Bedienungsanleitung - soil.tu-bs.de .Falling-head- und Constant-head-Methode verwendbar Geeignet

download Bedienungsanleitung - soil.tu-bs.de .Falling-head- und Constant-head-Methode verwendbar Geeignet

of 58

  • date post

    05-Aug-2019
  • Category

    Documents

  • view

    212
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Bedienungsanleitung - soil.tu-bs.de .Falling-head- und Constant-head-Methode verwendbar Geeignet

  • UMS GmbH Mnchen Art.Nr. KSAT Version 10/2012 Author: wd/tk/tp

    Bedienungsanleitung

    KSAT

  • KSAT

    2/58

    Vorwort zur Verwendung des KSAT im

    Rahmen des Praktikums Bodenkundliche

    Labormethoden 2012

    Fr Bestimmungen der gesttigten Wasserleitfhigkeit gibt es

    eine Vielzahl von Gerten, die mehr oder weniger voneinander

    abweichen, weil fast jeder Versuchsansteller sich sein Gert

    selbst zusammenbauen muss (Hartge und Horn, 2009).

    Die Firma UMS GmbH Mnchen hat sich in Zusammenarbeit

    mit dem Institut fr Geokologie der TU Braunschweig vorge-

    nommen, ein einfach zu benutzendes und komfortables Messsys-

    tem namens KSAT fr Messungen mit konstantem und fallendem

    berstau zu entwickeln, das derzeit zur Serienreife gebracht

    wird. Sie als Studierende der Geokologie an der TU Braun-

    schweig sind die ersten Nutzer, die dieses Gert standardmig

    einsetzen.

    Die vorliegende Bedienungsanleitung ist ein Entwurf. Die Stu-

    dierenden werden gebeten, die Anleitung in Hinblick auf die

    Lesbarkeit, Verstndlichkeit, Richtigkeit, sowie in Hinblick auf

    Tippfehler und stilistische Fehler kritisch zu prfen und eine

    konstruktive Rckmeldung an mich zu geben!

    Braunschweig, 6.11.2012

    Wolfgang Durner

  • KSAT

    3/58

  • KSAT

    4/58

    1 KSAT 6

    1.1 Sicherheits- und Gefahrenhinweise 6

    1.2 Lieferumfang 7

    1.3 Vorwort 10

    1.4 Danksagung 10

    1.5 Bestimmungsgeme Verwendung 11

    1.6 Garantie 12

    2 Produktbeschreibung 13

    2.1 Systemkomponenten 13

    2.2 Hardware: Aufbau des KSAT-Systems 13

    2.3 Software KSAT VIEW 18

    2.4 Minimale und maximal messbare KSAT-Werte 22

    2.5 Messdauer 22

    3 Mess-Vorbereitung 23

    3.1 Probenahme und Probenaufsttigung 23

    3.2 Montage der Probe 29

    4 Durchfhrung einer Messkampagne 34

    4.1 Startbedingungen fr Hardware 34

    4.2 Konfiguration der Kampagne in KSAT View 34

    4.3 Durchfhrung der Messung 36

    4.4 Ausbauen der Stechzylinderprobe 39

    4.5 Auswertung der Messdaten 40

    4.6 Exportieren von Messdaten und Ergebnissen 40

    4.7 Typische Ergebnisse 41

    5 Wartung und Pflege 43

  • KSAT

    5/58

    6 Fehlersuche 45

    7 Theoretische Grundlagen 48

    7.1 Allgemeines 48

    7.2 Messprinzip 48

    7.3 Constant Head-Messung 48

    7.4 Falling Head-Messung 50

    7.5 Bercksichtigung des Apparaturwiderstandes 54

    7.6 Einfluss der Temperatur auf Ks 55

    8 Literaturverzeichnis 57

    9 Abbildungsverzeichnis 58

  • KSAT

    6/58

    1 KSAT

    Labormessverfahren zur Bestimmung der Wasserdurchlssigkeit von Bo-denproben nach DIN 19683-9 und DIN 18130-1.

    Highlights des KSAT-Systems sind:

    Vollautomatisierte Messung, Auswertung und Speicherung der Daten (bei der Falling-head-Methode)

    Einfachste Bedienung

    Komfortable Benutzeroberflche

    Schnelles und robustes Mess- und Auswerteverfahren

    Durch hchste Przision uneingeschrnkt geeignet fr stark durch-lssige bis sehr schwach durchlssige Materialien

    Falling-head- und Constant-head-Methode verwendbar

    Geeignet auch fr Stand-alone Langzeitmessungen

    Voll kompatibel mit dem HYPROP-Messsystem zur ergnzenden Messung der ungesttigten Leitfhigkeitsfunktion und der Re-tentionseigenschaften

    1.1 Sicherheits- und Gefahrenhinweise

    Beim Umgang mit Produkten, die mit elektrischer Spannung in Berhrung kommen, mssen die gltigen VDE-Vorschriften beachtet werden, insbe-sondere VDE 0100, VDE 0550/0551, VDE 0700, VDE 0711 und VDE 0860. Bitte beachten Sie, dass Bedien- und Anschlussfehler auerhalb unseres Einflussbereiches liegen. Verstndlicherweise knnen wir fr Schden die daraus entstehen keine Haftung bernehmen.

    Der elektronische Druckaufnehmer ist ein Messgert zur Messung des Differenzdrucks zweier Wassersulen und der Bodentemperatur und nur fr diesen Zweck einzusetzen. An dieser Stelle mchten wir besonders auf folgende Gefahren-Quelle hinweisen:

  • KSAT

    7/58

    berdruck: Die zerstrungsfreie maximale Drucklast der Druckaufneh-mer betrgt 100 hPa. Sofern der Eingang des Drucksensors mit einem hheren dynamischen oder statischen Druck beaufschlagt wird, besteht die Gefahr der Zerstrung des Sensors.

    Berhrung: Die Messflche des Druckaufnehmers liegt zugunsten hchs-ter Messprzision frei im Krper des Messgertes. Die Messflche darf bei Reinigung oder anderen Ttigkeitne niemals mit einem spitzen Ge-genstand oder einem scharfen Wasserstrahl in Berhrung kommen, sonst besteht die Gefahr der Zerstrung des Sensors.

    1.2 Lieferumfang

    Im Lieferumfang sind enthalten (Basis):

    Die Grundplatte mit angeschlossener Brette, ber Hahn verschlie-barer Zuleitung fr Wasser, Brettendeckel mit Stahlkapillare, Ablei-tung fr Wasser, elektronischer Druckmessung und integriertem USB-Anschlusskabel.

    Eine Porenplatte zum Anschluss eines Stechzylinders mit dem Messgut an die Grundplatte (Dom).

    Die Siebkrone zur oberseitigen Fixierung des Stechzylinders bei konso-lidiertem Messgut.

    Die Filterkrone zur oberseitigen Fixierung des Stechzylinders bei un-konsolidiertem Messgut.

    Eine Schraubkappe zur Fixierung des Stechzylinders auf dem Messge-rt.

    Edelstahlplatte zum Einsatz bei einem Prfversuch fr die Steigung des Druckaufnehmers

    5-Liter Vorratsgef mit Gradierung und Sperrhahn am Auslaufstutzen

    1,2 m Zuleitungsschlauch zur Verbindung von Vorratsgef und Bret-te

    1,2 m Ableitungsschlauch zur Ableitung des perkolierenden Wassers

  • KSAT

    8/58

    2 Ersatzdichtungsringe fr Siebkrone bzw. Filterkrone, 84mm x 2mm

    KSAT View Software auf USB Stick

    Eine Wanne fr Stechzylinderaufsttigung und Unter-Wasser-Montage des Messguts

    1 Stechzylinder 250 ml

    Zustzlich erhltlich sind bei UMS im Set (Rundum-Sorglos-Paket):

    1 Stechzylinder 250 ml mit Probenahmeset (Hammer, Schlaghaube, Prparierwerkzeug, Deckel, Transportschutz,)

    Wischlappen zur Aufnahme von Spritz- und Tropfwasser

    Pinsel/Brste zur Reinigung von Brette und System

    Verdunstungsschutz fr Langzeitmessungen

  • KSAT

    9/58

    Abb. 1: Schematische Darstellung der UMS-KSAT-Apparatur.

  • KSAT

    10/58

    1.3 Vorwort

    Messsysteme mssen zuverlssig, wartungsarm und langlebig sein, um przise Ergebnisse zu liefern und um den Betreuungsaufwand minimal zu halten. Der Erfolg jeder technischen Einrichtung ist aber auch von der sachgerechten Anwendung abhngig.

    Zu Beginn einer Messaufgabe oder eines Forschungsprojektes mssen aus der Zieldefinition alle Einflussgren gesamtheitlich betrachtet sowie Gegebenheiten und Randbedingungen definiert werden. Daraus leiten sich die Anforderungen an das wissenschaftliche und technische Projekt-management ab, das alle qualittsrelevanten Prozesse definiert, die Auswahl der einzusetzenden Verfahren trifft, die der technischen und messtechnischen Werkzeuge, der Verifizierung, der Datenablage und der Modellierung. Das kontinuierlich optimierte Zusammenwirken der einzelnen Teilbereiche und deren Qualittssicherung sind schlielich ausschlaggebend fr den Erfolg des Projektes.

    Wir wnschen Ihnen viel Erfolg bei Ihren Messprojekten und stehen Ihnen gerne weiter zur Verfgung.

    Ihr

    Georg von Unold

    1.4 Danksagung

    An dieser Stelle mchten wir Herrn Professor Dr. Wolfgang Durner, TU Braunschweig, sehr herzlich fr die Untersttzung bei der Entwicklung, den zahlreichen Fachgesprchen mit theoretischem Hintergrund sowie praktischen Tipps unseren Dank aussprechen. So wurde aus der tausendfach bewhrten Methode ein anwenderfreundliches System mit dem Fokus auf Zuverlssigkeit, hchste Przision und Aussagekraft, das sich dabei vergleichsweise einfach bedienen lt. Einfaches Handling, schnelles Messen und hchste Przision sind neben der graphischen interaktiven Menfhrung und den Echtzeitdarstellung der Mess- und Fittingroutinen die technisch-wissenschaftlichen Highlights, die Ihr Ksat-System zu einem modernen Bodenlaborsystem machen.

  • KSAT

    11/58

    1.5 Bestimmungsgeme Verwendung

    Das KSAT dient der Messung und Bestimmung der gesttigten Wasser-leitfhigkeit an 250 cm-Stechzylindern nach dem Prinzip des Falling-head- oder Constant-head-Experiments. Die Methodik folgt in der Auslegung den Vorgaben der DIN 19683-9 und DIN 18130-1 und beruht auf der Invertie-rung des Darcy-Gesetzes.

    Das Darcy-Gesetz (auch Darcy-Gleichung genannt) besagt, dass die Wasser-menge Q, die eine Flche A in einem porsen Medium durchstrmt, direkt proportional zum hydraulischen Gradienten ist (Darcy, 1856). Der Propor-tionalittsfaktor dieser Beziehung, der kf-Wert oder Durchlssigkeitsbei-wert, in diesem Dokument als gesttigte hydraulische Leitfhigkeit mit dem Symbol Ks und der Abkrzung KSAT gekennzeichnet, ist ein Kennwert fr das porse Medium und das durchstrmende Fluid.

    Die Auswertungsgleichungen basieren auf der Annahme laminaren Was-serflusses. Sie gelten mithin nur fr geringe Fliegeschwindigkeiten, die ber den hydraulischen Gradienten gesteuert werden knnen. Um dem an der Entnahmestelle im Gelnde herrschenden Zustand am nchsten zu kommen, sollte mit kurzen Perkolationszeiten, geringen Gradienten sowie sto- und erschtterungsfrei gearbeitet werden (DIN 19683-9, 1998; Hart-ge und Horn, 2009).

    nderung des Quellungszustandes der Stechzylinderprobe, des Ionenbela-ges der Austauscher, Luftabscheidung aus dem Perkolationswasser und Bakterienwuchs knnen die Messungen stark beeinflussen. Gesttigte Leitfhigkeitswerte von Bodenproben knnen typischerweise ber mehre-re Grenordnungen streuen. Zur Charakterisierung de