DE1648973C3 - Vorrichtung zur Messung des Trockenraumgewichtes eines Bodens und Verfahren zu ihrer Einstellung - Google Patents
Vorrichtung zur Messung des Trockenraumgewichtes eines Bodens und Verfahren zu ihrer EinstellungInfo
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Description
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- 60 kann.
zeichnet durch ihre Verwendung zur Bestimmung Es ist ferner bekannt, für die Dichleprüfung von
des Wassergehaltes eines Hodens. Böden elektrische Widerstandsmessungen zu ver
wenden (G. K r ο η e η b e r g e r in Forschungs-
berichte des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 977).
65 Das bekannte Verfahren arbeitet mit Gleichstrom. Der
Die Erfindung betrifft eint Vorrichtung zur Messung Widerstand des Bodens wird mit einer Wheatstonedes
Trockenraumgewichts eines Hodens entweder un- sehen Brücke gemessen. Es ergibt sich also nicht eine
mittelbar (z. B. in Tonnen pro Kubikmeter) oder direkte Anzeige des gesuchten Trockenraumgewichtes,
1 64δ 973
£^£%£££Zft* wesentlich davo0 ab· von we!cher elektrischen Meßgröße ausf"
S gegangen wird. Grundsätzlich ist der Aufbau solcher
^ S^iiSSFSSBiiS 3ÄE
nicht idS f£ eine m gft eSUUllalten ge" Wenn von dem Sondenstrom / als elektrischer Mel·
ÄSäÄssir SJSuä lo st ausgrrwird· Eriht sich näm^ daß
actt das reziproke bezogene Trackenraumgewicht eine
^gSSßStuSÄ den lineare FUnktiOn d Sd * * i
Elektroden nur Meßzeiten bis zu maximal 2 Sekunden J"s/y' - 1 -(1—l/g) (/-
E bdf hn e i G
Elektr zu maximal 2 Sekunden J"s/
Es bedarf schon einer gewissen Geschicklichkeit des 15 rfarin
Bedienenden, in dieser Zeit eine Brückschaltung abzui ""
gleichen. γι = Trockenraumgewicht des zu messenden
Um die verschiedenen Meßwerte miteinander ver- Bodens,
gleichen zu können, bezieht man diese auf den Meß- y/1>2 = Trockenraumgewicht der zwei bekannten
wert am frisch geschütteten Boden. Es zeigt sich jedoch, « Bodenproben 1 und 2,
daß Schüttdichten sehr ungleichmäßig und in keiner e = vt Ivt
Weise reproduzierbav sind. Der Bezug der erhaltenen , ί ' A »„ « J u · Λ
Meßwerte auf solche "unsicheren Bezueserößen «· = Om der Meßsonde 1^i der zu unterstaltet
kernen Vergleich der Verdichtungen an ver- suchenden Bodenprobe, schiedenen Orten oder bei verschiedenen Bearbeitun- as ΙΐΛ ^" Strom der Bodenproben »1« und »2«.
f"rf i^,dd^SSSiftinrÖnden «aldaS bekannte Die Anordnung ^'>d dann zweckmäßigerweise so
ei L SlriS g VOn Boden mit Hilfe ßetroffen' daß die Meßsonde mit konstanter Wechsel-
^ SSd^8"1"8"1 in der PraXiS SpannUng beauf^'^ ist, daß mi, der Meßsonde ein
EB iS?hL A, f κ Meßwiderstand in Reihe geschaltet ist, an dem eine
zur^ MesSnfHi8a?e2IigrUn00-eineVor- 3° dem Sondenstrom proportionale Spannung abfällt,
etis zu schaffen Z Trockenraunigwichtes daß die an dem Meßwiderstand abgegriffene Spannung
H 2m t^hfr ηϊ Γ '"r McßgröPe ent- «inem stetig einstellbaren Anteil der besagten kon-
Γ2 „pr!E ΐf H? P Tf \ aUf eine bekannte stanten Wechselspannung überlagert ist und daß an
η™ B6edie enden a so erf ^' ^'^ Es S°" einem Phasenempfindlich gleichrichtenden Anzeige-
nl,? we S,l„ r.XPa;1 Wi ufr" verschiedene 35 gerät einem von Null aus stetig einstellbaren Anteil
f ' £η™Γπ m^ und WassereehaIt' ei"- der durch die Überlagerung erhaltenen Summenspan-
?m™ S η , T κ" Hand einer be" n>ing ein zweiter VOil Null aus stetig einstellbarer Anteil
stimmten Rcchenanleitung das bezogene Trocken- der konstanten Wechselspannung überlagert ist.
raurngewicht zu berechnen. Ferner soll eine aus- Mit einem solchen Analogrechner läßt sich die
re' d^r rSr; de 8R Η'""' WerdenUnd Messunße" <° °ben angegebene Beziehung nachbilden, so daß eine
Jh1 tJn η ti P Τ* e'n Ε,'ηί>3ΐΖ auf mög" unmittelbare Anzeige des bezogenen Trcckenraum-
hchs, allen in der Praxis vorkommenden Böden mög- gewichtes bzw. des Reziprokwertes desselben erhalten
t „πί une. uUrZe,Meß?eit erreicht wird· Die Einstellung der Vorrichtung kann vorteilhaft
werden und Messungen auch wahrend der Bearbeitung in der Weise erfolgen, daß aus dem zu untersuchenden
des Bodens möglich sein. Insbesondere soll die Vor- 45 Boden eine erste und eine zweite Bodenprobe berichtung
mechanisch gegen die Bearbeitung des Bodens kannten Trockenraumgewichts hergestellt wird, daß
""rf Äh ff" u-A«A bei einer Meßsonde in der zweiten Bodenprobe der
p.egestel te Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch zweite Anteil der konstanten Wechselspannung auf
gelost daß die Meßsonde an eine Wechselstromquelle Null eingestellt und der erste Anteil so eingestellt wird,
angeschlossen ist und daß der die Meßstrecke ent- 50 daß das Anzeigegerät Null anzeigt, daß anschließend
haltende Stromkreis mit e.nem an Hand von Test- bei einer Meßsonde in der ersten Bodenprobe der
Messungenι mit bekannten Bodenproben einstellbaren Anteil der Summenspannung zunächst auf Null und
Analogrechnernetzwerk zur Erzeugung eines dem be- der zweite Anteil der konstanten Wechselspannung so
zogenen 1 rockenraiimgewicht analogen Ausgangs- eingestellt wird, daß die Anzeige dem Trockenraumsignals
verbunden «t. 55 gewicht der zweiten Bodenprobe entspricht, und daß
Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf der anschließend der Anteil der Summenspannung so lang«
empirisch gefundenen Erkenntnis, daß sich der Strom verändert wird, bis sich eine dem Trockenraumgewichr
über die Meßst,ecke als Produkt je einer Linearform der ersten Bodenprobe entsprechende Anzeige ergibt,
des Wassergehaltes des Bodens und des bezogenen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Trockenraumgewichts darstellen läßt. Durch Messung Co Abbildung dargestellt und im folgenden beschrieben»
an zwe. Proben des untersuchten Bodens mit be- Mit 1 ist ein Niederfrequenz-Oszillator mit einer
kannten Trockenraumgewichten lassen sich die Koef- Schwingfrequenz von beispielsweise 200 Hz bezeichnet,
nzienten bestimmen. Es ist vorgesehen, daß die Zu- dessen Ausgangsspannung auf einen Verstärker 2 gesammenhange
zwischen dem bezogenen Trockenraum- geben wird. Der Verstärker 2 besitit einmal einen sehr
gewicht und den elektrischen Meßgrößen durch ein 65 niedrigen Ausgangswiderstand. Zum anderen ist er
Analogrechnernetwerk durch Testmessungen so ein- aber kurzschlußfest. Die Ausgangsspannung des Verstellbar
sind daß sich ein dem bezogenen Trockenraum- stärkers gelangt über einen Meßwiderstand 3 an zwei
gewicht analoges Ausgangssignal ergibt. Wesentlich Zuneen eines Schrittschalters Λ der wPni«tPns ™<»i
Schaltebenen aufweist. Über diese beiden Schaltebenen des Schalters 4 sind Meßsonden 6 über Kabel 5
wahlweise in den Ausgangsstromkreis des Verstärkers 2
in Reihe mit dem Meßwiderstand 3 einschaltbar. Von einem Leiter 7, der im folgenden als Bezugspotential
angesehen wild, führt ein Mitkopplungswiderstand 8 auf den Eingang des Verstärkers 2 zurück. Die an dem
Meßwiderstand 3 abgegriffene Spannung wird über Addierwiderstände 9 mit einer Teilspannung der Ausganr^sparinung
des Verstärkers 2 addiert. Diese Teilspannung wird an einem einstellbaren Potentiometer 10
abgegriffen. Von der so erhaltenen Summenspannung wird an einem Spannungsteiler 11 wiederum eine Teilspannung
abgegriffen. Diese Teilspanrung der Summenspannung, welche am Potentiometer 11 abgegriffen
wird, wird über weitere Addierwiderstände 12 zu einer »weiten Teilspannung der Ausgamgsspannung
des Verstärkers 2 addiert, die an einem Potentiometer 13 abgegriffen wird. Die so erhaltene Summenspannung
gelangt an einen gesteuerten Gleichrichter 14, der von der Ausgangsspannung des Verstärkers 2 gesteuert
wird. Die so erhaltene phasenempfindlich gleichgerichtete Spannung wird an einem Anzeigeinstrument
15 angezeigt.
Auf den Eingang des gesteuerten Gleichrichters 14 wird zusätzlich über einen Addierwiderstand 16 die
Ausgangsspannung einer Phasenumkehrstufe 17 hinzuaddiert. Der Eingang der Phasenumkehrstufe 17 wird
über eine weitere Zunge 18 des Schrittschalters 4 in dessen dritter Schaltebene in der ersten Stellung des
Schalters mit dem Bezugspotential des Leiters 7 und in allen weiteren Stellungen mit der darauf bezogenen
Spannung des Verstärkers 2 verbunden.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Zv/ischen der Trockenraumdichte der zu untersuchenden Probe und dem Sondenstrom besteht, wie oben angegeben, der Zusammenhang
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Zv/ischen der Trockenraumdichte der zu untersuchenden Probe und dem Sondenstrom besteht, wie oben angegeben, der Zusammenhang
ytjyt =-- l-(l-l/gU/--i,Wi-'i)·
An den Elektroden de»- Meßsonden 6 liegt eine konstante
Spannung an, die durch den Oszillator 1 und den Verstärker 2 bestimmt wird. Der erhaHene Sondenstrom
/ erzeugt einen dazu proportionalen Spannungsabfall an dem Meßwiderstand 3. Die Schaltung wird
nun wie folgt eingestellt:
In der ersten Stellung des Schrittschalters 4 wird die
Ausgangsspannung des Verstärkers 2 über den Meßwiderstand 3 und über das erste der Verbindungskabel 5 an diejenige Sonde 6 geführt, die sich in der
Bodenprobe »2« befindet. In dieser Schalterstellung stellt man den Schleifer des Potentiometers 11 auf den
Addierpunkt, d. h., es wird die volle Summenspannung abgegriffen. Der Spannunpteiler 13 wird mit seinem
Schleifer auf das Referenzpotential der Leitung 7 gelegt
Es wird also von diesem Spannungsteiler keine Spannung abgegriffen. Unter diesen Umständen wird
dann der Spannungsteiler 10 so lange verstellt, bis das Instrument 15 gleichstromfrei wird. Der Schalter 14
wird dann in die zweite Stellung geschaltet, bei welcher
die Ausgänge des Verstärkers 2 über den Meßwiderstand 3 an die in der Bodenprobe »1« befindliche Sonde
geführt sind. In dieser Schalterstellung führt man zunächst den Abgriff des Potentiometers 11 auf das
Referenzpotential der Leitung 7. Es wird also von der Summenspannung der Anteil Null abgegriffen. Mittels
des Potentiometers 13 wird dann die Anzeige am Instrument IS so eingestellt, daß das auf die Proctordichte
bezogene Trockenraumgewicht der Probe »2« angezeigt wird. Dieses Trockenrautngewicht war ja
bekannt. Wenn das Potentiometer 13 auf diese Weise eingestellt ist, wird nun das Potentiometer 11 so verstellt,
daß die Anzeige dem auf die Proctordichte bezogenen
Trockenrauntgewicht der Bodenprobe »1« entspricht.
Damit ist der Analogrechner vollständig eingestellt. In den weiteren Stellungen arbeitet der
Schalter 4 als Meßstellenumschalter für die weiteren angeschlossenen Sonden 6.
ίο Man erkennt, daß mit der beschriebenen Einstellung
die oben angegebene Beziehung zwischen dem auf die Proctordichte bezogenen Trockenraumgewicht der
jeweils untersuchten Probe und dem Sondenstrom nachgebildet ist. Am Meßwiderstand 3 bildet sich eine
Spannung aus, die dorn durch die angeschlossene Meßsonde
bei dieser konstanten Spannung fließenden Strom / entspricht. Am Addierpunkt vor dem Potentiometer
11 ist hiervon der der Bodenprobe »2« entsprechende Meßwert in Abzug gebracht. Das Potentio-
ao meter 10 war ja so eingestellt worden, daß in der Bodenprobe »2« die Summenspannung Null wurde.
Das Signal entspricht also /—Z1. Die Einstellung des
Potentiometers 11 berücksichtigt den Faktor, mit welchem /—/, in der oben angegebenen Beziehung im
rechten Summanden erscheint. Die an dem Potentiometer 13 abgegriffene und hinzuaddierte Spannung
stellt den linken Summanden der angegebenen Beziehung dar.
Die über den Addierwiderstand 16 über die Phasenumkehrstufe 17 auf den Eingang des gesteuerten Gleichrichters 14 hinzuaddierte Spannung bewirkt eine Trennung des elektrischen und des mechanischen Nullpunktes des für die umgekehrte Stromrichtung durch eine Diode geschützten Instrumentes 15. Das Instrument trägt über seinem mechanischen Anzeigebereich die folgende Skala:
Die über den Addierwiderstand 16 über die Phasenumkehrstufe 17 auf den Eingang des gesteuerten Gleichrichters 14 hinzuaddierte Spannung bewirkt eine Trennung des elektrischen und des mechanischen Nullpunktes des für die umgekehrte Stromrichtung durch eine Diode geschützten Instrumentes 15. Das Instrument trägt über seinem mechanischen Anzeigebereich die folgende Skala:
"Ό vom Vollausschlag... 100 80 60 50 40 20 0
Skalenwert 75 33 94 iOO 107 125 15
Zweckmäßigerweise ist die Bodenprobe »1« auf die Proctordichte des gemessenen Materials und die
Bodenprobe »2« auf 80°/0 dieses Wertes verdichtet.
In sinngemäßer V/eise könnte eine Vorrichtung der vorliegenden Art statt zur Bestimmung des Trockenraumgewichtes
eines Bodens bei konstantem Wassergehalt auch zur Bestimmung des variablen Wassergehaltes
bei konstantem Trockenraumgewicht benutzt werden. Die oben angegebene Beziehung würde in
äquivalenter Weise auch für den Wassergehalt gelten.
Statt zweier Bodenproben bekannten Trockenraumgewichtes wurden 2wei Bodenproben mit bekanntem
Wassergehalt für die ersten beiden Sonden vorgesehen werden. Die Einstellung des Analogrechnernetzwerkes
würde in gleicher Weise vorgenommen, wie es oben für das Trockenraumgewicht beschrieben worden ist Die
Skala des Anzeigeinstruments trägt zu diesem Zweck vorteilhaft eine zweite Teilung zur Messung des
Wassergehalts des Bodens.
Die beschriebene; Vorrichtung gestattet somit, die Verdichtung eines Bodens sogar schon während der
Bearbeitung laufend auf eine sehr bequeme Art und mit ausreichender Genauigkeit zu messen. Es ergibt
sich eine direkte Anzeige. Es können somit die Arbeiten auf der Baustelle laufend überwacht werden.
Die beschriebene Vorrichtung kann auch im Prüf '.
bei der Ermittlung der Einsatzfähigkeit und der Lv :■ stungsdaten verschiedener Verdichtungsgeräte ve-wendet werden.
bei der Ermittlung der Einsatzfähigkeit und der Lv :■ stungsdaten verschiedener Verdichtungsgeräte ve-wendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- J643BS73 ιbezogen auf eine bekannte Boden^öfie (z.B. die Patentansprüche: Sordichte) mit «iner Meßsonde, «*&«« *"»L Achtung zur Messung des T^kenraurn- iOckttdj» fcdm» JfSSSi vS' Straßen ^ewjqhts eines Bodens entweder unmittelbar oder l*ur tue ^rs*" * BäauneD ist eine aussogen «tf eine bekannte iBodengröße fr. B. die s sowie auch ^^^^,^chten Bodens ^ootordichte) mit einer Meßsonde, enthaltend ™.chei.de v«™™£«.0J^ |e Ausschreitung*- #wei Elektroden in dem *u untersuchenden -Boden, ™fMto*·/"J" £Xhörden hierfür bestimmte dadurch gekennzeichnet, daßdieMeß- ^dlf^e ^ J^t°S.diung des Bauwerkes sonde (*) an eine Wecbselstroraquelle (1,2) angs- Mindestwerte an die be. <£r/^^gene yerfahren schlosse« ist und daß der die Meßstrecke enthal- *> zu erreichen «d'^^^St^a^ erzielte ;tende Stromkreis mit einem an Hand von Test- bekannt die be« «r vmucn ^56n. Obliche Vermessungen mit !bekannten Bodenproben emstell- ^ιε^^Γ j?T^f der Enüiahme ungestörter baren Anaiogrechnernetewerk {9 bis 13) zur Er- fahren bedienen ach «**!*™^ ^ Volumina zeugung eines dem bezogenen Trockenraum- »^Strin^ta? vSSefSnd aber wegen gewicht analogen Ausgangssignals verbunden ist. *5 bestimmt we™3*· u\ese^ v^«?T"\ - * ■ 2. Vomohtung mchA*spruch 1, dadurch ge- ihrer Umständlichkeit mder kennzeichnet, daß die Meßsonde (€) mit konstanter der Zeitdauer die mn. zu WechsQspannung beaufschlagt ist, .daß mit der nöugt, in der Praxis wemg | Meßsonde tf) ein Meßwiderstand (3) in Reihe ge- daß die Besümmung der schaltet ist, an dem eine dem Sondenstrom (/) « spielsweise 50 oder 80 cm ^g proportionale Spannung abfällt, daß die an dem der Schüttung sehr besch^h ist Meßwiderstand (3) abgegriffene Spannung einem mit der erforderlichen Sorgfall und stetig einstellbaren Anteil der konstanten Wechsel- geführt werden kann A spannung überlagert ist und daß an einem phasen- Andere Meßverfahren benutzen ^e Ab empfindlich gleichrichtenden Anzeigegerät (14, 15) *5 radioakt.ver Strahlen durch die festen und ^ einem von Null aus stetig einstellbaren Anteil der Bodenbestandteile. Die Trennung dieser beiden Abdurch die Oberlagerung erhaltenen Summenspan- sorptionsdnaüsse macht es erforderbch (dw Absorp^ nung e.n zweiter von Null aus stetig einstellbarer tionen verschiedener Strahlungen (Neutronenstrahlung Anteil der konstanten Wechselspannung über- und Gammastrahlung) nebeneinander zu beobachten, lagert ist 30 wodurch neben den Schwjengkeiten, die mit dem Um-3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- gang mit radioaktiven Stoffen allgeiran verbunden kennzeichnet, daß auf das Anzeigegerät (14,15) sind, insbesondere der apparauve Aufwand ms Oeüber einen Schalter (4) und -ine Phasenumkehr- wicht fällt. Es bietet außerdem Schwierigkeiten, aus stufe (17) zusätzlich die volle konstante Wechsel- den erhallenen Zahlraten auf die gesuchten Meßgrößen spannung aufschaltbar ist. 35 zu schließen. .4. Vorrichtung nach Anspruch!, dadurch ge- Es ist ferner bekannt, Dichtebestimmungen des kennzeichnet, daß eine Mehrzahl; von Meßsonden Bodens zu ersetzen durch Bestimmung der fclastizitats-(6) vorgesehen ist, die über einen Umschalter (4) moduln mittels statischer (Lastplattenversucn) oder wahlweise in den Stromkreis der Wechselspannung dynamischer Methoden (Ausbreitungsgeschwindigke.t und des Meßwiderstandes (3) einschallbar sind. 40 räumlicher oder flächiger Wellenformen) Abgesehen5. Verfahren zum Einstellen einer Vorrichtung davon, dafä Plattendruckversuche praktisch auf obcrnach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß flächennahe Bereiche beschrankt bleiben und die Ausaus dem /u untersuchenden Boden eine erste und Wertung der Messungen über die Wellenausbreitung eine /We1 ic Bodenprobe bekannten Trockenraum- für die Praxis zu verwickelt und im ein7elnen auch gewichts (-/„ yjj) hergestellt wird, daß mit einer 45 nicht genügend sicher ist, haftet diesem Verfahren der Meßsonde (6) in der zweiten Bodenprobe der Nachteil an, daß die durch sie ermittelte Große viel zweite Anteil der konstanten Wechselspannung auf eher durch die Yerspannung des Bodens als durch Null eingestellt und der erste Anteil so eingeteilt dessen Verdichtung bestimmt wird. So lassen sich wird, daß das Anzeigegerät (15) Null an/e^i, daß ζ B. nach J. Thei ner, Dissertation TH Aachen, anschließend mit einer Meßsonde (6) in der ersten 50 1957, durch die bessere Verspannung der oberen Bodenprobe der Anteil der Summenspannung zu- Schotterlage mit schweren Glattwalzen die Werte des na.hst auf Null und der /weile Anteil der kon- ■ Elastizitätsmoduls um bis zu 100°/0 erhöhen, ohne da« stauten Wechselspannung so eingestellt wird, dal! dabei das Trockenraumgewicht wesentlich verändert die Anzeige dem Trotkenraumgewicht γ3 der zwei- wird. Zieht man in Betracht, daß bei den Ausschreiten Bodenprobe entspricht, und da» anschließend 55 bungsbedingungen bereits einige Prozente des Trokder Anteil der Summenspannung solange verändert kenraumgewichts eine bedeutsame Rolle spielen so wird, bis sich eine dem Trockenraumgewicht)', kann von diesen Verfahren nicht erwartet werden, daß der ersten Bodenprobe entsprechende Anzeige von ihren Ergebnissen ein Entscheid über die Annahme ergibt. oder Ablehnung einer Bauleistung gemacht werden
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Legal Events
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |