DE834120C - Bodenwiderstands-Messgeraet - Google Patents

Bodenwiderstands-Messgeraet

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DE834120C
DE834120C DESCH2290A DESC002290A DE834120C DE 834120 C DE834120 C DE 834120C DE SCH2290 A DESCH2290 A DE SCH2290A DE SC002290 A DESC002290 A DE SC002290A DE 834120 C DE834120 C DE 834120C
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DE
Germany
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measuring device
voltage
current
soil resistance
resistance measuring
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Expired
Application number
DESCH2290A
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English (en)
Inventor
Dr Phil Nat Hans Schmidlin
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PHIL NAT HANS SCHMIDLIN DR
Original Assignee
PHIL NAT HANS SCHMIDLIN DR
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/02Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current
    • G01V3/06Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current using ac

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Bodenwiderstands-Meßgerät X, xveck des vorliegenden Apparates Der Apparat dient zur Aufnahme von vertikaleii Widerstandsprofiien <ler Erdschichten unter einer interessierenden Stelle der Erdoberfläche, nach dem allgemein gebräuchlichen Wenner-Verfahren. Die Widerstände der verschiedenen geologischen Schichten eines Gebietes erlauben Rückschlüsse aulf den geologischen Bau, weshalb das Verfahren eine sehr große Bedeutung für die Wasser- und Lagerstättensuche hesitzt.
  • Methode An zwei Elektroden p1 und P2 von nach Bedarf zu wählendem Abstand b wird ein Wechselstrom von 10 bis 30 Hz und bestimmter Stärke J in den Boden geschickt. Dieser Strom breitet sich zwischen den Elektroden nach den Seiten und der Tiefe zu aus. In dem vom Strom durchflossenen Bereich entstehen an der Erdoberfläche zwischen je zwei beliebigen Punkten Wechsel spannungen, die außer von geometrischen Bedingungen auch, nach dem Ohmschen Gesetz, von der Stromstärke und dem mittleren (gleich scheinbaren) Widerstand des vom Strom durchflossenen Untergrundes abhängen.
  • Für den Spezialfall, daß die beiden Spannungsmeßpunkte (zwei weitere Elektroden p3 und p4) auf der Verbindungsgeraden der Elektroden P1 und P2 liegen und sie in drei gleiche Abschnitte a = b/3 teilen, ist nach Wender der scheinbare spezifische Widerstand des Untergrundes bis zu einer Tiefe a gegeben durch wobei #V die an p3 und p4 gemessene Wechselspannung bedeutet.
  • Um an einer interessierenden Stelle das Profil der spezifischen Bodenwiderstände von einer Tiefe von in an bis zu einer Tiefe zu erhalten. müssen alle vier Elektroden von einem Anfangsabstand m ax 1 : 1 m an in kleinen Stufen bis zum Endabstand ax:ax:ax m umgesteckt werdne. ist homogener Untergrund vorhanden, so gibt die obige Formel für alle a den gieichen Meßwert. Auf einem Diagramm dargestellt ergibt dann Q in Abhängigkeit von der Tiefe a eine der a-Achse parallel laufende Gerade. Bei einer Änderung des Bodenwiderstandes von einer bestimmten Tiefe ay an ändert sich. vom gegenseitigen Abstand der Elektroden ay an, die Stromverteilung im Untergrund. und damit das an der Erdoberfläche gemessene #V relativ, so daß das Diagramm eine Knick im Punkt a=ay aufweist.
  • Tn der Praxis zeigen die Q/a-Diagramme meist eine Anzahl von Knicken und Zacken. aus denen man auf Tiefenlage und Mächtigkeit geologischer Formationen schließt.
  • Apparat l)ie zu den Messungen erforderliche Gerätschaft besteht aus 1. der Stromquelle, angeschlossen n p1 und p2.
  • 2. der empfindlichen Meßvorrichtung, an p3 und p4.
  • 1. Die Stromquelle muß Ströme von wenigen bis einigen Hundert Milliampere liefern und ist deshalb meist in Stufen von zehn bis einigen Hundert Volt Klemmenspannung einregulierbar. Die meisten. oft selbstgebauten Apparate benutzen als Stromquelle Radioanodenbatterien. Der von diesen gelieferte Gleichstrom wird mittels eines von hand angefriebenen Kommutators mit einer Frequenz von etwa 10 Hz in Wechselstrom verwandelt, 2. Die empfindliche Meßvorrichtung für die an p3 und p4 aus der Erde entnommene Sekundärspannung #V besteht aus einem zweiten Kommutator, <ler die als Wechselspannung ankommende A1' phasengerecht gleichrichtet, und der Potentiometerschaltung, in der mit Hilfe eines empfindlichen Galvanometers die meist sehr geringe unf leistungsschwache #V ineßar kompensiert wird. Um bei den geringen vorkommenden Spannungen Kontaktiehler zu vermeiden, werden die Kompensationsspannungen nicht am Schleifkontakt eines üblichen Potentiometers abgenommen, sondern an einem festen Widerstand durch gemessene Ströme erzeugt.
  • Aus dem in p1 und p2 geschickten Primärstrom J und dem gemessenen aV sowie dem verwendeten a wird nach Formel S 1 der scheinbare spezifische Widerstand errechnet.
  • Es ist nicht unbedingt erforderlich, die Messungen mit Wechselstrom auszuführen. Jedoch sind bei Gleichstrommessungen die starken Einflüsse der natürlichen Erdspannungen. verschiedener Elektrolvtkonzentrationen im Erdreich um die Sekundärelektroden herum und Polarisatonserscheinungen durch Vertauschen der Elecktrodenanschlüsse und Mittelbildung über die beiden dadurch erhaltenen, differierenden Meßerte zu beseitigen. Die Wechselstrommethode gibt sofort den richtigen Wert.
  • Industrielle Geräte verwenden zur Stromerzeugung häufig handangetriebene : Magnetinduktorien.
  • Ein in den USA. hergestelltes Instrument besitzt einen durch AUtobatterie zu speisenden Umformer.
  • Verschiedene im Handel befindliche Meßgeräte zur Bodenwiderstandsmessung lassen hei der Kompensation auf einer Skala glas fertig errechnete \erhält ins #V/J erscheinen. so daß nur noch mit dem Elektrodenabstand a multipliziert werden mut?. um den betreffenden Widerstandswert zu erhalten.
  • Das Bodenwiderstands-Meßgerät mit automatischer Meßwertangabe Das von mir konstruierte 1 Instrument benutzt zur Erzeugung des in die Erde zu sendenden Stromes J einen Transformator mit Zerhacker, ähnlich <leii 1>eim Autoradie zur ANodenspannungserzeugung gebräuchlichen ANordnungen. Stromquelle ist eine kleine Akkubatterie. l)iese Norrichtung liefert maximal 300 mA bei etwa 700 V Spannung für eine Bruchteile einer Nfinute dauernde Einzelmessung. Die Stromstärke ist von Null 1 bis zuin Maximum kontinuierlich einregulierbar.
  • Die Schaltung zum Ntesseii der aus kr l:r<le entnommenen Sekundärspaunung #l' ist die gleiche wie bei den sonst üblichen Geräten. Allerdings ist die im Apparat erzeugte Kompensationsspannung nicht auf alle #l' einregulierbar, sondern kann wahlweise auf drei feste Betrage. die sich wie 1:10:100 verhalten, eingestellt werden. Es muß also durch Regulierung voll J das Al der eingestellten Kompensationsstufe angeglichen werden.
  • Da die an der Erdoberfläche an an p3 p3 und p4 abgenommene Spannung #l' ein Wechselspannung ist, wird sie durch ein zweipoliges. vom Primärkreis gesteuertes Relais gleichgerichtet. tlamit sie an dem empfindlichen Galvanometer G1 des Sekundärkreises angezeigt werden kann. Die Kompensationsspannung liefert ein kleines Trockenelement TB1.
  • Ist durch diese Kompensation I die ANgleichung #V an an die betreffende Kompensationsnntufe erreicht. und damit also # V bekannt. so so <1er Primärstrom J gemesseii werden. der #@ in der Erde hervorruft.
  • Das Neue l>ei meiller Konstrucktion liegt in der Messung von J, durch die die automatische Ausrechnung des Resultates erreicht wird. Der Strom wird nicht, wie sonst ül>lich. mittels eines Amperemeters direkt angezeigt. sondern durch eine weitere Kompensation (Komp. Il) gemessen. Zu diesem Zweck dienen zwei lange. gerade. kontinuierlich abgreifbare PotentiometerS die gegeneinander elektrisch isoliert zusammenmontiert sind und von einem gemeinsamen Schleifkontakt jeweils im selben Verhältnis p/q unterteilt werden.
  • Auf den einen Poltentiometerwiderstand Rj wird eine geringe, durch J an einem Widerstand erzeugte und damit von ihm abhängige gleichgerichtete Spannung VJ gelegt. Am zweiten Potentiometerwiderstand RK liegt eine konstante. durch reh ein Trockenelement TB erzeugte Spannung in in VJ entgegengesetzter Richtung. an.
  • An RJ wird die am Abschnitt p. an Rk die am Abschnitt q bestehende S@ Spannung al <gegriffen und diese Spannungen über ein Galvanometer G2 einander gegenübergestellt. Ist. z. B. Strom J groß, so liegt an RJ, and damit an dessen Abschnitt p eine entsprechend hohe Spannung. Durch Verkleinern von p mittels des Schleifkontaktes wird die an p auf Rj abzunehmende Spannung geringer, während auf RK. entsprechend dem hier durch die Schleifkontaktverschiehung erfolgte Vergrößerung von q, die abgegriffelle. Spannung ansteigt. Bei einem bestimmten Verfhältnis p/q sind die beiden an RJ und RK abgegriffenen Spannungen einander gleich geworden, G2 zeigt dann Stromlosigkeit. Die dann eingestellte Lage des Schleifkontaktes des Doppelpotentiometers ist für die Stromstärke J charakteristisch. Die veschienen Stellungen des Schleifkontaktes bei Kompensation II für die verschiedenen Stromstärken zwischen o bis 300 mA ergeben eine Skala der Stromstärke (ohne Umschaltung des Meßbereiches!).
  • Ein am Schleitkontakt angebrachter langer Zeiger überstreicht bei der Ausführung der Kompenstation 11 ein rechteckiges Feld. tlas Skalenfeld.
  • Dieses wird außerdem reehtwinkelig dazu von einem zweiten langen Zeiger Z11. der senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Schleifkontaktzeigers ZJ bewegloich ist, überstrichen. Za wird an hand einer Skala auf den bei der betreffenden Messung verwendeten Elektrodengrundabstand a der (inneren =) Sekundärelektroden eingestellt.
  • Bei vollendeten Kompensationen l und II und eingestelltem a bezeichnet der Schnittpunkt der Zeiger ZJ und Za den Punkt der Skalenfläche, der fiir die gegebenen Daten dem gesuchten Widerstandswert entspricht. Sie Skalenfläche ist mit errechneten Kurvenscharen. von denen jede Kurve den spezifischen Widerstand in <2 cm für die verschiedenen a darstellt. versehen, an denen im jeweiligen Schnittpunkt der Zeiger der gesuchte Wert abgelesen werden kann. DIe bei Kompensation 1 benutzte Kompensationsstufe ist gegebenenfalls durch Nullen oder Kommaversetzung am abgelesenen Wert zu berucksichtigen. l)ie Messung des scheinbaren spezifischen Bodenwiderstandes l>is zu einer Tiefe a hesteht bei vorliegendem Instrument also in der Ausführung der Kompensationen I, zur Messung von LiV und II, zur Strommessung, und der Einregulierng des Zeigers ZB. Das Ergebnis ist dann, bei abgeschaltetem Apparat, direkt abzulesen.
  • In der praxis wird für G1 und G2 nur ein Galvanometer verwendet, welches durch Drucktaste vom Sekundärkreis auf den Primärkreis geschaltet werden kann.
  • Vorteile der angegehenen Konstruktion 1. Sehr rasches Meßtempo; 2. da das Meßergebnis sofort ersichtlich, können während der weiteren Auswertung die Elektroden umgesteckt werden. Kleoine Abnormitäten im Verlauf eines an einer Meßstelle aufgenommenen o/a-Diagramms sind sofort zu erkennen und können durch entsprechende Elektrodenanordnung weiter verfolgt werden. Rechenfehler sind nicht mehr möglich; 3. leichte Handhabung, auch durch Laien. Die Funktion des Gerätes braucht nicht mehr unbedingt l>-ekannt zu sein, da der Beobachter sich nur nach wenigen, leicht erlernbaren Vorschriften zu richten hat; 4. die Messung des Primärstromes ist besonders genau und dabei keine Beriechumschaltung nötig; ; 5. der in die Erde gesendete Strom ist frei von die Messungen beeinträchtigenden Obertönen; 6. leichter Transport, da die ganze Apparatur samt Batterie eng zusammengebaut werden kann. Ein Mann kann die Ausrüstung gut tragen. Rasche Einsatzbereitschaft; 7. verhältnismäßig leichte Herstellung des Apparates; 8. Betrieh sehr billig.

Claims (3)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Bodenwiderstands-Meßgerät zur Durchführung der Wenner-Methode, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Handhabung währetld der Messung das Ergebnis sich am rechtwinkeligen Schnittpunkt zweier Zeiger auf einer geeichten Skalenfläche automatisch einstellt.
  2. 2. Meßgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet. daß ein geeignet geschaltetes Doppelpotentiometer mit Rechenovrrichtungvorgesehen ist.
  3. 3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle ein Transformator mit Zerhacker und außerdem ein Synchronisierungsrelais vorgesehen sind.
DESCH2290A 1950-05-25 1950-05-25 Bodenwiderstands-Messgeraet Expired DE834120C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3808521A (en) * 1970-12-09 1974-04-30 Nat Res Dev Device including reference voltage and comparator means for measuring earth resistance
EP0039959A2 (de) * 1978-12-20 1981-11-18 Conoco Phillips Company Verfahren zum Entdecken von Kohlenwasserstoffen und Einrichtung zur indirekten Detektion von Kohlenwasserstoffreservoirs

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3808521A (en) * 1970-12-09 1974-04-30 Nat Res Dev Device including reference voltage and comparator means for measuring earth resistance
EP0039959A2 (de) * 1978-12-20 1981-11-18 Conoco Phillips Company Verfahren zum Entdecken von Kohlenwasserstoffen und Einrichtung zur indirekten Detektion von Kohlenwasserstoffreservoirs
EP0039959A3 (de) * 1978-12-20 1981-11-25 Conoco Phillips Company Verfahren zum Entdecken von Kohlenwasserstoffen und Einrichtung zur indirekten Detektion von Kohlenwasserstoffreservoirs

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