DE3122642C2

DE3122642C2 - Verfahren zur Bestimmung des Anteiles an festen und/oder flüssigen und/oder gasförmigen Substanzen einer Mischung oder Schichtung dieser Substanzen

Info

Publication number: DE3122642C2
Application number: DE19813122642
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dr. Collins; Kurt 3300 Braunschweig Lhotzky; Wolfgang Dipl.-Ing. 3305 Hötzum Stenzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-06-06
Filing date: 1981-06-06
Publication date: 1986-04-24
Also published as: DE3122642A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Anteiles an festen und/oder flüssigen und/oder gasförmigen Substanzen einer Mischung oder Schichtung dieser Substanzen, insbesondere zur Bestimmung der Bodenfeuchte, bei dem ein in den Substanzen bzw. der Mischung eingebetteter elektrischer Widerstandsdraht jeweils mit vorbestimmten Mengen elektrischer Energie kurzzeitig erwärmt wird, wobei für die einzelnen Substanzen Kalibriermessungen bei verschiedenen Energiemengen vorgenommen werden und aus den Messungen der einzelnen Substanzen sowie der Schichtung oder Mischung rechnerisch der jeweilige Anteil der Substanz ermittelt wird. Bei Messungen der Bodenfeuchte ist eine Bestimmung allein aufgrund einer Kalibrierkurve aufgezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Anteiles an festen und/oder flüssigen und/oder

gasförmigen Substanzen einer Mischung oder Schichtung diener Substanzen mit Hilfe eines elektrischen Wider-Standsdrahtes mit positivem Temperaturkoeffizienten, welcher in die Mischung oder Schichtung eingetaucht sowie mit elektrischer Energie beaufschlagt wird und durch dessen Widerstandsänderung eine Meßgröße

beeinflußt wird.

Eä ist bekannt, bei Mischungen oder Schichtungen obengenannter Substanzen laborförmige Untersuchungen vorzunehmen, indem Proben der jeweiligen Mischungen oder Schichtungen in die einzelnen Bestandteile aufgetrennt und deren Menge nach der Trennung im einzelnen bestimmt werden. Da nur eine punktförmige Probeentnahme möglich ist, müssen bei örtlich sich ändernden Zusammensetzungen der Mischungen oder

w Schichtungen entsprechend viele Proben möglichst dicht nebeneinander entnommen werden, so daß sich ein großer Aufwand für die Bestimmung der Anteile unterschiedlicher Substanzen ergibt.

Die Entnahme der Proben und ihre Trennung in die einzelnen Bestandteile bereitet außerdem erhebliche Schwierigkeiten, wenn größere Entfernungen zwischen der Probeentnahmestelle und der labormäßigen Untersuchungsstelle liegen, da auf dem Transport der Proben Veränderungen, beispielsweise des flüssigen Anteiles,

auftreten können und hierdurch Fehler unvermeidbar sind. Die labortechnische Untersuchung der Proben erfordert nicht nur einen großen Aufwand, sondern auch erhebliche Zeitspannen, die sich in vielen Fällen nachteilig auswirken, beispielsweise wenn der aktuelle Wassergehalt im Boden in der durchwurzelten Zone festgestellt werden soll, um das oft nur begrenzt zur Verfügung stehende Bewässerungswasser effektiver zu

nutzen. In anderen Fällen, beispielsweise bei der Konditionierung von Schüttgütern in Silos od. dgl, sind kurzfristige Bestimmungen der verschiedenen Substanzanteile in unterschiedlichen Schichthöhen des silierten Gutes erforderlich, um beispielsweise Feuchtigkeitsschwankungen od. dgl. in möglichst engen Grenzen zu halten.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren, welches jedoch nur für die Feststellung des Gehaltes einer verdampfbaren Substanz in einer Mischung geeignet ist (GB-PS 20 42 737), wird die Entnahme einer Probemenge vermieden. Dabei dient das bekannte Verfahren zur Ermittlung des Wassergehaltes in einem insbesondere zu Härtezwecken dienenden ölbad. Hierzu ist vorgesehen, einen elektrischen temperaturabhängigen Widerstand in das Bad einzutauchen sowie mit so viel Energie zu speisen, daß er eine konstante Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des Wasser annimmt Wenn der Widerstand abkühlt und sein Widerstandswert dls Energie der Wasserverdampfung sinkt, wird ein Signal ausgelöst und veranlaßt, daß die Energiezufuhr erhöht wird, bis der Widerstand seine vorgegebene Temperatur wieder erreicht Die Impulse der erhöhten Energiezufuhr werden erfaßt und lösen ein Signal aus, wenn so viel Wasser in dem Öl ist, daß der zeitliche Änderungswert der Impulse einen vorgegebenen Durchschnittswert überschreitet

Das vorgenannte Verfahren erfordert für die Aufrechterhaltung der konstanten Temperatur des elektrischen Widerstandes oberhalb der Verdampfungstemperatur des Wassers über die gesamte Dauer der Messung eine entsprechende Energieeinspeisung in den temperaturabhängigen Widerstand. Hierdurch erfolgt eine zusätzliche Erwärmung und Beeinflussung des Zustandes der den Draht umgebenden Mischung, die sich besonders bei temperaturempfindlichen Flüssigkeiten und auch bei kleineren Flüsrigkeitsmengen nachteilig bemerkbar machen und die bei Mischungen von Flüssigkeiten und Feststoffen zu einer Verarmung der Flüssig, eitskomponente im Bereich des elektrischen Widerstandsdrahtes führen.

Es ist fernerhin bekannt (Winfried Lück: Feuchtigkeit; Grundlagen-Messen-Regeln, R. Oldenbourg München-Wien 1964, S. 185—186), den Feuchtigkeitsgrad eines Schüttgutstromes zu messen, indem das Temperaturgefälle einer aus dem Meßgut gebildeten Wärmeableitstrecke ermittelt wird. Zu diesem Zweck ist in einem in den Schüttgutstrom eingebetteten Rohr eine Heizpatrone vorgesehr-A, welche mit konstanter Netzspannung gespeist wird und in dessen unmittelbarer Nähe ein innerhalb des Rohres vorgesehenes Thermoelement angeordnet ist Da die Abführung der Wärme von dem durch die Patrone beheizten Rohr von dem Feuchtigkeitsgehali des Schüttgutes abhängig ist, können über die Tempersturmessungen Änderungen des Feuchtigkeitsgehaltes im Schüttgut ermittelt werden.

Auch bei dem vorgenannten Verfahren ist eine laufende Aufheizung des Gutes mittels der Heizpatrone erforderlich, um einen sich verändernden Feuchtigkeitsgehalt in dem Schüttgut erfassen zu können.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art so auszubilden, daß der Anteil der unterschiedlichen Substanzen einer Mischung oder Schichtung über einen größeren räumlichen Bereich entlang größerer Strecken ohne die Gefahr von Verfälschungen oder Veränderungen der Mischungen oder Schichtungen infolge des Meßvorganges ermittelt wird.

Zur Lösung vorstehender Aufgabe kennzeichnet sich das eingangs ganannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß für die Mischung oder Schichtung die Anzahl η der verschiedenen Substanzen ermittelt und in die einzelnen Substanzen der elektrische Widerstandsdraht eingebettet und jeweils mittels vorbestimmter n-\ verschiedener Mengen elektrischer Energie kurzzeitig innerhalb von Millisekunden bis höchstens einige Sekunden bis maximal unterhalb der Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur der in der Mischung oder Schichtung vorhandenen Substanz mit der geringsten Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur erwärmt wird und dabei Kalibriermessungen der Einspeisezeiten für die Zufuhr der vorbestimmten Energiemengen vorgenommen werden, und daß mit einem in die zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen eingebetteten Widerstandsdraht gleicher mechanischer und elektrischer Daten sowie bei Einspeisung der gleichen vorbestimmten Energiemengen wie bei den Kalibriermessungen die jeweiligen Einspeisezeiten erneut gemessen und aus den Werten dieser Messungen sowie der Kalibriermessungen die einzelnen Substanzen der Mischung oder Schichtung ermittelt werden.

Bei dem neuen Verfahren ist es lediglich erforderlich, in einer einmaligen labortechnischen Untersuchung die Anzahl π der in der Mischung oder Schichtung vorhandenen Substanzen festzustellen und für diese einzelnen Substanzen Kalibriermessungen der Eispeisezeiten mit verschiedenen Energiemengen vorzunehmen, um hieraus Größen zu erhalten, die für die Auswertung der nachfolgenden Messungen in der Schichtung oder Mischung verwendet werden. Bei einer Veränderung der Mischung oder Schichtung der Substanzen sind keine neuen labortechnischen Untersuchungen notwendig, sondern aus d^n Daten der einmaligen labortechnischen Untersuchung sowie den Daten der späteren Messungen können jeweils die sich ändernden Zusammensetzungen der Mischung oder Schichtung ermittelt werden.

Das Meßprinzip besteht darin, daß mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge der Widerstandsdraht erwärmt wird. Dabei ist dor Grad der Erwärmung umso höher, je weniger Wärme der Draht an seine Umgebung abgeben kann. Da der elektrische Widerstand des Drahtes mit zunehmender Temperatur ansteigt, ändert sich bei gleichbleibender elektrischer Energiemenge die Einspeisezeit. Da die Wärmeabgabe des Widerstandsdrahtes von der ihn umgebenden Substanz abhängt und die Wärmeabgabe an die unterschiedlichen eo Substanzen verschieden ist, ergeben sich bei Einbettung des Widerstandsdrahtes in die einzelnen Substanzen auch unterschiedliche Einspeisezeiten und mit zunehmender elektrischer Energiemenge auch unterschiedliche Änderungen der Einspeisezeiten.

Als geeignete Widerstandsdrähte kommen solche in Betracht, die einen hinre^:nr>end großen Temperaturkoeffizienten im Meßbereich aufweisen, wie z. B. Wolfram, Kupfer od. dgl.

Dabei wurde festgestellt, daß im Meßbereich eine lineare Beziehung zwischen der Einspeisezeit und der Drahtlänge besteht. Es svurde ferner festgestellt, daß eine lineare Abhängigkeit zwischen der Einspeisezeit und den Anteilen der Meßdrahtoberfläche gegeben ist, die mit unterschiedlichen Medien in Berührung stehen.

Aufgrund dieser linearen Abhängigkeit ist die Ermittlung der einzelnen Substanzen einer Mischung oder Schichtung möglich, und zwar rechnerisch mit Hilfe folgender Gleichungen:

Z₄₁ = Σ ^L-2a\ o-l

a-1

/.j : Anteil der Meßdrahtoberfläche, die mit der Substanz »a« der Mischung/Schichtung in Berührung steht.

Z,\.. Zjc„.|)= Einspeisezeiten bei den Energiemengen 1 bis (η·\), wenn die gesamte Meßdrahtober

fläche mit der Substanz »a« in Berührung steht.

Z_b\ ... Ζχ_η.η= Einspeisezeiten bei den Energiemengen 1 bis Cn-I), wenn der Meßdraht mit der

Mischung/Schichtung »tx< in Berührung steht.

Als Beispiel für die Anwendung der vorgenannten Gleichung sei angenommen, daß ein Widerstandsdraht im Erdreich verlegt sei, welches im wesentlichen Quarz als feste Bestandteile enthält sowie Luft und Wasser. Bei dieser Annahme ergibt sich die Einspeisezeit einer vorbestimmten Energiemenge in den Widerstandsdraht aus der Beziehung

Z=tv · Z_w + q ■ Z_q+\ ■ Z,

mitZ» = Einspeisezeit, wenn der Draht völlig mit Wasser umgeben wäre

Z_q = Einspeisezeit, wenn der Draht völlig mit Quarz umgeben wäre

Zi = Einspeisezeit, wenn der Draht völlig mit Luft umgeben wäre

w.q.l — Anteil der Meßdrahtoberfläche, der mit Wasser M, Quarz (q) und Luft (I) in Berührung steht.

Da die Größen Z»; Z,; Z/durch die genannten Messungen im Labor bestimmt worden sind und da w+ q + I= 1 ist. sind in der obengenannten Ausgangsgleichung nur zwei Größen unbekannt. Durch die Messung für zwei Energiebereiche I und II ergeben sich zwei Gleichungen mit den Unbekannten w und q folgender Form:

Zi=w- Zwi + q ■ Z_q\ +(1 — w—q) ■ Zn
Zu=w ■ Z_w\\ + q ■ Z_qii + (]—w—q) ■ Zn\

Aus den vorgenannten Gleichungen können die Größen w und q errechnet und in die obige Anfangsgleichung eingesetzt werden.
Es ist ersichtlich, daß entsprechend dem Beispiel für jede beliebige Anzahl von Substanzen durch Ermittlung

der Einspeisezeiten bei den Energiemengen \-(n-\) die rechnerische Ermittlung der jeweils den Draht anteilig umgebenden Substanzen möglich ist.

Da die Einspeisezeiten möglichst kurz gehalten werden und in der Größenordnung von Millisekunden bis höchstens einige Sekunden liegen, ergeben sich bei Einhaltung von Drahterwärmungen bis maximal unterhalb der Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur der in der Mischung oder Schichtung vorhandenen Substanz

so mit der geringsten Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur keine nachhaltigen Veränderungen der Mischungen oder Schichtungen in der unmittelbaren Umgebung des Drahtes, die zu einer Verfälschung evtl. kurzfristig aufeinanderfolgender Messungen führen könnten. Um die Beeinflussung der Umgebung des Drahtes möglichst gering zu halten, wird man kurze Einspeisezeiten und hohe Differenztemperaturen des Drahtes zwischen dem Beginn und dem Ende der Einspeisezeiten anstreben.

Das beschriebene Meßprinzip hat besondere Bedeutung zur Bestimmung des Anteiles an flüssiger Substanz in einer Mischung dieser Substanz mit festen und/oder gasförmigen Substanzen, insbesondere beim Verfahren zur Bestimmung der Bodenfeuchte mit Hilfe eines elektrischen Widerstandsdrahtes. Dabei ist eine einfachere Kalibrierung möglich.

Erfindungsgemäß wird zweckmäßig so vorgegangen, daß der elektrische Widerstandsdraht in eine repräsentative Probe der Mischung eingebettet und mit einer vorbestimmten Menge elektrischer Energie kurzzeitig innerhalb von Millisekunden bis höchstens einige Sekunden bis maximal unterhalb der Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur der flüssigen Substanz erwärmt und eine Kalibrierkurve aus Einzelmessungen in Abhängigkeit eines jeweils eingestellten bekannten Feuchtigkeitsgrades ermittelt wird, und daß in der zu untersuchenden Substanzmischung mit einem Draht gleicher mechanischer und elektrischer Daten sowie mit der gleichen Energiemenge die Messung wiederhoit und der Anteil an flüssiger Substanz nach der Kalibrierkurve bestimmt wird.

So kann beispielsweise zur Bestimmung der Bodenfeuchte eine entsprechende Kalibrierkurve für eine Bodenprobe erstellt werden, um mittels eines bleibend in dem hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes zu überprüfenden

bzw. zu überwachenden Bodens durch in zeitlichen Abständen vorgenommene Messungen den jeweiligen Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen. Der im Boden eingebrachte Widerstandsdraht kann dabei Längen von IO m und mehr aufweisen, so daß man über größere Strecken den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens ermitteln kann. Derartige Feuchtigkeitsmessungen sind nicht nur im Boden, sondern auch in anderen Substanzen in gleicher Weise möglich, beispielsweise in den verschiedenen Schichten von in Haufwerken gelagerten Schüttgütern od. dgl.

Die Zuführung der jeweilig vorbestimmten Energiemengen zu dem Widerstandsdraht kann auf sehr unterschivJliche Weise erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, mit Hilfe von Mikroprozessoren die Zuführung einer bestimmten Energiemenge aus einer leistungsstarken Stromquelle zu steuern.

Als besonders zweckmäßig und einfach hat es sich erwiesen, wenn dem Widerstandsdraht die vorbestimmten Mengen elektrischer Energie durch Kondensatorentladungen zugeführt werden und wenn die Entladezeiten des Kondensators bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes der Spannung ermittelt und die Entladezeiten als Einspeisezeiten der Berechnung bzw. dem Vergleich mit der Kalibrierkurve bei Feuchtemessungen zugrunde gelegt werden.

Bei der Zuführung der elektrischen Energie durch Kondensatorentladungen sind sichere und mit einfachen Mitteln reproduierbare Messungen möglich. Allerdings ist es notwendig, die Entladung des Kondensators bis auf einen unteren Grenzwert, bei dem die Steigerung der Entladekurve größer als 60 V/sec ist, zu begrenzen, da durch die asymptotische Annäherung der Kondensatorspannung an den Wert 0 die unterschiedlichen Entladezeiten bei der Einspeisung verschiedener Energiemengen bzw. bei unterschiedlichen Substanzzusammensetzungen nicht mehr erfaßt werden könnten.

Erfahrungen haben gezeigt, daß die vorbestimmten Energiemengen, welche in den Widerstand eingespeist werden, so bemessen sein sollten, daß sich Einspeise- bzw. Entladezeiten von unter 500 Millisekunden ergeben. Durch die kurzen Entladezeiten werden die bereits genannten möglichen Veränderungen in der Substanzmischung in unmittelbarer Umgebung des Drahtes weitgehend vermieden.

Für die oben beschriebene direkte Feuchtigkeitsbestimmung mit Hilfe einer Kalibrierkurve empfiehlt es sich, die Kalibrierkurve der Einspeise- bzw. Entladezeiten in Abhängigkeit der Wasserspannung in der Mischung der Substanzen zu erstellen, so daß nach der jeweiligen Messung die in der Substanz vorhandene Wasserspannung ermittelt wird, welche für die Beurteilung des Zeitpunktes der Bodenbewässerung von entscheidender Bedeutung ist.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß sich die Einspeisezeiten in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Aus diesem Grunde ist es für die Erzielung genauer Messungen zweckmäßig, wenn bei einer Temperaturdifferenz der Substanzen bzw. der Gemischprobe gegenüber den zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen eine Kalibrierkurve der Einspeise- bzv/. Entladezeiten der einzelnen Substanzen oder der Probe in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur erstellt und der Korrekturfaktor aus der Kurve ermittelt und berücksichtigt wird.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß sich in dem Meßbereich sowohl bei festen als auch bei flüssigen und gasförmigen Substanzen die Einspeise- bzw. Entladezeiten linear mit der Temperatur ändern, und zwar für alle untersuchenden Substanzen in gleicher Weise, so daß für alle Substanzen und Gernische nur eine winzige Temperatur-Kalibrierkurve erforderlich ist.

Aufgrund vorstehender Zusammenhänge ist es also möglich, mit dem beschriebenen Meßverfahren auch Temperaturänderungen bei sonst gleichbleibenden Mischungen bzw. der einzelnen Substanzen zu erfassen. Statt der Erstellung einer Temperatur-Kalibrierkurve können Temperaturänderungen auch dadurch berücksichtigt werden, daß bei einer Temperatu-differenz der Substanzen bzw. der Gemischprobe gegenüber den zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen für die einzelnen Substanzen Kalibriermessungen der Einspeisezeiten mit jeweils verschiedenen Energiemengen bei mindestens je zwei Temperaturen vorgenommen und der jeweilige Korrekturfaktor K\...K„

LAi)

\ At)

ermittelt werden, und daß gemäß Anspruch 1 in den zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen mit den gleichen n-\ verschiedenen Energiemengen die Einspeisezei'en ermittelt und die Temperaturkorrekturfaktur berücksichtigt wird.

Das neue Verfahren eignet sich auch für die Messungen von Pegelständen oder Schüttguthöhen bzw. deren Veränderungen, da sich Veränderungen der Eintauchtiefe des Widerstandsdrahtes in die Flüssigkeit oder das Schüttgut in der oben näher beschriebenen Weise ohne weiteres ermitteln lassen.

Die Zeichnung gibt einige Kurvendarstellungen wieder, welche zur weiteren Erläuterung des Verfahrens dienen.

F i g. 1 zeigt die Entladekurve eines Kondensators über einen in verschiedene Medien eingebetteten Draht.

F i g. 2 zeigt das Beispiel einer Kalibrierkurve und dessen Anwendung für die praktische Messung,

F i g. 3 veranschaulicht die Entladezeit eines Kondensators in Abhändigkeit von der Temperatur verschiede- μ ner Medien, weiche den Draht umgeben.

In der F i g. 1 sind die Entladekurven dargestellt, weiche sich bei der Entladung eines jeweils auf einen gleichen Spannungswert aufgeladenen Kondensators ergeben, wenn die Entladung über einen in Luft bzw. Quarz oder Wasser eingebetteten Widerstandsdraht erfolgt. Mit /, q bzw. w sind die Entladekurven bezeichnet, welche sich ergeben, wenn ein und derselbe Draht in Luft bzw. Quarz oder Sand eingebettet oder von Wasser umgeben ist. 65 I

Bei der in F i g. 1 gestrichelt eingezeichneten unteren Grenzspannung £/„ ergeben sich für die verschiedenen Substanzen die Entladezeiten Z_w bzw. Z, und Z_A Diese sind diejenigen Werte, welche in die Gleichung nach dem Hauptanspruch bzw. auf den Seiten 11 und 12 eingehen, wobei durch Entladung unterschiedlicher Energiemen-

gen über den gleichen Draht und bei gleicher Einbettung die verschiedenen »Z«-Werte ermittelt werden, die in

ihrer Anzahl abhängig sind von der Anzahl der Substanzen der Mischung odor Schichtung.
Die F i g. 2 gibt eine Kalibrierkurve der Einspeise- bzw. Entladezeit als Funktion der Saugspannung für einen

Sandboden wieder. Der dabei angegebene Wert PF ist eine in der Bodenkunde übliche Bezeichnung, nämlich ; 5 PF— log cm Wassersäule für die Spannung, mit der das Wasser im Boden gebunden ist, und steigt mit abnchmcn-

_; dem Wassergehalt an. In der F i g. 2 ist gestrichelt eingezeichnet ein Meßwert Z_1n. welcher bei einer Messung im

ί Erdreich ermittelt wurde, das in seiner Zusammensetzung dem Sandboden der Kalibrierkurve entspricht. Mit

;.' Hilfe der Kur/e nach F i g. 2 ist ersichtlich, daß dem gemessenen Wert Z_n, von 93 Millisekunden eine Wasser-

spannung PFvon etwas über 2 entspricht.

'.; IO Der Einfluß der Temperatur auf die Einspeise- oder Entladezeit bei Einbettung des Widerstandsdrahtes in :'; verschiedenen Medien geht aus F i g. 3 hervor. Die Kurven zeigen die Einspeisezeiten für einen in Sand mit einer

i; Körnung von 0,9 bis 1,5 mm und für einen in Sand mit einer Körnung von 0,08 bis 0,2 mm eingebetteten

.·) Widerstandsdraht und für einen von Wasser umgebenen Widerstandsdraht gleicher Abmessung bei der Einspei-

I) sung gleicher elektrischer Energiemengen und unterschiedlichen Temperaturen der den Draht umgebenden

I 15 Substanzen. Die Kurve zeigt deutlich, daß die Steigung aller drei Kuven in Abhängigkeit von der Temperatur Γ gleich ist, so daß der in der vorstehenden Beschreibung genannte von den einzelnen Medien unabhängige

t\ Temperaturkorrekturwert leicht ermittelt und berücksichtigt werden kann.

iil Die rechnerische Berücksichtigung von Temperaturdifferenzen zwischen den Substanzen bzw. der Gemisch-

^ probe gegenüber den zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen ist ebenfalls möglich. Als Beispiel für

a 20 die Anwendung sei wiederum angenommen, daß ein Widerstandsdraht im Erdreich verlegt ist, welches im S wesentlichen Quarz als festen Bestandteil enthält sowie Luft und Wasser. Bei dieser Annahme ergibt sich die

|j Einspeisezeit einer vorbestimmten Energiemenge in dem Widerstandsdraht unter Berücksichtigung des notwen-

Jj. digen Korrekturfaktors aus der Beziehung:

I 25 Z= w ■ (Z„+ K ■ /IT)+ q(Z_q+K- ΔΤ)+1 · (Z/+ K ■ AT)

mit Zw = Einspeisezeit, wenn der Draht völlig mit Wasser umgeben wäre bei einer vorbestimmten Tempe-

ratur während der Kalibriermessung,

Zq = Einspeisezeit, wenn der Draht völlig mit Quarz umgeben wäre bei der gleichen zu Z_w genannten

30 Temperatur während der Kalibriermessung,

Zi = Einspeisezeit, wenn der Draht völlig mit Luft ungeben wäre bei der gleichen zu Z_w genannten

Temperatur während der Kalibriermessung,

w, q, I = Anteil der Meßdrahtoberfläche, der mit Wasser (w). Quarz (q) und Luft (I) in Berührung steht,
ΔΤ = Temperaturdifferenz zwischen den Substanzen bei den Kalibriermessungen und der zu untersu-35 chenden Mischung oder Schichtung.

Da die Größen Z_w, Z₉, Z;durch die Messungen im Labor bestimmt worden sind und da w+q+l= 1 ist, sind in der obengenannten Ausgangsgleichung drei Größen unbekannt. Durch die Messung für drei Energiebereiche I, Il und III ergeben sich drei Gleichungen mit den Unbekannten w, q und ^iTin folgender Form:

Z\=w- Z_w\ + q ■ Z,i+ /· Zn + Ki · ΔΤ

Z\\ = w- Z_w\\ + q ■ Z_qw+ I ■ Zm +Kn ■ ΔΤ
45 Zu, = w ■ Z„w\ + q ■ Ζ,ΐιι + / · Z/m + Km · ΔΤ

Durch die Kalibriermessungen sind auch die Werte für Ku Kw und Km ebenso bekannt wie die Werte Zm, Z_q\, Z/i usw, so daß aus den gemessenen Werten Z\ bis Zm und den Kalibrierwerten die drei Unbekannten rein rechnerisch zu ermitteln sind und somit die Temperaturdifferenz zwischen den Substanzen während der KaIi-50 briermessungen und den Messungen im Erdbereich voll berücksichtigt werden können.

Aus vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß durch das beschriebene Verfahren auch die Temperatur des Erdreiches gemessen werden kann, wenn die Zusammensetzung des Erdreiches konstant bleibt Auf gleiche Weise ist auch die Temperaturmessung anderer Substanzen oder Substanzmischungen möglich.

⁵⁵ Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Anteiles an festen und/oder flüssigen und/oder gasförmigen Substanzen einer Mischung oder Schichtung dieser Substanzen mit Hilfe eines elektrischen Widerstandsdrahtes mit

s positivem Temperaturkoeffizient«!, welcher in die Mischung oder Schichtung eingetaucht sowie mit elektrischer Energie beaufschlagt wird und durch dessen Widerstandsänderung eine Meßgröße beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mischung oder Schichtung die Anzahl π der verschiedenen Substanzen ermittelt und in die einzelnen Substanzen der elektrische Widerstandsdraht eingebettet und jeweils vorbestimmter n-1 verschiedener Mengen elektrischer Energie kurzzeitig innerhalb von Millisekunden bis höchstens einige Sekunden bis maximal unterhalb der Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur der in der Mischung oder Schichtung vorhandenen Substanz mit der geringsten Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur erwärmt wird und dabei Kalibriermessungen der Einspeisezeiten für die Zufuhr der vorbestimmten Energiemengen vorgenommen werden, und daß mit einem in die zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen eingebetteten Widerstandsdraht gleicher mechanischer und elektrischer Daten sowie bei Einspeisung der gleichen vorbestimmten Energiemengen wie bei den Kalibriermessungen die jeweiligen Einspeisezeiten erneut gemessen und aus den Werten dieser Messungen sowie der Kalibriermessungen die einzelnen Substanzen der Mischung oder Schichtung ermittelt werden.

2. Verfahren zur Bestimmung des Anteiles an flüssiger Substanz in einer Mischung dieser Substanz mit festen und/oder gasförmigen Substanzen, insbesondere Verfahren zur Bestimmung der Bodenfeuchte mit Hilfe eines dektrischen Widersiandsdrahtes, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstandsdraht in eine repräsentative Probe der Mischung eingebettet und mit einer vorbestimmten Menge elektrischer Energie kurzzeitig innerhalb von Millisekunden bis höchstens einige Sekunden bis maximal unterhalb der Verdampfungs- oder Entzündungstemperatur der flüssigen Substanz erwärmt und eine Kalibrierkurve aus Einzelmessungen in Abhängigkeit eines jeweils eingestellten bekannten Feuchtigkeitsgrades ermittelt wird, und daß in der zu untersuchenden Substanzmischung mit einem Draht gleicher mechanischer und elektrischer Daten sowie mit der gleichen Energiemenge die Messung wiederholt und der Anteil an flüssiger Substanz nach der Kalibrierkurve bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstandsdraht die vorbestimmten Mengen elektrischer Energie durch Kondensatorentladungen zugeführt werden, und daß die Entladezeiten des Kondensators bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes der Spannung ermittelt und die Entlader "ilen als Einspeisezeiten der Berechnung bzw. dem Vergleich mit der Kalibrierkurve bei Feuchtmessungen zugrunde gelegt werden.

4. Verfahren nach Ansprucn 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisezeiten oder Entladezeiten bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes, bei dem die Entladekurve eine Steigung größer als 60 V/sec hat, gemessen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Energiemengen, welche in den Widerstandsdraht eingespeist werden, so bemessen sind, daß sich Einspeisebzw. Entladezeiten von unter 500 ms ergeben.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die direkte Feuchtig.keitslx itimmung eine Kalibrierkurve der Einspeise- bzw. Entladezeiten in Abhändigkeit der Wasserspannung in der Mischung der Substanzen erstellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperaturdifferenz der Substanzen bzw. der Gemischprobe gegenüber den zu untersuchenden Mischungen oder Schichtungen eine Kalibrierkurve der Einspeise- bzw. Entladezeiten der einzelnen Substanzen oder der Probe in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur erstellt und der Korrekturfaktor aus der Kurve ermittelt und berücksichtigt wird.