Hyprop Anleitung - UMS Umweltanalytische Mess
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1. o co o o o o o o s o s e o o o o ee o ee o e 6 o s l le o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o e 3 o o o o o o o o o o o o o o o eo o o o o o o o o o o o o e o o e e ee e o o e o ec o o o o 6 o o o o o o o o o o o o s o s o ee o ee o o ee e e e 6 6 l o o o o o o2. o 95 Zitierte Literatur 2015 UMS GmbH M nchen www ums muc de Print HYPROP vers2015 01 Anderung die dem technischen Fortschritt dienen sind jederzeit m glich HYPROP HYPROP VIEW und HYPROP FIT sind eingetragene Warenzeichen der UMS GmbH M nchen Gedruckt auf Papier aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff UMS GmbH Gmunder Str 37 81379 M nchen Tel 49 0 89 12 66 52 0 Fax 49 0 89 12 66 52 20 ums ums muc de www ums muc de
3. Keramikspitze der ersten Kerze blasenfrei auf das Schlauchst ck stecken 31 Vorbereiten einer Messung Evakuierspritze mit 5 ml Wasser aufziehen Spritze senkrecht stellen und Restluft her ausdr cken Wasser in der Evakuierspritze entl ften sinngem wie bei der Wasservorrats spritze Schlauchst ck auf die Spitze der Spritze setzen Kolben nach oben dr cken bis sich ein Meniskus auf dem Schlauchst ck bildet 32 Vorbereiten einer Messung 33 Vorbereiten einer Messung 5 TE 1 34 Vorbereiten einer Messung Spritze l sen senkrecht stellen und Restluft herausdr cken 4 Evokuierspritze wieder blasenfrei auf den Kerzenschaft stecken Luft aus der zweiten Kerze entfernen 5 EN A r T b r b L t L Schritte bis wiederholen bis sich keine Luftblasen mehr bilden hinari a daba TO Ke Y 5 mm 35 Vorbereiten einer Messung Bef llen der Sensoreinheit Bohrungen der Sensoreinheit blasenfrei r f llen Hierzu die Tropfenspritze verwen den Hinweis Achtung nicht mit der Spritzenspitze in die Bohrung stechen Dadurch kann der Druck sensor zerst rt werden Bef lladapter aufsetzen und festspannen Bef lladapter mit der Tropfenspritze m g lichst blasenfrei f llen 36 Vorbereiten einer Messung Evakuierspritze mit 15 bis 20 ml Wasser f llen Wasser
4. 1 399 hPa 7 Line ETL iq Payara abu bay F hren Sie die vier Schritte wie angege A as sl ben aus Wasser in Schutzschlauch f llen Schaft in das Gewinde einschrauben Tensionswerte im Refill Wizard beob achten Nach ca 9 Umdrehungen wenn der O Ring in der Sensoreinheit abdich tet steigt der Druck schnell an Langsam noch eine Vierteldrehung weiterdrehen 000 O 42 Vorbereiten einer Messung Achtung Gehen Sie bitte extrem vorsichtig vor wenn Sie die gefullten Kerzenschdfte eindrehen Der Druck der den Sensor zer st ren kann steigt schlagartig bei etwa 9 Umdrehungen an Dieser Druck sollte 2000 hPa nicht Ubersteigen auf keinen Fall 3000 hPa Alle Schritte wie beschrieben fur die zweite Kerze durchf hren Wenn alle Schritte durchgef hrt sind klicken Sie auf Close und gelangen wie der auf die urspr ngliche Seite von der aus Sie den Wizard ge ffnet haben Wenn Sie w hrend einer Messung den Refilling Wizard ffnen wird die Messung unter brochen Der Wizard wird deshalb nach 2 Minuten automatisch geschlossen 43 Vorbereiten einer Messung Sehmutzschutz anbringen o O Ringe f r Schmutzschutz bis zur Rille in der Sensoreinheit auf die Kerzen schieben Schutzschl uche von den Kerzen abnehmen Sillkonscheibe f r Schmutzschutz auflegen Schutzschl uche wieder aufstecken 5 Sofort Wasser in die Schutzschl uche f llen Silikonscheibe f
5. Die Begriffe Tension Matrixpotential Saugspannung Wasserspannungswert und pF Wert beziehen sich auf dieselbe physikalische Gr e sie beschreiben die Bindungsenergie mit der Wassermolek le kapillar in Poren oder adh siv an Bodenteilchen gebunden sind Pflanzen beispielsweise m ssen diese Bindungsenergie oder auch Haltekraft berwinden um das Wasser aus der Bodenmatrix aufsaugen zu k nnen Das Wasser steht im Boden unter Span nung lateinisch tension Spannung Direkt messbar ist diese Haltekraft oder Spannung als Unterdruck des Wassers im Vergleich zum atmosph rischen Luftdruck F r die Messung bietet man dem Boden Wasser in der Kerze an das der Boden mit der gleichen Kraft ansaugt wie er das Wasser festh lt Der Boden steht Uber die wassergef llten Poren der Keramik in kapillarem Kontakt zum Kerzenwasser die Dr cke im Bodenwasser und im Wasser in der Kerze gleichen sich an Da das Kerzenwasser luftdicht eingeschlossen ist kann es so lange nicht in den Boden flie en bis der Boden so trocken bzw der Unterdruck so stark ist dass der erste Porengang der Kerze leergesaugt ist Der Unterdruck Tension Saugspannung in der Kerze wiederum ist als Kraft mit einem Druckaufnehmer messbar Wenn der Unterdruck so stark wird dass er die kleinen Poren der Kerze leersaugt dann ist der Lufteintrittsounkt erreicht Luft dringt in die Kerze ein der Druck in der Kerze steigt auf den atmosph rischen Luftdruck der an gezeigte M
6. 49 6765 6780 Peters A S C Iden and W Durner 2015 Revisiting the simplified evaporation method Identification of hydraulic func tions considering vapor film and corner flow Journal of Hydrolo gy In press 93 Zitierte Literatur Schelle H Iden S C Peters A and Durner W 2010 Analysis of the agreement of soil hydraulic properties obtained from mul tistep outflow and evaporation methods Vadose Zone Journal 9 4 1080 1091 Schelle H Iden S C and Durner W 2011 Combined transient method for determining soil hydraulic properties in a wide pressure head range Soil Scien ce Society of America Journal 75 5 1 13 Schelle H Heise L Janicke K and Durner W 2013a Wasser retentionseigenschaften von B den ber den gesamten Feuchte bereich ein Methodenvergleich In Beitr ge zur 15 Lysimeterta gung am 16 and 17 April 2013 HBFLA Raumberg Gumpenstein Schelle H Heise L J nicke K and Durner W 2013b Water retention characteristics of soils over the whole moisture range a comparison of laboratory me thods European Journal of Soil Science 64 6 814 821 Schindler U 1980 Ein Schnell verfahren zur Messung der Was serleitf higkeit im teilgesdttigten Boden an Stechzylinderproben Archiv f r Acker und Pflanzen bau und Bodenkunde 24 1 1 7 Schindler U and M ller L 2006 Simplifying the evapora tion method for quantifying
7. Becher 4 Bef lladpater f r HYPROP Endvakuum 8 mbar 20 l min f r Laboranwendungen ye d WW inkl Schaft amp O Ringe y Ed A HYPROP Aufs ttigungsschale Inkl Schulungsunterlagen Schulungsdauer ca 4h 72 Weiteres Zubehor Produkt Dienstleitung HYPROP Bef lladapter Best Nr 020263 KSATO Automatisiertes Mess System zur Bestimmung der ges ttigten hydrau lischen Leitf higkeit an Stechzylindern Best Nr 0201 UMS Stechzylinder 2250 fUr HYPROP KSAT oder BaPS 250 Best Nr 100101 UMS Schlagadapter SZA250 Best Nr 100201 UMS Stechzylinder SZ100 Best Nr 100102 SZ100 2 Best Nr 100103 UMS Schlagadapter SZA 100 Best Nr 100202 SZA 100 2 Best Nr 100203 PE Hammer Best Nr EJO40505 HYPROP Kerzen Best Nr 020255 Abbildung i m lt 5 s Le f r HYPROP Messkopf mit Bef llhahn Inkl KSAT VIEW Software 5 Liter Vorratsgef 1 2 m Zuleitungsschlauch 1 2 m Ableitungs schlauch 2 Ersatzdichtungen fur Kronen Wanne f r Bodenaufs ttigung Edelstahlplatte zur Pr fung des Druckaufnehmers USB Anschluss 1 Stechzylinder 57250 Volumen 250 ml au en 84 mm innen 80 mm Hohe 50 mm Edelstahl reibungsarme polierte Oberfl chen f r minimale Probenverdichtung laserbeschriftete stellige fortlaufende ID Nummer und Tarage wicht auf 0 1 Gramm genau Inkl 2 PE Schutz kappen f r Stechzylinder 250
8. ay dspyjwin AADA HW JUNOLW Ulnn DA WNN gt DA pdy 8 54 sY gt n p ajun s ul Bunb 9Z13 nz SduINALINNAD A Bupbyuun 23 Vorbereiten einer Messung Stellen Sie die Vakuumpumpe auf den Boden niedrigere Temperatur um bes sere Werte fur den Unterdruck zu erzielen Q Keramik nicht mit den Fingern ber hren da Hautfett die Funktion beeintr chtigt An Luft w rde das Wasser aus der Kerze verdunsten Deshalb Schutzkappe aufsetzen Verbinden Sie die einzelnen Ger te der Refill Unit wie abgebildet Schl uche und Anschl sse die verbunden werden m ssen sind durch gleiche Farben ge kennzeichnet Pumpe mit einer Zeitschaltuhr und Zeit schaltuhr mit dem Netz verbinden Wir empfehlen den Einsatz einer Zeitschaltuhr weil dies den Verschlei der Pumpe reduziert Energie spart und evtl vorhandene Luftblasen beim Einschalten weggerissen werden Die Zeitschaltuhr ist nicht im Lieferumfang der Refill Unit enthalten und muss vom Kunden selbst beschafft werden Wir empfehlen auch bei jedem Entgasungsvorgang eine zus tzliche Flasche mit de onisiertem wasser zu entgasen Sie ben tigen das Wasser wenn Sie die Kerzen bef llen 24 Vorbereiten einer Messung Bef llen der Sensoreinheit Hinweis Achtung nicht mit der Spritzenspitze in die Bohrung stechen Dadurch kann der Druck sensor zerst rt werden Bohrungen der Sensoreinheit blasenfrei f llen Hierzu die Tropfenspritze
9. o o o o o o o o o o o o o o o o o o o s o o o o o o o o o o o o e o o o o o e e e e e 6 ec o 6 o o 6 o o o o o o o o o o co o o o o o o o o o e e e e ee ee e o 9 l l o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o e c o ee o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ee e o co o o o o o o o o o
10. die in der Konfiguration von HYPROP VIEW definiert werden in zwei Messebenen in der Probe die Wasserspannungen Tensionen h und h in hPa Im Mehrwaagen Modus wird zeitgleich die Gesamtmasse der Probe in g gemessen Im Einzelwaagen Modus erfolgt die Erfassung der Probenmasse durch manuelle W gung in der Regel zwei mal t glich Aus der Probenmasse abz glich aller Tara Komponenten Sen soreinheit Stechzylinder Bodentrockenmasse wird der jeweilige mittlere Wassergehalt der Probe ermittelt Die Bodentrockenmasse kann erst nach der Messung separat durch Trocknung bei 105 im Trockenschrank bestimmt werden Die Messdaten werden mit der Software HYPROP FIT nach dem Verfahren nach Schindler 1980 ausgewertet Die exakte Wassergehaltberechnung er fordert die Eingabe der Bodentrockenmasse in die Software Solange die Ein gabe nicht vorliegt wird der Wassergehalt in HYPROP FIT vorab abgesch tzt HYPROP FIT berechnet ausgehend von Linearisierungsannahmen diskrete Punkte der Retentionskurve und der Leitf higkeitskurve Im ersten Schritt wer den hierzu die Rohdaten durch hermitesche Splines interpoliert Dies hat den Vorteil dass unterschiedliche Messzeiten f r Tensionen und Wassergehalte einander angeglichen werden und die Anzahl der Zeitpunkte f r die Daten berechnet werden a priori festgelegt wird Voreinstellung in HYPROP FIT ist eine Berechnung zu 100 Zeitpunkten die aus den Splines abgegriffen werden Zu jedem Berechnungsze
11. 2 Sie wollen abbrechen und den Lufteintrittspunkt nutzen Dann gibt es zwei M glichkeiten a der Lufteintrittsounkt der ersten Kerze ist erreicht und die zweite Kerze be findet sich noch im regul ren Betrieb Phase 1 oder im Siedeverzug Phase 2 In diesem Fall kann HYPROP den Mittelwert aus dem Lufteintrittsounkt der Tensio Top und der Tensio Bottom Kurve errechnen siehe Grafik 2 b Wenn der Lufteintrittsounkt der ersten Kerze erreicht ist und sich die zweite Kerze noch in der Kavitationsphase Phase 3 befindet kann der Mittelwert der beiden Kurven noch nicht errechnet werden Dann m ssen Sie warten bis der Lufteintrittsounkt der zweiten Kerze erreicht ist siehe Grafik 3 Tension hPa gt A NEE IEE E E E E E E E mm pm u m mu H mul mu n mu mu n mu mul n mu ll mu mm H mu pm x pm m m n s ge m 8 pm mm 8 pm en 8 pm m s m pm a m mu 8 m mim Zeit Tensio Top Tensio Bottom Stop Grafik 1 62 Beenden der Messung Lufteintrittspunkt Tension hPa mm pm n m mu n mul mu m mu mm n mu mul 8 mu mu n mu mm un un mum m pm mu n mun den z mu pm H m pm o 10 4 mmm m pm m n mu pl Zeit Tensio Top Tensio Bottom Stop Grafik 2 63 Beenden der Messung Tension Lufteintrittsounkt 1 Lufteintrittspunk
12. 8772 Lufttrocken 6 1 000 000 100 000 1 100 1000 1 14504 47 7632 luftfeuchteabhangig Ofentrocken Z 10 000 000 1 000 000 1 000 10 000 145038 0 0618 Anmerkung 9 81 hPa entsprechen 10 cm Wassers ule 91 Anhang Zahlen Daten Fakten Technische Daten Sensoreinheit Material Glasfaserverstarktes Polyamid Abmessungen h 60 mm 80 mm Kerzen Keramik Al O Sinter Lufteintrittsounkt ca 8800 hPa Schaftmaterial 5 mm Acrylglas 5 mm L ngen Kleine Kerze 31 mm gro e Kerze 56 mm Messbereich Drucksensor 3 000 3000 hPa elektronisch Temperatur 30 70 C Genauigkeit Druck 25 APE d 0 05 hPa 100 500 hPa Temperatur 0 2 K o6 10 30 C Fa O 01K Versorgung Spannung 6 10V DC Strom 6 MA nominal 15 mA max Medienvertr glichkeit pH Bereich Schutzklasse Gehduse mit abgedeckter Buchse pH3 pH10 begrenzt auf Medien die nicht Silizium Fluorsilikon EPDM PMMA und Polyetherimid angreifen IP65 spritzwassergeschutzt Sensoreinheiten Anzahl der Sensoreinheiten die mit tensioLINK 20 unterst tzt werden Waage HYPROP Balance Anschluss an PC USB W gebereich 2200 y Ablesbarkeit 0 01 9 Reproduzierbarkeit 0 01 9 Linearit t 0 01 9 Justierung intern 92 Zahlen Daten Fakten Zitierte Literatur Hinweis Wenn Sie diese Bedienungsanleitung zitieren m chten verwenden Sie bitte folgende Angaben UMS 2015 Bedienungs
13. Sie die pF Werte des WP4 ein die feuchte Gesamtmasse die trockene Ge samtmasse und den Tarawert Dies erfolgt im Register Evaluation in der Tabelle Add WP4 data points Sie k nnen diese Daten durch cut and paste aus einem Tabellen kalkulationsprogramm Ubernehmen E Information Al Evaluation Calculation of water contents Add From dry soil weight a From given initial water content vol m Estimation of initial water content idda Y F punta Orzan E aza ae mu iz urn beli b eg re core El Ma Des Die gravimetrischen Wassergehalte werden dann automatisch berechnet in volume trische umgerechnet und in den Grafiken eingef gt Beim Fit der hydraulischen Eigen schaften werden die Daten mit demselben Einfluss weighting factor ber cksichtigt wie die HYPROP Daten Power User k nnen diese Gewichtung auch erh hen oder verringern Einheiten bersicht f r Bodenwasser und Matrixpotentiale pF hPa kPa J kg MPa bar psi Zot F 1 10 0 001 0 01 0 15 99 9993 FK Feldkapazit t 1 8 1 62 6 2 0 006 0 06 0 89 99 998 2 100 10 0 01 0 1 1 45 99 9926 Standard Tensiometer 2 9 SAS IO 5 0 065 0 85 12 2 Messbereich 1 000 100 0 1 1 14 5 99 9261 4 10 000 1 000 1 0 10 145 0 99 2638 Permanenter Welkepunkt 4 2 15 000 1 500 1 5 15 219 5 98 8977 5 100 000 10 000 10 1 00 1450 4 92
14. gleichzeitig breit gefacherten Mittelporenanteil aus 82 Anhang Die Spreizung der Kerzenwerte ist dabei moderat was auf eine relativ hohe hydraulische Leitf higkeit in diesem Bereich hinweist gt Die Messung wird beendet durch den hier etwas verfruhten Ausfall der oberen Kerze bereits nach drei Tagen Zu dem Zeitpunkt sind der Probe ca 17 Wasser entzogen Auswertung i FZ d Leer ur zar Ui Haze ral as Hektar Cyst Conducta Kip E PER E ESPE DEE m Sa b m al Co bs D om on Ta m i ma ira ali iL 1 l I 1 1 I 1 LE 1 1 1 i i 1 1 relativ gleichm ige Abfall der Wassergehalte bei zunehmendem OF und der relativ flache Abfall der K Daten ist charakteristisch fur Lehme mit einer weiten Porengr lbenverfeilung Die Hinzunahme des Datenpunktes Uber den Lufteintrittspunkt der kerami schen Kerzen PowerUser only passt sehr gut zu den unabh ngigen mit dem WP4 gemessenen Datenpunkten und erweitert den Messbereich betr chtlich Als Modell zur Beschreibung der Daten wird eine bimodale Funktion ben tigt 83 Anhang Toniger Schluff Ut3 Probenstandort GroB 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 Ventiato
15. mit der HYPROP Soft Der Wizard f hrt Sie durch die Installation ware ein Wenn Sie keine CD haben f hren Sie einen Download unter www ums muc de static HYPROP zip durch Doppelklicken Sie auf Setup exe Folgen Sie den Anweisungen des Wizards SchlieBen Sie die Waage Die Waage verbindet sich automatisch HYPROP Balance am USB Stecker mit dem Rechner des Rechners an Starten Sie die HYPROP VIEW Software HYPROP ist bereit zur Messung F r die Installation der Software ben tigen Sie eventuell Administratorenrechte 16 Erstinbetriebnahme Hardware Konfiguration Device ID ndern Jede Sensoreinheit muss Uber eine eindeutige Device ID verf gen da sonst eine Kollision in der Kommunikation auftreten kann Ger t anklicken mit rechter Maustaste Change Device ID w hlen ber Pulldown eine verf gbare ID ausw hlen Apply anklicken Ger tename umbenennen optional Ger t anklicken mit rechter Maustaste Rename w hlen Apply anklicken 17 Erstinbetriebnahme Handhabung der von UMS verwendeten Steckverbindungen Schlauch senkrecht abschneiden sonst kommt es zu Undichtigkeiten Zum Verbinden Schlauch bis zum Anschlag eindr cken 18 Erstinbetriebnahme Generelle Vorgehensweise Eine Messung besteht aufs folgenden Schritten Probenahme und Probenprdparierung Probenaufsattigung Vorbereitung des Messsystems Montage der Probe auf dem Messsystem und Start der Messkampagne Ausw
16. o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o e o o o o e o o o o o o o o o o o o o o o o o 6 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 6 o o o o o o o ee e o ee o ss scs sc c sc sc c ec c ec c oc c c esc cs sc sc sc c ec c c c eooo oesvcesceses ese e cs c c c oc c c c scvce eoocoo s seseevcec esc sc ceoc eoccooooooo6 ee ooo c n o o o o oo o o o co poso 66 ooo
17. verwenden Bef lladapter aufsetzen und festspannen Bef lladapter mit der Tropfenspritze m g lichst blasenfrei f llen 25 Vorbereiten einer Messung 1 2 3 oder 4 Kerzen in die Adapter schrauben Blindstopfen auf nicht verwendete Anschlusse stecken Becher mit deionisiertem Wasser fullen Absperrhahn der Beaker Unit schlieBen Absperrhahn a Zeitschaltuhr auf z B auf einen Rhythmus Zeitschaltuhr startet die Pumpe automa von 3 min ein und 55 min aus stellen tisch und arbeitet im eingestellten Ein Aus Rhythmus Nach fruhestens 24 h Be trieb ist das Wasser in den Kerzen entgast Wenn das Manometer des Vacuum Mounts nach Abschalten der Pumpe rasch abf llt ist das System undicht Bitte pr fen ggf Undichtigkeit beseitigen und System erneut entl ften Wenn Sie statt einer HYPROP Pumpe eine andere Vakuum Pumpe verwenden achten Sie darauf dass diese ein Endvakuum von ca 8 hPa unter dem Wert des atmosph rischen Luftdrucks erreicht Die Leistung ist egal Vakuumpumpen die nur einen geringeren Unter druck erzeugen k nnen sind ungeeignet 26 Vorbereiten einer Messung HYPROP Refil Unit auf Umgebungsdruck bringen Pumpe ausschalten Hahn am Endstuck vorsichtig Offnen Keinesfalls zum Entl ften des Systems einen der Schl uche abziehen Durch den pl tzli chen Druckanstieg wird der Druckaufnehmer in der Sensoreinheit zerst rt Wenn das Wasser in den Kerzen und in d
18. Bedienungsanleitung Diese Bedienungsanleitung k nnen Sie in Deutsch als pdf unter www ums muc de downloaden A Funktionsprinzip auf einen Blick A A A A A A 4 Verdunstung 4 er 4 Eeer y gt Stechzylinder Tensio Top ES 4 Tensio Bottom 229 22 zz tee EIFEL Drucksensoren zur USB Schnittstelle Sensoreinheit a ET nn Legende Mi wasser M Elektronik Boden Wasserdampf Keramik Bi alle anderen Teile Objekt im Querschnitt HYPROP ist ein automatisiertes Mess und Auswertungssystem zur Bestim mung hydraulischer Eigenschaften von Bodenproben HYPROP misst in zwei Ebenen in einer Bodenprobe mit zwei Kerzen die Bodenwasserspannung Tension Aus dem Gewichtsverlust wird der Wassergehalt f r die pF WG Kurve bestimmt Wie gut die Probe Wasser leitet ermittelt das HYPROP da raus wie gut der Boden Wasser nach oben zum Verdunsten leiten kann Bei schlechter Leitf higkeit trocknet der Boden oben aus w hrend er unten noch nass ist Die obere Kerze misst also viel trockenere Tensionen als die untere Kerze die noch nass ist Bei guter Leitf higkeit wird Wasser aus der gesamten Probe verdunstet und beide Tensionen sind fast gleich Diese Verfahrensweise beruht auf der Methode von Schindler Weiterge hende Informationen finden Sie im Kapitel Theoretische Grundlagen Bestandteile des Ger ts Wwe U n d Lieferu m a n Q Diese Anleitung beschr
19. OP FIT erm glicht die Datenerfassung und Speicherung die Mess berwachung die Berechnung das Fitting und den Export der hydraulischen Kennfunktionen UMS 2015 Die Hysterese des Aufs tfigungs und Entw sserungsverhaltens der hydrauli schen Kennfunktionen ist in Schindler et al 2015 beschrieben 74 Theoretische Grundlagen Messungen die das Schrumpfungsverhalten der Bodenprobe ber cksichtigen werden in der in der Arbeit Schindler et al 2015 beschrieben Ein Vergleich der Messergebnisse aus HYPROP mit denen klassischer Verfahren Sandbox Kaolinbox Drucktopf f r die Wasserretentionsfunktion und der Multi Step Out flowmethode fur die unges ttigte hydraulische Leitf higkeit erbrachte eine gute bereinstimmung Schelle et al 2010 2011 2013a b Schindler et al 2012 Systematische Unterschiede konnten nicht gefunden werden Messverfahren HYPROP ermittelt f r eine Bodenprobe die Wasserspannungs Wasserge halts Beziehung Retentionskurve oF VVG Kurve und die Abh ngigkeit der ungesattigten hydraulischen Leitf higkeit von der Wasserspannung bzw dem Wassergehalt Ku Kurve Grundlage daf r ist das Verdunstungsver fahren nach Wind 1968 in der Ausf hrung nach Schindler 1980 In diesem Verfahren werden in einer Stechzylinderbodenprobe Tensiometer in zwei Tie fen so eingebaut dass die Mitte zwischen den Tensiometern exakt der S ulen mitte entspricht Die Probe wird mit Wasser ges ttigt basal
20. Wasser blasenfrei auf den Bef lladapter stecken Kolben der Evakuierspritze bis zum Einrasten der Kobenstopper zur ckziehen Der angezeigte Druck muss auf den aktuellen Luftdruckwert minus ca 20 hPa ansteigen Wenn dieser Wert erreicht wird ist die Sensoreinheit nach ca 3 Stunden bereit zur Messung Wenn der Unterdruck nicht auf den aktuellen Luftdruckwert minus ca 20 hPa absinkt befindet sich mit groBer Wahrscheinlichkeit Luft im System Totvolumen in der Spritze e Luftblasen im Schlauch e oder Undichtigkeit im System z B zwischen Sensoreinheit und adapter Dann muss die Luft aus dem System nochmals entfernt werden 40 Vorbereiten einer Messung Einbau der Kerzen in die Sensoreinheit Silikonschlauch als Schutz vor Ber hrung Uber die Keramik st lpen Kerze auffullen bis sich Meniskus bildet Kerze nur mit entgastem Wasser f llen sonst k nnen sich Blasen bilden Die Keramik der Kerze muss stets feucht gehalten werden Fur die folgenden Arbeitsschritte ist es unbedingt notwendig die Sensoreinheit an den Com puter anzuschlieBen So k nnen Sie den Druckanstieg beim Einschrauben der Kerzen beob achten und sicherstellen dass die Drucksensoren nicht besch digt werden 41 Vorbereiten einer Messung Sensoreinheit an den USB Adapter anschlieBen Sensor einheit m Klicken Sie auf das Icon Refilling a eames Perea m orj al
21. anleitung HYPROP Version 2015 01 96 pp UMS GmbH Gmunder Stra e 37 81379 M nchen URL http ums muc de static Manual_HYPROP pdf Brooks R H and Corey A T 1964 Hydraulic properties of porous media Hydrology Paper 3 Colorado State University Fort Collins Colorado Fredlund D G amp Xing A 1994 Equations for the soil water cha racteristic curve Canadian geo technical journal 31 4 521 532 Iden S C and W Durner 2014 Comment to Simple consistent models for water retention and hydraulic conductivity in the complete moisture range by A Peters Water Resour Res 50 7530 7534 Kosugi K I 1996 Lognormal distribution model for unsatura ted soil hydraulic properties Wa ter Resources Research 32 9 2697 2703 Peters A and Durner W 2006 Improved estimation of soil wa ter retention characteristics from hydrostatic column experiments Water Resources Research 42 11 Peters A and Durner W 2008 Simplified Evaporation Method for Determining Soil Hydraulic Properties Journal of Hydrology 356 1 2 147 162 Peters A and Durner W 2007 Optimierung eines einfachen Verdunstungsverfahrens zur Be stimmung bodenhydraulischer Eigenschaften Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft 110 1 125 126 Peters A 2013 Simple consis tent models for water retention and hydraulic conductivity in the complete moisture range Water Resour Res
22. cht Er nutzte nur noch zwei Tensiometer und vereinfachte die Auswerte prozedur Dieses Verfahren ist Grundlage des HYPROP Das Verfahren wurde mehrfach gepr ft und seine Eignung durch wissenschaftliche Analysen nach gewiesen Wendroth et al 1993 Peters und Durner 2008 Peters et al 2015 Neue Forschungsergebnisse fuhrten dazu dass die Messprozedur weiter ver einfacht Schindler und Muller 2006 und der Messbereich erweitert werden konnte Schindler et al 2010a und Schindler et al 20106 Mif HYPROP kann heute die Wasserretentionskurve und die unges ttigte hydraulische Leitf hig keitsftunktion simultan im Bereich zwischen Wassers ttigung und nahe dem per manenten Welkepunkt gemessen werden Die Messzeit betr gt je nach Boden zwischen 2 Tonproben und maximal 10 Tagen Torf und Sandproben Zus tz lich wird die Trockenrohdichte der Probe bestimmt Die Messwerterfassung und auswertung erfolgt automatisch in zwei Modi Im Mehrwaagen Modus ben tigt jede Probe ihre eigene Waage Der Arbeitsaufwand des Laborpersonals beschr nkt sich dabei auf das Ansetzen und das Abnehmen der Probe Im Ein zelwaagen Modus k nnen bis zu 20 Proben parallel gemessen werden Das er fordert jedoch dass die Probe etwa 2 Mal pro Tag auf die Waage gestellt wird Der Zeitaufwand fe W gung und Probe betr gt etwa 15 Sekunden Die Saugs pannungsmessung erfolgt automatisch Eine komfortable Datenerfassungs HYPROP VIEW und Datenauswertungssoftware HYPR
23. chzylinder und Klammern sorgf ltig reinigen und abtrocknen sonst werden Wasser und Schmutz mitgewogen Die Bodenprobe ist nun bereit zur Messung 48 Vorbereiten einer Messung Sensoreinheit und Waage anschlie en Mehrwaagen Modus eine Waage pro Sensoreinheit Bef llen Messen PC USB Hub USB III max 20 Sensoreinheiten kee Sensor einheit I ss E einheit woe Cl ME USB Adapter z e S HYPROP Balances oder andere Waagen 49 Vorbereiten einer Messung Einzelwaagen Modus eine Waage fur mehrere Sensoreinheiten Wiegen Befullen und Messen HYPROP Balance oder andere Waage zum Netzger t max 20 Sensoreinheiten zum Netzger t HYPROP tensioLINK USB Adapter T St ck 50 Vorbereiten einer Messung Vorberelten der Waage Aufstellung Die Waage sollte an einem ersch ftterungsfreien Arbeitsplatz stehen der ausschlie lich f r HYPROP Messungen genutzt wird Die Waage waagerecht aufstellen Justieren Sie die Luftblase in der Libelle die im Zentrum liegen soll durch Verstellen der Waagenf e QO Waage am Netzger t und am USB Eingang des PC anschlieBen und einschalten Das Sensoreinheitkabel an der Waage anschlieBen und mit der Magnethalterung fixieren Das freie Ende des Kabels mit dem Stecker auf die Waage legen Die Anzeige durch Dr cken der Taste Tara auf Null setzen Magnet halterung Se
24. dem Bildschirm erscheint ein Men Bildschirm das den Status und die Messroutine anzeigt x A T Aktuelle Masse der Probe gt ha duan Tu mi Sensoreinheif von der Waage abstecken und wieder am T St ck des HYPROP x USB Adapters anstecken mit Assistent b y er an A Pop AP E zel Pux roman Lan Ia iman B Neg i unterst tzt a u Der Wizard f hrt durch Wiegeprozedur Wenn Sie mit einer Waage mehrere Sensoreinheiten betreiben kommt das Magneto Anschlusskabel nicht zum Einsatz 58 Durchf hren einer Messung Optimale Messkurve Jede Messung l uft in 4 Phasen ab vorausgesetzt Kerzen und Sensoreinheit sind blasenfrei bef llt Phase 1 regul rer Messbereich Tensionswert steigt ohne Verflachung bis zum Erreichen des Dampfpunktes von Wasser Phase 2 Siedeverzugsphase Der Tensionswert steigt im Idealfall wenn das System blasenfrei bef llt ist ohne Verflachung der Kurve bis in den Siedeverzugsbereich gt 850 hPa Dies ist jedoch f r eine Auswertung im allgemeinen nicht notwendig Phase 3 Kavitationsphase In der Kerze bildet sich Wasserdampf und der Tensionswert f llt schlagartig auf den Siedepunktswert ab Im Verlauf der Phase 3 sinkt der Tensionswert nur geringf gig Phase 4 Lufteintrittsphase Der Tensionswert f llt wieder schlagartig diesmal auf O hPa weil Lu
25. e Masse gewogen Bodenprobe im Trockenschrank bei 105 C f r 24 h trocknen Bodenprobe wiegen Die Nettomasse des trockenen Boden materials in der Software HYPROP FIT im Register Evaluation eingeben 66 Trockengewicht bestimmen Messung auswerten Die Messdaten k nnen Sie mit der Software HYPROP FIT auswerten Die Verarbeitung erfolgt nacheinander ber die Schritte Information Messung Auswertung Fitting und Export F r eine Erkl rung aller M glichkeiten der Software nutzen Sie bitte die Bedienungsanleitung der HYPROP FIT Software Download ber den Link http www ums muc de static HYPROP FIT zip pa Fre Beispiel 7 Fit einer Einzelmessung N rr Beispiel T Waren 2 von mehreren d Messungen 67 Messung auswerten Problembehebung Problem 1 Die Kerze ist trocken 2 Sie sehen Blasen in den Kerzen 3 Der Tensionswert er reicht nur etwa 500 700 hPa und f llt dann ab 4 Der untere Tensions wert bleibt auf etwa 200 700 hPa und f llt dann ab 5 Der Tensionswert geht Uber das Vakuum hin aus 1000 hPa 6 Es werden keine Mess daten mehr aufge zeichnet 7 ZU Beginn berholt die untere Kerze die obere 8 Beim Modus One balance for more HYPROPs werden keine Sensoreinheiten gefunden 9 Sie sehen Anzeigewerte von 4000 hPa Ursache bzw Behebung Kerze mithilfe von Spritze oder Vakuumpumpe m
26. e auf den Messbereich Bei den Kerzen wird der Messbereich durch drei Faktoren begrenzt oder erweitert Lufteintrittsounkt Dampfdruck von Wasser Siedepunkt Siedeverzug Der Lufteintrittsdruck punkt der por sen Kerze Dieser Wert ist spezifisch f r eine por se hydrophile Struktur und abh ngig von Benetzungswinkel und Porengr e Bei UMS Kerzen liegt der Lufteintrittsounkt bei 8 8 bar so dass er f r den Messbereich nicht limitierend wirkt Der Dampfdruck von Wasser Bei einer Temperatur von 20 C betr gt der Dampfdruck 23 hPa Uber Vaku um Das bedeutet Ist bei 20 C der Luftdruck 1000 hPa dann beginnt das Wasser bei Dr cken lt 23 hPa oder 977 hPa Differenzdruck zu sieden und zu verdampfen An diesem Punkt endet der Messbereich der Kerzen Die Grenze des Messbereichs bei 1000 hPa Luftdruck und 20 C liegt also bei 977 hPa Da bei ist zu beachten dass Luftdruckangaben f r Orte immer auf NN bezogen werden die realen Luftdrucke aber um so niedriger sind je h her der Ort liegt Beispiel Bei einer Ortsh he von 500 Meter Uber NN bedeuten 1000 hPa Luftdruck laut Wetterdienst nur einen tats chlichen Druck von 942 hPa Der Messbe reich der Kerzen ist dann in dieser H he und bei einer Temperatur von 20 C auf 23 942 hPa 919 hPa begrenzt Trocknet der Boden st rker aus dann verweilt die angezeigte Tension bei 919 hPa Erst bei Erreichen des Luftein trittsounktes erfolgt ein spontaner Druckausgleich mit der At
27. eibf nicht die Auswertung der Messdaten mit der Software HYPROP FIT Hierzu ist ein weiteres Manual als pdf erh ltlich Uber den Link http www ums muc de static Manual_HYPROP FIT pdf Stechzylinder I Dichtmanschette AAN oS O Ring schwarz FE elimi iz eh iz Keramik 2 Schaft O Ring rot f r Abdichtung des Drucksensors Sensoreinheit Waage 9qDAYN YISUY ww SZ pun ww 0 dOddAH U9ZI9 y 13943045914 PUN x nis i 9H9YISUDUISBUNJYIIA urolsu l u ddopyzi nu ho i 3 PYISSPBUNBIHDSIN Y Jojdppy jloyulasosuas JIDYUISJOSUSS JIasyulasjosuss pun s3U1 SZHIASISINADAJ in YINDIYIS 191409 9ZHIASSIDIOAJISSO M 9ZHIASISIMADAJ SZjUdsusydjdol JOSSOM u ddopyuzinu pw 2 2 SYLOISIUONUS UU 09Z JapUI AZUDAIIS 19 dDPV 4SN 4 4 19 dDpD1yOog Inhalt Funktionsprinzip auf einen Blick 2 Bestandteile des Systems und Lieferumfang 3 WIENIIGE HINWeEBe a 10 A o o ee 10 Bestimmungsgem e Verwendung 2 10 Cur S 10 Funktionen der HYPROP VIEW Software 2 22 22 11 leie ae e EE 11 iS SA Rr aaa 11 Angeschlossene Ger te anzeigen e esesesrsreresssrrressreeosesreeessreresssreeesseerersss 12 Aufbau des Ger tebaums ccccesse
28. er Sensoreinheit entgast ist k nnen Sie das HYPROP zusammenbauen weiter mit Kapitel Einbau der Kerzen in die Sensoreinheit 27 Vorbereiten einer Messung Entl ften des Ger ts mit Spritzentechnik Wenn Sie Zeit haben stellen Sie die Ker zen Uber Nacht in entionisiertes Wasser Das Entl ften geht dann schneller Es darf kein Wasser von oben in den Kerzenschaft gelangen sonst wird Luft in den Poren eingeschlossen 1 5 cm Keramik nicht mit den Fingern ber hren da Hautfett die Funktion beeintr chtigen Wenn die Kerze an der Umgebungsluft liegt dann verdunstet das Wasser in der Kerze und Luft tritt ein Deshalb immer einen mit Wasser gef llten Schutzschlauch aufsetzen 28 Vorbereiten einer Messung Befullen der Kerzen Wasservorratsspritze mit 10 ml Wasser aufziehen Spritze senkrecht stellen und Restluft herausdr cken k jjj 2H il sa 2 Wasservorratsspritze mit Finger ver schlieBen und Kolben ganz herauszie hen und halten Der Unterdruck in der Spritze l t das Wasser entl ften Luftblasen werden sichtbar 29 Vorbereiten einer Messung 30 Vorbereiten einer Messung 4 Spritze senkrecht stellen und Restluft herausdr cken i Schritte D bis wiederholen bis sich Ir keine Luftblasen mehr bilden Schlauchst ck auf die Spitze der Spritze setzen Kolben nach oben dr cken bis sich ein Meniskus auf dem Schlauchst ck bildet
29. ertung der Messergebnisse mit HYPROP FIT Im Folgenden f hren wir Sie in diesem Handbuch Schritt f r Schritt durch die Vorgehensweise 19 Generelle Vorgehensweise Vorbereiten einer Messung Aufs tfigen der Bodenprobe Den Stechzylinder mit Bodenprobe aus der Transportbox nehmen und reinigen Ober und Unterseite der Probe pr parie ren z B mit S geblatt Auf die Stechzylinderseite mit der ange sch rften Kante sp tere Unterseite eine Schutzkappe mit der RUckseite aufsetzen Dies wirkt wie eine St tze Diese Vorgehensweise sichert dass kein Boden verloren geht auch dann nicht wenn Sand lose eingef llt wird Probe umdrehen und absetzen Schutz kappe der anderen Seite sp tere Oberseite abnehmen Vlies auflegen und Aufs ttigungsschale aufsetzen Probe wieder umdrehen Se 20 Vorbereiten einer Messung Ca 2 cm entgastes Wasser in eine Wanne f llen II Probe ins Wasserbad setzen und dabei gt SE kippen um Lufteinschl sse unter der IAEA AAA Probe zu entfernen EI Die umgedrehte Schutzkappe wieder lose aufsetzen so dass Luft entweichen kann und die Oberfl che vor direkter Sonnen einstrahlung und Verdunstung gesch tzt ist Wasser bis 5 mm unter die Stechzylinder Oberkante nachgie en Zeitpunkt siehe unten Nicht auf die Probe gie en weil dann Luft eingeschlossen werden kann Nach der unten angegebenen Zeit ist die Aufs ttigung abgeschlossen Stechzylinder so lange kapillar au
30. esswert f llt auf Null Das Matrixpotential ist der negative Wert der Tension und wird oft als Druck in hPa oder kPa angeben In der Bodenkunde wird auch oft die Angabe als Druckh he pressure head z B in der Einheit cm VVossers ule verwendet Der pF Wert ist der dekadische Logarithmus der Druckh he einer Wassers ule in cm Eine Bodenwasserspannung von 100 hPa entspricht dem Betrag nach dem Druck einer etwa 100 cm hohen Wassers ule Der pF Wert ist somit 2 0 Die Begriffe Retentionstunktion pF Kurve und pF WG Zusammenhang be zeichnen dasselbe Sie beschreiben den bodentypischen Zusammenhang zwischen Bindungsenergie pF Wert Wasserspannung und volumetrischem Wassergehalt WG Beispiel Sand kann wenig Wasser halten Ton sehr viel Sand leitet Wasser bei oder nahe S ttigung sehr gut Ton dagegen schlecht Trockener Sand leitet Wasser sehr schlecht Ton im Vergleich etwas besser wasserf hrende Schichten Siehe hierzu die folgenden Retentionskurven zum Vergleich wegen g 9 81 m s 76 Theoretische Grundlagen oi Fu 7 m ma ar rare Vu A e rs Pula ii D 7 R 18 1 Eb ep aji hapii bin i id Baha Cd kin A ra 14 an EF ki 77 Theoretische Grundlagen ha Bea Typische Retentionskurve von Sand Typische Retentionskurve von Lehm Erzeugung diskreter Datenpunkte fur Retentions und Leitf higkeitsbeziehung HYPROP misst zu Zeitpunkten 1
31. fs ttigen lassen bis Oberfl che gl nzt Hinweis Empfohlene Dauer der Aufs ttigung Material Nachf llen nach Aufges ttigt nach Grobsande ca 9 min ca 10 min Feinsande ca 45 min ca 1 Stunde Schluffe ca 6 Stunden ca 24 Stunden Tone entf llt bis zu 2 Wochen 21 Vorbereiten einer Messung Befullen des Ger ts Die Kerzen bertragen die Matrixpotentiale auch als Saugspannungen be zeichnet der Bodenprobe Uber ihre por se Keramikspitze und den wasserge f llten Schaft auf die Druckaufnehmer in der Sensoreinheif Die Kerzen stellen also ber ihre Poren den Kapillarkontakt zwischen dem Wasser in der Kerze und dem Bodenwasser her Damit die Druck bertragung gut funktioniert darf keine Luft eingeschlossen sein Deshalb m ssen die Kerzen und die Sensoreinheit komplett mit entgas tem Wasser gef llt werden Hierzu gibt es zwei Methoden 1 die Bef llung mithilfe der Refill Unit Zubeh r vereinfacht alle Schritte und geht schnell 2 die Bef llung mithilfe von Spritzen die zur Basisausstattung geh ren Diese Methode ist zeitaufw ndiger und erfordert mehr Handarbeit Im folgenden werden beide Methoden beschrieben 22 Vorbereiten einer Messung Entluffen des Ger tes mit der HYPROP Refill Unit UUDH H yonispuq USPJOM 4 HDU S B ay ay ul u uuo SJUNOUIIDAPIY OL NZ sig Ul9SD BI9YID UU DOLL Jeipeg Y ulouDVy DI UL A NZ SIP ul JOSSOM UOA win
32. ft durch die Keramik hindurch tritt Der Lufteintrittspunkt ist ein Materialkennwert der Keramik und liegt bei ca 8800 hPa Dieser Punkt knapp unter pF4 0 steht ebenfalls f r die Auswertung zu Verf gung 59 Optimale Messkurve Tension Lufteintrittsdruck der Kerze hPa 1 Regul rer Betrieb Siede Kavitation Lufteintritt verzug N 1 1 1 1 1 1 Cell Eh A xan S 1 RARA PEL E 2 2 2 42620 0 V 0 2 1000 4005 Pee 4 AE A Wert abh ngig vom aktuellen Luftdruck Zeit Darstellung der vier Phasen am Beispiel einer Kerze gemessene Werte interpolierte Werte 60 Optimale Messkurve Hinweise f r nicht optimale Messkurven H ufig wird die optimale Messkurve bis in den Siedeverzug nicht erreicht Die Messkurven sehen dann hnlich wie im Beispiel unten dargestellt aus Die Mess werte k nnen ebenfalls f r eine Auswertung verwendet werden Im Kapitel Anhang sind beispielhafte Messkurven f r unterschiedliche B den dargestellt Tension hPa 2000 Wees Lufteintrittsounkt 1000 Tensio top Tensio bottom 61 Optimale Messkurve Beenden der Messung Sie k nnen die Messung beenden wie folgt 1 Sie brechen ab wenn die obere Kerze die Kavitationsphase erreicht hat siehe Grafik 1 Dann verzichtet man auf den Lufteintrittsounkt
33. fur mehrere Sensoreinheiten Klicken Sie auf das Icon Show devices Wenn Waage nicht angezeigt wird pr fen ob die Waage angeschlossen und eingeschaltet ist Klicken Sie auf das Icon Measurement wizard Geben Sie folgende Daten entweder Uber den Wizard Icon anklicken oder direkt in den Manager ein rta Mer Tii lia kom hap Messmodus Zum Caro S IS Cent Ma einheit m LAO Name der Bodenprobe 1 weila Stechzylindertyp und l i l Waaaentvp Nach Ausf llen der Y Felder wechselt die SE Tastenbezeichnung auf Start ze mie Se pt Starttaste dr cken sae Mall ww bu Aktueller im Minutentakt und maximaler Tensionswert der oberen und unteren Kerze Das Magneto Anschlusskabel muss frei als Schlaufe liegen ohne also dazwischen irgendwo anzustehen Bevor Sie zu Wiegen beginnen warten Sie mindestens 5 Minuten damit sich die mechanische Spannung im Kabel abbauen kann 57 Durchf hren einer Messung Ermitteln der Probenmasse Wir empfehlen im Einzelwaagen Modus die Probenmasse zweimal t glich ZU wiegen Stecker aus der Sensoreinheit ziehen Das System erkennt automatisch welche Sensoreinheit auf die Waage gestellt wurde Bitte nicht am Kabel ziehen sondern nur an der geriffelten Fl che am Stecker Es darf immer nur eine Sensoreinheit abgesteckt werden Die Anzahl der Bodenproben ist auf 20 begrenzt Folgen Sie den Anweisungen am Auf
34. gt schnell und g nstig 68 Problembehebung Reinigung und Wartung Sensoreinhelt reinigen Die Sensoreinheit erf llt die Schutzklasse IP65 und kann daher unter flie en dem Wasser gereinigt werden Kerzen nicht abschrauben Deckel der Steckerbuchse schlieBen Sensoreinheit kopf ber unter flie8endem al Wasser gr ndlich s ubern Mit Tuch trocknen Erst wenn die Sensoreinheit sauber ist schrauben Sie die Kerzen ca 5 Um drehungen heraus und spritzen die Sch fte nochmals ab Nach dem Abschrauben der Kerzen die Sensoreinheit immer noch kopf ber halten und mit der Wasserflasche Rest bodenteilchen absp len Hinweis Das Reinigen der Sensoreinheit mit der Wasserflasche soll immer kopf ber erfolgen und auch das Abschrauben der Kerzen damit keine Bodenteilchen eindringen 69 Reinigung und Wartung O Ringe in der Sensoreinheit austauschen Wenn beim Anstieg der Tensionen die Wer N te einer Kerze deutlich vor Erreichen des PA Vakuums d h vor Erreichen einer Tension i von ca 800 hPa abflacht oder gar abf llt ist dies ein Hinvveis auf Undichtigkeiten In e dem Fall sind die roten O Ringe der Sensor ms e einheit auszuwechseln Re O Ring mit einer spitzen Pinzette aufspieBen und herausnehmen Ersatz O Ring aus dem Servicekoffer ent nehmen Ersatz O Ring nicht aufspieBen O Ring in die Offnung einbringen und die Nut am Boden einrasten lassen Wenn der O Ring nicht von selbst ei
35. illab 15 ist Uber un eine HYPROP Waage angeschlossen Kern Waage ist Uber eine RS232 Schnittstelle an den Rechner angeschlossen ae Balance C0M1 El E e tensioLINK R USB Adapter UMY48Y1IK i Sensoreinheit Soillab 17 ist Uber ein HYPROP TT 7 in Sollab 17 667 USB Kabel an den Computer angeschlossen 13 Funktionen der HYPROP VIEW Software Hauptfenster mit Messwerten Modus eine oder Default Ordner alle Messungen mehrere Waagen f r Messdateien unterbrechen stoppen oder starten Shortcuts zu Hauptfunktionen Einheit Link zur HYPROP FIT n chster Schritt Software u m m xum Device ID pro Bodenprobe vom Anwender ein schaltet auf Anzeige Andern durch wird eine Messdatei zugebende Daten der Messwerte wenn Anklicken mit generiert eine Messung l uft rechter Maustaste angeschlossene Ger te 14 Funktionen der HYPROP VIEW Software Hauptfenster mit Messwerten F hrt eine au erplanm ige Messung durch Stoppt die Messung ffnet die Messdatei in HYPROP FIT bei laufender Messung L scht alle durchgef hrten Messungen e ES Anzeige der Tensionen und Anzeige der Tensionen und des Gewichts der Bodenpro des Gewichts der Bodeprobe be Uber der Zeit graphisch Uber der Zeit tabellarisch 15 Funktionen der HYPROP VIEW Software Erstinbetriebnahme Software Installation HYPROP VIEW und HYPROP FIT Legen Sie die CD
36. in der Spritze entluften wie auf den vorhergehenden Seiten beschrieben D Blauen Schlauch auf die Evakuier spritze stecken und durch Drucken des Kolbens mit Wasser f llen 2 Blauen Schlauch auf den Bef lladap ter stecken G Kolben nach au en ziehen bis Kol benstopper einrasten Durch den Unterdruck wird die Luft aus dem Bef lladapter und der Sensoreinheit entfernt Luftblasen werden sichtbar Extreme Vorsicht Spritze darf nicht zuruckschnalzen weil durch den Drucksto der Druck sensor zerst rt wird 37 Vorbereiten einer Messung Luffblosen im Bef lladapter durch vorsichtiges Kloofen und Schwenken der Sensoreinheit nach oben in den Schlauch steigen lassen Keinesfalls den gefullten Sensoreinheit auf eine feste Oberflache schlagen Die St e erzeugen Druckspitzen die den Drucksensor zerst ren k nnen 38 Vorbereiten einer Messung Zum Entspannen Spritze und Kolben festhalten Kolbenstopper eindr cken und Kolben langsam nach vorne bewegen Wenn der Kolben unter Vakuum einfach losgelassen wird schie t er zur ck Durch die schlagartige Druck nderung kann der Drucksensor in der Sensoreinheit zerst rt werden Spritze vom Schlauch abziehen senkrecht stellen und Restluft heraus en dr cken ru Schritte bis wiederholen bis sich im Bef lladapter keine Luftblasen mehr bilden 39 Vorbereiten einer Messung Evakuierspritze mit entl ftetem
37. is ZU nicht optimalen Messkurven 61 Beenden der Messung aceite ati 62 8 Inhalt Trockengewicht bestimmen 2222 65 MESSUNG QUPVOTORN siria 67 POLU lu kascsririsiiiini t 68 Reinigung UNO WOUND ss AA 69 Sensoreinheif reinigen sescccesossscccessesccccensesceccosssscesesssscceeeusesesceesssencessssecs 69 O Ringe in der Sensoreinheit austauschen V 70 LOGGING WEE 70 Wohe E E 72 IIS ia 74 ejes 74 uu SS A 75 Erl uterung von Begriffen EE 76 Erzeugung VON DATENPUNKTEN 555522 77 Zus lziche HINWEISE 81 o A A T 82 Typische Messkurven ccccccceescccsssscccnsceccussecccescescucssencuesceeeesceecuescnseeseeeuesscs 82 HONO FRUIT 89 Verfahren zur Probenahme fur WP4 Messungen Hachemer AY PROP MESSUNG anne 90 Einheiten bersicht f r Bodenwasser und Mofrixpofenficle 9 MSN Daten PORTS ia 92 Technische DOTE rra 92 EI 1 1 7 5 El D ee EE E ee 93 9 Inhalt Wichtige Hinweise Sicherheit Elektrische Installationen m ssen die Sicherheits und EMV Bestimmungen des Landes erf llen in dem das System benutzt werden soll Sch den die durch den Benutzer verursacht werden sind nicht in der Garantie abge deckt HYPROP ist ein Ger t um Bodenwasserspannungen zu Messe
38. it deionisiertem Wasser bef llen siehe Kapitel Vorbereiten der Messung Bef llvorgang wiederholen Falls ohne Wirkung undichte Stelle suchen z B O Ring der Kerze und beheben a Kerze nicht blasenfrei bef llt Abhilfe siehe oben b Kerze dichtet am O Ring in der Sensoreinheit nicht richtig ab berpr fen und wenn n tig O Ring erneuern siehe Kapitel Wartung M gliche Ursachen a Die Bodenprobe hat zwischen beiden Kerzen einen horizontal verlaufenden Riss der zun chst mit Wasser gef llt war und sp ter mit Luft gef llt als Kapillarsperre wirkt b Defekt siehe Punkt 3 Dies ist kein Fehler sondern der physikalische Effekt des Siede verzugs Dadurch k nnen Sie mit dem HYPROP Uber den normalen Messbereich hinaus messen a Anschlussleitung zur USB Buchse des Rechners pr fen b Energiemanagement des Rechners auf Dauerbetrieb umstellen berifft meistens Laptops M glicherweise sind die Kerzen vertauscht eingeschraubt Sie m ssen die Messung nicht abbrechen sondern k nnen die Messwerte in der HYPROP FIT Software korrigieren Sensoreinheiten nacheinander abstecken und den Ger tebaum anzeigen lassen M glicherweise haben ein oder mehrere Sensoreinheiten dieselbe Adresse Dann bitte Adresse n ndern siehe Kapitel Vorbereiten einer Messung Drucksensoren sind defekt Die Sensoreinheit muss berpr ft werden Bitte senden Sie diese an Ihren H ndler oder an uns Die Reparatur erfol
39. itpunkt wird aus der Masse Bodenwasser dividiert durch das Volumen des Bodenk rpers ein mittlerer Wassergehalt 6 er rechnet und einer Tension zugeordnet die sich aus der Mittelung der bei den gemessenen Tensionen h und h errechnet Dies ergibt am Ende 100 Punkte der Refenfionskurve 6 hn Zur Berechnung der Leitf higkeitsfunkfi on wird angenommen dass der Wasserfluss zwischen zwei Zeitpunkten 1 und t durch eine Ebene welche sich genau zwischen den beiden Kerzen und damit in der S ulenmitte befindet gleich q 17 AV At A ist Hier ist AV der Uber die Gewichts nderung ermittelte Wasserverlust in cm Af das Zeitintervall zwischen zwei Berechnungszeitounkten und A die Quer schnittsflache in cm der S ule Die Datenpunkte fur die hydraulische Leit f higkeifsfunkfion werden durch Invertierung der Darcy Gleichung ermittelt 78 Theoretische Grundlagen K h q Az 1 Hierbei ist h die r umlich und zeitlich gemittelte Tension Ah die Differenz der Tensionen der beiden Messebenen und Az der Abstand der Messebenen d h die H hendifferenz der Kerzen Durch HYPROP FIT werden unzuverl ssige Kin Datenpaare nahe S ttigung in Abh ngigkeit von der Messgenauigkeit der Kerzen herausgefiltert Peters und Durner 2008 An die erhaltenen Messpunkte 6 h und K h werden im Anschluss durch nichtlineare Optimierung parametrische Funktionen 0 und angepasst Der Funktionstyp kann vom Benutzer gew hl
40. k r nige und tonige Substrate Die hydraulische Leitf higkeit bei pF 2 ist sehr hoch f llt dann aber steiler ab als bei Lehm Die Beschreibung der Daten mit Modellen ist unproblematisch im tro ckenen Bereich aber v llig unsicher Geeignete Modelle sind z B das van Genuchten Modell oder das Kosugi Modell 85 Anhang Schwach lehmiger Sand 512 Bodenart schwach lehmiger Sand S 1 U 82 T 17 Messungen im UMS Messlabor Potentielle Verdunstung 5 7 mm d Temperatur 23 C Beschreibung des Messverlaufs Der Messverlaut ist typisch fur einen Sand mit geringen Feinanteilen Die Tensionen steigen unmittelbar nach Messbeginn spontan an bis sie einen Level erreichen der dem Lufteintrittsounkt entspricht Im vorliegen den Fall sind dies etwa 30 cm pF 1 5 Ein leichtes Ruckeln am Beginn der Messungen zeigt an dass die Luft nicht gleichf rmig sondern ruckweise in das System eintritt Dies wird sich in der Auswertung der Retentionskurve widerspiegeln Die Tensiometer laufen Uber lange Zeit v llig parallel nur um den hydro statische Druckdifferenz von 2 5 hPa verschoben Erst nach Entw sserung des Hauptporenteils steigt zun chst das obere Tensiometer exponentiell an Der Ausfall des Tensiometers erfolgt danach sehr schnell auch der Lufteintrittsounkt der keamischen Kerze wird kurze Zeit sp ter erreicht w hrend das untere Tensiometer noch im regul ren Messbereich liegt Die Differenz der Tensionen wird e
41. m glicherweise nicht den Wizard f r die Messkonfiguration benutzen wollen sondern Ihre Daten direkt eingeben Dies ist auch m glich Beispiel f r User support Help Funktion Wenn Sie die Software starten und die Help Funktion aktiviert haben erscheinen Hinweise zum n chsten Schritt z B ist hier das Show device Icon anzuklicken 11 Funktionen der HYPROP VIEW Software Beispiel fur User support Wizard i Start Mere Mitad KX Klicken Sie auf ein Icon in der oberen ES Leiste zB Measurement Sat ene MATARO Fan PEC inana mr HES dayi 5 a Eri iran i Gehen Sie wie im Wizard angefordert vor p ere A ee rq eee T 7 m ret z r ni Wenn alle Schritte durchgef hrt sind Daten die Sie eingegeben haben klicken Sie auf Apply wenn Sie diese werden ins Programm bernommen Konfiguration bernehmen wollen Durch Klicken auf Cancel gelangen wieder auf die urspr ngliche Seite von der aus Sie den Wizard ge ffnet haben Angeschlossene Ger te anzeigen Klicken Sie auf das Icon Show devices un Wenn Waage nicht angezeigt wird pr fen ob Waage eingeschaltet ist Alle angeschlossenen Waagen und Sensoreinheiten werden angezeigt 12 Funktionen der HYPROP VIEW Software Aufbau des Ger tebaums Beispiel Ele HYPROP R Balance H00348 dr Sensoreinheit Soillab 18 ist ber 9 Ti eine HYPROP Waage angeschlossen z Sensoreinheit So
42. ml mit au en 84 mm Edelstahl Lange 300 mm mit Schlagschutzgriff Volumen 100 ml au en 60 mm innen 56 mm H he 40 5 mm Edelstahl reibungsarme polierte Oberfl chen fUr minimale Probenverdichtung laser beschriftete 6 stellige fortlaufende ID Nummer und Taragewicht auf 0 1 Gramm genau inkl 2 PE Schutzkappen Wie SZ100 au er au en 53 mm innen 50 mm H he 51 mm f r Stechzylinder 100 ml mit au en 60 mm Edelstahl Lange 300 mm Gewicht 0 6 kg mit Schlagschutzgriff f r Stechzylinder DIN 19672 Form Q Wie SZA100 au er au en 53 mm ruckschlagfrei 70 mm 2 0 kg inkl Schaft amp O Ringe Satz mif je 1 x L nge 25 und 50 mm 73 Weiteres Zubeh r Theoretische Grundlagen Vorbemerkung Das HYPROP HYdraulic PROPerty analyser ist ein Ger t zur komfortablen und zuverl ssigen Messung hydraulischer Kennfunktionen von Bodenproben durch ein Verdunstungsexperiment Wind 1966 hat das Verdunstungsverfahren Mitte der 60iger Jahre entwickelt Dabei wurden in eine Stechzylinderprobe 5 Tensiometer eingebaut die Probe auf eine Waage gestellt und w hrend des Verdunstungsprozesses die Saug spannungen und die Masse nderung der Probe in Zeitintervallen gemessen Mit Hilfe eines Iterationsprozesses wurden daraus die Wasserretentionstunktion und die unges ttigte hydraulische Leitf higkeit im Bereich zwischen S ttigung und maximal 500 hPa berechnet Schindler 1980 hat dieses Verfahren ver einfa
43. mosph re Dann dringt Luft in die Kerze ein und der Wert geht rapide auf 0 Osmotischer Effekt Die Keramik mit einer Porenweite r 0 3 um kann lonen nicht sperren Eine Be einflussung des Messwertes durch osmotischen Effekt ist daher vernachl ssig bar H lt man die Kerze in eine ges ttigte NaCl Losung so zeigt es kurzzeitig 10 hPa an und geht dann wieder auf 0 hPa zur ck 81 Zus tzliche Hinweise Anhang Typische Messkurven Folgende typische Messkurven wurden freundlicherweise von Prof Dr Wolfgang Durner zur Verf gung gestellt Sandiger Lehm Ls2 Probenstandort Wolfenb ttel Bodenart Schwach sandiger Lehm Ls3 S 35 U 48 T 17 Mes sungen im Winter 2011 im Rahmen der Geo kologischen Labormethoden 2011 TU Braunschweig Potentielle Verdunstung 2 75 mm d Temperatur 21 C Beschreibung des Messverlaufs Der Messverlaut ist typisch f r einen Lehm mit weiter Porengr Benverfellung Die Tensionen steigen knapp zwei Tage lang kontinuierlich aber mit moderater Steigung an Dies reflektiert einen Grobporenanteil im Lehm von knapp 10 gt Ab 50 hPa pF 1 7 sind die zun chst parallel laufenden Kerzen weit genug entfernt um die Bestimmung der hydraulischen Leitf higkeiten zu erlauben Nach knapp zwei Tagen steigen die Kerzen nun mit gr erer Steigung aber immer noch schwacher Kr mmung weiter an Die Messgrenze wird bereits einen Tag sp ter erreicht Dies weist einen limitierten und
44. n Vibrationsfilter Empfindlichkeit Schnittstelle stelliges Datenformat Funktion Anzeige Einstellung Automatische Automatische Ab schaltung nach 3 Min Ein bei Akkubetrieb Anzeige Mittlere geschwindigkeit Geschwindigkeit 55 Vorbereiten einer Messung Durchfuhren einer Messung Mehrwaagen Modus eine Waage pro Sensoreinheif Klicken Sie auf das Icon Show devices Wenn Waage nicht angezeigt wird pr fen ob die Waage angeschlossen und eingeschaltet ist Klicken Sie auf das Icon Measurement wizard Geben Sie folgende Daten entweder Uber den Wizard Icon anklicken oder direkt in den Manager ein Messmodus an r Eesen a P MaBeinheit m z m mm urn Name der Bodenprobe eet ie 1 Stechzylindertyp und Waagentyp Nach Ausf llen der Felder wechselt die Tastenbezeichnung auf Start a uu Start Starttaste dr cken Gs Aktueller Aktuelle im Minutentakt und im Minutentakt maximaler Tensions Masse der Probe wert der oberen und unteren Kerze Das Magneto Anschlusskabel muss frei als Schlaufe liegen ohne also dazwischen irgendwo anzustehen Bevor Sie zu Wiegen beginnen warten Sie mindestens 5 Minuten damit sich die mechanische Spannung im Kabel abbauen kann 56 Durchf hren einer Messung Einzelwaagen Modus eine Waage
45. n sowie Bodenwasserdruck und temperatur und ist nur f r diesen Zweck ausgelegt Bitte beachten Sie folgenden Warnhinweis Keramik Die Keramik der Kerzen nicht mit blo en Fingern ber hren Fette oder Seifen beeintr chtigen die hydrophilen Eigenschaften der Keramik Achtung nicht mit spitzen Gegenst nden in die Bohrungen der Sensoreinheit stechen Dadurch kann der Drucksensor zerst rt werden Bestimmungsgem e Verwendung HYPROP ist ein Messsystem das zur Bestimmung der Wasserretentionsfunktion und der ungesattigten hydraulischen Leitf higkeit als Funktion der Wasser spannung oder des Wassergehaltes von Bodenproben dient Garantie Die Garantiedauer betr gt 12 Monate und erstreckt sich bei bestimmungs gem er Verwendung auf Herstellungsfehler und M ngel Der Umfang ist beschr nkt auf die ersatzweise Lieferung oder Reparatur inklusive Verpa ckung Versandspesen werden nach Aufwand berechnet Erf llungsort ist M nchen Gmunderstr 37 10 Sicherheits und Warnhinweise Funktionen der HYPROP VIEW Software Haupttunktionen Die Hauptfunktionen sind Anzeige der angeschlossenen Ger te Anzeige der gemessenen Tensionen und Gewichte der Bodenproben Bef llassistent Wizard f r die Messkonfiguration Der Wizard ist im zugeh rigen Kapitel gezeigt User support Nach dem Starten der Software f hrt die Benutzerf hrung durch alle Sofwarefunktionen Wenn Sie jedoch ein ge bter User sind werden Sie
46. nahme fur WP4 Messungen nach einer HYPROP Messung Aufgrund langj hriger Erfahrung mit einer Vielzahl von Messungen in unserem Bodenlabor empfehlen wir die folgende Vorgehensweise um zu vermeiden dass das HYPROP Messergebnis verf lscht wird Pro Stechzylinderprobe vier WP4 Beh lter sowie die daf r vorgesehenen Deckel mit Probennummer beschriften Dr cken Sie die Bodenprobe wie einen Stempel in Schritten von 1 3 mm aus dem Stechzylinder und schneiden Sie die jeweils hervorstehenden St cke ab Lassen Sie die Stucke in eine Aluminiumwanne fallen F llen Sie den ersten WP4 Beh lter mit Pro benmaterial maximal halbvoll Schlie en Sie den Beh lter sofort Wiederholen Sie diese Schritte f r die Be h lter 2 3 und 4 Dichten Sie die Beh lter mit Tesafilm ab Trocknen Sie den brigen Boden aus der Wanne in einem Trockenofen Nehmen Sie die Bodenreste heraus und lassen Sie sie in einem Desikkator abk hlen Wiegen Sie sie Die Messung gem WP4 Anleitung durchf hren Wiegen Sie die feuchten Proben sofort nach der Messung im WP4 Geben Sie die WP4 Proben in den Trocken ofen und lassen Sie sie bei 105 C trocknen bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist Nehmen Sie sie heraus und lassen Sie sie im Desikkator abk hlen Wiegen Sie die Proben 90 Anhang Addieren Sie die Trockenmasse der WP4 Proben zur Masse der Bodenreste und geben Sie diese Gesamtmasse in HYPROP FIT im Register Evaluation ein Geben
47. nras tet Kerze behutsam eindrehen 70 Reinigung und Wartung Nicht in die kleine Bohrung des Drucksensors stechen Er kann dadurch zerst rt werden Lagerung Wird das HYPROP Uber einen l ngeren Zeitraum nicht verwendet muss einer Algenbildung vorgebeugt werden Sensoreinheit und Kerzen entleeren Sensoreinheit vor Staub sch tzen Sensoreinheit und Kerzen trocken lagern 71 Reinigung und Wartung Weiteres Zubehor Produkt Dienstleitung HYPROP Erweiterungsset Best Nr 020203 HYPROP BALANCE Best Nr 020204 HYPROP Refill Unit 230 VAC Best Nr 020257 110 VAC Best Nr 020258 HYPROP Beaker Mount Best Nr 020262 HYPROP Vacuum Mount Best Nr 020268 HYPROP Vakuum pumpe zum Entgasen von HYPROP Einheiten 230 VAC Best Nr 020259 110 VAC Best Nr 020260 HYPROP Kerze 50 mm Best Nr 020277 25 mm Best Nr 020281 HYPROP Sat Best Nr 020253 HYPROP Training Best Nr 020254 HYPROP Adapter f r 2 Stechzylinder Best Nr 020271 HYPROP Silkon Dichtscheibe Best Nr 020267 Details bestehend aus Messkopf inkl Kerzen und AnschluBkabel Set USB und HYPROP Anschluss W gebereich 2200 g Aufl sung 0 1 9 Ablesbarkeit d 0 01 9 Reproduzierbarkeit 0 01 9 Linearit t 0 01 9 komplett f r ein HYPROP bestehend aus Labor Vakuumpumpe Vakuum 8 mbar HYPROP vacuum mount HYPROP beaker mount Edelstahlst nder
48. nsoreinheit anschlie en und auf die Waage stellen 51 Vorbereiten einer Messung Die beiden Enden des Sensoreinheitkabels durfen sich nicht ber hren sonst kommt es zu Fehlmessungen O 52 Vorbereiten einer Messung Justierung Fur pr zise Messungen muss die Waage am Aufstellungsort auf die dort herrschenden Bedingungen justiert werden bei der Erstinbetrieonahme bei einem Standortwechsel bei Temperatur nderung Wir empfehlen die Waage auch im Messbetrieb alle 4 Wochen zu justieren F r die Justierung ist die Waage mit einem internen Justiergewicht ausgestattet Entfernen Sie das Magneto Anschluss 2 li kabel und die HYPROP Sensoreinheit 11 Waage am Netzger t anschlie en und einschalten Taste dr cken und halten bis neue Anzeige erscheint Tasten gleichzeitig IIT dr cken und loslassen VI NI CAL Der Nullpunkt wird gespeichert 53 Vorbereiten einer Messung Drehknopf an der Waage auf CAL stellen 000 Die Anzeige blinkt Die Justierung l uftautomatisch Die Justierung ist beendet Drehknopf an der Waage auf WEIGH stellen SA 6500 Die Waage ist justiert und Sie k nnen jetzt wieder wiegen Die Gewichtsangabe auf UMS Messzylindern bezieht sich auf g 9 80665 mie 54 Vorbereiten einer Messung Default Einstellunge
49. r Schmutzschutz O Ring f r Schmutzschutz O Ring in der Sensoreinheit f r Dichtung yy 44 Vorbereiten einer Messung Funktionskontrolle Sensoreinheit an den USB Adapter anschlieBen Klicken Sie auf das Icon Refilling Nullpunktkontrolle D Geben Sie einen Tropfen Wasser auf die Keramikspitze der Kerze Damit herrscht Nullpotential 2 Der Rechner sollte bei beiden Kerzen O hPa anzeigen Sensor einheit HYPROP USB Adapter remar man al 16 hPa a ST his Prammer qm A n bay 5 hPa Ha dil a 45 Vorbereiten einer Messung Kontrolle der Ansprechgeschwindigkeit Gef llte Tropfenspritze griffbereit halten 2 Silikonschlauch von der langen Kerze abnehmen und die Keramik mit Papiertaschentuch o trocknen G Luft auf die Keramik f cheln und Druckanzeige am Computer beob achten Der Druck sollte innerhalb von 15 s auf den Wert des atmosph rischeen Luftdrucks minus 100 hPa steigen berpr fen ob Endvakuum erreicht wird Sobald der Druck den Wert des atmos h rischen Luftdrucks 900 hPa erreicht Keramik sofort mit Wasser benetzen Andernfalls besteht die Gefahr dass Luft in die Kerze gelangt und der Entga sungsprozess wiederholt werden muss 5 Schutzschlauch wieder aufsetzen und bef llen Schritt D bis f r die kurze Kerze wiederholen Hinwei
50. rs Temperatur 20 C Beschreibung des Messverlaufs Der Messverlauf ist typisch f r einen sehr feink rniges Substrat Die Tensionen steigen unmittelbar nach Messbeginn spontan steil und kontinuierlich an Dies reflektiert einen sehr kleinen Grobporenanteil OF 2 0 wird unter den gegebenen Verdunstungsbedingungen mit Ventilator nach wenigen Stunden erreicht Der Wasserverlust bis pF 2 betr gt lediglich ca 4 Dos Ruckeln am Beginn der Messungen zeigt den diskontinuierlichen Zutritt der eindringenden Luft in den Boden an Ab ca 100 hPa pF 2 0 sind die zun chst parallel laufenden Tensiometer weit genug entfernt um die Bestimmung der hydraulischen Leitf hig keiten zu erlauben Beide Tensiometer steigen mit fortschreitender Zeit unvermindert an und fallen relativ bald aus Der tonige Schluff besitzt nur wenige gro e Mittel poren der feinere Mittelporenbereich ist zum Ausfallzeitpunkt noch mit Wasser gef llt der Wassergehalt entsprechend hoch Die Spreizung der Tensiometerwerte ist Uber den gesamten Messverlauf moderat was auf eine relativ hohe unges ttigte Leitf higkeit hinweist 84 Anhang gt 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 SOLE pay Bud e Der zun chst flache und dann zunehmend steiler werdende Abfall der Wassergehalte bei zunehmendem pF ist charakteristisch f r sehr fein
51. rst nach Erreichen des exponentiellen An stiegs so gro dass hydraulische Leitf higkeiten berechnet werden k nnen Die Messung wird beendet durch den Ausfall des oberen Tensiometers nach Entzug von fast 30 Wasser 86 Anhang Auswertung Die erg nzenden Daten im trockenen Bereich wurden von Lisa Heise im Rahmen ihrer Bachelorar beit an der TU Braunschweig UMS M nchen mit Hilfe eines Ger tes WP4C der Fa Decagon gemes sen Sie sind in Heises Bachelorarbeit dokumentiert http www soil tu bs de mitarbeiter dipl_detail php id 78 gt Der ausgepr gte Lufteinfrittspunkt und der steile Abfall der Retentions kurve nach Erreichen des Lufteintrittsounktes ist charakteristisch f r Sande gt Die hydraulische Leitf higkeit ist erst ab pF 2 0 bestimmbar und f llt dann steil ab Geeignete Modelle zur Datenbeschreibung sind das Fayer Simmons Modell oder das bimodale Modell um den weiteren Abfall der Retenti onswerte zur Austrocknung hin zu beschreiben 87 Anhang Reiner Fein bis Mittelsand Ss Probenmaterial Gepackter Quarzsand der Korngr e 0 1 bis 0 3 mm Bodenart Sandiger Sand S 100 U 0 T 0 Messung Bodenphysikalisches Labor TU Braunschweig Potentielle Verdun stung 1 4 mm d Temperatur 22 C Beschreibung des Messverlaufs Der Messverlauf ist typisch f r einen Sand mit enger Partikelgr enverftei lung ohne Feinanteile Die Tensionen steigen unmittelbar nach Messbeginn spontan an bis
52. s Wenn der Druck nicht innerhalb von 15 s auf eine Tension nahe dem atmosh rischen Luft druck minus 100 hPa steigt befindet sich mit gro er Wahrscheinlichkeit Luft in der Kerze Dann muss das Entgasen der Sensoreinheit und des Wassers wiederholt werden Weitere Ursache k nnen sein e Kerze sitzt nicht dicht auf dem O Ring Kerze ist verstopft z B durch fettige Finger e Dichtungsring der Kerze ist verschlissen 46 Vorbereiten einer Messung Zusammenbau von Sensoreinheit und Bodenprobe Bohren der L cher Bohradapter mit der kleinen Bohrung in Richtung der Stechzylindernummer auf die ges ttigte Bodenprobe in der Aufs ttigungsschale setzen Dadurch findet man beim Zusammensetzen von der Sensoreinheit und Bodenpro be leichter die richtigen Positionen Mit dem Spezialbohrer die L cher bohren Vorsichtig und behutsam in 10mm Schritten bohren damit die Bodenprobe nicht komprimiert wird Stech zylinder nummer kleine A Bohrung Bohrungen mit Wasser f llen damit sp ter beim Zusammenbau keine Luft in die ges ttigte Bodenprobe gepresst wird 47 Vorbereiten einer Messung D Sensoreinheit vorsichtig kopf ber auf die aufges ttigte Bodenprobe setzen Darauf achten dass keine Luftspalte oder Bodenkomprimierungen ent stehen Gesamte Messanordnung um 180 drehen 2 Vlies und Aufs ttigungsring entfernen Bodenprobe mit den Klammern fixieren 2 Ste
53. sie einen Level erreichen der dem Lufteintrittsounkt entspricht Im vorlie genden Fall sind dies etwa 50 cm pF 1 7 Die Tensiometer laufen nun ber lange Zeit sehr flach und v llig parallel nur um den hydrostatische Druckdifferenz von 2 5 hPa verschoben Nach Entw sserung 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 v llig unerfasst von der Austrocknungsfront die Differenz der Tensionen extrem gro Hydraulische Leitf higkeiten k nnen nur Uber einen kurzen Zeitabschnitt berechnet werden Die Messung wird beendet durch den Ausfall des oberen Tensiometers nach Entzug von 35 Wasser 88 Anhang Auswertung EN keck Lig nuh lu iyi gt Der sehr scharf ausgepr gte Lufteintrittsounkt sowie der extrem steile Abfall der Retentionskurve nach Erreichen des Luftein trittsounktes ist charakteristisch reine Sande mit uniformer Korngr e e Die hydraulische Leitf higkeit ist nur innerhalb eines sehr engen Tensions intervalls bestimmbar und f llt ebenfalls extrem steil ab Geeignete Modelle zur Datenbeschreibung sind das Brooks Corey Modell das van Genuchten Modell mit freiem Parameter m oder das Fayer Simmons Modell Standard pF Kurven GE IC A Standard pF WG Kurven mit freundlicher Unterstutzung AS von Dr Uwe Schindler ZALF NON ae MUncheberg 89 Anhang Verfahren zur Probe
54. soil hydraulic properties Journal of Plant Nutrition and Soil Science 169 5 623 629 Schindler U Durner W von Unold G and M ller L 20100 Evaporation method for mea suring unsaturated hydraulic properties of soils Extending the measurement range Soil Scien ce Society of America Journal 74 4 1071 1083 Schindler U Durner W von Unold G Muller L and Wieland R 2010b The evapo ration method Extending the measurement range of soil hy draulic properties using the air entry pressure of the ceramic cup Journal of Plant Nutrition and Soil Science 173 4 563 572 Schindler U Doerner J and Muller L 2015 Simplified me thod for quantifying the hydrau lic properties of shrinking soils Journal of Plant Nutrition and Soil Science 178 1 136 145 UMS 2015 HYPROP Fit User Manual UMS GmbH Gmun der Str 37 81379 Munchen Germany 2015 URL http www ums muc de static Manual_ HYPROP FIT pdf 94 Zitierte Literatur Van Genuchten M T 1980 A closed form equation for predic ting the hydraulic conductivity of unsaturated soils Soil Science Society of America Journal 44 892 898 Wind G P 1968 Capillary con ductivity data estimated by a simple method p 181 191 In R E Rijtema and H Wassink ed Water in the Unsaturated Zone Proc UNESCO IASH Symp Wa geningen the Netherlands Notizen d o o o o o o
55. sscecccenssvesesecssenssvssssecssnnsavessssensessssessesenes 13 14 ERIHBEINTERNANME 16 Software Installation HYPRO VIEW und HYPROP FIT 16 gelen te E e NEE L Handhabung der von UMS verwendeten Steckverbindungen 18 Generelle Vorgehensweise bei der Messung 19 Vorbereiten einer Messung 22 22 20 Auts ttigen der Bodenprobe 20 Bef llen des Ger tes oocoononionenonoccnnonsarccnnonsorcnnonanaronnnonanscnnnonaoronononaorononnanocos 22 mit der Refill Unit Zubeh r 23 CESTE II 28 Einbau der Kerzen in die Sensoreinheit 4 Sohmulizenuiz anbringen anne einen 44 Pur onsonu2l ansia tao 45 Zusammenbau von Sensoreinheit und Bodenprobe 47 Sensoreinheit und Waage anschlie en 2 49 Vorbefellen der z ER daya Rad an baa Aya 53 VO SIS elUNGEN dida 55 Durchf hrung einer Messung 2 2222 22 56 Mehrwaagen Modus eine Waage pro Sensoreinheit 56 Einzelwaagen Modus eine Waage f r mehrere Sensoreinheiten 37 CRIAS MESEKUIVE Leen 59 Hinwe
56. t 2 hPa A Tensio Top Tensio Bottom Stop Zeit Grafik 3 In beiden Fdllen zum stop beenden der Messung jeweils Taste Stop dr cken Anschlie end k nnen Sie die Messwerte durch die Software HYPROP FIT auswerten lassen Siehe hierzu die zugeh rige Bedienungsanleitung unter www ums muc de static Manual_HYPROP FIT paf 64 Beenden der Messung Trockengewicht bestimmen Damit aus der Gewichtsabnahme der volumetrische Wassergehalt berechnet werden kann muss nach Beendigung der Messkampagne das Trocken gewicht der Bodenprobe bestimmt werden Sensoreinheit und Bodenprobe in Schale stellen am besten aus hitzebestandigem Material damit sie anschlieBend zur Trock nung im Ofen verwendet werden kann Klammern der Sensoreinheit ffnen Stechzylinder vorsichtig senkrecht abzie hen M glichst wenig verkanten sonst k nnen die Kerzen brechen Hinweis Klebt der Boden zu fest an der Sensoreinheit h ufig bei tonigen B den stellen Sie den Stechzylinder mit der Sensoreinheit kopf ber in Wasser bis ber die Stechzylinderkante Gaf Uber Nacht stehen lassen Dann kann der Stechzylinder leichter abgezogen werden Bodenmaterial vollst ndig in der Schale auffangen 65 Trockengewicht bestimmen Auch Stechzylinder und Silikonscheibe Uber der Auffangschale reinigen um gt Verluste zu vermeiden u Gewichtsbestimmung Um den tats chlichen Wassergehalt des Bodens zu ermitteln wird die trocken
57. t werden es finden sich darunter alle g ngigen Modelle van Genuchten 1980 Brooks and Corey 1964 Kosugi 1996 Fredlung Xing 1994 in uni und bimodaler Form sowie in einer fortgeschrittenen Formulierung als Peters Durner Iden PDI Variante Peters 2013 Iden und Durner 2014 Eine vollstandige Dar stellung des Auswerteverfahrens sowie der Modelle und der Kurvenanpassung findet sich im HYPROP FIT Benutzerhandbuch http www ums muc de static Manual_HYPROP pdf sowie in Peters et al 2015 79 Theoretische Grundlagen Parameteroptimierung Die 8 h K h Funktionen werden simultan an die Datenpunkte angepasst Dies ist notwendig da einzelne Parameter bei van Genuchten Mualem z B a und n die Form beider Funktionen beeinflussen Die Anpassung erfolgt un ter Verwendung eines globalen Optimierers durch nichtlineare Regression unter Minimierung der Summe aller gewichteten Abstandsquadrate zwischen Datenpunkten und Modelvorhersage Da die Annahme dass der Wasserge halt linear Uber die S ulenh he verteilt ist bei grobporigen oder strukturierten B den nicht immer erf llt ist wird bei der Anpassung der Retentionsfunktion der sogenannte integrale Fit angewendet um einen systematischen Fehler zu vermeiden Peters und Durner 2006 Einzelheiten der Fiffingprozedur und der Datenwichtung finden sich bei Peters und Durner 2007 2008 und Peters et al 2015 80 Theoretische Grundlagen Zus tzliche Hinweise Einfl ss
58. verschlossen und auf eine Waage gestellt Die Bodenoberfl che ist gegen ber der Atmosph re offen das Bodenwasser kann frei verdunsten HYPROP erfasst w hrend eines Verdunstungsvorgangs durch zwei vertikale T5 hnliche Tensiometer den zeit lichen Verlauf der Wasserspannungen in zwei Ebenen der Bodenprobe und Uber Wagung den zeitlichen Verlauf der Massenver nderung der Bodenpro be Aus dem Mittelwert der beiden Tensionen wird ein mittlerer pF Wert der Bo denprobe abgeleitet aus der Masse unter Abzug aller Tara Gewichte ein mitt lerer Wassergehalt Daraus ergibt sich zu jedem Messzeitpunkt einen Wert f r die pF WG Kurve Aus den Massedifferenzen ergibt sich die Verdunstungsrate daraus wird der Volumenstrom von Wasser zu jeder Zeit berechnet Die Werte der hydraulischen Leitf higkeit bei zunehmender Austrocknung ergeben sich dann daraus wie gut der Boden dieses Wasser nach oben zum Verdunsten leiten kann Bei schlechter Leitf higkeit trocknet der Boden oben aus w hrend er unten noch nass ist Die obere Kerze zeigt also viel trockener an als die untere Kerze die noch nass ist Bei guter Leitf higkeit wird Wasser aus der gesamten Probe verdunstet und beide Kerzen zeigen fast die gleichen Werte an Die detaillierten Berechnungsgrundlagen des Verfahrens sowie die Pr fung der Richtigkeit des Verfahrens sind in Peters und Durner 2008 und Peters et al 2015 dargelegt 75 Theoretische Grundlagen Erlauterung von Begriffen
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