DE102007025067B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehalts von Proben - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Wassergehaltes von Proben (7), insbesondere von Proben aus Boden, Bodenbaustoffen und Granulaten, mit einer Prüfkammer (1) zur Aufnahme der Probe (7), dadurch gekennzeichnet, dass
– zunächst in die Prüfkammer (1) mit einem bekannten Volumen (VK) die Probe (7) mit einer bekannten Masse (mP) eingefüllt wird,
– danach die Prüfkammer (1) gasdicht verschlossen wird, und der dann anliegende Innendruck (p0) mit einem Drucksensor (5) erfasst wird,
– anschließend ein Zusatzkörper (6) mit einem bekannten Zusatzvolumen (VZ) in die Prüfkammer (1) eingebracht oder ein Zusatzkörper (6) mit einem bekannten Zusatzvolumen (VZ) aus der Prüfkammer 1 entnommen wird und der veränderte Innendruck (p1) gemessen wird und
– mittels der gemessenen Gasdrücke (p0, p1) und den bekannten Volumina (VK, VZ) das unbekannte Volumen (VP) der Probe ermittelt und daraus die Masse des Flüssigkeitsanteils der Probe (mf) und deren Wassergehalt (W) ermittelt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehaltes von Proben, insbesondere von Proben aus Boden, Bodenbaustoffen und Granulaten, mit einer Prüfkammer zur Aufnahme der Probe.
  • Stand der Technik ist die Bestimmung des Wassergehaltes durch Wägung und Ofentrocknung sowie durch die Verwendung von Pyknometern. Nachteilig bei diesen Geräten ist, dass diese für den Einsatz außerhalb von Laboratorien ungeeignet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zurunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine einfache und genaue Messung auch außerhalb von Laboratorien möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 2 angegebenen Merkmale enthält, gelöst
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Das Gerät besteht aus einer druckdichten Prüfkammer, in dem sich die Probe befindet und die eine Einrichtung enthält, mit der das Volumen verändert werden kann.
  • Das Gerät enthält ferner ein Gegengewicht, wobei Gegengewicht und druckdichte Prüfkammer über ein gelagertes Verbindungselement verbunden sind. Die Lagerung kann als Auflage oder als hängende Anordnung (Balkenwaage) ausgeführt sein.
  • Ferner ist es möglich, dass der Abstand von Gegengewicht und Lager bzw. von Lager und druckdichter Kammer variabel ist. In vorteilhafter Weise ist die druckdichte Kammer über ein Drehgelenk mit dem Verbindungselement verbunden, um einen konstanten Hebelarm zwischen Massenschwerpunkt der Probe und der Lagerstelle zu gewährleisten. Die druckdichte Kammer ist an einem Drucksensor und gegebenenfalls an einem Temperatursensor angeschlossen. Die Wirkungsweise des Gerätes beruht darauf, dass das Volumen der druckdichten Kammer verändert wird und die hieraus resultierende Druckänderung erfasst und aufgezeichnet wird und zur Bestimmung des Wassergehaltes ausgewertet wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit starrer Verbindung von Prüfkammer und Verbindungselement,
  • 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit gelenkiger Verbindung von Prüfkammer und Verbindungselement,
  • 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit hängender Anordnung der Prüfkammer,
  • 4 eine Prinzipdarstellung der Prüfkammer im Ausgangszustand und
  • 5 eine Prinzipdarstellung der Prüfkammer im veränderten Zustand.
  • In 1 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung mit starrer Verbindung von Prüfkammer und Verbindungselement schematisch dargestellt. Die Prüfkammer 1 enthält einen Zusatzkörper 6, mit dem ihr Volumen durch Herausnehmen bzw. Einbringen verändert werden kann, sowie einen Drucksensor 5. Ein Verbindungselement 2 verbindet die Prüfkammer 1 mit einem Gegengewicht 4. Das Verbindungselement ist am Lager 3, welches zwischen Prüfkammer 1 und Gegengewicht 4 angeordnet ist, drehbar befestigt. Das Gegengewicht 4 kann vorteilhaft am Verbindungselement 2 verschiebbar angeordnet werden.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Prüfkammer 1 gelenkig mit dem Verbindungselement 2 verbunden ist. Die Achse des zugehörigen Drehgelenks verläuft zweckmäßigerweise mittig durch die Prüfkammer 1.
  • Eine hängende Anordnung der Prüfkammer 1 zeigt 3. Diese Anordnung ermöglicht einen stabilen Zustand der beweglichen Prüfkammer 1.
  • Die 4 und 5 erläutern die Funktionsweise der Vorrichtung.
  • Der Ausgangszustand ist in 4 dargestellt. In einer Prüfkammer 1 mit dem bekannten Volumen VK wird eine Probe 7, bestehend aus Feststoff (z. B. Quarzsand) und Flüssigkeit (z. B. Wasser) mit einer exakt definierten Masse mP und dem unbekannten Volumen VP eingefüllt. Die Prüfkammer 1 wird gasdicht verschlossen, in der dann ein Innendruck p0 anliegt und der mit einem hier nicht dargestellten Drucksensor 5 erfasst werden kann.
  • Bei dem in 5 dargstellten Zustand wurde ein Zusatzkörper 6 mit einem exakt bekannten Zusatzvolumen VZ in die Prüfkammer 1 eingebracht. Der veränderte Innendruck p1 in der Prüfkammer wird mit dem Drucksensor 5 gemessen. Das Verfahren kann auch umgekehrt angewandt werde, indem der im Ausgangszustand in der Prüfkammer 1 enthaltene Zusatzkörper 6 aus der Prüfkammer 1 entnommen wird, und der sich einstllende Unterdruck bestimmt wird.
  • Es gilt p0V0 = p1V1 p0(VK – VP) = p1(VK – VP – VZ) (0.1)
  • Mittels der gemessen Gasdrücke und den bekannten Volumina kann das unbekannte Volumen VP der Probe 7 ermittelt werden.
  • Figure 00040001
  • Die Berechnung der Masse des Flüssigkeitsanteils der Probe 7 erfolgt nach der Beziehung:
  • Figure 00040002
  • Daraus kann der Wassergehalt berechnet werden:
  • Figure 00040003
  • An einem durchgeführten Experiment wurden folgende Werte ermittelt:
    Volumen Prüfkammer m3 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001
    Faktor für Zusatzkörper 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
    Volumen Zusatzkörper m3 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003
    max. Probenvolumen m3 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007
    Flüssigkeitsgehalt o. D. 0 0,01 0,2 0,5 1
    Masse Probe kg 1 1 1 1 1
    Masse Flüssigkeit kg 0 0,00990099 0,16666667 0,33333333 0,5
    Masse Feststoff kg 1 0,99009901 0,83333333 0,66666667 0,5
    Dichte Feststoff kg/m3 2650 2650 2650 2650 2650
    Dichte Flüssigkeit kg/m3 1000 1000 1000 1000 1000
    Dichteverhältnis o. D. 2,65 2,65 2,65 2,65 2,65
    Volumen Probe m3 0,00037736 0,00038352 0,00048113 0,00058491 0,00068868
    Ausgangsdruck (Luftdruck) mbar 1013,25 1013,25 1013,25 1013,25 1013,25
    Druckdifferenz mbar 942,144737 960,497122 1388,85129 2641,09426 26851,125
    Absolutdruck mbar 1955,39474 1973,74712 2402,10129 3654,34426 27864,375
    • 1
    Prüfkammer
    2
    Verbindungselement
    3
    Lager
    4
    Gegengewicht
    5
    Drucksensor
    6
    Zusatzkörper
    7
    Probe
  • Symbol Dim. Dim. MLT Bezeichnung
    p0, p1 Gasdruck in der Prüfkammer
    V0, V1 m3 L3 Gasvolumen in der Prüfkammer
    VK m3 L3 Volumen der Prüfkammer
    VZ m3 L3 Zusatzvolumen
    VP m3 L3 Volumen der Probe (ohne Gas)
    mP kg M Masse der Probe
    ms kg M Masse des Feststoffs (soil) in der Probe
    mf kg M Masse der Flüssigkeit (fluid) in der Probe
    ρs kg/m3 ML–3 Rohdichte des Feststoffes (bekannt aus Eignungsprüfung!)
    ρf kg/m3 ML–3 Rohdichte der Flüssigkeit
    a - - Verhältnisgröße

Claims (5)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Wassergehaltes von Proben (7), insbesondere von Proben aus Boden, Bodenbaustoffen und Granulaten, mit einer Prüfkammer (1) zur Aufnahme der Probe (7), dadurch gekennzeichnet, dass – zunächst in die Prüfkammer (1) mit einem bekannten Volumen (VK) die Probe (7) mit einer bekannten Masse (mP) eingefüllt wird, – danach die Prüfkammer (1) gasdicht verschlossen wird, und der dann anliegende Innendruck (p0) mit einem Drucksensor (5) erfasst wird, – anschließend ein Zusatzkörper (6) mit einem bekannten Zusatzvolumen (VZ) in die Prüfkammer (1) eingebracht oder ein Zusatzkörper (6) mit einem bekannten Zusatzvolumen (VZ) aus der Prüfkammer 1 entnommen wird und der veränderte Innendruck (p1) gemessen wird und – mittels der gemessenen Gasdrücke (p0, p1) und den bekannten Volumina (VK, VZ) das unbekannte Volumen (VP) der Probe ermittelt und daraus die Masse des Flüssigkeitsanteils der Probe (mf) und deren Wassergehalt (W) ermittelt werden.
  2. Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehaltes von Proben (7), insbesondere von Proben aus Boden, Bodenbaustoffen und Granulaten, mit einer Prüfkammer (1) zur Aufnahme der Probe, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkammer (1) druckdicht ausgeführt ist und einen Drucksensor (5) sowie eine Einrichtung enthält, mit der ihr Volumen verändert werden kann, und dass die druckdichte Prüfkammer (1) über ein an einem Lager (3) drehbar gelagertes Verbindungselement (2) mit einem Gegengewicht (4) verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von Gegengewicht (4) und Lager (3) und/oder von Lager (3) und druckdichter Prüfkammer (1) veränderbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die druckdichte Prüfkammer (1) über ein Drehgelenk mit dem Verbindungselement (2) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der druckdichten Prüfkammer (1) ein Temperatursensor angeordnet ist.
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