DE4308720A1 - Measuring device for determining soil properties - Google Patents
Measuring device for determining soil propertiesInfo
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Abstract
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).The invention relates to a measuring device for determining soil properties, consisting of a hollow body to be inserted into the floor with a porous liquid-permeable wall, the interior of which is gas-tight with an outside the bottom of the pressure measuring device is connected. Such Measuring devices are described in the literature as tensiometers (DIN 19 682 sheet 4, "Determination of the suction tension with the tensiometer"). The one from the ceramic cell escaping liquid creates a vacuum inside the device, which depends on the suction tension of the floor. About the determination of the suction voltage (DIN 19 683 sheet 5, "Determination of the suction tension of the soil water") can be deduced from the matrix potential of the soil water. Of such Tensiometers became different designs and functional principles described. They differ in the way the pressure measuring device works and the way they are coupled to the tensiometer (DE 26 18 540, DE-GM 69 05 206, GB 1527048, GB 2137760 and 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.However, there are some problems in particular with continuous operation of tensiometers for which no satisfactory solutions were available. So penetrate inevitably dissolved in the soil solution with changing soil moisture Gases and salts in the tensiometer that must be removed (DE 39 11 151). Otherwise, these gases will increase the response time of the tensiometer, whereby the measured vacuum is not the actual one Suction voltage corresponds, but this follows only with a time delay. Furthermore the gases in the tensiometer lead to an increased temperature dependence of the Measurement result. So far, a removal of the gases from the tensiometer is provided at all, it relies on the rise of the gas bubbles within the tensiometer body and then opening the device for the purpose Refill liquid. However, this approach is subject to two conditions bound. First, the tensiometer must be installed vertically in the ground and secondly, the body of the tensiometer must have a certain one Have width, otherwise the gas bubbles due to adhesive forces within of the tensiometer cannot rise. An exchange of the fluid for the purpose of setting a defined salt concentration within the Tensiometers cannot be realized in this way at all. The disadvantage is further that with the loss of vacuum by opening the tensiometer high soil suction voltage increases fluid flowing into the soil, causing disruption of the measuring field in the vicinity of the measuring device. The time series of the As a result, measured values become discontinuous. Furthermore, it is necessary to use the pressure measuring device recalibrate from time to time. This should be from the above Reasons also without removing the tensiometer and without loss of vacuum be feasible.
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.The invention has for its object a measuring device for determining To train soil properties so that in the course of operation in the Meter penetrating gases and salts regardless of the size of the meter and its location in the ground can be removed. The vacuum should remain inside and a calibration of the pressure measuring device be possible without removal.
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.This object is achieved in that the interior of the Tensiometers has three openings, one of which with a pressure measuring device communicates. The other two are equipped with stopcocks, with which a permanent or detachable connection to pressure vessels can be established. The tap opposite the ceramic cell, hereinafter referred to as the inlet tap, is connected within the measuring device with a tube that extends into the ceramic cell enough and has an opening there. Through this inlet valve and the pipe connected is, if necessary, liquid introduced, which in the Liquid and gas bubbles are displaced by the measuring device. The other rooster serves as an outlet for gas bubbles and excess liquid. About this process in addition to a liquid supply at the inlet tap a pressure difference between the inlet and outlet valve. To the unwanted Transfer of water from the ceramic cell into the cell during this rinsing process To avoid soil, the process is preferably done by applying a vacuum started at the outlet tap. If the soil is very dry, it is above In addition, it is recommended that the liquid entering before opening the Prestressing cocks with negative pressure. For this purpose, both taps with vacuum vessels connected. The appropriate negative pressure in the liquid storage vessel corresponds to the negative pressure determined by the sensor before opening the roosters. The vacuum is then reduced in the other vacuum vessel until until the fluid exchange takes place quickly enough.
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.The arrangement of the measuring device and vacuum vessel can also be used for calibration of the sensor can be used. For this purpose, a vacuum is known at the outlet tap Size created, the z. B. is checked via a mercury manometer. This is expediently somewhat lower than that of the sensor when it is closed Cocks determined negative pressure. If only the outlet tap is now opened, there is the possibility of reading the value determined by the sensor by reading the Compare mercury pressure gauges without using the tensiometer or the Sensor must be removed.
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.There is also the possibility of using the measuring device to obtain samples the floor solution. To do this, the function of the two taps reversed. By applying negative pressure to the inlet valve while at the same time In the open atmosphere of the outlet tap, the measuring device is connected to the inlet tap emptied. Then the outlet tap with negative pressure still present closed, the measuring device fills with soil solution. After some Time taken by opening the outlet tap again via the inlet tap become. The negative pressure with which the soil solution is extracted from the soil can be controlled via the sensor. It is through the inner tube possible to empty the measuring device almost completely. So even very small ones Amounts of soil solution are obtained. Since an almost complete emptying is possible, a mixing of samples is avoided, which lead to different Times or at different negative pressures.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von drei in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be illustrated below with reference to three drawings Embodiments are explained in more detail.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 Schnittdarstellung des Meßgeräts Fig. 1 sectional view of the measuring device
Fig. 2 vergrößerte Schnittdarstellung der Keramikzelle Fig. 2 enlarged sectional view of the ceramic cell
Fig. 3 Schema der Verbindungen zwischen den Unterdruckgefäßen und dem Meßgerät Fig. 3 Scheme of the connections between the vacuum vessels and the measuring device
Fig. 4 Meßgerät eingebaut in Probenahmezylinder Fig. 4 measuring device installed in the sampling cylinder
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.The measuring device shown in Fig. 1 consists of a metal base body 1 , which has three openings 2, 3 and 4 , to which the outlet tap 5 and the inlet tap 6 and the pressure sensor 7 are connected gas-tight. In addition, a tube 8 is connected to the base body 1 , to which the ceramic cell 9 is fastened. Starting from the opening 3 , a tube 10 leads coaxially through the base body 1 and tube 8 into the interior of the ceramic cell 9 (see also FIG. 2). The end piece 11 closes the space between tube 10 and the interior of the base body 1 . This ensures that liquid entering via inlet tap 6 and opening 3 can only enter the interior of base body 1 after passing through ceramic cell 9 and can exit again via outlet tap 5 .
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. Fig. 3 shows the connection of a measuring device according to Fig. 1 with two pressure vessels 13 and 14 , wherein there is a liquid supply in the pressure vessel 13 . Due to a slight negative pressure in pressure vessel 14 compared to pressure vessel 13 , after opening taps 5 and 6, liquid 15 flows through the measuring device. The pressure in pressure vessel 13 can be different from that of the free atmosphere and z. B. can be adjusted to the internal pressure of the measuring device before opening the taps. This flow of liquid 15 through the measuring device can be used to remove gas from the measuring device. Under certain circumstances, however, it may also be desirable to replace the measuring device's liquid filling. After the meter has been in operation for a long time, the ion concentration between the soil solution and the meter filling is balanced. The ion concentration in the measuring device can be brought to negligible values by rinsing with distilled water. If the suction tension of the floor is measured again under otherwise identical conditions after such a flushing, other measured values may be obtained from which the osmotic potential of the floor under investigation can be concluded.
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. FIG. 4 shows the measuring device according to FIG. 1 installed in a piercing cylinder 18 for soil sampling. In order to be able to measure over a longer period of time, a consistently good contact between the ceramic cell 9 and the soil sample 17 must be ensured. This is achieved in that the insert 16 is screwed into the piercing cylinder 18 filled with the soil sample 17 . The union nut 12 of the measuring device is screwed onto this insert 16 on the opposite side and the measuring device is thus fixed relative to the soil sample 17 .
BezugszeichenlisteReference list
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 1 basic body
2 opening in the base body
3 Opening in the base body
4 Opening in the base body
5 outlet tap
6 inlet valve
7 pressure sensor
8 pipe
9 ceramic cell
10 pipe
11 end piece
12 union nut
13 vacuum vessel
14 vacuum vessel with liquid supply
15 liquid
16 use
17 soil sample
18 stick cylinders
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934308720 DE4308720A1 (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Measuring device for determining soil properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934308720 DE4308720A1 (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Measuring device for determining soil properties |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4308720A1 true DE4308720A1 (en) | 1994-09-22 |
Family
ID=6483172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19934308720 Withdrawn DE4308720A1 (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Measuring device for determining soil properties |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8122 | Nonbinding interest in granting licenses declared | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |