DE2418380A1

DE2418380A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des feuchtigkeitsgehaltes von boeden

Info

Publication number: DE2418380A1
Application number: DE2418380A
Authority: DE
Inventors: Sandor Dr Varga
Original assignee: Licencia Talalmanyokat Ertekesito Vallalat
Current assignee: Licencia Talalmanyokat Ertekesito Vallalat
Priority date: 1973-04-17
Filing date: 1974-04-16
Publication date: 1974-11-07
Also published as: IN139057B; AU6782274A; OA04640A; JPS5053096A; HU168466B; NL7405097A; FR2226661B3; FR2226661A1

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

"ATf NI A NWÄLTE D-8000 MONChtN 81 · ARAtELLASTXASSE < . TELEFON (0811) 911087

"Licencia" Talälmänyokat Ertekesito" Vallalat, Budapest / Ungarn

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Böden

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Böden.

Die zur schnellen Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Böden dienenden Verfahren und Vorrichtungen beruhen im allgemeinen auf der Messung der vom Feuchtigkeitsgehalt

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des Bodens abhängigen elektrischen Widerstandsänderung. Ein solches "Verfahren wird z.B. von Dr. Gy.Szalai und Dr. S. Varga in einem in "Hidrologiai Közlöny, 1972, Nr. veröffentlichten Beitrag "A talajnedvesseg merese" (Messung der Bodenfeuchtigkeit) beschrieben.

Ein Nachteil der auf der Widerstandsmessung beruhenden Lösungen besteht darin, daß vom elektrischen Widerstand des Bodens nur mit sorgfältig durchgeführten und sich auf eine Anzahl von Faktoren erstreckenden Messungen Schlüsse auf den Feuchtigkeitsgehalt gezogen werden können.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche auf der Messung der Kapazität, der dielektrischen Konstante, der Wärmeleitfähigkeit, der Neutronstreuung, usw. beruhen. Diese Verfahren sind äußerst schwerfällig und kompliziert. Sie sind daher für an Ort und Stelle durchgeführte Messungen ungeeignet. Daher konnten sie sich in der Praxis nicht verbreiten.

Bei den bekannten Lösungen, besonders bei einem auf einer Widerstandsmessung beruhenden Verfahren, müssen gleichzeitig die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

(a) Die Meßelektroden sollen zu jeder Zeit gleichen Abstand zueinander aufweisen.

(b) Die Meßelektroden sollen immer mit der gleichen Oberfläche mit dem Boden in Berührung kommen.

(c) Die Temperatur der gemessenen Bodenschicht soll immer die gleiche sein, da der spezifische Widerstand des Wassers temperaturabhängig ist.

(d) Das Raumgewicht der gemessenen Bodenschicht soll bekannt sein; auch soll sich dieses möglichst nicht ändern.

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(e) Die Elektroden sollen zu jeder Zeit mit einem ständigen Druck mit dem Boden in Berührung stehen.

(f) Die Konzentration der Bodenlösung soll unverändert sein.

Die obigen Bedingungen können nur auf Kosten von Schwierigkeiten erfüllt werden. Auch ist die Eichung der Vorrichtungen umständlich. Damit kann mit den bisher bekannten Verfahren eine Änderung der Bodenfeuchtigkeit auch betreffend deren Richtung nur mit Schwierigkeiten genau angezeigt werden.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der oben angeführten Nachteile. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwei Sonden mit auf Wasserstoff bezogen verschiedenem Potential in die zu messende Bodenschicht eingeführt werden, der zwischen den Sonden entstehende Potentialunterschied gemessen wird und aus dem Potentialunterschied der Feuchtigkeitsinhalt des Bodens auf empirischem Wege bestimmt wird.

Im Sinne der Erfindung wird zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes des Bodens ein aus Metall oder aus Metall und Kohlenstoff gefertigtes Sondenpaar verwendet. Das auf Wasserstoff bezogene Potential der beiden Sonden ist verschieden. Das in den Boden als Elektrolyt eingeführte Sondenpaar bildet ein galvanisches Element. Der Potentialunterschied zwischen den beiden Sonden wird mit einer Meßanordnung hohen Eingangswiderstandes gemessen, zweckmäßig nach einer ab Einführung der Sonden in den Boden gerechneten Wartezeit von ein bis zwei Minuten. Zwischen dem an den Sonden entstehenden Potentialunterschied und dem Feuchtigkeitsgehalt des Bodens bis zur natürlichen Wasserrückhaltefähigkeit des Bodens besteht eine feste Wechselbeziehung, welche mit auf empirischem Weg durchgeführten Messungen bestimmt werden kann.

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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt der Eingangswiderstand des an den Eingang der Sonden angeschlossenen Meßsystems mindestens 10 MJl.. In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung sind die Sondenausgänge an einen Speicher, vorteilhaft einen Kondensator angeschlossen. Der Speicherausgang ist an den Eingang eines Gleichstromverstärkers hohen Eingangswiderstandes angeschlossen, dessen Ausgang zu einem Anzeigeinstrument geführt ist.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die an den Sonden entstehende Spannung von Form, Abmessungen, gegenseitigem Abstand der Elektroden, sowie von der Temperatur des Mittels praktisch unabhängig. Die Änderung der Konzentration der Bodenlösung (z.B. infolge Verwendung von Kunstdünger) verursacht im Messergebnis eine um etwa eine Größenordnung geringere Änderung als bei bisherigen Widerstandsmeßverfahren.

Entgegen den bekannten Lösungen wird die Eichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Boden in natürlichem Zustand an Ort und Stelle vorgenommen. Bei unterschiedlichen Bodenfeuchtigkeitsgehälten ändert sich die an den Sonden meßbare Spannung mit sehr guter Annäherung logarithmisch, so daß Eichung und deren Darstellung äußerst einfach sind.

Die Sonden können entweder in den Boden eingebaut oder als Stichsonden verwendet werden. In Stichsonden sind die Sonden am Ende einer isolierten Metallstange oder am Ende eines Metallrohrs untergebracht. Der Werkstoff der Sonden ist zweckmäßig eine Kupfer-Zink, Kupfer-Aluminium-, Kupfer-Silber- oder Kupfer-Kohlenstoff-Legierung.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform und der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:

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Pig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Vorricntung und
Fig. 2 ein Schaltbild der Vorrichtung.

Wie aus dem Blockschaltbild nach Pig. I ersichtlich ist, sind die Sonden an die Klemmen A und B angeschlossen. Die aus den Sonden empfangenen Signale werden von einem Speicher 1 gesammelt. Die gesammelte und dem Bodenfeuchtigkeitsinhalt verhältnisgleiche Signalspannung wird von einem Gleichstromverstärker 2 verstärkt und von einem Änzeigeinstrument 3 angezeigt.

Fig. 2 stellt das Schaltbild der Ausfuhrungsform dar. Die Sonde mit auf Wasserstoff bezogen positivem Potential ist an Klemme A, die Sonde mit auf Wasserstoff bezogen negativem Potential ist an Klemme B angeschlossen. In Fig. 2 ist ein Betriebsartschalter K₂ in Stelle "Ladung". In dieser Stellung wird der den Speicher 1 bildende Kondensator C, geladet. In der anderen Stellung des Betriebsartschalters Kp erfolgt die Anzeige.

Gleichstromverstärker und Anpassungseinheit 2 hohen Eingangswiderstandes enthalten Transistoren Tr₁, Tr_P, Tr,, und eine Diode D. Der Transistor Tr^ besorgt Anpassungsaufgaben. Ein Potentiometer P,, ein Widerstand R- und die Diode D ergeben erstens eine Temperaturkorrektur und zweitens eine starke negative Rückkopplung, wodurch der Verstärker sehr stabil bleibt. Mit Hilfe des Potentiometers P^ werden die Vorspannung des Transistors Tr, sowie die Nullpunktkorrektur des Anzeigeinstruments eingestellt. Mit Hilfe eines Potentiometers Pp wird ein "Ansprechpegel" eingestellt. Im Boden entstehen nämlich sogar bei geringem Feuchtigkeitsgehalt Spannungen von einigen Zehnteln V an den Meßsonden. In der Landwirtschaft ist aber nur das Intervall zwischen sog. Altwasser und der natürlichen Wasserkapazität von Belang.

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Ein Kondensator C₂ schützt gegen etwaige Wechselstromstörungen. Batterien T,, T₂, T-, werden mit Hilfe eines dreipoligen Schalters K-i aktiviert.

Das Anzeigeinstrument 3 mißt das Potential der von den Sonden erzeugten und im Speicher 1 gesammelten Ladung am Ausgang des Gleichstromverstärkers 2.

Im Laufe der Messung wird zunächst der Speicher mit Hilfe eines Schalters K~ geleert (Löschung). Die Sonden werden in die zu messende Bodenschicht eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Betriebsartschalter K₂ in der Stelle "Ladung" entsprechend Fig. 2. Zweckmäßig nach einer Wartezeit von 1 bis 2 Minuten, jedoch immer nach einer gleichen Wartezeit, wird Betriebsartschalter K₂ umgestellt und auf der geeichten Skala eines Instrumentes M der Wert des Feuchtigkeitsinhalts abgelesen.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Bestimmung des Peuchtigkeitsgehaltes ron Böden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sonden mit auf Wasserstoff bezogen verschiedenem Potential in die zu messende Bodenschicht eingeführt werden, der zwischen den Sonden entstehende Potentialunterschied gemessen wird und aus dem Potentialunterschied der Feuchtigkeitsinhalt des Bodens auf empirischem Wege bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Böden bei Verwendung von einem aus Metall oder Metall und Kohlenstoff gefertigten Sondenpaar, dadurch g e k e η η ze i ohne t , daß das auf Wasserstoff bezogene Potential der beiden Sonden verschieden ist und daß der Ausgang der Sonden an ein Meßsystem angeschlossen ist, dessen Eingangswiderstand zweckmäßig mindestens 10 Μ-Ω. beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Sonden an einen Speicher (1) angeschlossen ist, welcher zweckmäßig einen Kondensator (C,) enthält, und daß der Ausgang des Speichers (1) an den Eingang eines Gleichstromverstärkers (2) angeschlossen ist, dessen Ausgang zu einem Anzeigeinstrument (3) geführt ist.

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