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Hyprop Anleitung - UMS

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Bedienungsanleitung
HYPROP
HYPROP-System
Inhalt
1
HYPROP-System
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
5
Sicherheits- und Gefahrenhinweise
Lieferumfang
Danksagung
Bestimmungsgemäße Verwendung
Garantie
Wichtiger Hinweis:
5
6
8
9
10
11
2
Arbeitsablauf Seite
12
3
Produktbeschreibung
13
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.3
3.4
4
Systemkomponenten
Aufbau des HYPROP- Messkopfes
Gehäuse
Drucksensoren
Tensiometer
Temperatursensor
Steckverbinder
Stechzylinder
Software tensioVIEW®
13
13
13
14
15
16
16
16
17
Vorbereitungen zur Messung
18
4.1
Stechzylinder
4.1.1
Stechzylinderprobenahme
4.1.2
Aufsättigen der Probe mit Wasser
4.2
Befüllung der Tensiometer
Wichtige Warnhinweise:
4.2.1
HYPROP-Befüllung
4.2.2
Befüllen der Kerze
4.2.3
Befüllen des Messkopfes
4.2.4
Zusammensetzen von Tensiometerkerzen und Messkopf
4.2.5
Kontrolle der Funktion des HYPROP nach dem Befüllvorgang
4.3
Zusammenfügen Messkopf und Stechzylinder- Probe
19
19
19
21
21
24
24
27
30
32
33
5
35
Inbetriebnahme des HYPROP
5.1
Anschluss der Systemkomponenten
5.1.1
Waage
5.2
Software tensioVIEW®
5.2.1
Die Oberfläche
5.2.1.1 Gerätesuche
5.2.1.2 Einzelgerätemodus
5.2.1.3 Mehrgerätemodus
5.2.2
Aufruf des Messkopf Gerätefensters
5.2.2.1 Eigenschaften
5.2.2.2 Konfiguration des Gerätes
5.2.2.3 Die Konfigurationsparameter des HYPROP
2/104
35
38
41
41
41
41
41
42
42
42
44
HYPROP-System
5.2.3
Refilling-Fenster
5.2.4
Aktuelle Messwerte
5.2.5
Gespeicherte Messdaten
5.3
Hinzufügen der Waage
46
47
47
48
6
50
Durchführung einer Messkampagne
6.1
6.2
6.3
6.4
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
6.4.5
6.4.6
6.4.7
6.4.8
6.5
6.6
6.7
6.8
Startbedingungen
Das Messkampagnenfenster
Konfiguration der Kampagne
Durchführung der Messung
Unterscheidung Mehrgeräte- und Eingerätemodus
Start der Messkampagne
Konstante Startbedingung
Start einer spontanen Messung
Aktuelle Informationen (Status)
Messung im Eingerätemodus
Mehrgerätemodus
Unterbrechung einer Messkampagne
Beschreibung einer optimalen Meßkurve
Beenden der Messung
Ausbauen der Stechzylinderprobe
Bestimmung des Trockengewichtes
50
52
53
54
54
54
54
55
55
56
57
58
59
60
62
65
7
Auswertung
66
8
Fehlersuche
67
9
Wartung und Pflege
69
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.4
9.2
9.3
9.4
Überprüfung
Nullpunkt Prüfung (Offset)
Überprüfung des Ansprechverhaltens (Response)
Kalibrierung
Überprüfen des Offset
Reinigung
Lagerung
Tauschen des O-Ringes im HYPROP Sensorkopf:
69
69
69
69
70
70
70
71
10 Theoretische Grundlagen
73
10.1 Verdunstungsverfahren (Übersicht)
10.2 Erzeugung diskreter Datenpunkte für Retentions- und
Leitfähigkeitsbeziehung
10.3 Retentions- und Leitfähigkeitsfunktionen
10.3.1 Das van Genuchten/Mualem Modell
10.3.2 Das bimodale van Genuchten/Mualem Modell
10.3.3 Das Modell nach Brooks und Corey
10.4 Parameteroptimierung
73
73
74
75
75
76
76
11 Zusätzliche Hinweise
77
11.1 Erweiterter Messbereich
11.1.1 Der Lufteintrittsdruck(punkt) der porösen Kerze.
11.1.2 Der Dampfdruck von Wasser:
77
77
77
3/104
HYPROP-System
11.1.3 Der Siedeverzug:
11.2 Einfluss des Wasserdampfdruckes auf den Zusammenhang pF/WG:
11.3 Osmotischer Effekt
78
79
79
12 Anhang
80
12.1 Typische Messkurven
12.1.1 Sandiger Lehm (Ls3)
12.1.2 Toniger Schluff (Ut3)
12.1.3 Schwach lehmiger Sand (Sl2)
12.1.4 Reiner Fein- bis Mittelsand (Ss)
12.2 Standard pF-Kurven
12.3 Parameter
12.3.1 Input
12.3.2 Output
12.3.3 Parameterauflistung und Beschreibung für die .csv Tabellen:
12.4 Einheitenübersicht für Bodenwasser- und Matrix-potentiale
12.5 Technische Daten
12.5.1 Anschlussbelegung
12.6 Zubehör
12.6.1 HYPROP-Erweiterungen und Zubehör
12.6.2 Befüllstation und sonstiges Zubehör
80
80
83
85
88
90
91
91
92
93
94
95
96
97
97
98
13 Literatur
99
14 Stichwortverzeichnis
102
Ihre Ansprechpartner bei UMS
104
4/104
HYPROP-System
1
HYPROP-System
Laborverdunstungsverfahren nach WIND/SCHINDLER zur Messung
der ungesättigten hydraulischen Leitfähigkeit und
Wasserretentionsfunktion von Bodenproben.
1.1
Sicherheits- und Gefahrenhinweise
Beim Umgang mit Produkten, die mit elektrischer Spannung in
Berührung kommen, müssen die gültigen VDE-Vorschriften beachtet
werden, insbesondere VDE 0100, VDE 0550/0551, VDE 0700, VDE
0711 und VDE 0860.
Bitte beachten Sie, dass Bedien- und Anschlussfehler außerhalb
unseres Einflussbereiches liegen. Verständlicherweise können wir
für Schäden die daraus entstehen keine Haftung übernehmen.
Tensiometer sind Messgeräte zur Messung der Bodenwasserspannung, des Bodenwasserdruckes und der Bodentemperatur und
nur für diesen Zweck einzusetzen.
An dieser Stelle möchten wir besonders auf folgende GefahrenQuellen hinweisen:
Überdruck: Die zerstörungsfreie maximale Drucklast der
Druckaufnehmer beträgt 3000 hPa. Höhere Drücke, die beim
Aufschrauben der Tensiometerkerze entstehen, können den
Sensor zerstören und müssen daher im Menü „Befüllung“
überwacht werden.
Keramik: Die Keramik nicht mit bloßen Fingern berühren. Fette
oder Seifen beeinträchtigen die hydrophilen Eigenschaften der
Keramik.
Frost: Der Messkopf ist mit Wasser gefüllt und daher
frostempfindlich! Schützen Sie ihn vor Frost! Lassen Sie im Winter
keinesfalls Ihr Messequipment über Nacht im Auto oder in der
Messhütte liegen!
Bitte nicht mit spitzen Gegenständen die Einschraubgewinde im
Messkopf reinigen. Wir empfehlen hierzu eine handelsübliche
Spritzflasche.
5/104
HYPROP-System
1.2
Lieferumfang
Das HYPROP SW Standard System besteht aus 2 Koffern und dem
Karton mit der originalverpackten Kern EG2200 Präzisionswaage:
Koffer 1 (schwarzer Verschluß), auch einzeln als HYPROP-E
Erweiterungsset beziehbar mit folgendem Inhalt:
 Messkopf (1); 2 Tensiometerkerzen 50 mm und 25 mm (2)
 Messkopfadapter (3); Aufsättigungsschale (4)
 HYPROP-Anschlußkabel (5); 6 Stück Vlies (15 cm X 15 cm) (6)
 tensioLINK® T-Stück (7) ; Schutzkappen (8)

Dichtungsmanschette aus Silikon (6)
1
3
2
4
5
8
7
Abbildung 1-1
6/104
6
HYPROP-System
Koffer 2 (weißer Verschluß), Servicekoffer mit folgendem Inhalt:







Flasche mit entionisiertem Wasser (1)
Spritzenset bestehend aus: 2 Wasservorratsspritzen (2), 2 Evakuierspritzen (3), eine Evakuierspritze für den Messkopfadapter
(4) mit Schlauch (12) und eine Tröpfchenspritze (5)
Stechzylinder 250 ml, incl. 2 Schutzkappen (6)
Bohrer (7)
Kabelset bestehend aus: Anschlußkabel Waage (8), Steckernetzteil (9), HYPROP USB-Adapter (10),
tensioVIEW Software, diese Kurzanleitung
Bohradapter (11)
4
5
3
2
7
12
11
10
8
1
6
Abbildung 1-2
7/104
9
HYPROP-System
1.3
Danksagung
Aus der Analyse des Verdunstungsverlaufes und der zeitlichen und
räumlichen Wassergehaltsabnahme in der Probe während des
Verdunstungsvorganges konnte Herr Dr. Uwe Schindler das
Verdunstungsverfahren nach WIND wesentlich vereinfachen. Die
Ergebnisse von über 2000 Proben sind Bestandteil deutscher und
internationaler Bodendatenbanken (HYPRES, UNSODA) und waren
Grundlage vieler wissenschaftlicher Studien. Veröffentlicht wurden
diese Arbeiten unter:
1.
2.
3.
4.
Schindler, U. (1980): Ein Schnellverfahren zur Messung der
Wasserleitfähigkeit im teilgesättigten Boden an Stechzylinderproben. Arch. Acker- u. Pflanzenbau u. Bodenkd., Berlin
24, 1, 1-7.
Schindler, U.; Bohne, K. and R. Sauerbrey (1985): Comparison
of different measuring and calculating methods to quantify the
hydraulic conductivity of unsaturated soil. Z. Pflanzenernähr.
Bodenkd., 148, 607-617.
Schindler U., Thiere, J., Steidl, J. und L. Müller (2004):
Bodenhydrologische Kennwerte heterogener FlächeneinheitenMethodik der Ableitung und Anwendungsbeispiel für Nordostdeutschland. Fachbeitrag des Landesumweltamtes. H.87. Bodenschutz 2. Landesumweltamt Brandenburg. Potsdam. 55 S.
http://www.brandenburg.de/cms/media.php/2320/lua_bd87.pdf
Schindler, U., Müller L. 2006. Simplifying the evaporation
method for quantifying soil hydraulic properties. J. of Plant
Nutrition and Soil Science. 169 (5). 169.623-629.
Herr Andre Peters hat im Rahmen seiner Promotion am Institut für
Geoökologie der TU Braunschweig unter der Leitung von Prof. Dr.
Wolfgang
Durner
die
theoretischen
Grundlagen
der
Verfahrensauswertung
wissenschaftlich
geprüft
und
durch
Verbesserungen die Auswertungen präzisiert. Er hat ferner die
Software SHYPFIT 2.0 zur Anpassung von Retentions- und
Leitfähigkeitsfunktionen an die Messdaten erstellt und in die
Auswertungssoftware von HYPROP eingebracht. Die Arbeiten sind
über folgende Publikationen dokumentiert:
8/104
HYPROP-System
1. Peters, A., and W. Durner (2008): Simplified Evaporation Method
for Determining Soil Hydraulic Properties. Journal of Hydrology,
under review.
2. Peters, A., and W. Durner (2007): Optimierung eines einfachen
Verdunstungsverfahrens zur Bestimmung bodenhydraulischer
Eigenschaften, Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen
Gesellschaft, im Druck.
3. Peters, A., and W. Durner (2006a): Improved estimation of soil
water retention characteristics from hydrostatic column
experiments,
Water
Resour.
Res.,
42,
W11401,
doi:10.1029/2006WR004952.
4. Peters, A. und W. Durner (2006b), SHYPFIT 2.0 User‘s Manual,
Internal Report. Institut für Geoökologie, Technische Universität
Braunschweig.
5. Peters, A., and W. Durner (2005): Verbesserte Methode zur
Bestimmung
der
Retentionsfunktion
aus
statischen
Säulenexperimenten,
Mitteilungen
der
Deutschen
Bodenkundlichen Gesellschaft. 107, 83-84.
6. Peters, A., and W. Durner (2007): Optimierung eines einfachen
Verdunstungsverfahrens zur Bestimmung bodenhydraulischer
Eigenschaften, Tagung der Deutschen Bodenkundlichen
Gesellschaft,
Dresden,
2-.9.September
2007
(URL
http://www.soil.tubs.de/pubs/poster/2007.Peters.Poster.DBG.pdf).
Ihnen sei herzlich gedankt für die Unterstützung bei der Entwicklung,
den zahlreichen Fachgesprächen mit theoretischem Hintergrund
sowie praktischen Tipps. So wurde aus der tausendfach bewährten
Methode ein anwenderfreundliches System mit dem Fokus auf
Zuverlässigkeit, höchste Präzision und Aussagekraft, das sich dabei
vergleichsweise einfach bedienen läßt. Graphische, interaktive
Menüführung, automatischer Offsetabgleich oder die Fittingroutinen
nach Peters und Durner (2006b) sind die technisch wissenschaftlichen Highlights, die Ihr HYPROP-System zu einem
modernen Bodenlaborsystem machen.
1.4
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das HYPROP dient der Messung und Bestimmung der
Wasserretentionsfunktion und der ungesättigten hydraulischen
Leitfähigkeit als Funktion der Wasserspannung oder des
Wassergehaltes von Bodenproben.
9/104
HYPROP-System
1.5
Garantie
Die Garantiedauer beträgt 12 Monate und erstreckt sich bei
bestimmungsgemäßer Verwendung auf Herstellungsfehler und
Mängel. Der Umfang ist beschränkt auf die ersatzweise Lieferung
oder Reparatur inkl. Verpackung. Versandspesen werden nach
Aufwand berechnet. Erfüllungsort ist München, Gmunderstr. 37.
10/104
HYPROP-System
1.6
Wichtiger Hinweis:
Diese Anleitung beschreibt die Hardwarefunktionen, die
Inbetriebnahme, Messkampagne und Wartung. Für die Auswertung
ist ein weiteres Manual als pdf erhältlich (siehe unten stehender
Link).
Bitte beachten Sie die neue Software
HYPROP-FIT für die Auswertung der Daten
incl. der hydraulische Funktionen.
Download Software
Die neue Software können Sie über folgenden Link herunterladen:
http://www.ums-muc.de/static/HYPROP-FIT.zip
11/104
Arbeitsablauf
2
Arbeitsablauf
Seite
1. Vorbereiten der Proben und der Hardware
1.1 HYPROP- Messkopf und - Kerzen befüllen
1.2. Stechzylinderprobe nehmen
1.3. Bodenprobe aufsättigen
1.4. Bodenprobe für Tensiometerkerzen bohren
Textmarke nicht definiert.
1.5. Stechzylinder auf den Messkopf setzen
Textmarke nicht definiert.
1.6. HYPROP- Messkopf an PC anschließen
Textmarke nicht definiert.
1.7. Waage an PC anschließen
18
21
19
19
Fehler!
2. Software tensioVIEW konfigurieren
2.1. Waage hinzufügen
2.2. Messkampagne definieren
2.3. Dateiname und Probename(n) wählen
2.4. Sofern gewünscht Einheiten und Messintervalle
wählen
2.5. Sofern gewünscht: Anfangswassergehalt eintragen
oder auf „automatisch“ belassen
Textmarke nicht definiert.
2.6. Modell und Bodenart wählen
41
48
53
53
3. Messung durchführen
3.1. Messkampagne starten, ab jetzt werden
die Daten gespeichert
3.2. Konstante Startbedingung abwarten
3.3. Startlinie festlegen bei konstanten
Tensiometerwerten
3.4. Wiegen, je nach Bodenart alle 8 … 48 Stunden
(Mehrgerätemodus)
3.5. Abschließend Wiegen und die Messung
stoppen, wenn das erste Tensiometer „aussteigt“
60
60
4. Auswertung HYPROP Data Evaluation Software
(siehe pdf)
12/104
Fehler!
Fehler!
38
53
31, Fehler!
32
60
60
63
58
Produktbeschreibung
3
Produktbeschreibung
3.1
Systemkomponenten
Das HYPROP-Messsytem besteht aus einem oder mehreren
HYPROP- Messköpfen (max. 20), die über einen seriellen
®
®
tensioLINK -Bus mit der PC-Software tensioVIEW kommunizieren.
Der USB-Konverter überträgt die Signale der HYPROP-Messköpfe
auf die PC-USB-Schnittstelle.
Das Gewicht der Probe wird über eine seriell (RS232)
®
angeschlossene Laborwaage gemessen und von tensioVIEW
verarbeitet.
3.2
Aufbau des HYPROP- Messkopfes
3.2.1
Gehäuse
Im Gehäuse sind die gesamte Elektronik und die Tensiometerdruckaufnehmer untergebracht. Der Messkopf entspricht der
Schutzklasse IP65 und kann unter fließendem Wasser gereinigt
werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Abdeckung der
Steckerbuchse geschlossen ist.
Abb. 1: Gehäuse
Abbildung
schematisch
3-1
13/104
Produktbeschreibung
Stechzylinder
Silikon-Dichtscheibe
Tensiometerschaft
für die untere Tiefe
O-Ringe
(Schmutzschutz)
Tensiometerschaft
für die obere Tiefe
O-Ringe
(Tensiometerabdichtung)
Einschraubgewinde
für Tensiometer,
darunterliegend sitzt
der Druckaufnehmer
Temperatursensor
Spannbügel
Messkopf
Abb. 2:
Abbildung
Aufbau Messkopf
3-2
3.2.2
Drucksensoren
Die beiden Drucksensoren, eingebaut im HYPROP-Messkopf,
messen die Bodenwasserspannung differenziell gegen den
atmosphärischen Luftdruck.
14/104
Produktbeschreibung
3.2.3
Tensiometer
Tensiometer werden zur Messung der Bodenwasserspannung
beziehungsweise des Matrixpotentials eingesetzt. Dieses
Tensiometer arbeitet von +1000 hPa (Stauwasserbereich)
bis -850 hPa (Saugspannung/Wasserspannung), oder je
nach Befüllung weit darüber hinaus. Nach jeder
vollständigen Messung läuft das Tensiometer trocken und
muss befüllt werden (siehe Kap.
„Befüllung mit dem
HYPROP Servicekoffer“).
Das Bodenwasser und das Wasser im Tensiometer haben
Kontakt über die poröse Keramik, die wasserdurchlässig ist.
Die Bodenwasserspannung überträgt sich direkt auf den
Sensor, der das entsprechende analoge elektronische
Messsignal liefert.
Die Tensiometerschäfte werden in die Öffnung der Drucksensoren
eingeschraubt und ragen von unten heraus in die Stechzylinderprobe
hinein. Auf diese Weise können Standard-Stechzylinder verwendet
werden und das Aufbringen der Probe wird vereinfacht.
Die Kerzen besitzen unterschiedliche Längen, um die
Bodenwasserspannung in den 2 Tiefen der Probe zu messen.
Bei den Tensiometerkerzen handelt es sich um die empfindlichsten
Teile des Systems. Schrauben Sie diese bitte vorsichtig auf (siehe
Kap. „Befüllung mit dem HYPROP Servicekoffer“ in der Anleitung
Probenvorbereitung ).
Abb. 3-3
Die Keramikspitze besteht aus keramischem Al2O3-Sintermaterial
und hat eine aktive Oberfläche von nur 0,5 cm² sowie einen
Durchmesser von 5 mm und damit alle Vorteile kleiner
Abmessungen: geringe Bodenstörung, punktuelle Messung und
dabei schnelles Ansprechverhalten.
Das spezielle Herstellungsverfahren garantiert homogene Porosität
bei guter Wasserleitfähigkeit und sehr hoher Festigkeit. Der
Lufteintrittspunkt (Bubble-Point) liegt bei ca. 8.500 hPa. Wird der
Boden trockener als 8.500 hPa, wird die Kerze luftdurchlässig und
die Messkurve geht gegen 0 hPa. Die Kerze ist im Vergleich zu
herkömmlichen porösen Keramiken sehr robust. Mit diesen
Eigenschaften ist sie hervorragend als semipermeable Membran für
Tensiometer geeignet und hat sich zigtausendfach bewährt.
15/104
Produktbeschreibung
3.2.4
Temperatursensor
Der Temperatursensor ragt als kleiner Metallstift am unteren Ende in
die Bodenprobe hinein. Obwohl die Messung der Temperatur nicht
direkt in die Auswertung eingeht, dient diese als wertvolle
Zusatzinformation zur Dokumentation der Qualität einer Messkampagne. Der Sensor hat bei 10 °C eine Toleranz von ±0,2 K.
3.2.5
Steckverbinder
Auf einer Seite des Messkopfes befindet sich die Steckerbuchse für
das
Buskabel.
Da
während
einer
Messkampagne
im
Mehrgerätemodus der Stecker oft abgesteckt wird, um die Probe
störungsfrei zu verwiegen, wird eine
leichtgängige Push-Pull- Verbindung
verwendet. Eine Abdeckkappe sorgt für
Schutz gegen Staub und Wasser.
Diese kann sehr leicht mit einer Hand
geöffnet werden. Achten Sie beim
Reinigen des Messkopfes darauf, dass
Abbildung 3-4
die Schutzkappe fest geschlossen ist.
Schmutz in der Steckverbindung kann die mechanische Funktion
der Steckverbindung beeinträchtigen.
Nicht verdrehen!
Vor einer Reinigung bitte darauf achten, dass die Schutzkappe
verschlossen ist.
3.3
Stechzylinder
Ein handelsüblicher Edelstahl-Stechzylinder mit einem Volumen von
250 ml wird über die 2 Spannbügel an jeder Seite fest aufgespannt.
Durch die dazwischenliegende Dichtmanschette aus Silikon ist die
Stechzylinderprobe nach unten zum Messkopf dicht abgeschlossen.
16/104
Produktbeschreibung
3.4
Software tensioVIEW®
®
Das HYPROP-System setzt auf den tensioLINK -Messbus auf. Um
mit dem PC oder Laptop auf diese Geräte zuzugreifen, steht ein
®
USB-PC-Adapter und die Windows Software tensioVIEW zur Verfügung. Die Software erkennt die am Bus angeschlossenen Geräte
und ermöglicht deren Konfiguration und die Darstellung der Daten.
Für
die
besondere
Funktionalität
des
HYPROP-Systems
wurden
zusätzliche
Funktionen
in
®
integriert.
tensioVIEW
(Messkampagnenfenster
siehe
Kapitel
„Durchführen
einer
Messkampagne“)
Abbildung 3-5
Diese Funktionen werden freigeschaltet, sobald ein HYPROP-Gerät
am Bus erkannt wird.
17/104
Vorbereitungen zur Messung
4 Vorbereitungen zur Messung
Um die Proben für eine Messung mit dem HYPROP-System
vorzubereiten wird folgendes Zubehör benötigt:
-
Stechzylinder 250 ml*
HYPROP-Bohradapter
HYPROP-Sättigungsschale
Aufsättigungswanne (Randhöhe mindestens 7 cm)*
Vlies
HYPROP-Bohrer
Schere*
Servicekoffer zur Befüllung der Tensiometer
* nicht im Lieferumfang enthalten
Abbildung 4-1
18/104
Vorbereitungen zur Messung
4.1
Stechzylinder
4.1.1
Stechzylinderprobenahme
Bitte entnehmen sie die feldfrischen Stechzylinderproben nach den
Vorgaben der Probenahme (siehe DIN 4021 „Aufschluss durch
Schürfe und Bohrungen sowie Entnahme von Proben“). Im
Folgenden ist dies aus einem
Vorlesungsskript
für
das
bodenkundliche Praktikum von
Prof.
W.
Durner
kurz
beschrieben.
Die Stechzylinder werden in der
gewünschten Tiefe auf den
freigelegten Boden aufgesetzt,
mit Hilfe einer passenden
Schlaghaube
und
eines
Abbildung 4-2
mittelgroßen
Hammers
möglichst ohne Verkantung in den Boden eingetrieben (vertikal oder
horizontal), und mit Messer oder Spaten vorsichtig wieder
ausgegraben.
Das
anschließende
Glattschneiden
der
Stechringflächen hat mit einem scharfen Messer ohne
Verschmierung der Poren zu erfolgen.
In der Regel werden Stechzylinder zum Zweck der Bestimmung der
Lagerungsdichte und der Retentionskurve in wenigstens 5 - 10facher Wiederholung genommen.
Da die Stechzylindergewichte differieren können, sollten diese
zweifelsfrei gewogen werden. Alle neuen Stechzylinder sind
eingewogen und entsprechend beschriftet (s.o.)
4.1.2
Aufsättigen der Probe mit Wasser
Entnehmen Sie vorsichtig
den
Probendeckel
der
oberen Seite (die nicht
angefaste
Seite)
des
Stechzylinders.
Tauchen sie das Vlies
vorher in Wasser und
legen das entsprechend
ausgeschnittene Vlies auf
die Stechzylinderprobe.
Abbildung 4-3
19/104
Vorbereitungen zur Messung
Nun setzen Sie die
Aufsättigungsschale auf
und drehen alles auf den
Kopf, die Schneidkante
liegt also oben.
Nun stellen Sie die Stechzylinderprobe mit der
Aufsättigungsschale in die
mit Wasser teilgefüllten
Aufsättigungswanne (ca.
2 cm). Die Probe wird nun
kapillar aufgesättigt. Nach
Abbildung 4-4
ca 4-6 h sollte vorsichtig
Wasser nachgefüllt werden (bis ca 1-2 cm unter der StechzylinderSchneidkante)
Die Stechzylinderprobe wird somit von oben nach unten aufgesättigt!
Wichtiger Hinweis: Ein Anheben und leichtes Kippen der Probe in
der Aufsättigungsschale innerhalb der mit Wasser gefüllten
Aufsättigungswanne verhindert, daß sich Luftblasen bzw.
Luftpolster zwischen der Probe und dem Vlies bilden können. Bitte
führen sie diesen Vorgang vorsichtig durch, ohne daß
Bodenpartikel ausgeschwemmt werden.
Je nach Bodentyp, beispielsweise Ton, kann es sehr lange dauern,
bis die Probe restlos aufgesättigt ist und die Luft vollständig aus der
Probe verdrängt ist. Dies ist erkennbar, wenn die Bodenoberfläche
überall glänzt.
20/104
Vorbereitungen zur Messung
4.2
Befüllung der Tensiometer
Wichtige Warnhinweise:
Achtung: Das HYPROP Messgerät verwendet hochempfindliche
Drucksensoren. Falsches Handling kann das Gerät irreversibel
zerstören! Lesen Sie zuerst das folgende Kapitel zur Befüllung
der Tensiometer.
Beim Einschrauben der
befüllten Tensiometerkerzen
äußerst vorsichtig vorgehen.
Der Druck im inneren der
Kerze steigt plötzlich extrem
an! Schrauben Sie die
Kerze immer nur mit der
Online Kontrolle des
Druckes in tensioVIEW ein!
Drehen Sie die Kerze
langsam ein, achten Sie
dass der Druck immer
unterhalb
des
gelben
Bereichs bleibt.
Lesen Sie bitte hierzu auch
die nachfolgenden Kapitel!
21/104
Vorbereitungen zur Messung
Vorsicht beim Abziehen des
Schlauches unter Vakuum!
Eine plötzliche negative
Druckänderung mit einer
stehenden Wassersäule auf
den Drucksensoren kann
diese zerstören.
Vermeiden Sie es, den
Schlauch schnell
abzuziehen. Lassen Sie
zuerst den Druck am Ende
des Schlauches entweichen,
oder ziehen Sie den
Schlauch langsam ab, so
dass der Druck im Inneren
des Befülladapters langsam
zunimmt.
Vorsicht beim Abklopfen von
Luftblasen!
Vermeiden Sie es, den
Messkopf mit Befülladapter
unter Vakuum heftigen
Stößen auszusetzen. Die
dynamische Bewegung der
stehenden Wassersäule auf
den Drucksensoren kann
diese zerstören.
22/104
Vorbereitungen zur Messung
Damit die Tensiometer in der Lage sind, die Bodenwasserspannung
schnell und zuverlässig zu messen, müssen sie blasenfrei mit
entionisiertem und entgastem Wasser befüllt sein.
Wir empfehlen die HYPROP-Tensiometer nach jeder vollständigen
Messung neu zu befüllen. Wird die Messung unterbrochen und die
Messkampagne nicht bis zum Lufteintrittspunkt der Tensiometer
gefahren, dann können die Tensiometer für die nächste Kampagne
wieder verwendet werden, wenn Sie feucht gehalten werden (mit
halb gefüllter Schutzkappe). Ein zweiter Kerzensatz liegt bei und soll
immer feucht gehalten werden. Damit geht die Befüllung schneller.
Zum Befüllen benötigen Sie unseren HYPROP-Servicekoffer bzw.
eine Vakuumanlage sowie einen PC/Laptop mit installierter
tensioVIEW® Software.
Die Kerze nicht mit der bloßen Hand berühren und nicht mit Fetten
oder Seifen in Berührung bringen, da diese das hydrophile
Verhalten verändern.
Wenn die Kerze an der Umgebungsluft liegt, dann saugt die Luft
das Wasser aus dem Tensiometer. Dabei kann der Bubble-Point
ebenfalls überschritten werden und die Anzeige geht gegen 0
hPa. Es treten Luftblasen ein und das Tensiometer muss neu
befüllt werden. Um dies zu verhindern sollte immer die mit Wasser
gefüllte Schutzkappe auf die Kerze gestülpt werden.
Die verwendete Vakuumpumpe sollte mindestens auf 20 hPa
gegen Vakuum evakuieren können.
23/104
Vorbereitungen zur Messung
4.2.1
HYPROP-Befüllung
Kerze und Messkopf müssen mit entgastem, entionisierem Wasser
befüllt werden, weil über die Wassersäule der Wasserdruck im
Boden (das Matrixpotential) auf die Druckaufnehmer übertragen
wird. Wasser ist nur dann inkompressibel, wenn es entgast und
blasenfrei ist.
Dazu verwenden Sie idealerweise eine Vakuumpumpe, die bis auf
20 hPa gegen Vakuum evakuiert. Alternativ können Sie dafür auch
das mitgelieferte Spritzenset verwenden.
Dies geschieht in vier Schritten:
1. Befüllen der Kerze
2. Befüllen des Messkopfes
3. Zusammensetzen von Kerzen und Messkopf
4. Kontrolle
4.2.2
Befüllen der Kerze
Füllen Sie ein Becherglas mit 1,5 cm Wasser und stellen die
trockenen
Kerzen
so
hinein, dass sie nicht
umfallen. Es darf kein
Wasser von oben in den
Schaft gelangen, sonst
verbleibt die Luft in den
Keramikporen. Lassen Sie
die Kerze langsam über
Nacht aufsättigen, das
beschleunigt später die
Befüllung.
Abbildung 4-5
24/104
Vorbereitungen zur Messung
Befüllung mit Vakuumpumpe:
Schließen Sie diese über ein 100 ml ... 1000 ml Zwischengefäß an
das Gewinde des Kerzenschaftes an. Lassen Sie die Vakuumpumpe
ca. 30 Minuten laufen,- danach für ca. 1 Std. ausgeschaltet. Das
Vakuum baut sich langsam ab, Luftblasen werden kleiner und
können aufsteigen. Diese Prozedur wiederholen Sie ca. dreimal.
Wenn circa 10 ml Wasser durch beide Kerzen gesaugt wurde sind
sie befüllt.
Abbildung 4-6
25/104
Vorbereitungen zur Messung
Manuelle Befüllung (im Lieferumfang enthalten):
Alternativ nehmen Sie eine Vorratsspritze, füllen diese komplett mit
entgastem Wasser und stecken sie blasenfrei über die Keramik.
Füllen Sie den Schaft mit Wasser und stecken eine zu ¼ gefüllte
Vakuumspritze komplett über das Gewinde. Ziehen Sie diese auf, bis
beide schwarzen Spreizer einrasten. Nun wird das Wasser aus der
Vorratsspritze durch die Kerze in die Vakuumspritze gesaugt. Wenn
ca. 10 ml durchgesaugt sind ist die Kerze befüllt.
Abbildung 4-7
26/104
Vorbereitungen zur Messung
4.2.3
Befüllen des Messkopfes
Überschüssiges Wasser darf nicht an den Stecker gelangen
Ein
Zurückschnellen
des
Spritzen-Kolbens
kann
Druckaufnehmer zerstören (Berstdruck bei 3 Bar).
Bitte beachten sie unseren neuen Messkopf Adapter mit
Entlüftungshahn.
Abb. 4-1 Entlüftungshahn senkrecht: in dieser Position wird der
Messkopf unter Vakuum gesetzt.
Abb. 4-2 Entlüftungshahn waagerecht: in dieser Position wird der
Messkopf langsam wieder belüftet.
Abbildung 4-8
Abbildung 4-9
27/104
den
Vorbereitungen zur Messung
Zunächst
müssen
die
Bohrungen vorsichtig mit
der Tröpfchenspritze befüllt
werden.
Abbildung 4-10
Danach
wird
Messkopfoberseite
Wasser gefüllt (bis
Oberkante)
Abbildung 4-11
28/104
die
mit
zur
Vorbereitungen zur Messung
Befüllung mit Vakuumpumpe:
Spannen Sie den Befülladapter auf den Messkopf und befüllen noch
etwas nach bis das Wasser ca 1 cm hoch über der
Messkopfoberseite steht. Schließen Sie nun den Schlauch an die
Vakuumpumpe an. Dies erfolgt parallel zur Kerzenbefüllung (siehe
auch Abbildung 4-2). Wichtig ist, dass das Vakuum nicht schlagartig
an den Messkopf angelegt wird. Bei dem Adapter mit
Entlüftungshahn wird dieser zunächst beim Aufsetzen geöffnet
(siehe Abbildung 4-9), danach langsam geschlossen (wie in
Abbildung 4-8).
Manuelle Befüllung:
Alternativ nehmen Sie eine
Vakuumspritze und füllen Sie ¼
mit
entionisiertem
Wasser.
Entgasen Sie das Wasser darin
durch Zuhalten und dreimaliges
Aufziehen, - die Gasblasen
lassen Sie jeweils hinaus.
Nun füllen Sie den auf den
Messkopf gespannten Befülladapter komplett mit Wasser,
damit kein Totvolumen entsteht.
Achtung! Es darf dabei kein
Überdruck entstehen!
Stecken Sie den wassergefüllten
Schlauch an Befülladapter und
Spritze (siehe Abbildung 4-8).
Achtung Wenn Sie nun die
Vakuumspritze aufziehen verAbbildung 4-12
meiden Sie unbedingt ein
Zurückschnalzen des Spritzenstempels. Der dabei entstehende
Druckpuls kann den Druckaufnehmer zerstören!
Ziehen Sie die Vakuumspritze auf, bis beide schwarzen Stempel
einrasten.
Die sich nun im Adapter, im Schlauch und in der Spritze sammelnde
Luft wird nun entfernt. Halten Sie dazu die Vakuumspritze am
Stempel fest in der Hand und drücken die beiden Spreizer
zusammen. Nun lassen Sie den Stempel langsam in die Spritze
gleiten. Öffnen Sie die Schlauchverbinder, in dem Sie die blauen
29/104
Vorbereitungen zur Messung
Ringe weg vom Schlauch drücken und erst dann vorsichtig am
Schlauch drücken – und dann den Schlauch abziehen.
Nun setzen Sie Befülladapter und Schlauch blasenfrei zusammen,
füllen die Vakuumspritze erneut ¼ mit Wasser und ziehen die
Vakuumspritze erneut auf, bis beide schwarzen Spreizer einrasten.
Diesen Vorgang sollten Sie mindestens 3 mal wiederholen.
4.2.4
Zusammensetzen
Messkopf
von
Tensiometerkerzen
und
Starten Sie das „Befüll“-Fenster der tensioVIEW-Software. Dieses
zeigt nun beide Drucksignale nahe bei Null.
Es befinden sich nun keine Luftblasen mehr in der Kerze und in den
Messkopfbohrungen. Stülpen Sie ein Stück Silikonschlauch über die
kurze Kerzenkermik damit Sie diese nicht mit Ihren Fingern
berühren.
Setzen Sie auf das offene
Kerzenende der kurzen Kerze mit
der Spritze einen Wassertropfen
(siehe Abbildung 4-9) drehen das
offene Kerzenende nach unten und
führen es blasenfrei mit dem
Messkopf zusammen.
Abbildung 4-13
Schrauben Sie nun langsam und
unter
steter
Kontrolle
des
entstehenden
Überdruckes
im
Refill-Fenster
die
kurze
Tensiometerkerze in die Bohrung
mit der kurzen Markierung ein.
Nach ca. 8 Umdrehungen baut sich
schnell ein Überdruck auf. Das ist
der Moment, wo der O-Ring dichtet
und das Wasser nur noch über die
Keramik entweichen kann. Nun
drehen Sie die Kerze langsam noch
eine weitere ca. ¼-Umdrehung ein. Abbildung 4-14
30/104
Vorbereitungen zur Messung
Stülpen Sie den Schmutzschutz-ORing(1) (5x1 mm) bis zum
Messkopf über. Die Silikonscheibe
wird als Schmutzschutz eingelegt.
Danach stecken Sie die mit etwas
Wasser gefüllte Silikonschutzkappe
über die Kerze, fertig (siehe
Abbildung 4-11 ).
(1)
(2)
Abbildung 4-15
Nun wiederholen Sie diese Schritte mit der langen Kerze.
31/104
Vorbereitungen zur Messung
4.2.5
Kontrolle der Funktion des HYPROP nach dem
Befüllvorgang
Nullpunktkontrolle:
Bitte geben Sie einen Tropfen Wasser auf die Kerze. Damit herrscht
Null-Potential  das Tensiometer soll 0 hPa +/- 3 hPa anzeigen
(abzüglich der Schaftlänge).
Kontrolle der Ansprechgeschwindigkeit:
Halten Sie das offene Fläschchen bereit, denn das Ansprechen geht
bei Werten über 500 hPa extrem schnell, wenn das Tensiometer gut
befüllt ist. Trocknen Sie die Kerze. Der Messwert sollte innerhalb von
10 Sekunden auf 800 hPa gehen, dann ist das Tensiometer gut
befüllt.
Wenn Sie den maximal erreichbaren Wert messen wollen, dann
halten Sie die Kerze über das freie Wasser im Fläschchen. Je weiter
Sie von der Wasseroberfläche entfernen, umso trockener ist die Luft
und umso stärker saugt sie. Halten Sie daher die Kerze nur soweit
entfernt, wie der Wasserspannungswert langsam steigt. Je nach
Befüllung gehen die Werte auf 850 … 4500 hPa (nur bei der xVersion). Danach springt der Wert auf den Dampfpunkt (ca. 900 hPa
je nach Meereshöhe) zurück. Geben Sie sofort wieder Wasser auf
die Kerze und stülpen die halbvolle Schutzkappe über die Kerze.
Nach ca. einem Tag wird das Tensiometer wieder in den
Siedeverzugsbereich zurückgehen.
32/104
Vorbereitungen zur Messung
4.3
Zusammenfügen Messkopf und StechzylinderProbe
Die aufgesättigete Probe wie aus Kapitel 4.2 wird nun für die
„Hochzeit“ vorbereitet.
Mit dem Spezialbohrer und dem
Bohradapter werden entsprechende
Löcher in die Probe gebohrt. Es
wird empfohlen in Schritten zu
bohren, damit der Boden nicht
verdrängt
sondern
tatsächlich
gestochen wird. Bitte markieren Sie
das tiefere Loch mit einem Stift an
der Stech-zylinderwand, oder Sie
bohren immer das tiefe Loch an der
Seite der Beschriftung (empfohlen),
damit
beim
Aufsetzen
des
Messkopfes keine Verwechslungen
Abbildung 4-16
auftreten können (siehe Abbildung
4-16).
Um zu vermeiden, daß Luft in die
Probe gepresst wird sollten die
Bohrlöcher mit Wasser gefüllt
werden (siehe Abbildung 4-17).
Abbildung 4-17
33/104
Vorbereitungen zur Messung
Der Messkopf wird vorsichtig „up
side down“ auf die aufgesättigte
Probe aufgesetzt umgedreht die
Sättigungsschale und das Fließ
entfernt und seitlich mit den
Klammern fixiert. Bitte achten Sie
darauf, daß die Tensiometerkerzen
genau in die Bohrung eingeführt
werden und keine Luftspalte bzw.
Bodenkomprimierungen entstehen.
Abbildung 4-18
Abbildung 4-19
Abbildung 4-20
34/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5
Inbetriebnahme des HYPROP
Anschließend stellen Sie den Messkopf mit der Probe auf die tarierte
Waage und schließen die Kabel (beschrieben in folgendem Kapitel)
an.
Abbildung 5-1
5.1
Anschluss der Systemkomponenten
Insgesamt können bis zu 20 Messköpfe an ein HYPROP-System
angeschlossen werden.
Oben abgebildet (Abbildung 5-1, Eingerätemodus) wird der
Sensorkopf direkt verbunden mit HYPROP USB-Adapter und PC.
Das HYPROP wird über die USB Schnittstelle des Computers
versorgt (bitte Energie-einstellungen des PC auf Dauerbetrieb).
35/104
Inbetriebnahme des HYPROP
Abbildung 5-2
Beim Mehrgerätemodus werden die Messköpfe über T-Stücke
verbunden. Die Energieversorgung der USB Schnittstelle reicht
nicht mehr aus, daher muß zusätzlich das HYPROP Netzteil (im
Lieferumfang) mit einem T-Stück verbunden werden. Die Meßköpfe
werden an die freien Plätze der T-Stücke mit dem HYPROP
Anschlußkabel (graues Kabel mit Lemostecker) angeschlossen.
Der Rechner identifiziert die Messköpfe unabhängig von der
Anschlussreihenfolge (falls diese vorher unterschiedlich adressiert
wurden, siehe auch Kapitel „Die Konfigurationsparameter des
HYPROP“)
Wird nur ein Messkopf am Bus verwendet, so reicht die interne
Stromversorgung des USB-Konverters aus. Schon bei 2 Messköpfen
kann es jedoch zu Ausfällen bei der Messung kommen. Wir
empfehlen daher grundsätzlich den Betrieb mit einem
Steckernetzteil.
36/104
Inbetriebnahme des HYPROP
Bei einer Eingerätemessung ist darauf zu achten, dass das USBKabel zugentlastet und die Messung nicht beeinflusst wird (da bei
der Eingerätemessung der Messkopf immer am USB-Kabel
angeschlossen ist und auch den gesamten Messzeitraum auf der
Waage steht). Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Lage des
Kabels während der Messung nicht verändert wird. Eine Arretierung
ist sinnvoll, da Veränderungen sogar durch Luftzug entstehen
können. (siehe auch folgendes Kapitel zur Kabelfixierung auf der
Waage)
Abbildung 5-3
37/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5.1.1
Waage
Wir empfehlen handelsübliche Waagen von Kern, Mettler Toledo und
CHYO (siehe folgende Liste mit Waagen, die von der Software
unterstützt werden).
Kern EG2200 (empfohlen)
Kern EW3000
Kern 572
CHYO MK2000B
Mettler Toledo SICS
Mettler Toledo PM2000
COBOS COBOS-CB Complet
Die Waage wird an einen freien COM-Port des PCs angeschlossen.
Sollten Sie keine COM-Schnittstelle haben, wird die Waage über
einen USB-Adapter an einen USB-Port Ihres PCs angeschlossen.
Bitte beachten Sie hierbei die Anleitung des USB-Adapters.
®
Wie die Waage über die Software tensioVIEW eingebunden wird, ist
im Kapitel „Hinzufügen der Waage“ beschrieben.
Abbildung 5-4
38/104
Inbetriebnahme des HYPROP
Auf folgende Punkte sollte bei einer Inbetriebnahme geachtet
werden (siehe auch Kap. „Startbedingungen“):
1. Die Waage sollte an einem erschütterungsfreien Arbeitsplatz
stehen.
2. Dieser Arbeitstisch sollte ausschließlich für HYPROP-Messungen
genutzt werden.
3. Die Waage muss waagerecht aufgestellt werden (Justierung über
eine Libelle; gerätespezifisch)
4. Für präzise Messungen müssen Waagen am Aufstellungsort
justiert werden, weil die Gravitation ortsabhängig variabel ist.
Daher ist die die eine von einer Waage gewogene Gewichtskraft
einer konstanten Masse (z.B. 1 kg) je nach Ort verschieden. Bei
der Kern EG mit eingebautem Justiergewicht ist die
Waagengenauigkeit jederzeit überprüfbar und neu einstellbar (S.
23ff).
5. Die Gewichtsangaben auf unseren Stechzylindern beziehen sich
auf eine Gravitation von 9,802 ms-2.
Die Gravitationsbeschleunigung ist breitengradabhängig und
variiert von 9,780(0°) -9,833 (90°) ms-2.
6. Zugentlastung des Kabels
Das HYPROP Kabel muß zugentlastet werden, da es sonst zu
Fehlmessungen kommt. Das Kabel wird dabei auf die Waage
gelegt und auf 0 g gesetzt (tariert).
Abbildung 5-5
39/104
Inbetriebnahme des HYPROP
Abbildung 5-6
Länge des Kabels vom Stecker bis zum Clip ca 15cm
Länge des Kabels vom Klipp auf der Wägeplatte bis zum Clip an der
Seite ca 20cm
Sollte Ihre Waage dieses Zubehör nicht enthalten dann können Sie
dies kostenfrei bei uns ordern.
40/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5.2
Software tensioVIEW®
5.2.1
Die Oberfläche
®
tensioVIEW ist eine einfach strukturierte Bedienoberfläche, die das
®
Auslesen und Konfigurieren von tensioLINK Geräten intuitiv
ermöglicht.
Sind ein oder mehrere Geräte am USB-Konverter angeschlossen,
beginnt man mit der Lupe die Gerätesuche.
5.2.1.1 Gerätesuche
Die Gerätesuche wird über das Lupensymbol gestartet.
®
tensioVIEW unterscheidet zwei Arten von Gerätesuchmodi
zwischen denen man wählen kann:
5.2.1.2 Einzelgerätemodus
®
Dabei geht tensioVIEW davon aus, dass auch wirklich nur ein
Gerät am USB- Konverter angeschlossen ist. Das Gerät wird in
diesem Fall sofort und ohne Verzögerung gefunden. Sind mehrere
Geräte angeschlossen, funktioniert diese Suche nicht!
5.2.1.3 Mehrgerätemodus
®
tensioVIEW findet in diesem Fall bis zu 20 HYPROPMessköpfe am Bus innerhalb von 8 Sekunden. Vorraussetzung
ist, dass Busnummern individuell für jedes Gerät vorher vergeben
wurden. Wenn mehrere Geräte am Bus identische Busnummern
besitzen werden diese nicht gefunden.
Wurden Geräte am Bus gefunden, so werden diese in der linken
Hälfte des Bildschirms in einem Baum dargestellt. Verschiedene
Gerätetypen werden dabei in Ordnern gruppiert.
41/104
Inbetriebnahme des HYPROP
Abbildung 5-7
5.2.2
Aufruf des Messkopf Gerätefensters
Bitte klicken Sie auf das Gerätesymbol (Doppelklick) um das
Gerätefenster zu öffnen.
5.2.2.1 Eigenschaften
Im Register Eigenschaften kann nichts verändert werden. Dieses
Fenster dient der allgemeinen Information über den Messkopf.
5.2.2.2 Konfiguration des Gerätes
In dem Register „Konfiguration“ können Einstellungen im Gerät
abgelesen und geändert werden.
Normalerweise sind keine Änderung an der Konfiguration für den
Messbetrieb erforderlich. Bitte ändern Sie nur Einstellungen, deren
Auswirkungen Sie kennen.
Entsprechend Ihrer eingestellten Benutzerrechte* sehen Sie nur
Werte, die Sie auch ändern dürfen. Wenn Sie einen Parameter
42/104
Inbetriebnahme des HYPROP
editieren, wird die neue geänderte Konfiguration erst dann an das
HYPROP überspielt, wenn Sie den Button „Upload“ anklicken. Es
erscheint dann eine Meldung mit dem Hinweis, dass die geänderte
Konfiguration erfolgreich auf das Gerät übertragen wurde. Die
Änderungen werden sofort wirksam und das Gerät startet neu, d.h.
es verhält sich so, als ob es gerade an die Stromversorgung
angesteckt worden wäre.
Abbildung 5-8
* Die Benutzerrechte werden in der Statuszeile ganz unten
eingestellt. Sie können zwischen „Public“ (eingeschränkt) und
„Power“ (erweitert) wählen. Bitte beachten Sie, dass eine Umstellung
einen Neustart der Software erfordert.
43/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5.2.2.3 Die Konfigurationsparameter des HYPROP
Die Parameter sind entsprechend ihrer Funktion in Ordnern
zusammengefasst.
tensioLINK
Busnummer
®
tensioLINK -Busnummer
voreingestellt
Subadresse
®
tensioLINK -Subadresse
voreingestellt
des
Gerätes
ist
bereits
von
UMS
des
Gerätes
ist
bereits
von
UMS
Erklärung:
®
tensioLINK verwendet zwei Typen von Geräte-Adressen. Die Busund die Subadresse. Dieses System wurde eingeführt, da es
Sensoren geben kann, die sich am gleichen Ort, aber in
unterschiedlicher Tiefe befinden (Beispiel: Multilevelsonde). Für
diesen Fall definiert die Subadresse die Tiefe, beginnend mit 1 für
die oberste Sonde.
Die Subadresse kann jedoch auch dazu verwendet werden, um
beliebige Geräte zu gruppieren (z.B. Messfelder).
Für die normale Unterscheidung der Geräte wird nur die Busnummer
benötigt. Falls mehr als 32 Geräte am Bus angeschlossen sind wird
die Subadresse hochgezählt. Grundsätzlich ist die Busadresse
zwischen 1...32 zulässig und die Subadresse zwischen 1...8.
Wurde dem Gerät noch keine individuelle Bus- und Subadresse
zugewiesen, so sind diese jeweils auf 0 gesetzt.
Wenn Sie mehrere Geräte an einen Bus anschließen, müssen Sie
unbedingt individuelle Adressen, verschieden von 0, vergeben.
Geräteinformationen
Name
frei definierbarer Name des Messkopfes in ASCII. Maximale Länge:
12 Zeichen.
Messkopf Gewicht
Netto Gewicht des Messkopfes incl. Tensiometer Schäfte und
Dichtscheiben
Bodenvolumen
44/104
Inbetriebnahme des HYPROP
Volumen der Bodenprobe im Stechzylinder ohne TensiometerKerzenvolumen
Bodensäule Höhe
Höhe der Bodensäule in mm (Stechzylinderhöhe).
Einbauhöhe Tens unten
herausragende Höhe der Tensiometerkerze unten.
Einbauhöhe Tens oben
herausragende Höhe der Tensiometerkerze oben.
Datenlogger
Interval
Internes Aufzeichnungsinterval
Ringspeicher
On: alte Daten werden bei vollem Speicher überschrieben
Sensor Messung
Kontinuierliche Messung
Schnelles Update der Messungen aktivieren. Normalerweise werden
die Sensoren nur im eingestellten Intervall gemessen.
Messintervall
Intervall für die Messung der Sensoren
Filter ein
Anti-Flicker-Filter aktivieren. Der Anti-Flicker-Filter unterdrückt hinund herspringen um ein Digit. Ist der Filter aktiviert, verringert sich
die Auflösung um 1 Digit.
45/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5.2.3
Refilling-Fenster
Diese Funktion wird für die Befüllung des Messkopfes und für den
Wiederbefüllprozess der Tensiometer benötigt.
Vor allem beim Einschrauben der Tensiometerkerzen in den
Messkopf wird ausdrücklich empfohlen, die Werte zu überwachen,
da ein zu festes und schnelles Zudrehen den Druckaufnehmer
zerstören kann. Der Befüllvorgang ist ausführlich in Kap. 4.2
„Befüllung der Tensiometer“ beschrieben.
Abbildung 5-9
46/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5.2.4
Aktuelle Messwerte
Nach Eingabe des Intervallparameters und nachdem auf <Starten>
geklickt wird können momentane Messwerte auf dem Display
angezeigt werden.
5.2.5
Gespeicherte Messdaten
Über dieses Fenster können die gespeicherten Daten angezeigt und
gespeichert werden.
Es sind nur gespeicherte Messdaten vorhanden wenn der interne
Logger gestartet wurde.
Eine zeitliche Zuordnung ist nur möglich bei einer konstanten
Spannungs-Versorgung des Messkopfes.
47/104
Inbetriebnahme des HYPROP
5.3
Hinzufügen der Waage
Bevor Sie eine Messkampagne starten (siehe Kap. „Durchführen
einer Messkampagne“) sollten Sie zunächst die Waage in das
System hinzufügen.
Da es sehr unterschiedliche Waagen gibt und der serielle Port nicht
immer identisch ist, haben wir von einer automatischen Suche
abgesehen. Wenn Sie eine Waage von uns bezogen haben, dann
können Sie diese auswählen.
Bitte gehen Sie dabei wie folgt vor: (2 Möglichkeiten)
1. mit der rechten Maustaste auf HYPROP im Stammverzeichnis,
dann geht ein Fenster auf mit der Bezeichnung <Hinzufügen> 
<Hinzufügen eines HYPROP-Gerätes…>. Bitte anwählen.
2. Über die Menüzeile <Geräte>  <Hinzufügen>
Gerät…> den Button anklicken
Abbildung 5-10
48/104
 <neues
Inbetriebnahme des HYPROP
Wählen Sie den Waagentyp aus, beispielsweise Kern EG2200, das
Interface und die Übertragungsparameter. Bitte klicken Sie
anschließend auf den Measure-Button. Für den Status wird eine 0
angezeigt. Für den Messwert sollte das entsprechende Gewicht
angezeigt werden, dann ist eine Verbindung hergestellt, und Sie
können das Gerät bzw. die Waage durch Klicken auf
OK
übernehmen. Im Explorerfenster wird das hinzugefügte Gerät
angezeigt.
Abbildung 5-12
Abbildung 5-11
Wenn Sie nun auf die Waage im Explorerfenster klicken, können Sie
sich die aktuellen Werte anzeigen lassen (analog zum HYPROP).
49/104
Durchführung einer Messkampagne
6
Durchführung einer Messkampagne
Definition: Eine Messkampagne beinhaltet die Konfiguration, die
Messdaten der Tensionen sowie die Messdaten der Waage und
gegebenenfalls die Auswertung der Messdaten von einzelnen oder
mehreren Messköpfen, die zur gleichen Zeit erfasst werden sollen.
Diese Informationen werden in einer Datei für eine spätere
Weiterverwendung gespeichert.
Bevor Sie eine Messkampagne durchführen, sollten Sie sich
®
zunächst mit den Funktionen von tensioVIEW vertraut machen.
Zudem sind die Startbedingungen für eine Messkampagne äußerst
wichtig:
Bei ausgeschaltetem Laptop, oder im Ruhezustand befindlichen
Laptop werden keine Messwerte gespeichert!!
Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Lage des Kabels
während der Messung nicht verändert wird (s.o.).
Beim Aufpipettieren ist darauf zu achten, dass kein Wasser über
die beiden Spannbügel läuft
6.1
Startbedingungen
1. Der Anfangswassergehalt bei
kompletter Sättigung der Probe
wird geschätzt oder berechnet,
falls die Bodenart zweifelsfrei
zugeordnet werden kann.
2. Die Probe sollte nicht der Sonne,
einem Luftstrom oder starken
Temperaturschwankungen
ausgesetzt sein.
Abbildung 6-1
50/104
Durchführung einer Messkampagne
3. Die Waage sollte an einem erschütterungsfreien Arbeitsplatz
stehen. Dieser Arbeitstisch sollte ausschließlich für HYPROPMessungen genutzt werden.
4. Bei einer Eingerätemessung ist darauf zu achten, dass das USBKabel zugentlastet wird und die Messung nicht beeinflusst, da
bei der Eingerätemessung der Messkopf immer am USB-Kabel
angeschlossen bleibt und den gesamten Messzeitraum auf der
Waage stehen bleibt. Eine Arretierung des Kabels kann über
seitlich an der Waage angebrachte Kabelhalter erfolgen.
5. Die Waage muss waagerecht aufgestellt werden (siehe Libelle;
gerätespezifisch)
6. Bitte stellen sie Ihren Laptop auf permanente Energieversorgung
um. Unter Windows® geschieht dies folgendermaßen:
„Energieoptionen“
für
Netz
und
Batteriebetrieb
auf
„Ruhezustand“ „Nie“.
51/104
Durchführung einer Messkampagne
6.2
Das Messkampagnenfenster
Zum Messkampagnenfenster gelangen Sie auf 2 Wegen:
1. über
die
Menüzeile
Messkampagne..> oder
2. indem sie auf den Button
klicken
<Aufgaben>
Abbildung 6-2
52/104
<HYPROP
Messkampagne
Durchführung einer Messkampagne
6.3
Konfiguration der Kampagne
Im Messkampagnenfenster müssen Dateiname und Speicherort
festgelegt werden. (siehe Abb. unten)
Bei den allgemeinen Parametern werden die Startzeiten der
Messung und die Zeiten (nicht unter 10 Min) für die Wägung
eingestellt. (s.u.). Bei einer Eingerätemessung muss der
Eingerätemodus aktiviert werden!
Eine „Höhere
Messfrequenz am Anfang“
bedeutet eine anfängliche
Messrate von 1 Min.
Im Einheitenfenster können Sie die Einheiten für die Tension, die
Leitfähigkeit und für das Matrixpotential verändern. Die Darstellung
kann dann logarithmisch oder linear erfolgen.
Im Gerätefenster werden der Gerätename und die Seriennummer
automatisch dargestellt, während die Probenbezeichnung und das
Stechzylindergewicht (Default 201 g), eingegeben werden müssen.
53/104
Durchführung einer Messkampagne
6.4
Durchführung der Messung
6.4.1
Unterscheidung Mehrgeräte- und Eingerätemodus
Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Eingerätemodus und
Mehrgerätemodus. Dies wird anhand der unten stehenden Tabelle
veranschaulicht.
Messköpfe
Symbol
Geräte-Suche
Wägung
Zeiteinstellung
6.4.2
Eingerätemodus
1
Mehrgerätemodus
2-20
Kontinuierlich,
Messkopf bleibt auf
der Waage
Diskontinuierlich, je
nach eingegebener
Wägezeit
werden
Sie
aufgefordert
Messkopf
für
Messkopf auf die
Waage zu stellen
(siehe auch Kap.
Mehrgerätemodus)
Die Messzeit für die
Wägung
wird
separat eingestellt
für
Die Messzeit der
Tensiometer
wird
auch für die Wägung
übernommen
Start der Messkampagne
Die Messung wird durch den Button „Start Kampagne“ ausgelöst. Es
werden automatisch die in der Konfiguration
angegebenen Intervalle übernommen.
6.4.3
Konstante Startbedingung
Um die Startlinie zu setzen müssen konstante Startbedingungen
herrschen. Die Tensionen sollten dabei einige Zeit (vom Boden
abhängig) in gleichen Abständen nahezu waagerecht verlaufen.
54/104
Durchführung einer Messkampagne
6.4.4
Start einer spontanen Messung
Im Funktionsfenster kann durch Anklicken von <Messung> eine
Messung spontan ausgelöst werden.
6.4.5
Aktuelle Informationen (Status)
Im
linken,
oberen
Fenster
(„aktuelle
Informationen“) werden die aktuellen Messdaten
angezeigt.
Die Messung kann zudem jederzeit gestoppt, das Messintervall
geändert und neu gestartet werden. Die Aufzeichnung ist fortlaufend,
Start- und Stopp-Punkte werden in dem Graphen durch eine
Strichpunktlinie markiert. Im oberen Graphen werden die Tensionen,
im unteren Graphen das Gewicht aufgezeichnet (siehe Abb.47)
Rechts neben der Graphik werden die Werte tabellarisch dargestellt.
55/104
Durchführung einer Messkampagne
6.4.6
Messung im Eingerätemodus
Bitte aktivieren Sie unter den allgemeinen Einstellungen im
Konfigurationsfenster die Einstellung „Eingeräte-modus“.
Stellen Sie die Parameter wie unter den vorangegangenen Kapiteln
ein. Beim Eingerätemodus wird nur eine Messzeit eingestellt, die für
die Tensiometermessung als auch für die Messung des Gewichts
gleichermaßen gilt.
Abbildung 6-3
56/104
Durchführung einer Messkampagne
Abbildung 6-4
6.4.7
Mehrgerätemodus
®
Bitte schließen Sie hierzu alle Messköpfe über tensioLINK an das
HYPROP an und führen einen Gerätescan durch, indem sie auf
den Mehrgerätemodus klicken. Bitte beachten Sie, dass den
einzelnen Messköpfen verschiedene tensioLINK-Adressen vergeben
werden (siehe Kap. „Konfigurationsparameter des HYPROP“
Abschnitt tensioLINK).
Für alle Tensiometermessungen wird ein Messintervall von
beispielsweise 10 Minuten eingegeben. Für die Wägung können sie
auch ein anderes Intervall wie für die Messung einstellen. Da sich
das Gewicht durch Wasserverlust nur langsam ändert, empfehlen wir
größere Abstände (bodenspezifisch).
Wir empfehlen bei bindigen (tonigen Böden) ein Intervall von 3
Messungen/Tag. Bei weniger bindigen Böden (sandige Böden) reicht
ein Intervall von 1Messung/Tag völlig aus.
Nach Ablauf des eingestellten Zeitintervalls zu nächsten Wägung
werden Sie aufgefordert, die Proben zu vermessen. Dazu ziehen sie
den Stecker aus dem Messkopf. Das System erkennt dann
57/104
Durchführung einer Messkampagne
automatisch welche Probe auf die Waage gestellt wird. Die Anzahl
der Proben ist auf 20 begrenzt.
Auf dem Bildschirm erscheint ein zusätzliches Fenster, wo Sie über
den Status und den Ablauf einer Wägung genau informiert werden.
Bitte folgen Sie den Anweisungen des Assistenten (siehe Abb.
unten).
Abbildung 6-5
6.4.8
Unterbrechung einer Messkampagne
Eine Messung kann unterbrochen werden, da die Messwerte in eine
Datei gespeichert werden. Diese kann nach der Unterbrechung
(möglicherweise auch Stromausfall) wieder geladen werden unter:
„Projekt“ „öffnen“ im Hauptmenü von tensioVIEW.
58/104
Durchführung einer Messkampagne
6.5
Beschreibung einer optimalen Meßkurve
Jede Messung läuft in 3 Phasen ab (Voraussetzung: Tensiometer
und Messkopf sind sehr gut befüllt)
Phase 1: Siedeverzugsphase - der Tensiometerwert steigt ohne
Verflachung der Kurve bis in den Siedeverzugsbereich (oberhalb ca.
850 hPa)
Phase 2: Konsolidierungsphase - Wasserdampf wird gebildet, der
Tensiometerwert sinkt schlagartig auf den Siedepunktswert ab. Der
Tensiometerwert verbleibt bis zur Phase 3 nahezu auf gleichem
Niveau bei ca. 850 hPa.
Phase 3: Lufteintrittsphase – der Tensiometerwert sinkt schlagartig
auf 0 hPa, Luft tritt über die Keramik ein. Der Lufteintrittspunkt wird
durch die Keramik bestimmt und liegt ca. 8800 hPa. Für die
Auswertung steht daher ein weiterer Messpunkt (knapp unter pF4.0)
zur Verfügung (siehe auch Kapitel 8, Auswertung)
Phase 1
2
P
ha
se
159/104
Phase 3
Abbildung 6-6: die unterschiedlichen Phasen bezogen das obere
Tensiometer (linke Kurve)
Durchführung einer Messkampagne
6.6
Beenden der Messung
Eine Messkampagne kann beendet werden, wenn das 1.
Tensiometer (T1) auf 0 hPa absinkt, d.h. der Lufteintrittspunkt
erreicht ist, und das 2. Tensiometer sich noch in Phase 1 befindet
(siehe Strichpunktlinie in Abbildung 6-7)
Ab hier Abbruch
T1
Abbildung 6-7
60/104
T2
Durchführung einer Messkampagne
Wenn das 1. Tensiometer (T1) auf 0 hPa (Lufteitrittspunkt) absinkt
und sich das 2. Tensiometer noch in Phase 2 befindet ist keine
Mittelwertbildung möglich. Daher muss in jedem Fall auf den
Lufteintrittspunkt des 2. Tensiometers (T2) gewartet werden. Dann
kann die Messung beendet werden.
Ab hier Abbruch
T1
T2
Abbildung 6-8
Treten außerplanmäßige Fehler bei der Messung auf (stake
Schwankungen, Verflachung der Kurve schon frühzeitig bei 300 hPa
etc), kann die Messung jederzeit abgebrochen werden.
Im Anhang sind exemplarische Messungen für unterschiedliche
Böden dargestellt.
61/104
Durchführung einer Messkampagne
6.7
Ausbauen der Stechzylinderprobe
1. Um kein Material zu verlieren empfehlen wir die Demontage in
einer Auffangschale (Trocknungsschale) vorzunehmen.
2. Öffnen sie die beiden Klammern und ziehen vorsichtig den
Stechzylinder inkl. Probe ab. Bitte achten Sie darauf, dass das
Bodenmaterial komplett in der vorbereiteten Schale aufgefangen
wird.
Abbildung 6-9
Ist der Boden zu trocken und der Stechzylinder läßt sich nicht
abziehen (insbesondere bei tonigen Böden), dann stellen Sie den
Stechzylinder über Nacht in Wasser um die Probe aufzusättigen.
62/104
Durchführung einer Messkampagne
3. Der Stechzylinder und die Silikonscheibe sind über der
Auffangschale zu reinigen. Am einfachsten kann dies mit einem
Pinsel bewerkstelligt werden (siehe Abb. unten)
Abbildung 6-5
6-10
Abbildung
Abbildung
Abbildung6-11
6-4
63/104
Durchführung einer Messkampagne
4. Der Messkopf ist ebenfalls mit Wasser und einem staubfreien
Tuch zu säubern. Es dürfen sich keine Verunreinigungen auf dem
Messkopf befinden. Am Ende sollten Sie den Messkopf und die
Tensiometer unter fließendem Wasser reinigen.
Abbildung 6-12
Bitte schrauben Sie die beiden Tensiometer erst ab, wenn der
Messkopf komplett gereinigt ist!!
64/104
Durchführung einer Messkampagne
6.8
Bestimmung des Trockengewichtes
Die Trocknungsschale wird mit dem Bodenmaterial im
Trockenschrank bei 105°C für 24 Stunden getrocknet und gewogen.
Abbildung 6-13
Das Trockengewicht wird für den tatsächlichen Wassergehalt
benötigt. Das Bodentrockengewicht wird in der Software HYPROP
FIT eingegeben.
65/104
Auswertung
7
Auswertung
Die Auswertung erfolgt mit der Software HYPROP FIT.
Die Verarbeitungsschritte erfolgen nacheinander über die
Reiter „Information“, „Messung“, „Auswertung“, „Fitting“ und „Export“.
Für eine Erklärung aller Möglichkeiten der Software und
Hintergrundinformationen zur Auswertung und zum Fit der Daten
rufen Sie bitte das integrierte ausführliche Manual der HYPROP-FIT
Software auf (über die Hilfe in der Statuszeile).
66/104
Fehlersuche
8
Fehlersuche
Problem
1. Die Kerze ist trocken
2. Das Tensiometer lässt
sich nicht blasenfrei
befüllen
3. Die Tensiometerwerte
steigen nur sehr
langsam an
4. Der Tensiometerwert
erreicht nur ca. 500 hPa
und fällt dann ab
5. Das Tensiometer
misst über das Vakuum
hinaus (-1000 hPa)
6. Die Kurve kann nicht
gefittet werden
7. Es werden keine
Messdaten mehr
aufgezeichnet
Ursache/Behebung
Bei völlig entwässerten Keramiken wird
empfohlen diese über Nacht in Wasser zu
stellen (wie unter Punkt „Entlüftung der Kerzen“
im Kapitel „Befüllung mit dem HYPROPServicekoffer“ beschrieben)
Wiederholen sie den Befüllvorgang beachten
Sie hierbei auch Punkt 1
(falls ohne Wirkung: eventuell undichte Stelle,
möglicherweise Austausch erforderlich)
a) Möglicherweise ein bodenspezifisches
Problem. Beispielsweise hat Sand eine
sehr schlechte Leitfähigkeit. Eine flachere
Kurve als bei schluff- oder tonhaltigen
Böden ist zu erwarten.
b) Tensiometer sind nicht blasenfrei befüllt
(s.o.)
c) Leckage, siehe auch Punkt 3.
Dies kann unterschiedliche Ursachen haben:
a) das Tensiometer wurde nicht blasenfrei
befüllt, wie in Kapitel „Befüllung mit dem
HYPROP- Servicekoffer“ beschrieben.
b) das Tensiometer wurde nicht richtig am
Messkopf verschraubt, d.h. der O- Ring
dichtet nicht sauber ab.
Dies ist kein Messfehler sondern eine
physikalische Eigenschaft der MiniTensiometer, dass diese über den Messbereich
hinaus messen können (Siedeverzug). Sehr
schön ist dieser Effekt in Abb. 51 zu sehen.
a) Bitte setzen Sie die Start- und Stoplinie neu
wie im Kapitel „Auswertung der Messdaten“
beschrieben.
b) Der Kurvenverlauf ist nicht stetig
ansteigend, ev. ist eine Neue Messung
nötig. (Ursachen wie unter Punkt 3)
Bitte prüfen Sie die Anschluss-Leitungen (USB)
Bitte stellen Sie das Energie-Management Ihres
PC auf Dauerbetrieb um (betrifft vor allem
Laptops)
67/104
Fehlersuche
8. Tensiometer messen
nur bis 500 ... 600 ... 700
hPa, danach fallen die
Werte leicht ab.
9. Zu Beginn "überholt"
das untere Tensiometer
das obere, was eine
negative Leitfähigkeit
bedeuten würde.
Die Tensiometer wurden nicht gut genug befüllt.
Eine Blase steigt zur Keramik auf und
verhindert weiteren Wasserkontakt zum Boden
(siehe auch Punkt 3.)
Das sind Messungenauigkeiten Bitte führen Sie
eine automatische Kompensation durch.
Der Startzeitpunkt sollte entsprechend später
gesetzt werden.
10. Beim
Mehrgerätemodus
werden keine Messköpfe
gefunden
Bitte stecken Sie alle Messköpfe ab und führen
im Eingerätemodus einen Scan durch und
prüfen, ob die Sensorköpfe eine
unterschiedliche Adressierung haben (siehe S.
42/43). Wenn nicht, dann muß diese wie im
Manual beschrieben verändert werden. Nur bei
einer eindeutigen Adressierung werden die
Sensorköpfe gefunden.
68/104
Wartung und Pflege
9
Wartung und Pflege
9.1
Überprüfung
Überprüfen Sie, ob die Tensiometer befüllt werden müssen. Dazu
verbinden Sie das USB-Kabel mit Ihrem PC. Schalten Sie Ihren PC
an und starten Sie das Programm tensioVIEW®.
Klicken Sie auf das Lupensymbol um die Gerätesuche zu
starten
9.1.1
Nullpunkt Prüfung
(Offset)
Klicken Sie auf Befüllung und Sie
erhalten das Refilling-Fenster
Bei feuchten Kerzen sollten die
Werte um 0 hPa anzeigen.
(zwischen -5 und +5 hPa)
9.1.2
Überprüfung des Ansprechverhaltens (Response)
Trocknen Sie die Kerzen mit einem Tuch ab. Danach erzeugen Sie
einen Luftstrom, der über die Kerzen streifen sollte (beispielsweise
durch Fächern mit einem Blatt Papier). Die Messwerte sollten
innerhalb von wenigen Sekunden auf -800 hPa ansteigen, dann ist
das Tensiometer gut befüllt. Ist das nicht der Fall müssen die
Tensiometer neu befüllt werden. Halten Sie dazu die Kerzen mit
dem aufgesteckten Silikonschlauch fest und schrauben den Schaft
ab (gegen Uhrzeigersinn/ Wasserhahn auf)
9.1.3
Kalibrierung
Die Tensiometer sind werksseitig kalibriert. Der Offset liegt bei 0
hPa, die Kennliniensteigung ist linear (Steigung abhängig vom
eingestellten Signalbereich). Generell empfehlen wir, dass alle
Messgeräte zur Qualitätssicherung der Messdaten jährlich überprüft
und alle zwei Jahre nachkalibriert werden.
Eine Kalibrierung kann durch UMS oder mit als Zubehör erhältlichen
Geräten durchgeführt werden.
69/104
Wartung und Pflege
9.1.4
Überprüfen des Offset
Durch Abschrauben der Tensiometerkerzen kann der Nullwert
hergestellt werden.
Schrauben Sie beide Tensiometerkerzen ab und entfernen Sie
restliches Wasser in den Druckaufnehmer-Bohrungen durch
®
Ausblasen. Schließen Sie den Messkopf an tensioVIEW an und
überprüfen Sie laufend die Werte unter „aktuelle Messwerte“.
Warten Sie bis sich der Wert stabilisiert hat. Dieser Wert sollte im
Bereich von ±2 hPa liegen. Eine größere Abweichung kann eine
Kalibrierung erforderlich machen.
9.2
Reinigung
Der Messkopf entspricht der Schutzklasse IP65 und kann unter
fließendem Wasser gereinigt werden. Dabei ist darauf zu achten,
dass die Abdeckung der Steckerbuchse geschlossen ist.
Die Tensiometerkerze ist nur mit einem feuchten Tuch zu reinigen.
Ist die Keramik verstopft, kann sie mit Rehalon® gespült werden.
Sind die Poren mit Tonpartikeln verstopft, dann wird die Kerze
wassergesättigt und mit wasserfestem, nassem Schleifpapier
(Körnung 150…240) abgeschliffen.
9.3
Lagerung
Wird das HYPROP mehr als ein Jahr nicht verwendet, dann sollten
Messkopf und Tensiometerschäfte zur Vermeidung von Algenbildung
entleert und trocken gelagert werden.
70/104
Wartung und Pflege
9.4
Tauschen des O-Ringes im HYPROP
Sensorkopf:
Nach häufigen Wiederbefüllungen als auch nach zu starkem
Anpressen des O-Rings durch den Tensiometerschaft kann der ORing beschädigt werden und dichtet nicht mehr sicher ab. Das
Tensiometer kommt nicht in den Siedeverzug bzw. der Kurvenverlauf
wird entweder flacher oder fällt nach Erreichen eines bestimmten
Wertes (der sich aber weit unterhalb des Siedepunktes (bei ca. 900
hPa je nach äußerem Luftdruck) befindet) sehr steil ab (siehe
Abbildung unten)
71/104
Wartung und Pflege
Für den Austausch des O-Ringes (roter O-Ring) benötigen Sie eine
spitze Pinzette.
Bitte beachten Sie dabei, dass Sie nicht in die kleine Bohrung
einstechen, wo sich der Druckaufnehmer befindet. Der
Druckaufnehmer kann dadurch irreversibel beschädigt werden.
Vorgehensweise:
Bitte spießen Sie den O-Ring
mit der Spitze der Pinzette auf
und nehmen diesen vorsichtig
heraus.
Entnehmen sie einen Ersatz ORing aus der Tüte des
Servicekoffers.
Führen Sie diesen mit der
Pinzette (diesmal nicht
aufspießen sondern nur leicht
quetschen) ein und schieben ihn
langsam hinunter, bis der ORing in der vorgesehenen
eingefrästen Nut einrastet.
Falls der O-Ring nicht von selbst
einrastet, kann dies durch
vorsichtiges Eindrehen des
Tensiometerschaftes vorgenommen werden
72/104
Theoretische Grundlagen
10
Theoretische Grundlagen
10.1
Verdunstungsverfahren (Übersicht)
In einer Stechzylinderbodenprobe werden zwei T5-ähnliche
Tensiometer in zwei Tiefen (z1 und z2) so eingebaut, dass die Mitte
zwischen den Tensiometern exakt der Säulenmitte entspricht. Die
Probe wird mit Wasser gesättigt, basal verschlossen und auf eine
Waage gestellt. Die Bodenoberfläche ist gegenüber der Atmosphäre
offen, das Bodenwasser kann frei verdunsten. Aus den
Wasserspannungswerten [hPa] wird das mittlere Matrixpotential und
der hydraulische Gradient, aus den Massedifferenzen der
volumetrische Wassergehalt und der Volumenstrom von Wasser
berechnet. Die Messung dauert so lange bis entweder eines der
beiden Tensiometer ausfällt, oder die Gewichtsänderung mit der Zeit
vernachlässigbar gering wird. Am Ende der Messung wird die
restliche Menge an gespeichertem Wasser über Trocknung der
Probe in einem Ofen bei 105 °C bestimmt. Aus diesen Werten
werden die Retentionskurve und die ungesättigte hydraulische
Leitfähigkeit abgeleitet.
10.2
Erzeugung
diskreter
Datenpunkte
für
Retentions- und Leitfähigkeitsbeziehung
i
Zu unterschiedlichen Zeitpunkten t werden sowohl die Wasseri
i
spannungen h1 und h2 (in hPa) in den beiden Tiefen, als auch das
3
Probengewicht in g (≅ cm ) gemessen. Das Auswertungsverfahren
beruht auf den Annahmen, dass die Wasserspannung und der
Wassergehalt über die Säulenhöhe linear verteilt sind, und dass sich
Wasserspannung und Probengewicht zwischen zwei Berechnungszeitpunkten linear ändern.
Aus dem gesamten entnommenen Wasser (Verdunstung + Wasserverlust durch Ofentrocknung) ergibt sich der Anfangswassergehalt.
i
Der mittlere Wassergehalt θ , abgeleitet vom Anfangswassergehalt
und gemessenem Gewichtsverlust und die mittlere Wasseri
i
spannung, h ergeben zu jedem Zeitpunkt t einen diskreten Wert
i
i
θ (h ) für die Retentionsfunktion.
Zur Berechnung der Leitfähigkeitsfunktion wird angenommen, dass
der Wasserfluss zwischen zwei Zeitpunkten,
73/104
t i −1 und t i durch eine
Theoretische Grundlagen
Ebene, welche sich genau zwischen den beiden Tensiometern (und
damit auch genau in der Säulenmitte) befindet, gleich
(
)
i
i
i
q = ½ ∆V ∆t A ist. Hier sind ∆V i der über Gewichtsänderungen
ermittelte Wasserverlust in cm , ∆t das Zeitintervall zwischen zwei
2
Berechnungszeitpunkten, und A die Querschnittsfläche (in cm ) der
Säule. Die Datenpunkte für die hydraulische Leitfähigkeitsfunktion
werden durch Invertierung der Darcy-Gleichung erhalten:
3
K i (h i ) = −
(
i −1
Hierbei ist h = ¼ h1
i
i
qi
.
∆hi / ∆z + 1
)
i 1
i
i
+ h2− + h1 + h2 die mittlere Wasserspannung
zwischen zwei Messzeitpunkten,
i
K die dazugehörige hydraulische
(
i −1
i −1
)
Leitfähigkeit (in cm h ), ∆h = ½ ( h2 − h1 ) + ( h2 − h1 ) ist die
mittlere Differenz der Wasserspannung zwischen den beiden
Tensiometern und ∆z = z2 − z1 ist der Abstand zwischen den
beiden Tensiometern (in cm).
-1
i
i
i
Unzuverlässige K (h) -Datenpaare nahe Sättigung werden in
Abhängigkeit von der Messgenauigkeit der Tensiometer
herausgefiltert. Um bei relativ großen Messintervallen noch
genügend Datenpunkte für die hydraulischen Funktionen zu erhalten
werden die Tensionsverläufe und der Gewichtsverlauf zwischen den
Messdaten mit Hilfe hermitischer Splines interpoliert (Peters und
Durner, 2008), und auf dieser Basis relativ kurze Berechnungsintervalle geschaffen.
10.3
Retentions- und Leitfähigkeitsfunktionen
In der Regel werden hydraulische Eigenschaften durch
parametrische Funktionen für θ (h) und K (h) dargestellt. In
HYPROP können drei Modelle gewählt werden, die durch ein
robustes nichtlineares Optimierungsverfahren an die Messdaten
angepasst werden.
74/104
Theoretische Grundlagen
10.3.1 Das van Genuchten/Mualem Modell
In diesem Modell sind die effektive Sättigung S e = (θ − θ r ) (θ s − θ r )
und die ungesättigte Leitfähigkeit K in Abhängigkeit vom
Matrixpotential h durch folgende Ausdrücke gegeben (van
Genuchten, 1980)
Se (h) = (1 + (α h ) n )1 / n −1
[
[
]
]
1 / n −1 2
K (h) = K s (1 + (α h ) n )τ (1/ n −1) 1 − (α h ) n −1 1 + (α h ) n
Hierbei
sind
der
Restwassergehalt
der
θr ,
Sättigungswassergehalt θ s , der Kehrwert des Lufteintrittspunkt-1
Potentials α [cm ] und der Porenweitenindex n [-] Fittingparameter
für die Retentionsfunktion. Für die Leitfähigkeitsfunktion werden
außerdem der Tortuositätsparameter τ [-] und die gesättigte
Leitfähigkeit
K s gefittet.
10.3.2 Das bimodale van Genuchten/Mualem Modell
Das von Durner (1994) vorgeschlagene Modell stellt die Retentionsund Leitfähigkeitsfunktion durch Überlagerung zweier einzelner van
Genuchten-Funktionen dar (Priesack und Durner, 2006):
2
Se (h) = ∑ ω j (1 + (α j h ) j )
n
1 / n j −1
j =1
2
n j −1
n j 1 / n −1 
 2
j
}
 ∑ w j α j {1 − (α j h ) [1 + (α j h ) ]
 2
n j 1 / n −1 
j =1
j

 ,
K (h) = K s ∑ w j [1 + (α j h ) ]

2

 j =1
 
w
α
∑
j j


j =1


τ
Hierbei sind die j Indizes für die Parameter der einzelnen van
Genuchten-Funktionen und w j die Gewichte der beiden Teilfunktionen. Es gelten die Einschränkungen
0 < w j < 1 und
75/104
∑w
j
= 1.
Theoretische Grundlagen
10.3.3 Das Modell nach Brooks und Corey
Retentions- und Leitfähigkeitsfunktion des Brooks & Corey-Modells
sind gegeben durch (Brooks and Corey, 1964)
1
S e ( h) = 
−λ
 (α h )
 K s
K ( h) = 
−λ
 K s (α h )
[
für h ≥ α −1
für h < α −1
]
2/λ +τ + 2
für h ≥ α −1
für h < α −1
Hier sind λ [-] und τ [-] zwei Fittingparameter, welche mit der
Porengrößenverteilung, bzw. der Tortousität korrespondieren.
10.4
Parameteroptimierung
Die θ (h) - und K (h) -Funktionen werden simultan an die Datenpunkte angepasst. Dies ist notwendig, da einzelne Parameter (bei
van Genuchten/Mualem z.B. α und n ) die Form beider Funktionen
beeinflussen. Die Anpassung erfolgt durch nichtlineare Regression
unter Minimierung der Summe aller gewichteten Abstandsquadrate
zwischen Datenpunkten und Modelvorhersage. Da die Annahme,
dass der Wassergehalt linear über die Säulenhöhe verteilt ist, bei
grobporigen oder strukturierten Böden nicht immer erfüllt ist, wird bei
der Anpassung der Retentionsfunktion der sogenannte „integrale Fit“
angewendet, um einen systematischen Fehler zu vermeiden (Peters
und Durner, 2006). Einzelheiten der Fittingprozedur und der Datenwichtung finden sich bei Peters und Durner (2007, 2008).
Weitere Literaturhinweise sowie eine Übersicht über die Parameter
befinden sich im Anhang!
76/104
Zusätzliche Hinweise
11
Zusätzliche Hinweise
11.1
Erweiterter Messbereich
Bei Tensiometern wird der Messbereich durch drei Faktoren
begrenzt, oder erweitert:
1. Lufteintrittspunkt
2. Dampfdruck von Wasser (Siedepunkt)
3. Siedeverzug
11.1.1 Der Lufteintrittsdruck(punkt) der porösen Kerze.
Dieser Wert ist spezifisch für eine poröse, hydrophile Struktur und
abhängig von Benetzungswinkel und Porengröße. Bei UMSTensiometern liegt der Lufteintrittspunkt weit über dem Messbereich,
so dass dieser nicht limitierend wirkt (8,8 bar).
11.1.2 Der Dampfdruck von Wasser:
Der Dampfdruck liegt bei einer Temperatur von 20°C bei 23 hPa
über Vakuum. Bei einem Luftdruck von 1000 hPa beginnt das
Wasser also bei 20°C bei Drücken kleiner als 23 hPa oder 977 hPa
Differenzdruck zum Luftdruck zu sieden bzw. zu verdampfen, - das
Tensiometer "steigt aus". Der messbare Bereich reicht daher bei
1000 hPa Luftdruck bis - 977 hPa
Der Luftdruck wird immer auf Meereshöhe bezogen.
Beispiel: Bei einer Ortshöhe von 500 Meter über NN (Meereshöhe)
bedeuten 1000 hPa Luftdruck laut Wetterdienst nur einen
tatsächlichen (Absolut-)Druck von 942 hPa. Der Messbereich der
Tensiometer wäre dann in dieser Höhe und bei einer Temperatur
von 20°C auf - 919 hPa begrenzt.
Trocknet der Boden stärker aus, als der maximal mögliche
Messbereich (wie im Beispiel bei -919 hPa), dann verweilt der
Messwert auf diesem Niveau und nimmt sehr langsam gegen Null
ab. Erst bei Erreichen des Lufteintrittspunktes erfolgt ein spontaner
Druckausgleich mit der Atmosphäre. Dann dringt Luft in die
Tensiometerkerze ein und der Wert geht auf 0.
77/104
Zusätzliche Hinweise
Höhe über NN
Luftdruck
0
1013
500
955
1000
899
1500
846
2000
795
2500
745
3000
701
Tabelle der tatsächlichen Luftdrücke, bei angegebenem, auf
Meereshöhe bezogenen Luftdruck laut Wetterdienst.
11.1.3 Der Siedeverzug:
Damit Wasser sieden kann, ist ein Siedekeim notwendig. Da unsere
Tensiometer polierte Oberflächen haben und gasfrei befüllt sind tritt
der sogenannte Siedeverzug ein, - das Tensiometer misst über den
Siedepunkt hinaus. Um dies zu erreichen muss der
Tensiometerschaft und der HYPROP-Messkopf absolut blasenfrei
befüllt sein. Mit einigen Tensiometerkerzen können sogar -2500 hPa
erreicht werden, bevor sie trocken laufen, einzelne messen sogar bis
zu -4500 hPa. Dies ist aber nur in Ausnahmen der Fall und kann
nicht garantiert werden.
Für das HYPROP bedeutet dies aber, dass zumindest solange
gemessen werden sollte, wie das Tensiometer misst. (Für den Fall,
dass dieser Punkt bei 8,8 bar relevant ist)
Eine weitere Information liefert der Lufteintrittspunkt. Bei den
HYPROP-Kerzen liegt er bei ca. 8,8 bar. Fällt also der Druck in der
Tensiometerkerze auf etwa 0 hPa ab, dann hat der Boden - 8800
hPa (+/- 200 hPa). Daher empfehlen wir die Messung erst dann zu
beenden, wenn der Druck in den Tensiometern auf 0 hPa abgefallen
ist. (siehe Publikation: U. Schindler, JPNSS, The evaporation
method - Extended measurement range of soil hydraulic properties
using the air-entry pressure of the ceramic cup)
78/104
Zusätzliche Hinweise
11.2
Einfluss des Wasserdampfdruckes auf den
Zusammenhang pF/WG:
Wird ein Boden mit konstantem Wassergehalt von 20 °C auf 25 °C
erwärmt, so reduziert sich die Wasserspannung im Boden durch den
gestiegenen Wasserdampfdruck (wirkt der Wasserspannung
entgegen) um etwa 8,5 hPa.
Temperatur
in °C
4
10
16
20
25
30
50
70
Druckänderung je
Kelvin in
[hPa]
0,6
0,9
1,2
1,5
1,9
2,5
7,2
14
11.3
Osmotischer Effekt
Die Keramik mit einer Porenweite (r=0,3 µm) kann Ionen kaum
sperren. Eine Beeinflussung des Messwertes durch osmotischen
Effekt ist daher vernachlässigbar. Hält man das Tensiometer in eine
gesättigte NaCl-Lösung, so zeigt es kurzzeitig 10 hPa an und geht
dann wieder auf 0 hPa zurück.
79/104
Anhang
12
Anhang
12.1
Typische Messkurven
Folgende typische Messkurven wurden freundlicherweise von Prof.
Dr. Wolfgang Durner zur Verfügung gestellt.
12.1.1 Sandiger Lehm (Ls3)
Probenstandort: Wolfenbüttel; Bodenart Schwach sandiger Lehm. Ls3 (S 35%, U
48%, T 17%) ; Messungen im Winter 2011 im Rahmen der "Geoökologischen
Labormethoden 2011", TU Braunschweig. Potentielle Verdunstung: 2,75 mm/d.
Temperatur: 21°C
80/104
Anhang
Beschreibung des Messverlaufs
•
Der Messverlauf ist typisch für einen Lehm mit weiter
Porengrößenverteilung.
•
Die Tensionen steigen knapp zwei Tage lang kontinuierlich, aber
mit moderater Steigung an. Dies reflektiert einen
Grobporenanteil im Lehm von knapp 10%.
•
Ab ca. 50 hPa (pF 1,7) sind die zunächst parallel laufenden
Tensiometer weit genug entfernt, um die Bestimmung der
hydraulischen Leitfähigkeiten zu erlauben.
•
Nach knapp zwei Tagen steigen die Tensiometer nun mit
größerer Steigung, aber immer noch eher schwacher Krümmung
weiter an. Die Messgrenze wid bereits einen tag später erreicht.
Dies weist einen limitierten und gleichzeitig breit gefächerten
Mittelporenanteil aus.
•
Die Spreizung der Tensiometerwerte ist dabei moderat, was auf
eine relativ hohe hydraulische Leitfähigkeit in diesem Bereich
hinweist.
•
Die Messung wird beendet durch den (hier etwas verfrühten)
Ausfall des oberen Tensiometers bereits nach drei Tagen. Zu
dem Zeitpunkt sind der Probe ca. 17% Wasser entzogen.
81/104
Anhang
Auswertung
•
Der relativ gleichmäßige Abfall der Wassergehalte bei
zunehmendem pF und der relativ flache Abfall der K-Daten ist
charakteristisch für Lehme mit einer weiten
Porengrößenverteilung.
•
Die Hinzunahme des Datenpunktes über den Lufteintrittspunkt
der keramischen Kerzen (PowerUser only) passt sehr gut zu den
unabhängigen, mit dem WP4 gemessenen Datenpunkten, und
erweitert den Messbereich beträchtlich.
•
Als Modell zur Beschreibung der Daten wird eine bimodale
Funktion benötigt.
82/104
Anhang
12.1.2 Toniger Schluff (Ut3)
Probenstandort: Groß-Gleidingen bei Braunschweig; Bodenart: Toniger Schluff
(S: 1%, U: 82%, T: 17%); Messungen: Praktikum Bodenphysik an der TU
Braunschweig im Jahr 2010 (Gruppe 3). Potentielle Verdunstung: 14 mm/d unter
Verwendung eines Ventiators. Temperatur: 20°C
Beschreibung des Messverlaufs
•
Der Messverlauf ist typisch für einen sehr feinkörniges Substrat.
•
Die Tensionen steigen unmittelbar nach Messbeginn spontan,
steil und kontinuierlich an. Dies reflektiert einen sehr kleinen
Grobporenanteil. pF 2,0 wird (unter den gegebenen
Verdunstungsbedingungen mit Ventilator) nach wenigen
Stunden erreicht. Der Wasserverlust bis pF 2 beträgt lediglich
ca. 4%.
•
Das „Ruckeln“ am Beginn der Messungen zeigt den diskontinuierlichen Zutritt der eindringenden Luft in den Boden an.
83/104
Anhang
•
Ab ca. 100 hPa (pF 2,0) sind die zunächst parallel laufenden
Tensiometer weit genug entfernt, um die Bestimmung der
hydraulischen Leitfähigkeiten zu erlauben.
•
Beide Tensiometer steigen mit fortschreitender Zeit unvermindert
an und fallen relativ bald aus. Der tonige Schluff besitzt nur
wenige große Mittelporen, der feinere Mittelporenbereich ist zum
Ausfallzeitpunkt noch mit Wasser gefüllt, der Wassergehalt
entsprechend hoch.
•
Die Spreizung der Tensiometerwerte ist über den gesamten
Messverlauf moderat, was auf eine relativ hohe ungesättigte
Leitfähigkeit hinweist.
•
Die Messung wird beendet durch den Ausfall des oberen
Tensiometers nach weniger als einem Tag. Zu dem Zeitpunkt
sind der Probe ca. 20% Wasser entzogen.
Auswertung
•
Der zunächst flache und dann zunehmend steiler werdende
Abfall der Wassergehalte bei zunehmendem pF ist
charakteristisch für sehr feinkörnige und tonige Substrate.
•
Die hydraulische Leitfähigkeit bei pF 2 ist sehr hoch, fällt dann
aber steiler ab als bei Lehm.
84/104
Anhang
•
Die Beschreibung der Daten mit Modellen ist unproblematisch,
im trockenen Bereich abre völlig unsicher. Geeignete Modelle
sind z.B. das van Genuchten-Modell, oder das Kosugi-Modell.
12.1.3 Schwach lehmiger Sand (Sl2)
Probenstandort: UMS-Fundus (siehe Probennummer).
Bodenart: schwach lehmiger Sand (S: 1%, U: 82%, T: 17%)
Messungen im UMS Messlabor, Potentielle Verdunstung: 5.7 mm/d
Temperatur: 23°C
85/104
Anhang
Beschreibung des Messverlaufs
•
Der Messverlauf ist typisch für einen Sand mit geringen
Feinanteilen
•
Die Tensionen steigen unmittelbar nach Messbeginn spontan an,
bis sie einen Level erreichen, der dem Lufteintrittspunkt
entspricht. Im vorliegenden Fall sind dies etwa 30 cm (pF 1.5).
•
Ein leichtes "Ruckelns" am Beginn der Messungen zeigt an,
dass die Luft nicht gleichförmig, sondern ruckweise in das
System eintritt. Dies wird sich in der Auswertung der
Retentionskurve widerspiegeln.
•
Die Tensiometer laufen über lange Zeit völlig parallel, nur um
den hydrostatische Druckdifferenz von 2.5 hPa verschoben.
•
Erst nach Entwässerung des Hauptporenteils steigt zunächst
das obere Tensiometer exponentiell an. Der Ausfall des
Tensiometers erfolgt danach sehr schnell, auch der
Lufteintrittspunkt der keamischen Kerze wird kurze SZeit später
erreicht, während das untere Tensiometer noch im regulären
Messbereich liegt.
•
Die Differenz der Tensionen wird erst nach Erreichen des
exponentiellen Anstiegs so groß, dass hydraulische
Leitfähigkeiten berechnet werden können.
•
Die Messung wird beendet durch den Ausfall des oberen
Tensiometers nach Entzug von fast 30% Wasser.
86/104
Anhang
Auswertung
Die ergänzenden Daten im trockenen Bereich wurden von Lisa Heise im Rahmen
ihrer Bachelorarbeit an der TU Braunschweig/UMS München mit Hilfe eines Gerätes
WP4C der Fa. Decagon gemessen. Sie sind in Heises Bachelorarbeit dokumentiert
(http://www.soil.tu-bs.de/mitarbeiter/dipl_detail.php? id=78).
•
Der ausgeprägte Lufteintrittspunkt und der steile Abfall der
Retentionskurve nach Erreichen des Lufteintrittspunktes ist
charakteristisch Sande.
•
Die hydraulische Leitfähigkeit ist erst ab pF 2.0 bestimmbar, und
fällt dann steil ab.
•
Geeignete Modelle zur Datenbeschreibung sind das FayerSimmons-Modell, oder das bimodale Modell, um den weiteren
Abfall der Retentionswerte zur Austrocknung hin zu beschreiben.
87/104
Anhang
12.1.4 Reiner Fein- bis Mittelsand (Ss)
Probenmaterial: Gepackter Quarzsand der Korngröße 0.1 bis 0.3 mm
Bodenart: Sandiger Sand (S: 100%, U: 0%, T: 0%)
Messung: Bodenphysikalisches Labor, TU Braunschweig
Potentielle Verdunstung: 1.4 mm/d
Temperatur: 22°C
Beschreibung des Messverlaufs
•
Der Messverlauf ist typisch für einen Sand mit enger
Partikelgrößenverteilung ohne Feinanteile
•
Die Tensionen steigen unmittelbar nach Messbeginn spontan an,
bis sie einen Level erreichen, der dem Lufteintrittspunkt
entspricht. Im vorliegenden Fall sind dies etwa 50 cm (pF 1.7).
88/104
Anhang
•
Die Tensiometer laufen nun über lange Zeit sehr flach und völlig
parallel, nur um den hydrostatische Druckdifferenz von 2.5 hPa
verschoben.
•
Nach Entwässerung des Hauptporenteils steigt das obere
Tensiometer extrem steil an. Der Ausfall des Tensiometers
erfolgt nun sehr schnell.
•
Das untere Tensiometer ist zum Ende der Messung noch völlig
unerfasst von der Austrocknungsfront, die Differenz der
Tensionen extrem groß.
•
Hydraulische Leitfähigkeiten können nur über einen kurzen
Zeitabschnitt berechnet werden.
•
Die Messung wird beendet durch den Ausfall des oberen
Tensiometers nach Entzug von 35% Wasser.
Auswertung
•
Der sehr scharf ausgeprägte Lufteintrittspunkt sowie der extrem
steile Abfall der Retentionskurve nach Erreichen des Lufteintrittspunktes ist charakteristisch reine Sande mit uniformer
Korngröße.
•
Die hydraulische Leitfähigkeit ist nur innerhalb eines sehr engen
Tensionsintervalls bestimmbar, und fällt ebenfalls extrem steil
ab.
•
Geeignete Modelle zur Datenbeschreibung sind das BrooksCorey-Modell, das van Genuchten-Modell mit freiem Parameter
m, oder das Fayer-Simmons-Modell.
89/104
Anhang
12.2
Standard pF-Kurven
Abb.52: Standard pF-WG Kurven (mit freundlicher
Unterstützung von Dr. Uwe Schindler, ZALF Müncheberg)
90/104
Anhang
12.3 Parameter
12.3.1 Input
Geometrische Variablen:
V [cm³] FLOAT
z1 [cm] FLOAT
z2 [cm] FLOAT
L [cm] FLOAT
Volumen der Bodensäule
Einbauhöhe Tensiometer1 (über
Säulenboden)
Einbauhöhe Tensiometer2 (über
Säulenboden)
Länge der Bodensäule
Für die Erzeugung der Datenpunkte:
INTERPOL INTEGER
Art der Messdateninterpolation: (0:
polynomisch; 1: stückweise linear; 2:
hermitsche Splines)
nbt INTEGER
Max. Anzahl an Datenpunkten für die hydr.
Funktionen
OPTIMI LOGICAL
Wenn TRUE, dann wird optimiert, wenn
FALSE, dann werden nur die Datenpunkte
erzeugt
NDEG INTEGER
Wenn INTERPOL = 0, dann Ordnung des
Polynoms
Messungenauigkeiten:
σh [cm] FLOAT
Messfehler Potenzial (Standardabweichung)
σw [g] FLOAT
Messfehler Gewicht (Standardabweichung)
Für die Parameterschätzung:
CODE INTEGER
Art des Modells
10: van Genuchten/Mualem;
11: van Genuchten/Mualem bimodal; 20:
Brooks/Corey)
INIT FLOAT (Vektor)
Anfangsschätzungen der Parameter, bzw.
feste Werte falls Parameter x nicht geschätzt
werden soll
OPTP LOGICAL (Vektor) Anzeiger, ob Parameter x optimiert werden
soll, oder nicht
IN_MAXOPTIT INTEGER Relikt! Muss immer 1 sein!
W_DEV FLOAT
Relikt!
Wird nicht mehr berücksichtigt.
IN_WEIGHTFLAG
Wenn TRUE, dann werden beiden
LOGICAL
hydraulischen Funktionen wie im Kapitel „Fit
of parametric expressions to the θ(h) and K(h)
data“ (JH-Paper: Simplified evaporation
method for determining soil hydraulic
properties A. Peters *, W. Durner) beschrieben
91/104
Anhang
automatisch gewichtet. Sonst können wθ und
wk in Gl. (3) anhand der Parameter wθ und wk
manuell gewichtet werden.
Wichtung für Retentionsdaten (wird nur
berücksichtigt, wenn IN_WEIGHTFLAG =
FALSE.)
Wichtung für Leitfähigkeitsdaten (wird nur
berücksichtigt, wenn IN_WEIGHTFLAG =
FALSE.)
wθ FLOAT
wk FLOAT
Die Parametersammlungen „Control parameters for LevenbergMarquardt algorithm“, „Control parameters for SCEUA algorithm“ und
„LM-Floatpar” sollten NICHT auftauchen. Das sind sehr spezielle
Stellschrauben für die Optimierungsalgorithmen.
12.3.2 Output
RMSEθ FLOAT
RMSEK FLOAT
Root mean squared error der Retentionsfunktionsanpassung
Root mean squared error der
Leitfähigkeitsfunktionsanpassung
,
wobei
und
, bzw. und die gemessenen, bzw. die vorhergesagten
Werte für die Retentions- und die Leitfähigkeitsfunktion sind. n
Anzahl der jeweiligen Datenpunkte.
92/104
p
ist die
Anhang
12.3.3 Parameterauflistung und Beschreibung für die .csv
Tabellen:
Tabelle
Parameter
Einheit
Beschreibung
_Weight.csv
ValueGross
ValueNet
g
g
ValueDiff
Tension1
Tension2
Temp
RMSETH
g
hPa/kPa
hPa/kPa
hPa/kPa
Gesamtgewicht
Nettogewicht
der
Probe
Gewichtsverlust
Oberes Tensiometer
Unteres Tensiometer
Temperatur
Root mean squared
error der Retentionsfunktionsanpassung
Root mean squared
error der Leitfähigkeitsfunktionsanpassung
Fittingparameter,
siehe
Bedienungsanleitung
HYPROP Theorie
pF- Wert
Wassergehalt
Hydraulische
Leitfähigkeit
Mittlere Bodenwasserspannung
Mittlerer Wassergehalt
Mittlere Bodenwasserspannung
Hydraulische
Leitfähigkeit
_Tension.csv
_STATVEC.csv
RMSELOGK
_PARVEC.csv
_HYDFUNC.csv
pF
Theta
K
m³/m³
cm/d
_EVATH.csv
PMEAN
hPa/kPa
_EVAK.csv
WCMEAN
PMEAN
m³/m³
hPa/kPa
Cond
cm/d
93/104
Anhang
12.4
Einheitenübersicht für Bodenwasser- und
Matrix-potentiale
FK Feldkapazität
Standard
Tensiometer
Messbereich
Permanenter
Welkepunkt
Lufttrocken,
luftfeuchteabhängig
Ofentrocken
pF
1
2,01
2.53
2.93
hPa
-10
-100
-330
-851
kPa=J/kg
-1
-10
-33
-85,1
Mpa
bar
-0,001 -0,01
-0,01 -0,1
-0,033 -0,33
-0,085 -0,85
psi
-0,1450
-1,4504
-4,9145
-12,345
%rF
99,9993
99,9926
99,9756
3
4
4.18
-1.000
-10.000
-15.136
-100
-1.000
-1.513
-0,1
-1
-1.5
-1
-10
-15
-14,504
-145,04
-219,52
99,9261
99,2638
98,8977
5
-100.000
-10.000
-10
-1 00
6
-1.000.000
-100.000
-100 -1 000
-14.504
47,7632
7
-10.000.000 -1.000.000 -1.000 -10 000 -145.038
0,0618
-1.450,4 92,8772
Anmerkung: 9,81 hPa entsprechen 10 cm Wassersäule
94/104
Anhang
12.5
Technische Daten
Gehäuse
Gehäusematerial
Abmessungen
Keramik
Keramik
Schaftmaterial
Länge Kerze:
Kabel
LEMO
Messbereich
Druckaufnehmer
Bodenwasserspannung
Temperatur
Genauigkeit
Druck
Temperatur
Versorgung
Versorgungsspannung Vin
Strombedarf
Medienverträglichkeit
PH-Bereich:
Schutzklasse
Gehäuse und Buchse
abgedeckt
Messköpfe
Anzahl der Messköpfe die
mit tensioLink unterstützt
werden
Glasfaserverstärktes Polyamid
h=60mm, ∅ 80 mm
Al2O3 Sinter, Lufteintrittspunkt ca 8.500
hPa ; ∅ 5 mm
Plexiglas ∅ 5 mm
Unten: 25 mm
Oben: 50 mm,
auf 4 pol. M12 1,5m
-3.000 hPa … +3.000 hPa (elektronisch)
-850 hPa ... +3.000 hPa (physikalisch)
-850 hPa … 0 hPa
(Tensiometer)
-30 °C ... +70 °C
± 1,5 hPa / d=0,05 hPa
± 0,2 K (-10...+30 °C) / d=0,01 K;
6 ... 10 V DC
6 mA nominal, (max. 15 mA)
pH 3 ... pH 10. Begrenzt für Medien, die
nicht Silizium, Floursilikon, EPDM, PMMA
und Polyetherimid angreifen.
IP 65 (spritzwassergeschützt)
20
95/104
Anhang
12.5.1 Anschlussbelegung
Belegung USB Konverter
Signal
Pin Funktion
Vout
1
Versorgung +7…+10
VDC
GND
2
Versorgung minus
n.c.
3
n.c.
4
n.c.
5
RS485-A
6
RS485-A Zweidraht
RS485-B
7
RS485-B Zweidraht
n.c.
8
-
8 pol. Buchse
Belegung des Anschlusskabels USB Konverter  T-Verteiler
Signal
Pin Funktion
Vout
1
Versorgung +6…+10
VDC
RS485-A
2
RS485-A Zweidraht
GND
3
Versorgung minus
4 pol. Buchse
RS485-B
4
RS485-B Zweidraht
96/104
Anhang
12.6
Zubehör
Das folgende HYPROP-Zubehör ist bei UMS erhältlich.
12.6.1 HYPROP-Erweiterungen und Zubehör
UMS Art.-Bez.:
HYPROP-E
Beschreibung
Set
bestehend
aus:
Messkopf
incl.
Tensiometerkerzen und Anschlusskabelset
Hinweis: Stechzylinder sind nicht im Set
enthalten. Bitte extra bestellen!
SZ250
Stechzylinder 250ml
HYPROP-TK
Tensiometerkerzen-Set
1x 35mm
1x 25mm
SZA250
Schlagadapter für Stechzylinder 250 ml,
Länge 300 mm, Gewicht 0,6 kg, mit
Schlagschutzgriff, für Stechzylinder mit
Aussendurchmesser 84 mm
97/104
HYPROP-Sat
HYPROP Aufsättigungsschale
HYPROP-SV
HYPROP-SW
HYPROP-Scale
HYPROP -Vakuumspritze
HYPROP -Wasservorratsspritze
HYPROP -Waage
HYPROP-train
HYPROP Schulung
Incl. Schulungsunterlagen (ca 4 h)
12.6.2 Befüllstation und sonstiges Zubehör
UMS Art.-Bez.:
Beschreibung
HYPROP – Befüllkit (Anschluß an externe
Pumpe) mit Vakuumvorratsflasche, Manometer,
Absperrhähne (erst Ende 2011 verfügbar)
HYPROP – Laborpumpe (erst Ende 2011
verfügbar)
98/104
Literatur
13
Literatur
•
Brooks, R. H., and A. T. Corey (1964): Hydraulic
properties of porous media, Hydrol. Pap. 3, 27 pp.,
Colo. State Univ., Fort Collins.
•
Durner, W., (1994). Hydraulic conductivity estimation
703 for soils with heterogeneous pore structure. Water
Resour. Res. 30, 211–223.
•
Durner, W., Iden, S.C., Schelle, H., and Peters, A.
(im Druck): Determination of hydraulic properties of
porous media across the whole moisture range, in
Schuhmann, R. (Hrsg): »Workshop Innovative
Feuchtemessung in Forschung und Praxis Materialeigenschaften und Prozesse«, 12.10. –
14.10.2011 am KIT, Karlsruhe
•
Mualem, Y. ( 1976): A New Model for Predicting the
Hydraulic Conductivity of Unsaturated Porous Media,
Water Resources ResearchVol12, No.3
•
Peters, A., and W. Durner (2006): Improved
estimation of soil water retention characteristics from
hydrostatic column experiments, Water Resour. Res.,
42, W11401, doi:10.1029/2006WR004952.
•
Peters, A., and Durner, W. (2007): Optimierung eines
einfachen Verdunstungsverfahrens zur Bestimmung
boden-hydraulischer Eigenschaften, Mitteilungen der
Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, im Druck.
•
Peters, A. and Durner, W. (2008): Simplified
Evaporation Method for Determining Soil Hydraulic
99/104
Literatur
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doi:10.1016/j.jhydrol.2008.04.016
•
Priesack, E., Durner, W., (2006). Closed fom
expression for the multi-modal unsaturated conductivity
function. Vadose Zone J. 5, 121–124.
•
Schelle, H., Iden, S.C., and Durner, W. (2011): Combined
transient method for determining soil hydraulic properties in
a wide pressure head range, Soil Sci. Soc. Am. J., 75(5), 113, doi:10.2136/sssaj2010.0374
•
Schelle, H., Iden, S.C., Peters, A., and Durner, W. (2010):
Analysis of the agreement of soil hydraulic properties
obtained from multistep-outflow and evaporation methods,
Vadose Zone Journal, 9: 1080-1091,
doi:10.2136/vzj2010.0050
•
Schindler, U., Müller, L (2006): Simplifying the
evaporation method for quantifying soil hydraulic
properties, Journal of Plant Nutrition and Soil Science.
169 (5): 623-629
•
Schindler, U., Durner, W., von Unold, G., Müller, L.
(2010) Evaporation Method for Measuring Unsaturated
Hydraulic Properties of Soils: Extending the
Measurement Range, Soil Sci. Soc. Am. J. 74:1071–
1083, doi: 10.2136/sssaj2008.0358
•
Schindler, U., Durner, W., von Unold, G., Mueller, L.,
and Wieland, R., (2010) The evaporation method:
Extending the measurement range of soil hydraulic
100/104
Literatur
properties using the air-entry pressure of the ceramic
cup, J. Plant Nutr. Soil Sci. 2010, 173, 563–572
•
Schindler, U. ; Durner, W. ; Unold, G. von ; Müller,
L. (2010): Improved measurement of soil hydraulic
functions for soil physical quality assessment. - In: 16°
Congreso de la Organización Internacional de
Conservación de Suelo : 08 al 12 de noviembre de
2010 ; proceeding contribution in extenso: 148-152;
Santiago de Chile (Sociedad Chilena de la Ciencia del
Suelo).
•
Schindler, U., Durner, W., von Unold, G. und Müller, L.
(2011): Prozessanalyse der Verdunstung als Grundlage zur
verbesserten Messung hydraulischer Kernfunktionen von
Böden , in: Bericht über die 14. Lysimetertagung am 2. und
3. Mai 2011, HBFLA Raumberg-Gumpenstein, 61-66.
•
van Genuchten, M. T. (1980): A closed-form equation
for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated
soils, Soil Sci. Soc. Am. J. 44, 892–898.
101/104
Stichwortverzeichnis
14
Stichwortverzeichnis
A
H
Abdeckkappe .................................16
aktive Oberfläche ...........................15
Anfangswassergehalt .....................50
Anschlußbelegung..........................96
Anschlussfehler ............................... 5
Assistent ........................................58
hermitische Splines ........................74
hydraulische Eigenschaften ............74
hydraulische Funktionen.................74
hydraulische Leitfähigkeit ...............74
hydrophil .................................... 5, 23
Hyprop Servicekoffer ......................15
Hyprop-Messkopf ...........................14
Hyprop-Servicekoffer......................23
B
I
basal ..............................................73
Benutzerrechte ...............................42
blasenfreie Befüllung ......................23
Bodenwasserdruck .......................... 5
Bodenwasserspannung ........ 5, 14, 15
Brooks & Corey-Modell ...................76
Bubble Point ...................................15
Bubblepoint ....................................23
integrale Fit ....................................76
IP65 ......................................... 13, 70
K
Keramik ...................................... 5, 15
Kern EG2200 .................................49
Kerzenmaterial ...............................15
Konfigurationsparameter ................44
E
Edelstahl-Stechzylinder ..................16
Eingeräte Modus ............................54
Einheitenfenster .............................53
Einheitenübersicht ..........................94
L
Lufteintrittspunkt ....................... 23, 75
F
M
Fittingparameter .............................75
Fittingprozedur ...............................76
maximale Drucklast ..........................5
Messbereich ...................................95
Messkampagne ........................ 48, 50
Messkampagnenfenster .................53
G
Gerätefenster .................................53
Gerätescan.....................................57
102/104
Stichwortverzeichnis
N
T
nichtlineare Regression ..................76
Technische Daten ..........................95
Temperatursensor ..........................16
tensioVIEW ....................................41
Tortousität ......................................76
Trockengewicht ..............................65
Trockenschrank ..............................65
Trocknung der Probe......................73
O
Offset .............................................69
Offsetüberprüfung ..........................70
Osmose..........................................79
U
P
USB-Kabel ............................... 37, 69
USB-Konverter ...............................41
pF/WG............................................79
Porengrößenverteilung ...................76
Porosität .........................................15
Push-Pull- Verbindung....................16
V
van Genuchten-Funktionen ............75
VDE-Vorschriften..............................5
R
Restwassergehalt ...........................75
Retentions- und Leitfähigkeitsfunktion
..................................................75
Retentionsfunktion..........................73
W
Waage............................................48
Wasserfluss....................................73
Wasserretentionsfunktion .................9
Wiederbefüllprozess .......................46
WIND/SCHINDLER ..........................5
S
Schutzkappe ..................................32
semipermeable Membran ...............15
SHYPFIT 2.0 ................................... 8
Stechzylinder..................................15
Stechzylinderproben .......................19
Z
Zubehör für Befüllung .....................23
zugentlastet ....................................51
103/104
Ihre Ansprechpartner bei UMS
Ihre Ansprechpartner bei UMS
Vertrieb
Thomas Keller
Tel:+49-89-126652-19
Email: tk@ums-muc.de
Tel:+49-89-126652-19
Email: tk@ums-muc.de
Bedienungsanleitung
Thomas Keller
UMS GmbH
D-81379 München
Gmunderstr. 37
E-Mail: info@ums-muc.de
Tel.: +49-89-126652-0
Fax: +49-89-126652-20
Rücknahme nach Elektro G
WEEE-Reg.-Nr. DE 69093488
104/104
© 2012 UMS GmbH, Munich, Germany
Print #: HYPROP vers02_13
Subject to modifications and amendments without notice.
UMS GmbH
Gmunder Str. 37
81379 Munich
Tel. +49 (0) 89 / 12 66 52 - 0
Fax +49 (0) 89 / 12 66 52 - 20
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