DE9101292U1 - Equipment for measuring soil mechanical parameters - Google Patents
Equipment for measuring soil mechanical parametersInfo
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Description
Dc.-Ing. Neupart, Andreas Dancksrt, HarryDc.-Ing. Neupart, Andreas Dancksrt, Harry
Georginenplatz 12B Mazhias-Thesen-Str. 9Georginenplatz 12B Mazhias-Thesen-Str. 9
Wamenünde-Rostock Rostock 5Wamenände-Rostock Rostock 5
O - 2530 O - 2520 O - 2530 O - 2520
Beschre ibungDescription
Die Erfindung betrifft eine &Xgr;inrichtung zur Messung bodenmechanischer Kennwerte mittels Zusammendrücken von freistehenden Zylinderbodenproben, um Festigkeits- und Deformationsverhalten von Ackerboden zu ermitteln und um mit den gewonnenen Meßgrößen eine umfassende Charakter isierung ihrer Befahrbarkeit bei unterschiedlicher Struktur, Dichte und Feuchte unter feldmäßigen Bedingungen vornehmen zu können.The invention relates to a device for measuring soil mechanical parameters by compressing free-standing cylindrical soil samples in order to determine the strength and deformation behavior of arable soil and to be able to use the measured values obtained to comprehensively characterize its drivability with different structure, density and moisture under field conditions.
Es sind Untersuchungsmethoden der Festigkeitseigenschaften fester Stoffe bei mechanischer Beanspruchung bekannt.There are known methods for investigating the strength properties of solid materials under mechanical stress.
Die Methode der einaxialen Zusammendrückung bei unbegrenzter Seitenausdehnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die freistehende Bodenprobe entweder bis zum Brucch oder bis zu einer definierten Verformung belastet wird.Die Zusammendrückung und der Bruch liefern unter diesen Bedingungen typische Stauch- und Bruchfiguren, aus denen sich die einaxiale Bruchfestigkeit, die Bruchdehnung, der Bruchwinkel und weitere bodenmechanische Kenngrößen wie die Kohäsion, der Winkel der inneren Reibung sowie der Anfangstangentenmodul ermitteln lassen.The method of uniaxial compression with unlimited lateral expansion is characterized by the fact that the free-standing soil sample is loaded either until it breaks or until it reaches a defined deformation. Under these conditions, the compression and the fracture produce typical compression and fracture figures from which the uniaxial fracture strength, the fracture strain, the fracture angle and other soil mechanical parameters such as the cohesion, the angle of internal friction and the initial tangent modulus can be determined.
Weiter sind Testapparate sowie Materialprüfgeräte bekannt, bei denen die überwiegende Mehrzahl stationäre Druckprüfmaschinen sind, mit denen die mechanischen Eigenschaften verschiedener Materialien, u.a. auch die von Erdstoffen und Böden, unter einaxialer Belastung untersucht werden. Die Untersuchungen mit diesen Maschinen können aufgrund deren Größe und des relativ komplizierten Aufbaues sowie ihrer Abhangigkeit von der Netzspannung ausschließlich in Labors durchgeführt werden. Darüber hinaus existieren kleine rs einaxiale Furthermore, test apparatus and material testing devices are known, the majority of which are stationary compression testing machines with which the mechanical properties of various materials, including those of earth and soil, are examined under uniaxial loading. The tests with these machines can only be carried out in laboratories due to their size and the relatively complicated structure as well as their dependence on the mains voltage. In addition, small rs uniaxial
Druckge rate für den Feld- und Laborbetrieb. Sie sind te Uwe ise tragbar und selbstregistrierend mit Analogschreibern ausgerüstet. Ihr Nachteil hinsichtlich der Aufgabenstellung der Erfindung besteht jedoch in einer eingeschränkten Genauigkeit der Kraftmessung (kaiibrierte Meß federn, Kraftmeßringe) und vor allem im Handbetrieb der Lastaufbringung (variable, subjektiv beeinflußte Verformungsgeschwindigkeit). Diese Druckgeräte erreichen in ihrer selbstregistrieren &zgr;jn Analoganzeige nicht das Auflösungsvermögen der vorgelegten Erfindung. Die Einrichtung zur Messung bodenmechanischer Kennwerte ist in ihram a 1aktronischen Teil so konzipiert, daß die anfallenden Meßdaten, die gegenwärtig noch von Hand in Formblätter übertragen werden, zukünftig direkt von einer Meßwerterfassungseinheit registriert werden können.Pressure devices for field and laboratory use. They are portable and self-registering and equipped with analog recorders. However, their disadvantage with regard to the purpose of the invention is the limited accuracy of the force measurement (calibrated measuring springs, force measuring rings) and, above all, the manual operation of the load application (variable, subjectively influenced deformation speed). These pressure devices do not achieve the resolution of the invention presented in their self-registering analog display. The electronic part of the device for measuring soil mechanical parameters is designed in such a way that the measurement data that is currently still transferred to forms by hand can in future be recorded directly by a measurement data acquisition unit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, Bodenuntersuchungen unter feldmäßigen Bedingungen durchzuführen, dia sicher in der WirkungsweiseThe invention is based on the object of creating a device with which it is possible to carry out soil investigations under field conditions, which is safe in its mode of operation
ist und eine höhere rteßgenauigxeit im Vergleich zu bekannten Geräten aufweist.and has a higher measurement accuracy compared to known devices.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Prüfung der Druckfestigkeit zylindrischer Bodenproben bei kontinuierlicher Belastung mittels eines elektromotorisch angetriebenen Druckstsmpels innerhalb einer Trägergruppe erfolgt, die weiterhin eine Druckmeßdose und einen Wegaufnehmer sowie ein elektronisches Steuer-, Meß- und Anzeigeteil enthält.According to the invention, the object is achieved in that the testing of the compressive strength of cylindrical soil samples under continuous loading is carried out by means of an electric motor-driven pressure stamp within a carrier group, which also contains a pressure cell and a displacement sensor as well as an electronic control, measuring and display part.
Die Vorteile der Einrichtung gegenüber vergleichbaren kommer ziell vertriebenen Geräten lassen sich wie folgt zusammenfassen .· The advantages of the device compared to comparable commercially available devices can be summarized as follows .
- E in fache und schnei Ie Handhabung über ein Bedienertastenfeld - Simple and quick handling via a control panel
- Einsatz eines Elektromotors in Verbindung mit einem Schneckengetriebe zur Gewährleistung einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit bei der Lastaufbringung- Use of an electric motor in conjunction with a worm gear to ensure a constant feed rate when applying the load
- Erhöhung der Meßgenauigkeit durch eine spezielle Kraftmeßdose und ein hochauflösendes Digitalvoltmeter- Increased measurement accuracy through a special load cell and a high-resolution digital voltmeter
- Verwendung einer netzunabhängigen Spannungsquelle- Use of a mains-independent voltage source
(NiCd-Akku 12 V) zur Gewährleistung einer konstanten Speisespannung im Feldb-etrieb.(NiCd battery 12 V) to ensure a constant supply voltage in field operation.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below in an embodiment . Shown are:
Fig. 1: Funktionsblockschaltbild des Meß-, Steuer- und AnzeigeteilsFig. 1: Functional block diagram of the measuring, control and display section
Fig. 2: Seitenansicht der Trägergruppe mit Funktionsblöcken · Fig. 2: Side view of the carrier group with functional blocks ·
Nach Fig. 2 wird der Druckstempel 19 von einem Antriebsmotor 5 mit konstantem Vorschub gegen die freiste'hende Bodenprobe 17 gedrückt. Eine in den Druckstempel einbezogene Druckmeßdose 12 wandelt die mechanische Meßgröße in eine elektrische Meßspannung um. Die in der Druckmeßdose 12 enthaltene DMS-Brückenschaltung wird von einer hochstabilen SpannungsquelIe 4 gespeist. Die gewinnbare Brückenmeßspannung liegt im Bereich von 10 mV und wird zur Anpassung an den A/D-Wandler 15 um den Faktor 100 verstärkt. Ein entsprechender Operationsverstärker 13 wird dazu der DMS-Brücke nachgeschaltet.According to Fig. 2, the pressure stamp 19 is pressed against the free-standing soil sample 17 by a drive motor 5 with a constant feed. A pressure cell 12 incorporated in the pressure stamp converts the mechanical measurement value into an electrical measurement voltage. The strain gauge bridge circuit contained in the pressure cell 12 is fed by a highly stable voltage source 4. The bridge measurement voltage that can be obtained is in the range of 10 mV and is amplified by a factor of 100 to adapt to the A/D converter 15. A corresponding operational amplifier 13 is connected downstream of the strain gauge bridge for this purpose.
Im Ergebnis der Messung sollen Druck und Vorschub als Wertepaare für äquidistante Vorschübe vorliegen. Eine kontinuierliche A/D-Wandlung läßt auf Grund des ständigen Anzeigewechsels keine definierte Meßergebnis Zuordnung zwischen Druck und Vorschub zu. Daher wird bei den gewählten Äquidistanten des Vorschubs eine analoge Meßwertspeicherung der DMS-Brückenspannung mittels eines Abtast- und Haiteschaltkreises 14 vorgenommen. Innerhalb dieser Äquid istanten bleibt die vers tärkte Druckmeßdosenspannung für denAs a result of the measurement, pressure and feed should be available as value pairs for equidistant feeds. A continuous A/D conversion does not allow a defined measurement result assignment between pressure and feed due to the constant display change. For this reason, an analog measured value storage of the strain gauge bridge voltage is carried out at the selected equidistant feed using a sampling and holding circuit 14. Within these equidistants, the amplified pressure sensor voltage remains for the
AlD-Wandlsr 15 :<onstanz und somit auch dessen digitale Anzeige. In Verbindung mit der ebenfalls zwiscnengespeicherten Vorschubanzeige ergibt sich pro Äquidistante ein definiertes Meßwertpaar. Zusätzlich wird jede Aquid is tan te durch ein akustisches Signal angekündigt. Die Wegmessung wird über die Zählung der Umdrehungen des AntriebsmotorsSrealisiert, wobei der Stand aes Umdrehungszählers 3 als Vorschub ausgegeben wird.AlD converter 15 : constant and thus also its digital display. In conjunction with the feed display, which is also temporarily stored, a defined pair of measured values is obtained for each equidistant. In addition, each equidistant is announced by an acoustic signal. The distance measurement is carried out by counting the revolutions of the drive motor, whereby the status of the revolution counter 3 is output as the feed.
Die Bedienung der &Xgr;inrichtung erfolgt über ein Tastenfeld. Die Bedientasten sind mit einer Steuer logik 10 verbunden, in der eine Verknüpfung mit der Wegmeßschalzung und der Motorsteuerung vorgenommen wird.The device is operated via a keypad. The operating keys are connected to a control logic 10, in which a link is made with the position measuring circuit and the motor control.
Es wurden folgende Betriebsarten eingerichtet:The following operating modes have been set up:
- Start der Messung . Vorschubanzeige auf "O" setzen- Start the measurement. Set the feed rate indicator to "O"
. Motorstart mit konstanter vorgewählter. Engine start with constant preselected
Drehzahl . Ausgabe von Druck und Vorschub in denSpeed . Output of pressure and feed in the
Äquidistanten in Verbindung mit einemEquidistant in connection with a
akustischen Signal . automatischer Stop bei vorgegebenemacoustic signal. automatic stop at preset
VorschubendwertFinal feed value
- Stop . Anhalten des AntriebsmotorsSin allen- Stop . Stop the drive motor in all
Betriebsarten . Anzeige des letzten MeßwertpaaresOperating modes . Display of the last pair of measured values
- Hoch . Druckstempel 19 wird mit erhöhter - High . Pressure stamp 19 is with increased
Geschwindigkeit hoch gefahrenIncreased speed
- Abwärts . Druckstempel 19 wird mit normaler Ge- Downwards . Pressure stamp 19 is moved with normal
schwindigkeit an Bodenprobe^herangefahrenspeed approached soil sample^
Eine weitere Komponente ist der Motordrehzahl regler 11, der zur Gewährleistung des konstanten Stempel Vorschubs die Motorspannung auf den vorgewählten Wert einregelt. Über einen Dreh~ schalter lassen sich drei Drehzahlen vorwählen. Zusätzlich kann die Drehrichtung des Motors mittels eines Umpols.chalters 9 umgeschaltet werden.Another component is the motor speed controller 11, which regulates the motor voltage to the preselected value to ensure constant punch feed. Three speeds can be preselected using a rotary switch. In addition, the direction of rotation of the motor can be switched using a polarity reversing switch 9.
Die Einrichtung wird aus einer 12 V-Batterie 22 mit Energie versorgt. Innerhalb des Gerätes benötigen die elektronischen Baugruppen weitere Spannungen und zwar +5 V, -10 V, +1OV und eine schwebende Spannung von 4,000 V. Erzeugt werden sie von einer zentralen Baugruppe mittels Regler^ SchaltreglerJund eines Durchflußwandlersft Die Einrichtung wird aus einer aufladbaren Batterie 22 mit Energie versorgt. Innerhalb der Einrichtung werden zur Versorgung der einzelnen elektronischen Schaltungen weitere Spannungen benötigt. Sie werden innerhalb der Einrichtungsteile 1, 2, 3 und 4 erzeugt. Um die Datenerfassung auch im feldmäßigen Einsatz zu automatisieren, wurde für einen tragbaren Computer eine Schnittstelle Io ins talliert. The device is supplied with energy from a 12 V battery 22. Within the device, the electronic components require additional voltages, namely +5 V, -10 V, +10 V and a floating voltage of 4,000 V. These are generated by a central module using a regulator^ switching regulatorJand a forward converter rsft The device is supplied with energy from a rechargeable battery 22. Within the device, additional voltages are required to supply the individual electronic circuits. They are generated within the device parts 1, 2, 3 and 4. In order to automate data acquisition in field use, an interface Io was installed for a portable computer.
Aufstellung der verwendeten BezuqszeichenList of reference symbols used
1 Schaltregler1 switching regulator
2 Längsregler2 longitudinal regulators
3 Schaltregler3 Switching regulators
4 Spannungsquelle 4,000 V4 Voltage source 4,000 V
5 Antriebsmotor 5 Drive motor
6 Lichtschranke6 Light barrier
7 Wegaufnehmer7 displacement sensors
8 Umdrehungszähler8 revolution counter
9 Umpolschalter9 polarity reversal switch
10 Steuerlogik10 Control logic
11 Hotordrehzahlregler11 Engine speed controller
12 Druckmeßdose12 Pressure cell
13 Operationsverstärker13 operational amplifiers
14 Abtast- und Salteschaltkreis14 Sampling and salting circuit
15 A/D-Wandler 15 Schnittstelle15 A/D converter 15 Interface
17 Zylindrische Bodenprobe17 Cylindrical soil sample
18 Trägergruppe18 Carrier group
19 Druckstempel19 printing stamps
20 Spindel20 spindle
21 Getriebe mit Kegel radantrieb21 Gearbox with bevel gear drive
22 Aufladbare Batterie (NiCd-Akku)22 Rechargeable battery (NiCd battery)
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE9101292U DE9101292U1 (en) | 1991-02-02 | 1991-02-02 | Equipment for measuring soil mechanical parameters |
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DE9101292U1 true DE9101292U1 (en) | 1991-04-25 |
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ID=6863998
Family Applications (1)
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DE9101292U Expired - Lifetime DE9101292U1 (en) | 1991-02-02 | 1991-02-02 | Equipment for measuring soil mechanical parameters |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE9101292U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5943940A (en) * | 1995-11-30 | 1999-08-31 | Ab Volvo | Indication means in a brake cylinder for a vehicle brake |
-
1991
- 1991-02-02 DE DE9101292U patent/DE9101292U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
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US5943940A (en) * | 1995-11-30 | 1999-08-31 | Ab Volvo | Indication means in a brake cylinder for a vehicle brake |
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