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Vorrichtung und Verfahren zur Fernmessung eines von einem Feststoffdruck
überlagerten Flüssigkeits- und/oder Gasdruckes
Neuerdings hat sich in der Technik
das Bedürfnis ergeben, von einem Feststoffdruck überlagerte Flüssigkeits- oder Gasdrucke
zu messen. Die Aufgabe zum Beispiel, einen Flüssigkeitsdruck zu messen, dem ein
Feststoffdruck überlagert ist, der nicht mitgemessen werden darf, liegt zum Beispiel
vor bei der Messung des Porenwasserdruckes in oder unter Erd- und Betonbauwerken.
Hierfür sind Druckmesser bekannt, die aus einem einrohrigen oder zweirohrigen Standrohrsystem
mit angeschlossenem Manometer bestehen. Es sind d auch Druckmesser bekannt, die
eine Meßdose verwenden, deren untere Öffnung durch einen porösen Stein verschlossen
ist, durch den das Porenwasser bei Überdruck in einen Füllraum eindringt und eine
in gewisser Entfernung vom Stein angeordnete Membran durchbiegt. Die jeweilige Durchbiegung
wird entweder in eine elektrische Größe umgeformt und als solche gemessen, oder
sie wird durch einen bekannten ablesbaren pneumatischen Gegendruck kompensiert,
wobei die Gleichheit von Druck und Gegendruck durch ein Lichtsignal angezeigt wird,
das von der Membran über einen Schaltkontakt ausgelöst wird.
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Diesen bekannten Meßeinrichtungen haften erhebliche Mängel an, welche
die vorliegende Erfindung beseitigt; sie erzielt darüber hinaus fortschrittliche
neue Wirkungen.
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Ein Meßwertgeber für Porenwasserdruckfernmessung, der beispielsweise
in oder unter einem Erddamm eingebaut ist oder der in diesen (vorübergehend) eingerammt
wird, ist zwei verschiedenen Druckbelastungen ausgesetzt, einem Feststoff- und einem
Flüssigkeitsdruck. Gemessen wer-
den soll nur der Flüssigkeitsdruck.
Es ist also erforderlich, beide Drücke hinsichtlich ihrer Einwirkung auf das Meßelement
zu trennen. Zur Trennung dieser beiden Wirkdrucke wurden bisher keramische Filter
verwendet, die bei den Membrangeräten einen vor der als Meßfeder wirkenden Membran
angeordneten Füllraum abschlossen. Das Porenwasser dringt bei diesen Geräten durch
das Filter in laden Füllraum und drückt gegen die Membran.
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Die mechanische Festigkeit der verwendeten keramischen Filter ist
größeren Feststoffdrucken nicht gewachsen; insbesondere ist ein Einrammen derartig
ausgebildeter Porenwasserdruckmesser in Erddammbauten nicht möglich. Bei den Standrohr
geräten ist besonders nachteilig, daß eine Übertragung des Druckes auf das Meßgerät
durch Strömung erfolgt, womit eine Druckanzeigeverzögerung gegeben ist. Nachteilig
ist weiterhin bei diesen Geräten, daß durch den Strömungsvorgang die Filter allmählich
verstopfen und eine laufend zunehmende Drosselwirkung durch Verminderung des Durchlaßquerschnitts
unausbleiblich ist.
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Für Porenwasserdruckmesser muß gefordert werden, daß erstens die
Anzeige dem zeitweilig sich rasch ändernden Druck des Porenwassers möglichst augenblicklich
folgt, daß zweitens eine sichere mechanische Abschirmung der Meßmembran gegenüber
dem Feststoffdruck gewährleistet ist und daß drittens der Eichwert des Gerätes über
praktisch unbegrenzte Zeit konstant bleibt.
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Diese Forderungen werden durch die Erfindung erfüllt.
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Die neue Vorrichtung zur Fernmessung eines von einemFeststoffdruck
überlagerten Flüssigkeits-und/oder Gasdruckes über ein Filter mit einer Membran
als Meßfeder ist dadurch gekennzeichnet, daß das Filter vor der Membran aus einem
metallischen, porösen Werkstoff, vorzugsweise Sintermetall, besteht. Dabei ist der
zwischen Filter und Membran liegende Hohlraum so bemessen, daß er Kapillarwirkung
hat. Vorzugsweise ist das Filter auf der Grundlage korrosionsbeständiger Metalle
hergestellt.
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Für vorliegenden Verwendungszweck bietet ein derartiges Filter mit
seiner hohen mechanischen Festigkeit und seiner außergewöhnlich feinen Porosität
wesentliche Vorteile.
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Die Feinporigkeit eines derartigen Filters verhindert, insbesondere
wenn der größte Querschnitt einer Filterpore kleiner ist als der kleinste Feststoffquerschnitt
der auf das Filter drückenden Feststoffteilchen, daß Festkörper in die Poren eintreten
oder durch sie hindurchtreten, und stellt eine Kapillarwirkung der Poren sicher.
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Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Filters liegt darin,
daß es sich, im Gegensatz zu den bisher für vorliegenden Verwendungszweck bekannten
und gebräuchlichen keramischen Filtern, so eng toleriert herstellen und maßhaltig
vor der Membran anordnen läßt, daß der Raum zwischen Membran und Filter so gestaltet
werden kann, daß er ebenfalls Kapillarwirkung hat.
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Wird vor dem Einbau der erfindungsgemäße Porenwasserdruckmesser in
Wasser getaucht, so saugen sich Filter und Trennraum zwischen Filter und Membran
kapillar voll Wasser.
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Dieses erfindungsgemäße kapillare Wasserpolster vor der Membran stellt
sicher, daß I. mit Luft angefüllte Hohlräume, welche die Messung infolge der Kompressibilität
der Luft verfälschen würden, vermieden werden und daß 2. jede Änderung des zu messenden
Porenwasserdruckes sowohl ohne zeitliche Verzögerung als auch ohne durch Drosselwirkung
hervorgerufene Druck verfälschung auf die Meßmembran übertragen wird.
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Die hohe mechanische Festigkeit des Filters, die mit der Verwendung
von Sintermetall als Filterwerkstoff gegeben ist, schirmt des weiteren die Membran
bruchsicher gegen die Drucl,beaufschlagung durch den Feststoffdruck ab, der am Meßort
vorhanden ist und nicht mitgemessen werden darf.
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Darüber hinaus ermöglicht die Festigkeit eines solchen Filters, einen
mit ihm ausgerüsteten Meßwertgeber für Porenwasserdruckfernmessung in feste Erdböden
zu rammen.
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Das eigentliche Meßverfahren unter Verwendung des neuen Gerätes besteht
darin, daß die Durchbiegung der Membran zum Zweck der Druck messung in eine mechanische
Schwingung umgeformt, diese zum Zweck der Fernleitung im Meßelement in eine elektrische
Schwingung umgewandelt und die druckproportionale Schwingungszahl dieser Schwingung
direkt oder indirekt bestimmt wird.
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An der Zeichnung soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
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Die Abbildung zeigt als Beispiel das neue Gerät in seiner bevorzugten
Ausführungsform.
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Vor der als Meßfeder ausgebildeten Membran I ist ein Filter 2 aus
Sinterwerkstoff, vorzugsweise Sintermetall, angeordnet. Die druckproportionale Durchbiegung
der Membran kann in an sich bekannter Weise gemessen werden.
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In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform erfolgt diese Messung
mittels einer schwingfähig gespannten, an die Membran einseitig angelenkten Stahlsaite
3. Mittels des vor ihr angeordneten Magneten 4 wird die Saite elektromagnetisch
in Schwingung versetzt. Sie schwingt in der ihrer jeweiligen mechanischen Spannung
entsprechenden Eigenschwingungszahl, die sich entsprechend der druckproportionalen
Membrandurchwölbung ändert.
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Diese mechanische Schwingung der Saite wird in an sich bekannter
Weise zum Zweck der Fernmessung mittels des Magneten in eine elektrische Schwingung
umgeformt und als solche direkt oder indirekt gemessen.
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Das Quadrat der jeweiligen Eigenschwingungszahl der gespannten Saite
ist dem gesuchten Flüssigkeits- oder Gasdruck proportional.