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Dokumentenidentifikation DE4308720A1 22.09.1994
Titel Meßgerät zur Bestimmung von Bodeneigenschaften
Anmelder Tölle, Rainer, Dr.agr., O-1040 Berlin, DE;
Plagge, Rudolf, Dr.agr., 1000 Berlin, DE;
Raasch, Horst, O-1115 Berlin, DE
Erfinder Tölle, Rainer, Dr.agr., O-1040 Berlin, DE;
Plagge, Rudolf, Dr.agr., 1000 Berlin, DE;
Raasch, Horst, O-1115 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 15.03.1993
DE-Aktenzeichen 4308720
Offenlegungstag 22.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.09.1994
IPC-Hauptklasse G01N 33/24
IPC-Nebenklasse G01N 15/08   G01L 9/00   G01L 19/00   
Zusammenfassung Bei einem 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, weist der Grundkörper (1) drei Öffnungen (2, 3, 4) auf, an denen zwei Hähne (5, 6) und ein Drucksensor (7) gasdicht angeschlossen sind. Von Öffnung (3) führt ein Rohr (10) bis in das Innere von Keramikzelle (9). Damit wird sichergestellt, daß über Einlaßhahn (6) eintretende Flüssigkeit erst nach Durchgang durch Keramikzelle (9) in den Innenraum des Grundkörpers (1) gelangen und über Auslaßhahn (5) wieder austreten kann. Dieses Durchströmen des Meßgeräts mit Flüssigkeit dient dem Entfernen von Gasen und Salzen aus dem Meßgerät und kann bei im Boden befindlichen Meßgerät erfolgen. Der Druck der durchströmenden Flüssigkeit kann verschieden von dem der freien Atmosphäre sein, wodurch eine Kalibrierung des Sensors ohne dessen Ausbau möglich ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Meßgerät auch zur Gewinnung von Proben der Bodenlösung einzusetzen.

Beschreibung[de]

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


Anspruch[de]
  1. 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. 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.






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