DE3412498A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der feuchte und temperatur mineralischer und/oder organischer gemische - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der feuchte und temperatur mineralischer und/oder organischer gemischeInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Feuchte und Temperatur mineralischer und/oder organischer Gemische
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Feuchte und Temperatur mineralischer und/oder organischer
Gemische, insbesondere des Erdbodens, mit Hilfe einer Meßzelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind bereits in der deutschen Patentanmeldung P 34 02 708.4
beschrieben. Sie beruhen auf dem Prinzip der kapazitiven Messung des Bodenwassergehaltes mit Hilfe einer neuartigen
Meßzellenkonstruktion und einer zugehörigen elektronischen
Schaltung, wobei die relative Dielektrizitätskonstante
des Wassers, deren Einfluß auf die Kapazität eines Kondensators mit dem Wassergehalt in dem Material, dessen
Feuchte gemessen werden soll, und das sich zwischen den Platten des Kondensators befindet, schwankt.
Es wurde nun festgestellt, daß bei der vorgeschlagenen
Verfahrensweise und der zu ihrer Durchführung verwendeten Vorrichtung der Temperatureinfluß des Meßmediums auf das
Meßsignal zu einer gewissen Verfälschung der Feuchte- und Temperaturbestimmung der mineralischen und/organischen
Gemische führt.
EPO - COPY £ί$7
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, Verfahren und Vorrichtung der bekannten Art so weiterzubilden,
daß der Temperatureinfluß des Meßmediums bis zur Bedeutungslosigkeit kompensiert werden kann.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Einfluß der
Umgebungstemperatur auf das Meßsignal ausgeschaltet wird,
indem mit der Impulsfrequenz des Oszillators eine monostabile
Kippstufe angestossen wird, die auf eine feste Impulsbreite ausgelegt ist und mit ihrem Temperaturgang dem
Temperaturgang des Impulsoszillators entgegenwirkt.
Zur Durchführung dieses Verfahrens dient wie beim Gegenstand der genannten älteren Patentanmeldung eine Meßzelle, die
als Meßfühler in Form einer in das Meßgut einsteckbaren Steckgabel ausgebildet ist, die zwei parallele Zinken aufweist,
welche je eine Kupferplatte enthalten, die an einem Stück der Leiterplatte angeschlossen sind und einen konstanten
Abstand voneinander aufweisen und die wenigstens mit einem Temperaturfühler versehen ist, wobei die Bestückung
der Leiterplatte eine elektronische Schaltung
■bildet, die ein kapazitätiv gemessenes, die Feuchte des zwischen den Zinken befindlichen Meßgutes abgebendes Signal
erzeugt. Die elektronische Schaltung ist zu diesem Zweck
mit einer einen Oszillator und eine Sendestufe aufweisenden Eingangsstufe versehen, wobei eine monostabile Kippstufe
mit der Impulsfrequenz des Oszillators anstossbar ist, die
auf eine feste Impulsbreite ausgelegt ist und mit ihrem Temperaturgang dem Temperaturgang des Oszillators entgegenwirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
ΕΡΟ - c ο ρ γ
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Impulsabstandes
des Oszillators bei geringer Feuchte (a) und bei Feuchtezunahme (b),
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Impulsfrequenz
und monostabilen Kippstufe bei geringster Feuchte,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Pulsfrequenz
und monostabilen Kippstufe bei zunehmender Feuchte,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der temperaturabhängigen Kopplung des Impulsgenerators mit der
monostabilen Kippstufe und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der elektronischen
Schaltung der Feuchte-/Temperatur-Meßzel1e, die
als Steckgabel ausgebildet ist.
Das Meßprinzip für die Bestimmung der Feuchte und Temperatur
mineralischer und/oder organischer Gemische, insbesondere
_des Erdbodens, beruht auf der Auswertung der relativen Dielektrizitätskonstanten des Wassers, deren Einfluß auf
die Kapazität eines Kondensators mit dem Wassergehalt zwischen den Kondensatorplatten schwankt, und zwar gemäß
der folgenden Kondensatorgleichung:
<»■ y C Y A
c = c" x '^ x
mit: C = Kapazität des Kondensators in Farad · j
£n = natürliche Dielektrizitätskonstante (8,85 χ 10~12As/Vij
£ = relative Dielektrizitätskonstante des Boden- Wasser- ;
gemi sches
A = Fläche einer Kondensatorplatte (cm2)
d = Abstand der Kondensatorplatten voneinander (cm)
EPO-COPY gä\
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise und die zugehörige
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind nun so aufgebaut, daß ein Impulsoszillator derart beeinflußt
wird, daß sich sein Impulsabstand mit der feuchteabhängigen
Änderung der Kapazität des Meßzellenkondensators ändert,
wie in Fig. 1 schematisch dargestellt. Dabei schwingt der Oszillator bei sehr geringer Feuchte in der Nähe
seiner Grundfrequenz, wie in Fig. 1 bei a angedeutet.
Nimmt die Feuchte zu, so wächst der Impulsabstand, wie
in Fig. 1 bei b angedeutet.
Diese Umformung wird aber durch die Umgebungstemperatur also die Temperatur des Meßmediums, beispielsweise des
Erdbodens, beeinflußt. Um diesen Einfluß auszuschalten,
wird mit dem Impulsfrequenz des Oszillators eine monostabile Kippstufe angestossen, die auf eine feste Impulsbreite
ausgelegt ist, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, und mit ihrem Temperaturgang dem Temperaturgang des Impulsoszillators
entgegenwirkt, wie aus Fig. 4 ersichtlich.
Bei geringer Feuchte weist der Normal- und Komplementärausgang
die gleichen Flächeninhalte auf (Fig.2), so daß
ihre Differenz Null ist.
Bei zunehmender Feuchte weist der Komplementärausgang eine
weitaus größere Fläche auf als der Normal ausgang (Fig.3), so daß zwischen ihnen eine meßbare, von Feuchtegehalt abhängige
Differenz besteht.
Die Kopplung des Impulsgenerators mit der monostabilen
Kippstufe bewirkt, daß eine temperaturabhängige Vergrößerung
des Impulsabstandes beim Impulsoszillator eine entsprechende
Vergrößerung des Normal ausgangs der monostabilen Kippstufe hervorruft. Der temperaturabhängigen Flächenzunahme des
EPO - COPY
Normalausgangs entspricht wiederum eine gleich große Flächenzunahme des Komplementärausgangs, so daß sich die
Flächenzunahmen beider Ausgänge gegenseitig kompensieren. Das bedeutet in bezug auf die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Signalausgänge, daß eine Flächendifferenz beider
Ausgänge einzig und allein von der zu- oder abnehmenden Feuchte im Meßmedium und nicht von der Umgebungstemperatur
abhängt, deren Einfluß durch die Kopplung ausgeschaltet
wird.
Von dem Normal- und dem Komplementärausgang der monostabil en Kippstufe werden die Mittelwerte gebildet, und die Pulsspannung
wird mit RC-Gliedern geglättet. Die Differenz beider geglätteter Spannungen wird über einen Meßwiderstand abgenommen und mit einem Differenzverstärker, der gleichzeitig als "Output-Buffer" dient, in eine geerdete "Gleichspannung" umgesetzt, die der Meßgröße und damit dem Feuchtegehalt im Meßmedium direkt proportional ist. Hierzu wird
auf das in Fig. 5 gezeigte Schaltungsschema der Feuchte/
Temperatur-Meßzelle verwiesen. In dem bedeutet das Bezugszeichen
\ den Meßfühler in Form einer in das Meßgut einsteckbaren Steckgabel mit zwei parallelen Zinken, die je eine Kupferplatte enthalten, welche an eine bestückte Leiterplatte
angeschlossen sind und einen konstanten Abstand voneinander aufweisen, und die wenigstens mit einem Temperaturfühler 1a versehen sind, wobei die Leiterplatte eine
elektronische Schaltung bildet, zu der wenigstens die
folgenden Bestandteile gehören: Temperaturkompensation 2
mit Impulsoszillator 8, Feuchtefrequenzmesser 3, Frequenz-DC-Konverter 4, Output-Buffer 5 für das Feuchtesignal,
Output-Buffer 6 für das Temperatursignal, Temperatur
DC-Konverter 7 und Stromsteuerlogik 9.
- COM
Da sich die mineralische Zusammensetzung des Meßmediums
zwischen den beiden Kupferplatten des Kondensators des
Meßfühlers 1 nicht ändert, wird die Kondesatorkapazitat
nur noch von dem sich durch Austrocknung oder Befeuchtung verändernden Wassergehalt des Meßmediums zwischen den
Platten bestimmt.
Wie beim Gegenstand der eingangs genannten älteren Patentanmeldung,
so wird auch hier der störende elektrolytische
Einfluß der Bodenwasserlösung durch Verwendung eines wasser-
und säureresistenten Kunstharzes für den Meßfühler, in den
die Kondensatorplatten eingebettet sind, eliminiert.
Die Temperaturmessung wird nahezu zeitgleich mit Hilfe
einer temperaturabhängigen HalbleiterstromqueTle, die in
die Spitze des Meßfühlers eingebaut ist, gemessen.
EPO - COPY
ill
.9.
- Leerseite
EPO - COPY
Claims (2)
- ΑΜwalte:341249° TISCHER · KERN & BREHMAlbert-Rosshaupter-Strasse 65 ■ D 8000 München 70 · Telefon (089) 7605520 ■ Telex 05-212284 patsd Telegramme Kernpalent MünchenGeot-7176/1 Ke/hö3.April 1984GEOTEC GmbH
Ladenburger Str. 80
6900 HeidelbergPatentansprüche{' 1.J Verfahren zur Bestimmung der Feuchte und Temperatur mineralischer und/oder organischer Gemische, insbesondere des Erdbodens, mit Hilfe einer Meßzelle, durch die eine kapazitive Messung des Bodenwassergehaltes vorgenommen
wird, wobei die relative Dielektrizitätskonstante des
Wassers, deren Einfluß auf die Kapazität eines Platten-.kondensators von dem Wassergehalt des zwischen den Kondensatorplatten befindlichen Meßgutes abhängt, entsprechend der Gleichung^n X er x AC -mit: C = Kapazität des Kondensators in Farad
£n = natürliche Dielektrizitätskonstante
£r = relative Dielektrizitätskonstante des Boden-WassergemischesA = Fläche einer Kondensatorplatte
d = Abstand der Kondensatorplatten voneinandergemessen und mit Hilfe einer elektronischen, eine Eingangsstufe mit einem Oszillator und einer Sendestufe arbeitenden Schaltung über einen HF-Transistor ein hochfrequenter Spannungsimpuls an die eine Kondensatorplatte gelegt wird, der durch das Meßgut hindurch auf die zweite Kondensatorplatte übertragen und in einer Empfangsstufe mit angeschlossenem AC-Verstärker in ein digitales, die Feuchte allein oder in Verbindung mit der Temperatur des Meßgutes angebendes Signal verwandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Umgebungstemperatur auf das Meßsignal ausgeschaltet wird, indem mit der Impulsfrequenz des Oszillators eine monostabile Kippstufe angestossen wird, die auf eine feste Impulsbreite ausgelegt ist und mit ihrem Temperaturgang dem Temperaturgang des Impulsoszillators- entgegenwirkt. - 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Meßzelle, die als Fühler in Form einer in das Meßgut einsteckbaren Steckgabel ausgebildet ist, welche zwei parallele Zinken aufweist, die je eine Kupferplatte enthalten, welche an eine bestückte Leiterplatte angeschlossen sind und einen konstanten Abstand voneinander aufweisen, und die wenigstens mit einem Temperaturfühler versehen sind, wobei die Bestückung der Leiterplatte eine elektronische Schaltung mit einer einen Oszillator und eine Sendestufe aufweisenden Eingangsstufe zur Erzeugung eines kapazitiv gemessenen, die Feuchte des zwischen den Zinken befindlichen Meßgutes angebenden Signales aufweist, gekennzeichnet durch eine monostabile Kippstufe, die mit der Impulsfrequenz des Oszillators (8) anstossbar ist und auf eine feste Impulsbreite ausgelegt ist und einen Temperaturgang aufweist, der dem Temperaturgang des Oszillators entgegenwirkt.EPO - COPY
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843412498 DE3412498A1 (de) | 1984-01-26 | 1984-04-03 | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der feuchte und temperatur mineralischer und/oder organischer gemische |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843402708 DE3402708A1 (de) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der feuchte und temperatur mineralischer und/oder organischer gemische |
DE19843412498 DE3412498A1 (de) | 1984-01-26 | 1984-04-03 | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der feuchte und temperatur mineralischer und/oder organischer gemische |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3412498A1 true DE3412498A1 (de) | 1985-10-10 |
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ID=25817923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843412498 Ceased DE3412498A1 (de) | 1984-01-26 | 1984-04-03 | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der feuchte und temperatur mineralischer und/oder organischer gemische |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3412498A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3642771A1 (de) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Kuipers Ulrich | Verfahren und vorrichtung zur messung der messgroesse eines messobjekts |
DE3937205A1 (de) * | 1989-11-08 | 1991-05-16 | Deutsch Franz Forsch Inst | Messeinrichtung zur erfassung einer physikalischen groesse |
DE3940032A1 (de) * | 1989-12-04 | 1991-06-13 | Hauber Elektronik Gmbh | Messgeraet fuer wassergehalt in bremsfluessigkeit von kfz |
-
1984
- 1984-04-03 DE DE19843412498 patent/DE3412498A1/de not_active Ceased
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3642771A1 (de) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Kuipers Ulrich | Verfahren und vorrichtung zur messung der messgroesse eines messobjekts |
DE3937205A1 (de) * | 1989-11-08 | 1991-05-16 | Deutsch Franz Forsch Inst | Messeinrichtung zur erfassung einer physikalischen groesse |
DE3940032A1 (de) * | 1989-12-04 | 1991-06-13 | Hauber Elektronik Gmbh | Messgeraet fuer wassergehalt in bremsfluessigkeit von kfz |
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