evaporates from the tensiometer. A wide one Re sensible measurement with the tensiometer is not possible. Even if the water tension falls below after a certain time the tensiometer limit has dropped, can no longer be further measured with the tensiometer because it is located too little or no water left in the ceramic jar barrel. If this happens, the tensiometer must be reset by hand be filled. This makes frequent checks necessary which is particularly important for long-term measurements or for a large one Number of tensiometers in use at the same time is complex. Long-term environmental monitoring Studies a major area of application for tensiometers. also go through those with control, digging, filling and the time associated with re-digging the tensiometer delay, in principle, recordable measured values are lost. You take For example, suppose that a tensiometer begins at time t₀ the measurement. At the time t 1 the water tension exceeds the limit of the measuring range. The tensiometer ends its Measurement or provides senseless measured values. At a time t₂ drop the water voltage back below the limit of the meas rich. In principle, the tensiometer could now be used again provide reliable measured values, but does so due to the in irreversible changes that have occurred inside. The tensiometer is only checked at the time t 3, and only after a further period of time, at time t₄ the tensiometer is prepared for a new measurement. The tensiometer delivers during the time period Δt = t₄ - t₂ no or only senseless measured values, although the water tension is not outside the measuring range.

Aus dem Stand der Technik (siehe die Schrift "T6 Druck­ aufnehmer-Tensiometer", UMS GmbH, München 1994) ist eine Kontrolleinrichtung für Tensiometer bekannt, die anzeigt, ob Dampf- oder Luftblasen im Tensiometer vorhanden sind, dieses also neu befüllt werden muß. Die Erkennung geschieht über eine Infrarotlichtmeßstrecke, bei der IR-Licht durch das Tensiome­ terwasser in Richtung auf einen Phototransistor gelenkt wird. Ist die Lichtmeßstrecke mit Wasser gefüllt, wird das IR-Licht durch das Wasser absorbiert, und der Lichtstrahl gelangt nicht zum Phototransistor. Ist dagegen Luft oder Dampf in der Licht­ meßstrecke, so schaltet der Phototransistor durch. Über eine elektronische Schaltung wird ein digitales Signal erzeugt. Damit läßt sich erkennen, ob das Tensiometer zum Befüllen aus dem Boden ausgebaut werden muß oder eben nicht. Wird das IR- Signal parallel zu den Meßwerten aufgezeichnet, so läßt sich bei der Datenauswertung feststellen, welche Werte zuverlässig sind und welche nicht. In jedem Falle muß jedoch das Tensiome­ ter ausgebaut werden, wenn der Meßbereich überschritten wurde, damit es frisch befüllt werden kann und wieder funktioniert.From the prior art (see the document "T6 print transducer tensiometer ", UMS GmbH, Munich 1994) is one Control device for tensiometer known that indicates whether Steam or air bubbles are present in the tensiometer must be refilled. The detection takes place via a Infrared light measuring section, in which IR light through the tensiome terwasser is directed towards a phototransistor. If the light measuring section is filled with water, the IR light will be  absorbed by the water and the light beam does not get through to the phototransistor. In contrast, there is air or steam in the light measuring distance, the phototransistor switches through. Over a electronic circuit, a digital signal is generated. It can be seen whether the tensiometer is suitable for filling the floor must be removed or not. If the IR Signal recorded parallel to the measured values, so When evaluating data, determine which values are reliable are and which are not. In any case, however, the tensiome be removed when the measuring range has been exceeded, so that it can be refilled and works again.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tensiometer bereitzu­ stellen, das sich automatisch befüllt, sobald die Gefahr besteht, daß sich Dampfblasen im Tensiometerwasser bilden.The object of the invention is to provide a tensiometer that automatically fills up as soon as the danger is that vapor bubbles form in the tensiometer water.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das gattungsgemäße Tensiometer zusätzlich ausgestattet wird mit einem Wasservor­ ratsgefäß, einem Mikroventil, einer vom Wasservorratsgefäß über das Mikroventil zum Keramikgefäß führenden Befülleitung und einer Steuerelektronik für das Mikroventil, das die Be­ fülleitung absperrt, solange der vom Druckaufnehmer gemessene Druckwert einen vorbestimmten Druckgrenzwert nicht überschrei­ tet, und bei Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Druckgrenzwerts über die Steuerelektronik kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen wird, so daß während der Öffnungszeit des Mikroventils Wasser aus dem Wasservorratsgefäß in das Keramikgefäß fließen kann.This object is achieved in that the generic The tensiometer is additionally equipped with a water pre council vessel, a microvalve, one from the water reservoir vessel via the micro valve to the filling line leading to the ceramic vessel and control electronics for the microvalve that the Be filling line shuts off as long as the one measured by the pressure sensor Pressure value does not exceed a predetermined pressure limit tet, and when reaching or exceeding the predetermined Pressure limit value opened briefly via the control electronics and is closed again so that during the opening hours the microvalve water from the water reservoir into the Ceramic vessel can flow.

Das erfindungsgemäße Tensiometer hat den Vorteil, daß es über einen langen Zeitraum ohne Kontrolle eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Tensiometer funktioniert über mehrere Monate unbeaufsichtigt. Erst wenn das Wasservorrats­ gefäß leer ist, muß dieses nachgefüllt werden. Dazu braucht man aber das erfindungsgemäße Tensiometer nicht mehr aus dem Boden auszubauen. So unterbleibt diese Störung des Bodens, wodurch die Aussagekraft der Tensiometermeßwerte steigt. Außerdem ist der Wartungsaufwand auf ein Minimum reduziert.The tensiometer according to the invention has the advantage that it used over a long period of time without control can. The tensiometer according to the invention works over unsupervised for several months. Only when the water supply If the container is empty, it must be refilled. To do this but the tensiometer according to the invention is no longer from Expand soil. So there is no disturbance of the soil, whereby the meaningfulness of the tensiometer measurements increases. The maintenance effort is also reduced to a minimum.

Insbesondere nach Trockenperioden sind die durch Nieder­ schlagsereignisse eingebrachten Luftschadstoffe meist höher konzentriert. Diese gelangen im allgemeinen über den Boden in das Grundwasser. Gerade die Wassersituation nach Trockenperi­ oden ist daher von großer Bedeutung. Ähnlich verhält es sich mit den ersten Sickerwässern nach der Frostperiode. Beginnt die Schneeschmelze, werden hohe Konzentrationen an Schad- und Nährstoffen infiltriert oder ausgewaschen. Diese Wassersitua­ tionen können mit dem erfindungsgemäßen Tensiometer erfaßt werden. Das bedeutet gegenüber den bekannten Tensiometern eine Erweiterung des Anwendungsbereiches und eine Erhöhung der Aussagekraft der Meßwerte.Especially after dry periods, those are due to low air pollutants introduced usually higher  concentrated. These generally pass through the floor the groundwater. Especially the water situation after Trockenperi oden is therefore of great importance. It is similar with the first leachate after the frost period. Starts the snow melt, high concentrations of harmful and Nutrients infiltrated or washed out. This water situation cations can be detected with the tensiometer according to the invention will. This means one compared to the known tensiometers Expansion of the scope and an increase in Meaningfulness of the measured values.

Das erfindungsgemäße Tensiometer kann auch in Lysimeter­ anlagen eingesetzt werden. Bisher war dies nur bedingt mög­ lich, da die Lysimeterfühler teilweise nur unter großem tech­ nischem Aufwand entnommen werden konnten. Erfindungsgemäß reduziert sich die Wartung auf ein Minimum zur Nachkalibrie­ rung, wie dies im allgemeinen bei Meßfühlern nötig ist.The tensiometer according to the invention can also be used in lysimeters systems are used. So far, this was only possible to a limited extent Lich, since the lysimeter sensors sometimes only under great tech African effort could be removed. According to the invention maintenance is reduced to a minimum for post-calibration tion, as is generally necessary with sensors.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ten­ siometers sind in den Patentansprüchen 2 bis 21 beschrieben.Advantageous embodiments of the Ten according to the invention Siometers are described in claims 2 to 21.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Tensiometers werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the tensiometer according to the invention are explained in more detail using the drawing. It shows:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tensiome­ ters, Fig. 1 shows an embodiment of an inventive Tensiome ters,

Fig. 2 ein Tensiometer nach dem Stand der Technik, Fig. 2 is a tensiometer according to the prior art,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines Mikroventils für das erfindungsgemäße Tensiometer, Fig. 3 shows a first embodiment of a microvalve according to the invention for the tensiometer

Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf einer Steuerung eines Motors zur Selbstbefüllung des erfindungsgemäßen Tensiome­ ters, Fig. 4 shows a time history of control of a motor for self-filling of the Tensiome invention ters,

Fig. 5 einen Schaltplan einer Ausführungsform einer Ansteue­ rungsschaltung des Motors für das erfindungsgemäße Tensiometer, Fig. 5 is a circuit diagram of an embodiment of a dently approximate circuit of the motor for the inventive tensiometer

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform des Mikroventils für das erfindungsgemäße Tensiometer und Fig. 6 shows a second embodiment of the microvalve for the tensiometer and

Fig. 7 einen zeitlichen Verlauf einer Steuerung der zweiten Ausführungsform des Mikroventils. Fig. 7 shows a time course of a control of the second embodiment of the microvalve.

In Fig. 2 ist ein bekanntes Tensiometer zur Messung der Wasserspannung im Boden dargestellt. Es weist einen Druckauf­ nehmer D und ein mit entgastem Wasser W gefülltes Keramikgefäß K auf. Nach dem Einbringen des Tensiometers in den Boden wird die Wasserspannung des Bodens über die Keramik K auf das Tensiometerwasser W und über dieses auf den Druckaufnehmer D übertragen. Wird der Boden zu trocken und damit die Wasser­ spannung zu groß, so verdampft das Wasser. Das Tensiometer muß dann neu befüllt werden.In FIG. 2 a known tensiometer for measuring the water potential is illustrated in the soil. It has a pressure transducer D and a ceramic vessel K filled with degassed water W. After the tensiometer has been introduced into the soil, the water tension in the soil is transferred via the ceramic K to the tensiometer water W and via this to the pressure transducer D. If the soil becomes too dry and the water tension too high, the water evaporates. The tensiometer must then be refilled.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Tensiometers mit einem Tensiometerschaft 21 und einer sogenannten Tensiometerkerze 23, zwischen denen ein sogenann­ ter Korpus 22 angeordnet ist. Ein Druckaufnehmer 1 ist Be­ standteil des Korpus 22. Die Tensiometerkerze 23 besteht aus einem Keramikgefäß 25, das mit entgastem Wasser 24 gefüllt ist. Fig. 1 shows an embodiment of a tensiometer according to the invention with a tensiometer shaft 21 and a so-called tensiometer candle 23 , between which a so-called body 22 is arranged. A pressure sensor 1 is part of the body 22nd The tensiometer candle 23 consists of a ceramic vessel 25 which is filled with degassed water 24 .

In den Tensiometerschaft 21 ist ein Wasservorratsgefäß 4 integriert. Eine Befülleitung 5 führt vom Wasservorratsgefäß 4 über ein Mikroventil 3 zum Keramikgefäß 25.A water reservoir 4 is integrated in the tensiometer shaft 21 . A filling line 5 leads from the water storage vessel 4 via a microvalve 3 to the ceramic vessel 25 .

Das Wasservorratsgefäß 4 ist wie das Keramikgefäß 25 mit entgastem Wasser befüllt. Die Innenwandung des Wasservorrats­ gefäßes 4 wurde vor dem Befüllen mit einem Antialgenmittel behandelt. Außerdem ist dem entgasten Wasser 24 zur Vermeidung von Algenbildung Rehalon® beigegeben.The water storage vessel 4 , like the ceramic vessel 25 , is filled with degassed water. The inner wall of the water storage vessel 4 was treated with an anti-algae agent before filling. In addition, Rehalon® is added to the degassed water 24 to prevent algae formation.

Im Tensiometerschaft 21 ist ferner eine mit dem Mikro­ ventil 3 verbundene Steuerelektronik 2 angeordnet.In the tensiometer shaft 21 , a control electronics 2 connected to the micro valve 3 is also arranged.

Die Zuführung von Referenzluft, d. h. eines Referenz­ drucks, zum Druckaufnehmer 1 erfolgt über einen einen Luft­ schlauch bildenden Mantel 26 eines Meßkabels. Dieser Mantel 26 ist hermetisch dicht mit dem Druckaufnehmer 1 vergossen und stellt auf diese Weise eine Referenzluftzuführungsleitung dar. So kann das Wasservorratsgefäß 4, wie in Fig. 1 dargestellt, derart in den Tensiometerschaft 21 integriert werden, daß es identisch mit einem Teil des Tensiometerschaftes 21 ist. Der Tensiometerschaft 21 als solcher dient bei dieser Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Tensiometers also nicht zur Luft­ druckübertragung.The supply of reference air, ie a reference pressure, to the pressure sensor 1 takes place via an air hose-forming jacket 26 of a measuring cable. This jacket 26 is hermetically sealed with the pressure transducer 1 and in this way represents a reference air supply line. The water storage vessel 4 , as shown in FIG. 1, can be integrated into the tensiometer shaft 21 such that it is identical to a part of the tensiometer shaft 21 is. The tensiometer shaft 21 as such does not serve for air pressure transmission in this embodiment of the tensiometer according to the invention.

Außerhalb des Tensiometerschaftes 21 ist in den Mantel 26 ein Schlauchstück aus GORETEX® 27 eingefügt. Dieses bewirkt, daß sich der als Referenzdruck nötige atmosphärische Druck von der Umgebungsluft über das Innere der Referenzluftzuführungs­ leitung auf den Druckaufnehmer 1 übertragen kann und zwar so lange, wie das Schlauchstück aus GORETEX® 27 trocken ist. Liegt dieses in oder unter Wasser, so hält es aufgrund seiner stark hydrophoben Oberfläche Wasser ab. Dadurch kann kein Wasser in die Referenzluftzuführungsleitung gelangen. Dies ist für das Funktionieren des Tensiometers wichtig, denn Wasser in der Referenzluftzuführungsleitung ,würde den Luftdruckausgleich behindern und zur Schutzschirmgeflechtkorrosion führen.Outside the tensiometer shaft 21 , a piece of hose made of GORETEX® 27 is inserted into the jacket 26 . This has the effect that the atmospheric pressure required as the reference pressure can be transferred from the ambient air via the interior of the reference air supply line to the pressure sensor 1 , and as long as the piece of hose made of GORETEX® 27 is dry. If this is in or under water, it keeps water out due to its highly hydrophobic surface. As a result, no water can get into the reference air supply line. This is important for the functioning of the tensiometer, because water in the reference air supply line would hinder the air pressure equalization and lead to braid corrosion.

Der Druckaufnehmer 1 mißt die Wasserspannung, sobald die Stromversorgung eingeschaltet wird. Liegt der Meßwert über 800 hPa, beginnt die Gefahr des Verdampfens. Ab diesem Grenzwert wird das Mikroventil 3 über die Steuerelektronik 2 kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen, so daß Wasser aus dem Wasser­ vorratsgefäß 4 über die Befülleitung 5 nachfließen kann. Durch das einlaufende Wasser, dessen Menge geringer als 0,1 ml sein sollte, sinkt der Meßwert auf null hPa. Frühestens nach einer elektronisch eingestellten Zeitverzögerung von vorzugsweise 10 min kann das Mikroventil 3 wieder kurzzeitig geöffnet werden, sofern der Meßwert erneut über 800 hPa liegt.The pressure sensor 1 measures the water voltage as soon as the power supply is switched on. If the measured value is above 800 hPa, the risk of evaporation begins. From this limit value, the microvalve 3 is briefly opened and closed again via the control electronics 2 , so that water from the water storage vessel 4 can flow in via the filling line 5 . Due to the incoming water, the amount of which should be less than 0.1 ml, the measured value drops to zero hPa. At the earliest after an electronically set time delay of preferably 10 min, the microvalve 3 can be opened again briefly, provided the measured value is again above 800 hPa .

Das Mikroventil 3 sollte aufgrund der für das Tensiometer geltenden besonderen Druckmeßanforderungen und aufgrund der Anforderung einer gasblasenfreien Wasserbefüllung möglichst ein pulsfreies Öffnen und Schließen gewährleisten. Fig. 3 zeigt ein speziell für das erfindungsgemäße Tensiometer ent­ wickeltes Mikroventil, das pulsfrei öffnet und schließt. Das in Fig. 3 dargestellte Mikroventil weist einen Ventilkopf 6, eine Gewindehülse 7, einen Motor 8, der z. B. ein Gleichstrom­ getriebemotor sein kann, und ein Ventilgehäuse 9 auf. Die Befülleitung 5 führt durch das Mikroventil hindurch.The microvalve 3 should, as a result of the special pressure measurement requirements applicable to the tensiometer and due to the requirement of a gas bubble-free water filling, ensure a pulse-free opening and closing. Fig. 3 shows a specially developed for the tensiometer invention micro valve that opens and closes pulse-free. The microvalve shown in Fig. 3 has a valve head 6 , a threaded sleeve 7 , a motor 8 , the z. B. can be a DC geared motor, and a valve housing 9 . The filling line 5 leads through the microvalve.

Der Ventilkopf 6 ist über die Gewindehülse 7 mit dem Motor 8 verbunden. Der Ventilkopf 6 drückt im geschlossenen Zustand die Befülleitung 5 gegen das Ventilgehäuse 9 ab. In Motorlaufrichtung "links" wird das Ventil geöffnet, "rechts" wird es geschlossen. Der Motor 8 ist so ausgewählt, daß der Kurzschlußstrom nur ca. 12 mA beträgt. Dadurch kann die An­ steuerung derart erfolgen, daß der Schließvorgang etwa 20% länger als der Vorgang zum Öffnen dauert. Dadurch wird die zuverlässige Abdichtung erreicht.The valve head 6 is connected to the motor 8 via the threaded sleeve 7 . The valve head 6 presses the filling line 5 against the valve housing 9 in the closed state. The valve is opened in the motor running direction "left", it is closed "right". The motor 8 is selected so that the short-circuit current is only about 12 mA. This allows the control to take place in such a way that the closing process takes about 20% longer than the opening process. This ensures reliable sealing.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Mikroventil eine Breite und eine Tiefe von jeweils 7 mm und eine Länge von 50 mm. Der Stromverbrauch ist kleiner als 5 mA.In one embodiment, the microvalve has one Width and depth of 7 mm and a length of 50 mm. The power consumption is less than 5 mA.

Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 wird im folgenden ein Beispiel für die Ansteuerung des Motors 8 erläutert.An example of the control of the motor 8 is explained below with reference to FIGS. 4 and 5.

Eine Steuerungsschaltung (Fig. 5) für den Motor 8 sollte bei Überschreiten eines Unterdrucks von 800 hPa innerhalb des Keramikgefäßes 25 des erfindungsgemäßen Tensiometers den Motor 8 für einen Zeitraum von 7 s einschalten und den Motor 8 anschließend wieder abschalten.A control circuit ( FIG. 5) for the motor 8 should switch on the motor 8 for a period of 7 s when the negative pressure of 800 hPa is exceeded within the ceramic vessel 25 of the tensiometer according to the invention and then switch off the motor 8 again.

Innerhalb dieser 7 s muß der Motor 8 für ca. 3 s einen Linkslauf durchführen, danach einen Rechtslauf für 4 s bis zum Abschalten der Versorgungsspannung.Within these 7 s the motor 8 must run counterclockwise for approx. 3 s, then clockwise for 4 s until the supply voltage is switched off.

Dazu wird das Differenz-Eingangssignal des Tensiometers über einen Instrumentenverstärker 10 in ein massebezogenes Signal umgewandelt. Ein nachgeschalteter Komparator 11 erzeugt ein HIGH-Signal beim Überschreiten der Schwelle von 800 hPa Unterdruck. Unterhalb von 800 hPa ist der Komparatorausgang LOW (Fig. 4).For this purpose, the differential input signal of the tensiometer is converted into a mass-related signal via an instrument amplifier 10 . A downstream comparator 11 generates a HIGH signal when the threshold of 800 hPa negative pressure is exceeded. The comparator output LOW is below 800 hPa ( FIG. 4).

Wird nun das Ausgangssignal des Komparators 11 HIGH, so werden beide Eingänge eines ersten UND-Gatters 16 auf HIGH ge­ setzt und der Motor 8 über einen Transistor 19 als Schalter eingeschaltet. Ein zweites UND-Gatter 17 schaltet ebenfalls den Linkslauf des Motors 8 über ein Relais 18 in der Ausfüh­ rung als monostabiler Wechsler.If the output signal of the comparator 11 is now HIGH, both inputs of a first AND gate 16 are set to HIGH and the motor 8 is switched on via a transistor 19 as a switch. A second AND gate 17 also switches the counterclockwise rotation of the motor 8 via a relay 18 in the execution as a monostable changer.

Die Zeitkonstanten beider Gatter werden über gegen Masse aufzuladende Kondensatoren 12, 13 realisiert.The time constants of both gates are realized via capacitors 12 , 13 to be charged to ground.

Sobald der Minimalwert für ein HIGH-Signal eines UND-Gat­ ters 16, 17 unterschritten wird, schaltet der Ausgang des Gatters auf LOW.As soon as the minimum value for a HIGH signal of an AND gate 16 , 17 falls below, the output of the gate switches to LOW.

Beim ersten Gatter 16 bewirkt dies das Ein-/Ausschalten der gesamten Versorgung des Motors 8 für den genannten Zeit­ raum von 7 s. Das zweite Gatter 17 hat eine Zeitkonstante von 3 s und schaltet hiermit das Relais 18 um, welches für den Links-/Rechtslauf des Motors 8 zuständig ist. Durch Verände­ rung der Bauteile am Eingang des Komparators 11 (negativer Eingang) kann die Schwelle von 800 hPa verändert werden. Durch Verändern der Kondensatoren 12, 13 bzw. deren Entladewiderstän­ de 14, 15 kann der Zeitraum des Ein-/Ausschaltens sowie des Links - /Rechtslaufs verändert werden.In the case of the first gate 16 , this causes the entire supply of the motor 8 to be switched on / off for the period of 7 s mentioned. The second gate 17 has a time constant of 3 s and hereby switches the relay 18 , which is responsible for the left / right rotation of the motor 8 . The threshold of 800 hPa can be changed by changing the components at the input of the comparator 11 (negative input). By changing the capacitors 12 , 13 or their discharge resistors 14 , 15 , the period of switching on / off and the left / right rotation can be changed.

Die als Beispiel erläuterte Schaltung wird mit der Ten­ siometerversorgung von 10,6 V betrieben und hat für die Ver­ sorgung des Motors 8 mit 5 V einen Spannungsregler 20.The circuit explained as an example is operated with the ten siometer supply of 10.6 V and has a voltage regulator 20 for supplying the motor 8 with 5 V.

Damit Störungen in der Spannungsversorgung nicht dazu führen, daß das Mikroventil 3 geöffnet ist und somit nicht mehr der zum Auf/Zu-Zyklus notwendige Grenzwert überschritten wird, ist vorgesehen, den Zyklus unabhängig vom Meßwert zu­ nächst mit Schließen für ca. 2 s zu starten.So that malfunctions in the voltage supply do not result in the microvalve 3 being opened and thus no longer exceeding the limit value required for the open / close cycle, it is provided that the cycle should first be started with a close for approx. 2 s, regardless of the measured value .

Das mit Bezug auf die Fig. 3 beschriebene Mikroventil gewährleistet zwar ein pulsfreies Öffnen und Schließen, ist jedoch in seinem Aufbau und seiner Ansteuerung relativ kom­ pliziert. Eine einfachere Lösung bietet die Verwendung eines handelsüblichen 2/2-Wege-Mikroventils 28 mit elektromagneti­ schem Antrieb, wie es schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Das 2/2-Wege-Mikroventil 28 ist hermetisch gegen Wasser dich­ tend, im stromlosen Zustand mittels einer Rückstellfeder geschlossen, über Kabel 29 mit der Steuerelektronik 2 ver­ bunden und für Gleichstrombetrieb ausgelegt. Allerdings arbei­ tet das 2/2-Wege-Mikroventil 28 nicht pulsfrei, da es als Magnetventil ruckartig öffnet bzw. schließt. Die dabei ent­ stehenden Druckspitzen werden durch ein Tygonschlauchstück 30 (quervernetztes PVC) reduziert. Das Tygonschlauchstück 30 ist unmittelbar am Auslaß des 2/2-Wege-Mikroventils 28 mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Doppelschlauchklemmen an den Auslaß des 2/2-Wege-Mikroventils 28 und an den in Richtung Keramikgefäß 25 weiterführenden Teil der Befülleitung 5 ange­ klemmt. Das gas- und wasserdichte Tygonschlauchstück 30 hat außerdem den Vorteil, daß es eine flexible Verbindung zwischen Mikroventilauslaß und Korpus 22 schafft. Das ist ein insbeson­ dere für die Montage des Tensiometers günstiger Aspekt. The microvalve described with reference to FIG. 3 ensures a pulse-free opening and closing, but is relatively complicated in its structure and its control. A simpler solution is the use of a commercially available 2/2-way microvalve 28 with an electromagnetic drive, as is shown schematically in FIG. 6. The 2/2-way micro valve 28 is hermetically sealed against water, closed in the de-energized state by means of a return spring, connected via a cable 29 to the control electronics 2 and designed for DC operation. However, the 2/2-way micro valve 28 does not work pulse-free, since it opens or closes abruptly as a solenoid valve. The resulting pressure peaks are reduced by a piece of Tygon tube 30 (cross-linked PVC). The Tygonschlauchstück 30 is directly at the outlet of the 2/2-way micro valve 28 by means of double hose clamps, not shown in the drawing to the outlet of the 2/2-way micro valve 28 and to the part of the filling line 5 in the direction of the ceramic vessel 25 is clamped. The gas and waterproof Tygonschlauchstück 30 also has the advantage that it creates a flexible connection between the microvalve outlet and body 22 . This is a particularly beneficial aspect for mounting the tensiometer.

Im Falle des Einsatzes des 2/2-Wege-Mikroventils 28 schaltet die Steuerelektronik 2 keinen Motor, sondern eine Magnetspule. Die in Fig. 5 gezeigte Ansteuerungsschaltung kann von einem Fachmann leicht entsprechend abgewandelt werden. Fig. 7 zeigt in Analogie zu Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf der Steuerung des 2/2-Wege-Mikroventils 28. Der bisherige Linkslauf bedeutet nun "Spule unter Strom". Das 2/2-Wege­ Mikroventil 28 öffnet und bleibt geöffnet. Der bisherige Rechtslauf bedeutet jetzt "Spule ist stromlos". Das 2/2-Wege­ Mikroventil 28 schließt und bleibt geschlossen.If the 2/2-way microvalve 28 is used , the control electronics 2 do not switch a motor, but rather a solenoid. The control circuit shown in FIG. 5 can easily be modified accordingly by a person skilled in the art. Fig. 7 shows in analogy to Fig. 4 shows a time course of the control of the 2/2-way micro valve 28. The previous counterclockwise rotation now means "coil under power". The 2/2-way micro valve 28 opens and remains open. The previous clockwise rotation now means "coil is de-energized". The 2/2-way micro valve 28 closes and remains closed.

Die Keramik für das erfindungsgemäße Tensiometer wird vorzugsweise aus handelsüblichen Keramiken nach folgenden Gesichtspunkten ausgewählt: Die Keramik soll eine große Ober­ fläche haben, damit Heterogenitäten im Boden gemittelt werden. Die Porenverteilung innerhalb der Keramik soll homogen und kein Porengang größer als 2 µm sein. Größere Porengänge würden einen Lufteintrittspunkt unter 1500 hPa bewirken. Außerdem soll die zum Einsatz kommende Keramik eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.The ceramic for the tensiometer according to the invention is preferably from commercially available ceramics according to the following Aspects selected: The ceramic should have a large upper have surface so that heterogeneities in the soil are averaged. The pore distribution within the ceramic should be homogeneous and no pore size larger than 2 µm. Larger pore ducts would cause an air entry point below 1500 hPa. also The ceramic used is said to have a high mechanical Have strength.

Eine nach den genannten Vorgaben ausgewählte handels­ übliche Tensiometerkerze 23 wird vorzugsweise noch weiter dadurch verbessert, daß streifenartige Segmente im Kerzen­ inneren versiegelt werden. Es verbleiben dadurch nur noch vier ca. 2 mm breite Schlitze für den Wasseraustausch. Das gewähr­ leistet einen geringen Wasseraustausch bei gutem Ansprech­ verhalten.A commercially available tensiometer candle 23 selected according to the aforementioned specifications is preferably further improved in that strip-like segments are sealed inside the candle. This leaves only four approx. 2 mm wide slots for water exchange. This ensures a low water exchange with good response behavior.

Claims (21)

1. Tensiometer mit einem mit entgastem Wasser (24) gefüllten Keramikgefäß (25) und mit einem Druckaufnehmer (1), gekenn­ zeichnet durch ein Wasservorratsgefäß (4), ein Mikroventil (3), eine vom Wasservorratsgefäß (4) über das Mikroventil (3) zum Keramikgefäß (25) führende Befülleitung (5) und eine Steuerelektronik (2) für das Mikroventil (3), das die Befül­ leitung (5) absperrt, solange der vom Druckaufnehmer (1) gemessene Druckwert einen vorbestimmten Druckgrenzwert nicht überschreitet und bei Erreichen oder Überschreiten des vor­ bestimmten Druckgrenzwerts über die Steuerelektronik (2) kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen wird, so daß wäh­ rend der Öffnungszeit des Mikroventils (3) Wasser aus dem Wasservorratsgefäß (4) in das Keramikgefäß (25) fließen kann.1. tensiometer with a degassed water ( 24 ) filled ceramic vessel ( 25 ) and with a pressure transducer ( 1 ), characterized by a water reservoir ( 4 ), a microvalve ( 3 ), one from the water reservoir ( 4 ) via the microvalve ( 3 ) leading to the ceramic vessel ( 25 ) filling line ( 5 ) and control electronics ( 2 ) for the microvalve ( 3 ) which blocks the filling line ( 5 ) as long as the pressure value measured by the pressure sensor ( 1 ) does not exceed a predetermined pressure limit and when reached or exceeding the predetermined pressure limit value via the control electronics ( 2 ) is briefly opened and closed again, so that during the opening time of the microvalve ( 3 ) water can flow from the water storage vessel ( 4 ) into the ceramic vessel ( 25 ). 2. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befülleitung (5) unmittelbar am Auslaß des Mikroventils (3) ein Tygonschlauchstück (30) aufweist.2. Tensiometer according to claim 1, characterized in that the filling line ( 5 ) has a tygon tube piece ( 30 ) directly at the outlet of the microvalve ( 3 ). 3. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mikroventil (3) ein hermetisch gegen Wasser dichtendes und im stromlosen Zustand geschlosse­ nes 2/2-Wege-Mikroventil (28) mit elektromagnetischem Antrieb ist.3. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the microvalve ( 3 ) is a hermetically sealed against water and in the de-energized state closed nes 2/2-way microvalve ( 28 ) with electromagnetic drive. 4. Tensiometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetventilspule eine Gleichstromspule ist.4. Tensiometer according to claim 3, characterized in that a solenoid valve coil is a DC coil. 5. Tensiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mikroventil (3) folgendes aufweist:

• - ein Ventilgehäuse (9),
• - einen über die Steuerelektronik (2) ansteuerbaren Motor (8),
• - eine Gewindehülse (7) und
• - einen über die Gewindehülse (7) mit dem Motor (8) ver­ bundenen Ventilkopf (6), der im geschlossenen Zustand des Mikroventils (3) die Befülleitung (5) gegen das Ventilgehäuse (9) abdrückt und durch Betätigen des Motors (8) von der Befül­ leitung (5) weg angehoben und wieder zur Befülleitung (5) hin abgesenkt werden kann.

5. Tensiometer according to claim 1 or 2, characterized in that the microvalve ( 3 ) has the following:

• - a valve housing ( 9 ),
• - A motor ( 8 ) which can be controlled via the control electronics ( 2 ),
• - A threaded sleeve ( 7 ) and
• - Via the threaded sleeve ( 7 ) with the motor ( 8 ) connected valve head ( 6 ), which presses the filling line ( 5 ) against the valve housing ( 9 ) when the microvalve ( 3 ) is closed and by actuating the motor ( 8 ) can be lifted away from the filling line ( 5 ) and lowered back to the filling line ( 5 ).

6. Tensiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (8) ein Gleichstromgetriebemotor ist.6. Tensiometer according to claim 5, characterized in that the motor ( 8 ) is a DC geared motor. 7. Tensiometer nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (2) folgendes auf­ weist:

• - einen instrumentenverstärker (10), der ein Differenz- Eingangssignal des Tensiometers in ein massebezogenes Signal umwandelt,
• - einen dem Instrumentenverstärker (10) nachgeschalteten Komparator (11),
• - ein Relais (18), das mit dem Motor (8) verbunden ist und zwischen Links- und Rechtslauf des Motors (8) umschaltbar ist,
• - einen Transistor (19), der mit dem Motor (8) verbunden ist und als Ein-/Ausschalter für die Spannungsversorgung des Motors (8) dient,
• - ein erstes UND-Gatter (16) und ein zweites UND-Gatter (17), die mit dem Komparator (11) in Reihe und zueinander parallel geschaltet sind, wobei das erste UND-Gatter (16) mit dem Transistor (19) und das zweite UND-Gatter (17) mit dem Relais (18) verbunden ist,
• - einen ersten Kondensator (12), der zwischen den Kompara­ tor (11) und einen Eingang des ersten UND-Gatters (16) ge­ schaltet ist,
• - einen zweiten Kondensator (13), der zwischen den Kom­ parator (11) und einen Eingang des zweiten UND-Gatters (17) geschaltet ist,
• - einen ersten Entladewiderstand (14), der zwischen dem ersten Kondensator (12) und dem zugehörigen Eingang des ersten UND-Gatters (16) gegen Masse abzweigt und
• - einen zweiten Entladewiderstand (15), der zwischen dem zweiten Kondensator (13) und dem zugehörigen Eingang des zweiten UND-Gatters (17) gegen Masse abzweigt.

7. Tensiometer according to one of claims 5 or 6, characterized in that the control electronics ( 2 ) has the following:

• an instrument amplifier (10) which converts a differential input signal from the tensiometer into a mass-related signal,
• - a comparator ( 11 ) connected downstream of the instrument amplifier ( 10 ),
• - a relay ( 18 ) which is connected to the motor ( 8 ) and can be switched between left and right rotation of the motor ( 8 ),
• - A transistor ( 19 ) which is connected to the motor ( 8 ) and serves as an on / off switch for the voltage supply of the motor ( 8 ),
• - A first AND gate ( 16 ) and a second AND gate ( 17 ) which are connected in series and in parallel with the comparator ( 11 ), the first AND gate ( 16 ) with the transistor ( 19 ) and the second AND gate ( 17 ) is connected to the relay ( 18 ),
• - A first capacitor ( 12 ) which is switched between the comparator gate ( 11 ) and an input of the first AND gate ( 16 ),
• - A second capacitor ( 13 ) which is connected between the comparator ( 11 ) and an input of the second AND gate ( 17 ),
• - A first discharge resistor ( 14 ) which branches between the first capacitor ( 12 ) and the associated input of the first AND gate ( 16 ) to ground and
• - A second discharge resistor ( 15 ) which branches between the second capacitor ( 13 ) and the associated input of the second AND gate ( 17 ) to ground.

8. Tensiometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (18) ein monostabiler Wechsler ist.8. tensiometer according to claim 7, characterized in that the relay ( 18 ) is a monostable changer. 9. Tensiometer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltzeitkonstante für die Kombination erster Kondensator (12), erster Entladewiderstand (14) und erstes UND-Gatter (16) 7 s und für die Kombination zweiter Kondensa­ tor (13), zweiter Entladewiderstand (15) und zweites UND- Gatter (17) 3 s beträgt.9. tensiometer according to claim 7 or 8, characterized in that the switching time constant for the combination of first capacitor ( 12 ), first discharge resistor ( 14 ) and first AND gate ( 16 ) 7 s and for the combination of second capacitor ( 13 ) , second discharge resistor ( 15 ) and second AND gate ( 17 ) is 3 s. 10. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Keramikgefäßes (25) streifenartige Segmente des Keramikgefäßes (25) derart ver­ siegelt sind, daß nur noch vier ca. 2 mm breite Schlitze für den Wasseraustausch verbleiben.10. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that within the ceramic vessel ( 25 ) strip-like segments of the ceramic vessel ( 25 ) are sealed such that only four approximately 2 mm wide slots remain for water exchange. 11. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Druckgrenzwert 800 hPa beträgt.11. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined pressure limit Is 800 hPa. 12. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroventil (3) nach einer Öffnung frühestens erst wieder nach Ablauf eines vorbestimm­ ten, elektronisch eingestellten Zeitraums öffnen kann.12. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the microvalve ( 3 ) can only open again after an opening at the earliest after the expiration of a predetermined, electronically set period. 13. Tensiometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte, elektronisch eingestellte Zeitraum 10 min beträgt. 13. Tensiometer according to claim 12, characterized in that the predetermined, electronically set period of time 10 min is.   14. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf/Zu-Zyklus des Mikroventils (3) unabhängig vom gemessenen Druckwert zunächst mit Schließen für eine voreingestellte Zeitspanne startet.14. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the open / close cycle of the microvalve ( 3 ), regardless of the measured pressure value, initially starts with closing for a preset period of time. 15. Tensiometer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die voreingestellte Zeitspanne 2 s beträgt.15. tensiometer according to claim 14, characterized in that the preset period is 2 s. 16. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasservorratsgefäß (4) in einen Teil eines Tensiometerschaftes (21) integriert ist.16. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the water storage vessel ( 4 ) is integrated in a part of a tensiometer shaft ( 21 ). 17. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasservorratsgefäß (4) eine mit Antialgenmittel versehene Innenwandung aufweist.17. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the water storage vessel ( 4 ) has an inner wall provided with anti-algae agents. 18. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das entgaste Wasser (24) einen Rehalon®-Zusatz aufweist.18. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that the degassed water ( 24 ) has a Rehalon® additive. 19. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Druckaufnehmer (1) hermetisch dicht vergossener Mantel (26) eines Meßkabels gleichzeitig Referenzluft Zuführungsleitung zum Druckaufnehmer (1) ist.19. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that a with the pressure sensor ( 1 ) hermetically sealed sheath ( 26 ) of a measuring cable is at the same time reference air supply line to the pressure sensor ( 1 ). 20. Tensiometer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (26) außerhalb eines Tensiometerschaftes (21) ein Schlauchstück aus GORETEX® (27) aufweist.20. A tensiometer according to claim 19, characterized in that the jacket ( 26 ) outside of a tensiometer shaft ( 21 ) has a tube piece made of GORETEX® ( 27 ). 21. Tensiometer nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wasservorratsgefäß (4) identisch mit einem Teil eines Tensiometerschaftes (21) ist.21. Tensiometer according to claim 19 or 20, characterized in that the water storage vessel ( 4 ) is identical to part of a tensiometer shaft ( 21 ).