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Verfahren und Vorrichtung zur Messung des scheinbaren spezi-
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fischen Widerstandes des Untergrundes Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Messung des scheinbaren Widerstandes des Untergrundes, bei dem
ein Gleichstrom mittels zweier Stromelektroden in den Boden eingeleitet und an zwei
Meßsonden die Spannung gemessen wird.
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Bei diesem in der Praxis weit verbreiteten, auch als "Vierpolmethode"
bezeichneten Verfahren bestimmt sich der scheinbare spezifische Widerstand aus folgender
Gleichung:
Darin sind gemäß Fig. 1 der beigefügten Zeichnung IA3 der mit Hilfe der StromelektrodenAB
in den Untergrund eingeleitete Strom, UMN die an den Meßsonden abgegriffene Spannung
und k der sogenannte Konfigurationsfaktor (m), eine von der IIeßanordnung abhängige
Konstante, für die Erfahrungswer-te vorliegen. Der Konfigurationsfaktork liegt in
der Praxis zwischen etwa 10 und 50 000 m.
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Das bekannte Verfahren bedingt einen erheblichen Rechennufwand,
weil
stets die Meßwerte für Strom und Spannung zueinander in Beziehung gesetzt werden
müssen. Will man diesen Nachteil vermeiden, so muß der Strom über längere Zeiten
konstant gehalten werden, was einen entsprechenden Aufwand, nämlich eine sehr stabil
arbeitende konstante Stromquelle bedingt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen
werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des scheinbaren spezifischen
Widerstandes des Untergrundes anzugeben, mit denen eine direkte Ablesung oder auch
Aufzeichnung der lePSergebnisse bei möglichst geringem Aufwand für die Konstanthaltung
des in den Boden einzuleitenden Stroms ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zeitintegral
über die gemessene Spannung zwischen zwei Zeitpunkten gebildet wird, deren zeitlicher
Abstand so gewählt ist, daß der Betrag des Integrals über den Strom zwischen den
beiden Zeitpunkten gleich dem Faktor k ist.
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Da erfindungsgemäß so lange über die gemessene Spannung integriert
wird, bis der Betrag des Integrals über den Strom gleich dem Konfigurationsfaktor
k ist, kann nicht nur der scheinbare spezifische Widerstand des Untergrundes ohne
Messung des Stroms direkt am Spannungsmeßgerät abgelesen werden, sondern es spielt
auch die Konstanz des Meßstromes für die Genauigkeit der Auswertung keine Rolle,
weil nicht Spannung und Strom sondern deren Zeitintegrale zueinander in Beziehung
gesetzt werden, die einander streng proportional sind, so daß Schwankungen das Meßergebnis
nicht beeinflussen.
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Weiterhin werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Genauigkeit und
Einfachheit und damit Schnelligkeit der Durchführung der Messung dadurch erhöht,
daß nicht bei jeder Messung abgewartet werden muß, bis nach dem Einschalten der
volle Strom erreicht ist.
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Zum Ausgleich von Driftfehlern infolge überlagerter Störspannungen
wird vorzugsweise der Gleichstrom zwischen den beiden Zeitpunkten kommutiert, wobei
zweckmäßigerweise der Betrag der Halbperiode T der Kommutierung gleich k/nI1 gewählt
wird, wobei n gleich der Anzahl der Kommutierungen der Gleichstroms samt Ein- und
Ausschaltung ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist also auf einfachem liege mit hoher
Genauigkeit durchführbar, und es ermöglicht die Anwendung einfacher Schaltungsteile.
So genügt als Stromquelle eine einfache Zerhackerschaltung,gespeist aus einem Akkumulator,
der,da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stromzufuhr bei Beendigung des Meßvorganges
automatisch abgeschaltet werden kann, eine verhältnismäßig geringe Kapazität haben
kann.
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Eine besonders einfache und zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch je einen an die Stromelektroden
und die Meßsonden angeschlossenen Strom- bzw. Spannungs-Frequenzwandler, durch einen
an den Strom-Frequenzwandler angeschlossenen voreinstellbaren Digitalzähler, und
durch einen an den Spannungs-Frequenzwandler angeschlossenen, mit Hilfe des voreinstellbaren
Zahlers steuerbaren Digitalzähler.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 (bereits erwähnt) eine schematische Meßanordnung;
Fig. 2 im Diagramm den Stromverlauf bei Itommutierung; Fig. 3 den Spannungsverlauf
bei Kommutierung und überlagerter Störspannung; und Fig. 4 das schematische Schaltbild
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Fig. 1 zeigt eine Meßanordnung, mit der sowohl das bekannte als auch
das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden können. An den Stromelektroden
AB wird ein Gleichstrom
in den Erdboden geschickt; die zwischen
den zwei Meßsonden M und N abfallende Spannung wird gemessen. Aus beiden Meßwerten
wird unter Zuhilfenahme des Konfigurationsfaktors k der scheinbare spezifische Widerstand
des Untergrundes ermittelt bzw.,nach dem erfindungsgemässen Verfahren, automatisch
festgestellt.
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Wird während der erfindungsgemäßen Messung ein kommutierter Gleichstrom
gemäß Fig. 2 in den Untergrund geschickt, so läßt sich an den Meßsonden M und N
eine zum Strom proportionale, ebenfalls kommutierte Gleichspannung abgreifen. Ist
dieser eine konstante oder driftende Störspannung UStör gemäß Fig. 3 überlagert,
so ergibt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der richtige scheinbare spezifische
Widerstand Ss des Untergrundes bei Auswertung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
aus folgender Überlegung: F1 + F2 + F3 + F4 = 4 Darin sind F1, F2, F3, F4 die während
jeder EIalbperiode zwischen den einzelnen Rechtecken und der Abszisse eingeschlossenen
Flächen gemäß Fig. 4 und Üsig die Signalspan nung.
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Mit r= k/nI (n = Anzahl der Umschaltungen während der Messung einschl.
Ein- und Ausschaltung), im vorliegenden Falle gleich 4, ergibt sich F1+ F2 + F3
+ F4 = k x Usig/ oder F1+ F2 + F3 + F4 = Damit lassen sich die durch eine überlagerte
Störspannung bedingten Fehler unterdrücken.
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Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Schal-tung, mit der das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt werden kann. Sie enthält
eine Steuerschaltung
1 mit einem Starteingang, zwei Startausgängen, einem Stoppeingang, einem Stoppausgang
und einem Steuerausgang. An den einen Startausgang und an den Stoppausgang ist eine
verstellbare Stromquelle 2 angeschlossen, deren Ausgänge einerseits an eine Stromelektrode
A und andererseits an einen Eingang eines Spannungs-Frequenzwandlers 3 angeschlossen
sind. Eine weitere Stromelektrode B ist an den zweiten Eingang des Spannungs-Frequenzwandlers
3 angeschlossen. Die Eingänge des Spannungs-Frequenzwandlers 3 sind von einem Shunt-lSiderstand
RSh überbrückt.
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Der Shunt-Widerstand RSh und der Spannungs -Frequenzwandler 3 wirken
zusammen als Strom-Frequenzwandler. An den Spannungs-Frequenzwandler 3 ist wiederum
ein voreinstellbarer Zähler 4 angeschlossen.
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An die Spannungsmeßsonden M und N sind hintereinander ein Verstärker
5, ein Gleichrichter 6, ein Spannungs-Frequenzwandler 7, ein Auf/Ab-Zähler 8 und
eine Ziffernanzeige 9 angeschlossen. Vom Gleichrichter 6 führt eine Steuerleitung
über einen Schalter 11 zum Steuereingang des Zählers 8. Der Schalter 11 wird über
eine Leitung von der Steuerschaltung 1 gesteuert.
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Der Start-Ausgang der Steuerschaltung 1 ist über eine Verz ögerungss
chaltung 10 an die Starteingänge der Zahler 4 und 2 angeschlossen. Ein Ausgang des
Zählers 4 ist mit einem Steuereingang des Zählers 8 verbunden.
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Die Schaltung der Fig. 4 arbeitet folgendermaßen: Nach Einsetzen der
Stromelektroden A und B und der Meßsonden M und N in den Erdboden und anschluß des
GerOts wird auf die Steuerschaltung 1 ein Startbefehl gegeben. Die Steuerschaltung
1 schal-tet ihrerseits die Stromquelle2 ein und gib-t über die Verzögerungsschaltung10
den Einschaltbefehl an die Zähler 4 und 8. Diese beginnen nach Ablauf der Verzögerungszeit
eine in ihrer Frequenz dem zwischen den Stromelektroden A und 13 fließenden Strom
bzi. der zwischen den I-ießsondenII und lt abgegriifenen Spannung entsprechende
Impulsfolge
auszuzählen. Ist am Zähler 4 der zuvor eingestellte Wert des Konfigurationsfaktors
k erreicht, so gibt der Zähler 4 an den Zähler 8 ein Stoppsignal ab. Der scheinbare
spezifische -WiderstandqS des Untergrundes kann dann direkt an der Ziffernanzeige
9 abgelesen werden, sofern kein Gleichspannungs-Störsignal überlagert ist.
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Wird (zur Unterdrückung eines Gleichspannungs-Störsignals) bei entsprechender
Ausbildung der Stromquelle 2 mit kommutiertem Gleichstrom gearbeitet, so kann mit
Hilfe des gesteuerten Schalters 11, des Steuerausgangs des Gleichrichters 6 und
des Steuereingangs des Zählers 8 dieser so gesteuert werden, daß er während der
zugehörigen Halbperioden addiert bzw. subtrahiert.
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L e e r s e i t e