DE3911151A1 - Measuring device for determining soil properties - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung von Boden eigenschaften mit einer in den Boden einbringbaren Meßzelle mit einer porösen, flüssigkeitsdurchlässigen Wand, deren Innenraum gasdicht mit einem an der Bodenoberfläche angeordneten Anschluß gerät verbunden ist.The invention relates to a measuring device for determining soil properties with a measuring cell that can be inserted into the floor a porous, liquid-permeable wall, the interior of which gastight with a connection arranged on the floor surface device is connected.
Derartige Meßgeräte sind als Tensiometer bekannt, mit denen über die Bestimmung des relativen Wasserdampfdrucks das Gesamtpoten tial (Matrixpotential) des Bodenwassers bestimmt werden kann. Hierzu ist der Innenraum der Meßzelle mit Wasser gefüllt. Das in den Boden austretende Wasser erzeugt in der Meßzelle einen Unter druck, dessen Höhe von dem relativen Wasserdampfdruck des Bodens in der Höhe der Meßzelle abhängig ist.Such measuring devices are known as tensiometers, with which about the determination of the relative water vapor pressure the total potential tial (matrix potential) of the soil water can be determined. For this purpose, the interior of the measuring cell is filled with water. This in Water emerging from the floor creates a sub in the measuring cell pressure, the height of which is the relative water vapor pressure of the soil depends on the height of the measuring cell.
Für derartige Tensiometer sind mehrere Bauarten bekannt. Bei einem Quecksilbertensiometer ist die Meßzelle mit einem auf die Bodenoberfläche ragenden Rohr verbunden, das in einen Behälter mit einer Quecksilbersäule mündet. Die Quecksilbersäule dient als Manometer für den Unterdruck in der Meßzelle, weil das Rohr bis zur Quecksilbersäule ebenfalls mit Wasser gefüllt ist. Da sich ein Teil des Wasserrohres an der Erdoberfläche befindet, kann dieses Tensiometer nicht in Jahreszeiten mit Frostgefahr einge setzt werden. Der oberirdische Teil ist darüber hinaus sehr störungsanfällig, was ein Auslaufen des Quecksilbers - und damit einer toxische Bodenbelastung - mit sich bringen kann. Das Gerät muß häufig gewartet werden und seine Meßdaten müssen durch eine Bedienperson abgelesen werden. Hieraus ergeben sich normalerweise lange Meßintervalle. Bei einer als "Einstichtensiometer" bekann ten Bauart ist die Meßzelle durch eine Abschlußkappe abgedichtet, in die eine mit einer Kanüle durchstoßbare Scheidewand integriert ist. Durch die Kanüle wird der im Meßkörper herrschende Unter druck auf ein Manometer übertragen. Auch hierbei wird die Daten erfassung durch Ablesen der Meßwerte und Eintragen in vorberei tete Formblätter vorgenommen, woraus sich regelmäßig lange Meß intervalle ergeben. Darüber hinaus zeigt sich, daß die Meßwerte einem systematischen Fehler unterliegen, der sich daraus ergibt, daß beim Einstechen der Kanüle durch die Scheidewand eine Luft blase in den Innenraum der Meßzelle gelangt, die aufgrund ihrer Kompressiblität sowohl den absoluten Druck als auch den Druckver lauf während der Messung verändert.Several types are known for such tensiometers. In the case of a mercury tensiometer, the measuring cell is connected to a tube projecting onto the ground surface, which opens into a container with a column of mercury. The mercury column serves as a manometer for the negative pressure in the measuring cell, because the tube up to the mercury column is also filled with water. Since part of the water pipe is on the surface of the earth, this tensiometer cannot be used in seasons with a risk of frost. The above-ground part is also very susceptible to interference, which leakage of mercury - and thus a toxic soil pollution - can bring. The device must be serviced frequently and its measurement data must be read by an operator. This usually results in long measuring intervals. In a design known as a "puncture tensiometer", the measuring cell is sealed by an end cap into which a septum which can be penetrated by a cannula is integrated. Through the cannula, the negative pressure prevailing in the measuring body is transferred to a manometer. Here, too, the data is acquired by reading the measured values and entering them in prepared forms, which regularly results in long measuring intervals. In addition, it is shown that the measured values are subject to a systematic error which results from the fact that when the needle is inserted through the septum, an air bubble enters the interior of the measuring cell, which due to its compressibility runs both the absolute pressure and the pressure curve during the measurement changed.
Es ist auch versucht worden, die Meßzelle mit dem Manometer in einem einheitlichen Gerät zur kombinieren. Diese meßtechnisch vorteilhafte Ausbildung weist in der Praxis jedoch erhebliche Nachteile auf. Eine Ergänzung des Wasserverlusts der Meßzelle ist nicht in einfacher Weise möglich. Darüber hinaus muß der Druck aufnehmer im Abstand von sechs bis zwölf Monaten geeicht werden, wofür das gesamte Tensiometer ausgebaut werden muß. Hierdurch sind Änderungen der bodenphysikalischen Parameter, z. B. durch Verdichtung, unvermeidlich. Tritt an der porösen, vorzugsweise keramischen Meßzelle oder am Manometer ein Defekt auf, bedeutet dies jeweils den Verlust des ganzen Tensiometers.Attempts have also been made to place the measuring cell in the pressure gauge to combine a uniform device. This metrologically In practice, however, advantageous training is considerable Disadvantages. An addition to the water loss of the measuring cell is not easily possible. In addition, the pressure sensors are calibrated every six to twelve months, for which the entire tensiometer must be removed. Hereby are changes in soil physical parameters, e.g. B. by Compression, inevitable. Occurs on the porous, preferably ceramic measuring cell or on the manometer a defect means this is the loss of the entire tensiometer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zur Be stimmung von Bodeneigenschaften der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine etwaige Wartung bei im Boden verbleibender Meßzelle erfolgen kann und daß eine unmittelbare Feststellung von Meßwerten und ggf. verschiedene Ausnutzungen der Meßzelle möglich sind.The invention has for its object to be a measuring device for loading mood of soil properties of the type mentioned above train that any maintenance while remaining in the ground Measuring cell can take place and that an immediate detection of Measured values and various uses of the measuring cell are possible are.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Meßgerät der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Meßzelle mit dem Anschlußgerät lösbar verbunden ist, daß die Meßzelle oben offen ausgebildet und erst durch das angeschlossene Anschlußgerät gasdicht verschließbar ist.This object is achieved with a measuring device initially mentioned type solved in that the measuring cell with the Connection device is detachably connected so that the measuring cell is open at the top trained and only by the connected connection device can be closed gas-tight.
Im Unterschied zu den bisherigen, bei Tensiometern bekannten Ausführungsformen ist die Meßzelle bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät selbst nicht gasdicht verschlossen sondern oben offen. Erst durch das Anschließen des oberhalb der Bodenoberfläche angeordneten Anschlußgeräts wird der erforderliche gasdichte Verschluß der Meßzellen hergestellt. Die Meßzelle ist hierbei zweckmäßigerweise durch ein oben offenes Rohrstück abgeschlossen, das sich bis zur Bodenoberfläche erstreckt.In contrast to the previous ones known for tensiometers Embodiments is the measuring cell in the invention The measuring device itself is not gas-tight but open at the top. Only by connecting the above the floor surface Arranged connecting device is the required gas-tight Closure of the measuring cells made. The measuring cell is here expediently through a pipe section open at the top completed, which extends to the ground surface.
Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät können alle Wartungsarbeiten der Meßzelle, wie insbesondere Nachfüllen von Wasser, aber auch erfindungsgemäß das Umrüsten des Geräts, ohne irgendeine Verän derung der Position der Meßzelle erfolgen. Das vorzugsweise angeschraubte Anschlußgerät kann an der Verbindungsstelle zur Meßzelle in einer bevorzugten Ausführungsform einen elektrischen Druckaufnehmer aufweisen und so mit der Meßzelle ein Tensiometer bilden. Mit dem elektrischen Druckaufnehmer ist zweckmäßigerweise eine Platine zur ersten Datenaufbereitung verbunden, so daß die Daten ohne die Gefahr von Störungen auf ein Registriergerät, beispielsweise einen Schreiber, einen Rechner oder eine Daten speicher, übertragen werden können. Hierzu kann das Anschlußgerät auf dem der Meßzelle entfernten Ende einen Stecker für eine Datenleitung aufweisen.In the measuring device according to the invention, all maintenance work can be done the measuring cell, such as refilling water in particular, but also According to the invention, the conversion of the device without any changes Change the position of the measuring cell. That is preferable screwed connection device can at the junction to Measuring cell in a preferred embodiment, an electrical Have pressure transducers and so a tensiometer with the measuring cell form. With the electrical pressure sensor is expedient a board for the first data preparation connected so that the Data without the risk of interference on a recording device, for example a recorder, a computer or a data memory that can be transferred. For this, the connecting device on the end remote from the measuring cell, a plug for a Have data line.
Erfindungsgemäß ist an die Meßzelle aber auch ein Anschlußgerät anschließbar, das einen Anschluß für eine Absaugeinrichtung zur Bildung eines Lysimeters mit der Meßzelle aufweist. In diesem Anwendungsfall ist die Meßzelle nicht mit Wasser gefüllt sondern leer. Die durch den Unterdruck in die Meßzelle gelangende Flüssigkeit steht für die Analyse der Bodenfeuchte in der Entnahmetiefe zur Verfügung. Für diese Anwendung weist das Anschlußgerät vorzugsweise ein bis auf den Boden der Meßzelle ragendes Innenrohr auf, mit dem die Feuchtigkeit abgesaugt wird.According to the invention, however, there is also a connection device to the measuring cell connectable, which is a connection for a suction device Forming a lysimeter with the measuring cell. In this The measuring cell is not filled with water, but instead empty. The one entering the measuring cell due to the negative pressure Liquid stands for the analysis of soil moisture in the Depth of cut available. For this application, this indicates Connection device preferably one to the bottom of the measuring cell protruding inner tube with which the moisture is sucked off.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment are explained in more detail. It demonstrate:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Meßzelle Fig. 1 shows a vertical section through a measuring cell
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein Anschlußgerät mit einem Druckaufnehmer Fig. 2 is a vertical section through a connection device with a pressure sensor
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein Anschlußgerät zur Bildung eines Lysimeters. Fig. 3 is a vertical section through a connection device for forming a lysimeter.
Fig. 1 verdeutlicht, daß die Meßzelle aus einem hohlzylin drischen Rohr 1 besteht, das an seiner Oberseite einen zylin drischen Ansatz 2 mit einem Außengewinde aufweist. Am unteren Ende ist das Rohr in geeigneter Weise, beispielsweise durch Kleben, mit einem keramischen Abschlußteil verbunden, dessen zylindrische Außenwand die zylindrische Außenwand des Rohrstücks 1 fortsetzt und das eine Abschluß-Stirnwand 4 aufweist. Der dadurch gebildete Innenraum wird durch den Kanal des Rohrstücks 1 fortgesetzt, wodurch der gesamte Innenraum 5 der Meßzelle gebildet ist. Zur Verbesserung der mechanischen Verbindung zwischen dem Rohrstück und dem Abschlußteil 3 ragt das Abschlußteil 3 mit einem inneren zylindrischen Ansatz 6 in das innen entsprechende aufgeweitete Rohrstück 1 hinein. Fig. 1 illustrates that the measuring cell consists of a hollow cylindrical tube 1 , which has a cylindrical extension 2 with an external thread on its top. At the lower end, the pipe is connected in a suitable manner, for example by gluing, to a ceramic end part, the cylindrical outer wall of which continues the cylindrical outer wall of the pipe section 1 and which has a final end wall 4 . The interior thus formed is continued through the channel of the pipe section 1 , whereby the entire interior 5 of the measuring cell is formed. To improve the mechanical connection between the pipe piece and the closing part 3, the sealing member 3 protrudes to an inner cylindrical extension 6 in the inside respective flared pipe piece. 1
Der oben offene Innenraum 5 der Meßzelle ist durch eine aufge schraubte Kappe 7 eines Anschlußgeräts 8, 8′ abschließbar.The open interior 5 of the measuring cell is lockable by a screwed cap 7 of a connecting device 8 , 8 '.
Fig. 2 zeigt ein Anschlußgerät 8, das ein auf die Kappe 7 aufgesetztes rohrförmiges Gehäuse 9 aufweist, in dem ein elektronischer Druckaufnehmer 10 eine signalverarbeitende Platine 11 und ein Anschlußstecker 12 für ein Datenübertragungskabel untergebracht sind. Der Anschlußstecker 12 befindet sich an dem der Kappe 7 gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Gehäuses 9. Fig. 2 shows a connector 8 , which has a tubular housing 9 placed on the cap 7 , in which an electronic pressure transducer 10, a signal processing board 11 and a connector 12 for a data transmission cable are housed. The connector plug 12 is located at the end of the tubular housing 9 opposite the cap 7 .
Die Abdichtung des Innenraums 5 erfolgt beim Aufschrauben der Kappe 7 des Anschlußgeräts 8 mit Hilfe einer ringförmigen Dichtung 13, die von der Stirnseite des rohrförmigen Ansatzes 2 des Rohrstücks 1 gegen den Boden der Kappe 7 gedrückt wird. Fig. 2 läßt erkennen, daß ein zentraler Ansatz des Druckaufnehmers 10 mittig durch den Boden der Kappe hindurchgeführt ist und so in den Innenraum 5 der Meßzelle ragt. Die Durchführung des Ansatzes der Meßzelle 10 durch den Boden der Kappe 7 ist ebenfalls abge dichtet.The interior 5 is sealed when the cap 7 of the connecting device 8 is screwed on with the aid of an annular seal 13 which is pressed against the bottom of the cap 7 by the end face of the tubular extension 2 of the pipe section 1 . Fig. 2 shows that a central approach of the pressure transducer 10 is passed through the center of the cap and thus protrudes into the interior 5 of the measuring cell. The implementation of the approach of the measuring cell 10 through the bottom of the cap 7 is also sealed abge.
Das mit der Meßzelle und dem Anschlußgerät 8 gebildete Tensio meter erlaubt eine Druckmessung unmittelbar in dem Innenraum der Meßzelle 5, so daß keine Druckübertragung über Rohrstücke, Kanülen usw. erforderlich ist. Obwohl das Tensiometer aus zwei Teilen gebildet ist, findet eine unmittelbare und fehlerfreie Messung des Innendrucks der Meßzelle statt. Das Anschlußgerät kann unproblematisch von der Meßzelle zu Wartungs- und Eich zwecken abgenommen werden, wobei die Messung hierfür nicht unterbrochen zu werden braucht, weil ohne weiteres ein anderes Anschlußgerät 8 aufgeschraubt werden kann.The tensio meter formed with the measuring cell and the connecting device 8 allows a pressure measurement directly in the interior of the measuring cell 5 , so that no pressure transmission via pipe pieces, cannulas etc. is required. Although the tensiometer is made up of two parts, an immediate and error-free measurement of the internal pressure of the measuring cell takes place. The connection device can be easily removed from the measuring cell for maintenance and calibration purposes, the measurement need not be interrupted for this, because another connection device 8 can be screwed on without further notice.
Alternativ ist es sogar möglich, die Meßzelle auch für ein anderes Meßverfahren einzusetzen, indem ein andersartiges Anschlußgerät 8′ aufgeschraubt wird, das in Fig. 3 dargestellt ist. Das Anschlußgerät 8′ weist ebenfalls eine Kappe 7 mit einer Dichtung 13 auf. Durch den Boden der Kappe 7 ist ein Innenrohr 14 hindurchgeführt, das im aufgeschraubten Zustand des Anschluß geräts 8′ bis zur Stirnwand des keramischen Abschlußteils 3 ragt. Alternatively, it is even possible to use the measuring cell for another measuring method by screwing on a different type of connection device 8 ', which is shown in Fig. 3. The connector 8 'also has a cap 7 with a seal 13 . Through the bottom of the cap 7 , an inner tube 14 is passed, the device 8 'protrudes in the screwed-on state of the connection to the end wall of the ceramic end part 3 .
Oberhalb der Kappe 7 geht das Innenrohr 14 in ein rohrförmiges Winkelstück 15 über, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Schlauchanschlußstutzen 16 endet. Über den Schlauch kann eine Absaugeinrichtung angeschlossen werden, so daß die Meßzelle mit dem Anschlußgerät 8′ ein Lysimeter bildet. Für diesen Anwen dungsfall ist der Innenraum 5 nicht mit Wasser gefüllt sondern bleibt leer. Durch Anschluß der Absaugeinrichtung wird über das keramische, poröse Abschlußteil 3 Feuchtigkeit abgezogen. Die abgesaugte Flüssigkeit steht für Analysezwecke zur Verfügung. Ohne Änderung der Meßzelle können daher mehrere verschiedene Messungen der Eigenschaften des Bodens an der jeweiligen Meßstelle vorgenommen werden.Above the cap 7 , the inner tube 14 merges into a tubular angle piece 15 , which ends in a hose connector 16 in the exemplary embodiment shown. A suction device can be connected via the hose, so that the measuring cell with the connecting device 8 'forms a lysimeter. For this application, the interior 5 is not filled with water but remains empty. By connecting the suction device, moisture is drawn off via the ceramic, porous end part 3 . The extracted liquid is available for analysis purposes. Without changing the measuring cell, several different measurements of the properties of the soil can therefore be made at the respective measuring point.
Für unterschiedliche Einsatztiefen der Meßzelle werden die Rohr stücke 1 unterschiedlich lang ausgebildet werden, damit die Meßzelle immer bis etwa zur Bodenoberfläche ragt.For different depths of use of the measuring cell, the pipe pieces 1 are of different lengths, so that the measuring cell always protrudes approximately to the surface of the floor.
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