DE4308720A1 - Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften - Google Patents
Meßgerät zur Bestimmung von BodeneigenschaftenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften,
bestehend aus einem in den Boden einzubringenden Hohlkörper mit einer porösen,
flüssigkeitsdurchlässigen Wand, dessen Innenraum gasdicht mit einer außerhalb
des Bodens befindlichen Druckmeßeinrichtung verbunden ist. Derartige
Meßgeräte sind in der Literatur als Tensiometer beschrieben (DIN 19 682 Blatt 4,
"Bestimmung der Saugspannung mit dem Tensiometer"). Die aus der Keramikzelle
austretende Flüssigkeit erzeugt innerhalb des Geräts einen Unterdruck, der
von der Saugspannung des Bodens abhängt. Über die Bestimmung der Saugspannung
(DIN 19 683 Blatt 5, "Bestimmung der Saugspannung des Bodenwassers")
kann auf das Matrixpotential des Bodenwassers geschlossen werden. Von derartigen
Tensiometern wurden verschiedene Bauformen und Funktionsprinzipien
beschrieben. Sie unterscheiden sich in der Funktionsweise der Druckmeßeinrichtung
und der Art und Weise ihrer Ankopplung an das Tensiometer (DE 26 18 540,
DE-GM 69 05 206, GB 1527048, GB 2137760 und US 3884067).
Insbesondere beim Dauerbetrieb von Tensiometern sind jedoch einige Probleme
beschrieben worden, für die bislang keine befriedigenden Lösungen vorlagen. So
dringen bei wechselnder Bodenfeuchte unvermeidbar in der Bodenlösung gelöste
Gase und Salze in das Tensiometer ein, die entfernt werden müssen (DE
39 11 151). Andernfalls verursachen diese Gase eine Verlängerung der Reaktionszeit
des Tensiometers, wodurch der gemessene Unterdruck nicht der tatsächlichen
Saugspannung entspricht, sondern dieser nur zeitverzögert folgt. Außerdem
führen die Gase im Tensiometer zu einer erhöhten Temperaturabhängigkeit des
Meßergebnisses. Insoweit eine Entfernung der Gase aus dem Tensiometer bisher
überhaupt vorgesehen ist, beruht sie auf dem Aufsteigen der Gasblasen innerhalb
des Tensiometerkörpers und einem anschließenden Öffnen des Geräts zwecks
Nachfüllen von Flüssigkeit. Diese Vorgehensweise ist jedoch an zwei Bedingungen
gebunden. Erstens muß das Tensiometer dazu senkrecht in den Boden eingebaut
werden und zweitens muß der Körper des Tensiometers eine bestimmte
Weite aufweisen, da sonst die Gasblasen aufgrund von Adhäsionskräften innerhalb
des Tensiometers nicht aufsteigen können. Ein Austausch der Flüssigkeit
zum Zwecke des Einstellens einer definierten Salzkonzentration innerhalb des
Tensiometers ist auf diese Weise überhaupt nicht realisierbar. Nachteilig ist
weiterhin, daß mit dem Unterdruckverlust durch Öffnen des Tensiometers bei
hoher Bodensaugspannung verstärkt Flüssigkeit in den Boden fließt, was zur Störung
des Meßfeldes in der Umgebung des Meßgerätes führt. Die Zeitreihen der
Meßwerte werden dadurch unstetig. Weiterhin ist es erforderlich, die Druckmeßeinrichtung
von Zeit zu Zeit neu zu kalibrieren. Dies sollte aus den genannten
Gründen ebenfalls ohne Ausbau des Tensiometers und ohne Unterdruckverlust
realisierbar sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zur Bestimmung von
Bodeneigenschaften so auszubilden, daß die im Verlaufe des Betriebs in das
Meßgerät eindringenden Gase und Salze unabhängig von der Größe des Meßgeräts
und seiner Lage im Boden entfernt werden können. Dabei soll der Unterdruck
im Inneren erhalten bleiben und eine Kalibrierung der Druckmeßeinrichtung
ohne Ausbau möglich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenraum des
Tensiometers drei Öffnungen aufweist, wovon eine mit einer Druckmeßeinrichtung
in Verbindung steht. Die beiden anderen sind mit Absperrhähnen versehen,
über die eine ständige oder lösbare Verbindung zu Druckgefäßen herstellbar ist.
Der der Keramikzelle gegenüberliegende Hahn, im folgenden Einlaßhahn genannt,
ist innerhalb des Meßgeräts mit einem Rohr verbunden, das bis in die Keramikzelle
reicht und dort eine Öffnung aufweist. Durch diesen Einlaßhahn und
das damit verbundene Rohr wird bei Bedarf Flüssigkeit eingeleitet, die die im
Meßgerät befindliche Flüssigkeit und Gasblasen verdrängt. Der andere Hahn
dient als Auslaß für Gasblasen und überschüssige Flüssigkeit. Um diesen Vorgang
einzuleiten, bedarf es neben eines Flüssigkeitsvorrats am Einlaßhahn auch
einer Druckdifferenz zwischen Einlaß- und Auslaßhahn. Um den ungewollten
Übertritt von Wasser während dieses Spülvorgangs aus der Keramikzelle in den
Boden zu vermeiden, wird der Vorgang vorzugsweise durch Anlegen eines Unterdrucks
am Auslaßhahn in Gang gesetzt. Bei sehr trockenem Boden ist es darüber
hinaus empfehlenswert, auch die eintretende Flüssigkeit vor Öffnung der
Hähne mit Unterdruck vorzuspannen. Dazu werden beide Hähne mit Unterdruckgefäßen
verbunden. Der zweckmäßige Unterdruck im Flüssigkeitsvorratsgefäß
entspricht dabei dem vom Sensor ermittelten Unterdruck vor dem Öffnen
der Hähne. Im anderen Unterdruckgefäß wird der Unterdruck dann so lange gesenkt,
bis der Flüssigkeitsaustausch genügend schnell vonstatten geht.
Die Anordnung von Meßgerät und Unterdruckgefäß kann auch zur Kalibrierung
des Sensors genutzt werden. Dazu wird am Auslaßhahn ein Unterdruck bekannter
Größe angelegt, der z. B. über ein Quecksilbermanometer kontrolliert wird.
Dieser ist zweckmäßiger Weise etwas niedriger als der vom Sensor bei geschlossenen
Hähnen ermittelte Unterdruck. Wird nun nur der Auslaßhahn geöffnet,
besteht die Möglichkeit, den vom Sensor ermittelten Wert mit der Ablesung des
Quecksilbermanumeters zu vergleichen, ohne daß dazu das Tensiometer oder der
Sensor ausgebaut werden muß.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Meßgerät auch zur Gewinnung von Proben
der Bodenlösung einzusetzen. Dazu wird die Funktion der beiden Hähne
vertauscht. Durch Anlegen von Unterdruck am Einlaßhahn bei gleichzeitig zur
freien Atmosphäre geöffnetem Auslaßhahn wird das Meßgerät über den Einlaßhahn
entleert. Wird dann der Auslaßhahn bei weiterhin anliegendem Unterdruck
geschlossen, füllt sich das Meßgerät mit Bodenlösung. Diese kann nach einiger
Zeit durch erneutes Öffnen des Auslaßhahns über den Einlaßhahn entnommen
werden. Der Unterdruck, mit dem die Bodenlösung dem Boden entzogen wird,
kann dabei über den Sensor kontrolliert werden. Durch das innere Rohr ist es
möglich, das Meßgerät fast vollständig zu entleeren. So können auch sehr geringe
Mengen an Bodenlösung gewonnen werden. Da eine fast vollständge Entleerung
möglich ist, wird eine Vermischung von Proben vermieden, die zu unterschiedlichen
Zeitpunkten oder bei unterschiedlichen Unterdrücken entnommen werden.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von drei in Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 Schnittdarstellung des Meßgeräts
Fig. 2 vergrößerte Schnittdarstellung der Keramikzelle
Fig. 3 Schema der Verbindungen zwischen den Unterdruckgefäßen und dem
Meßgerät
Fig. 4 Meßgerät eingebaut in Probenahmezylinder
Das in Fig. 1 dargestellte Meßgerät besteht aus einem metallenem Grundkörper 1,
der drei Öffnungen 2, 3 und 4 aufweist, an denen der Auslaßhahn 5 und der
Einlaßhahn 6 sowie der Drucksensor 7 gasdicht angeschlossen sind. Außerdem
ist mit dem Grundkörper 1 ein Rohr 8 verbunden, an dem die Keramikzelle 9 befestigt
ist. Ausgehend von der Öffnung 3 führt ein Rohr 10 koaxial durch Grundkörper
1 und Rohr 8 bis in das Innere von Keramikzelle 9 (siehe auch Fig. 2).Das
Abschlußstück 11 verschließt den Raum zwischen Rohr 10 und dem Innenraum
von Grundkörper 1. Damit wird sichergestellt, daß über Einlaßhahn 6 und Öffnung
3 eintretende Flüssigkeit erst nach Durchgang durch Keramikzelle 9 in den
Innenraum des Grundkörpers 1 gelangen und über Auslaßhahn 5 wieder austreten
kann.
Fig. 3 zeigt die Verbindung eines Meßgeräts nach Fig. 1 mit zwei Druckgefäßen
13 und 14, wobei sich in Druckgefäß 13 ein Flüssigkeitsvorrat befindet. Durch
einen geringen Unterdruck in Druckgefäß 14 gegenüber Druckgefäß 13 wird
nach Öffnen der Hähne 5 und 6 das Meßgerät von der Flüssigkeit 15
durchströmt. Dabei kann der Druck in Druckgefäß 13 unterschiedlich von dem der
freien Atmosphäre sein und z. B. auf den Innendruck des Meßgeräts vor dem
Öffnen der Hähne eingestellt werden. Dieses Durchströmen des Meßgeräts mit
der Flüssigkeit 15 kann einmal dem Entfernen von Gas aus dem Meßgerät dienen.
Unter Umständen kann aber auch der Austausch der Flüssigkeitsfüllung des
Meßgeräts wünschenswert sein. Nach längerem Betrieb des Meßgeräts stellt sich
ein Gleichgewicht der Ionenkonzentration zwischen Bodenlösung und Meßgerätefüllung
ein. Durch Spülung mit destilliertem Wasser kann die Ionenkonzentration
im Meßgerät auf vernachlässigbar geringe Werte gebracht werden. Wird
unter sonst gleichen Bedingungen nach einer solchen Spülung erneut die Saugspannung
des Bodens gemessen, erhält man unter Umständen andere Meßwerte,
aus denen auf das osmotische Potential des untersuchten Bodens geschlossen
werden kann.
Die Fig. 4 zeigt das Meßgerät nach Fig. 1 eingebaut in einen Stechzylinder 18 zur
Bodenprobenahme. Um über einen längeren Zeitraum hinweg messen zu können,
muß ein gleichbleibend guter Kontakt zwischen Keramikzelle 9 und der Bodenprobe
17 gewährleistet sein. Das wird dadurch erreicht, daß in den mit der Bodenprobe
17 gefüllte Stechzylinder 18 der Einsatz 16 eingeschraubt wird. An
diesem Einsatz 16 wird auf der gegenüberliegenden Seite die Überwurfmutter 12
des Meßgeräts angeschraubt und damit das Meßgerät relativ zur Bodenprobe 17
fixiert.
Bezugszeichenliste
1 Grundkörper
2 Öffnung im Grundkörper
3 Öffnung im Grundkörper
4 Öffnung im Grundkörper
5 Auslaßhahn
6 Einlaßhahn
7 Drucksensor
8 Rohr
9 Keramikzelle
10 Rohr
11 Abschlußstück
12 Überwurfmutter
13 Unterdruckgefäß
14 Unterdruckgefäß mit Flüssigkeitsvorrat
15 Flüssigkeit
16 Einsatz
17 Bodenprobe
18 Stechzylinder
2 Öffnung im Grundkörper
3 Öffnung im Grundkörper
4 Öffnung im Grundkörper
5 Auslaßhahn
6 Einlaßhahn
7 Drucksensor
8 Rohr
9 Keramikzelle
10 Rohr
11 Abschlußstück
12 Überwurfmutter
13 Unterdruckgefäß
14 Unterdruckgefäß mit Flüssigkeitsvorrat
15 Flüssigkeit
16 Einsatz
17 Bodenprobe
18 Stechzylinder
Claims (2)
1. Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften mit einer in den Boden
eindringenden Keramikzelle (9) deren Innenraum gasdicht mit einer außerhalb
des Bodens befindlichen Druckmeßeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Grundkörper (1) drei Öffnungen (2, 3, 4) aufweist, an denen
zwei Hähne (5, 6) und ein Drucksensor (7) gasdicht angeschlossen sind und von
Öffnung (3) ein Rohr (10), durch das Abschlußstück (11) gegenüber dem Innenraum
von Grundkörper (1) abgedichtet, bis in das Innere von Keramikzelle (9)
führt.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des
Meßgeräts ein Einsatz (16) in den Stechzylinder (18) eingeschraubt wird, an dem
eine Überwurfmutter (12) des Meßgeräts befestigt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934308720 DE4308720A1 (de) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934308720 DE4308720A1 (de) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4308720A1 true DE4308720A1 (de) | 1994-09-22 |
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ID=6483172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934308720 Withdrawn DE4308720A1 (de) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften |
Country Status (1)
Country | Link |
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