Wenn Sie den Wärmewiderstand melden, sollten Sie ihn immer zusammen mit dem Feuchtigkeitsgehalt angeben. Wenn die Mittel verfügbar sind, sollte auch die Dichte/Verdichtung des Bodens angegeben werden. Weitere Informationen zur Berichterstattung finden Sie unter "Thermischer Widerstand: echte rho-Werte für den professionellen Energietechniker".
Warum sind meine Werte für den Wärmewiderstand so hoch?
Bodenpartikel haben eine große Bandbreite an Widerständen (~15 bis 700 °C-cm/W), während Wasser (172 °C-cm/W) und Luft (~4000 °C-cm/W) eher begrenzte Werte aufweisen. Das Gemisch aus Bodenpartikeln, Wasser und Luft, das die Eigenschaften eines Bodens ausmacht, hat einen großen Einfluss auf den Wärmewiderstand. Mit zunehmender Bodenfeuchtigkeit sinkt in der Regel der Wärmewiderstand des Bodens. Andererseits ist der Widerstand umso höher, je mehr Luft im Boden-Luft-Wasser-Gemisch enthalten ist. Luft in den Bodenporen ist Teil der natürlichen Bodenbeschaffenheit und sollte daher nicht außer Acht gelassen werden. Wenn der Wärmewiderstand des natürlichen Bodens aufgrund von Luft hoch ist, sollten Sie eine technische Auffüllung in Betracht ziehen.
Sind die kleinen "Labor"-Nadeln zerbrechlich?
Alle beheizten Nadelsonden verfügen über eine interne Heizung und einen Temperatursensor, der mit einem thermischen Epoxidharz gefüllt ist, aber die Stärke der Nadel liegt in der "Röhre" aus Edelstahl. Wenn Sie die Nadel mit Gewalt bewegen, könnte sie sich verbiegen, was die Schaltkreise im Sensor beschädigen könnte. Wenn Sie mit einem harten Boden konfrontiert sind, können Sie mit einem Pilotstift oder einem Bohrer ein kleines Pilotloch bohren. Vergewissern Sie sich dabei, dass die Nadel gut sitzt. Wenn dies nicht der Fall ist, bohren Sie ein neues Loch oder verwenden Sie etwas Wärmeleitpaste, um die Luftspalten zu füllen.
Erfüllt METER's TEMPOS die Anforderungen des IEEE- oder ASTM-Standards?
Die TEMPOS wird in den Augen des IEEE 442-Standards als "Labor"-Sonde eingestuft. Es hat sich jedoch viel geändert, seit der IEEE-Standard 1981 verfasst wurde. Der IEEE-Standard wird derzeit überarbeitet, und die kleineren "Labor"-Nadeln werden für die Feldarbeit in Betracht gezogen. Solange der Boden von Interesse zugänglich ist und der Benutzer die Vorsichtsmaßnahmen für Feldmessungen beachtet, kann eine "Labor"-Sonde tatsächlich genauer sein als eine große Feldsonde. (Mit anderen Worten: Auch wenn die Nadel von TEMPOS die Größe der Laborsonde hat, können Sie sie im Feld mit guten Ergebnissen verwenden).
Hinweis: Die ASTM-Norm schreibt keine bestimmten Nadellängen für bestimmte Anwendungen vor.
Sind die Berechnungen zur Ermittlung des Wärmewiderstands schwierig zu bewerkstelligen?
Die mathematischen Berechnungen zur Ermittlung des Wärmewiderstands des Bodens sind nicht übermäßig komplex, aber jede Berechnung von Hand kann zu Fehlern führen. Die meisten im Handel erhältlichen Messgeräte mit beheizter Nadel führen alle Berechnungen durch und liefern Ihnen die Widerstandszahl. Das Gleiche gilt für die Messung des Wassergehalts im Boden.
Kann ich gefrorenen Boden mit der Technik der beheizten Nadel testen?
Gefrorener Boden kann mit einer beheizten Nadel getestet werden, solange die Temperatur innerhalb der Spezifikationen des Geräts liegt. Versuchen Sie nicht, den Wärmewiderstand des Bodens kurz vor dem Gefrieren zu messen, da die Phasenänderung die Messung ungültig macht.
Was ist die größte Korngröße, die ich mit einer kleinen beheizten Nadel testen kann?
Eine kleine (~100 mm Länge, ~2,5 mm Durchmesser) beheizte Nadel kann Bodenkörner bis zu etwa 2 mm testen. An diesem Punkt beginnen die Luftspalten einen größeren thermischen Widerstand zu bieten als der Boden selbst. Thermisches Fett und längere Lesezeiten können helfen, den durch Luftlöcher verursachten Fehler zu überwinden. Ignorieren Sie jedoch Luftspalten im Boden nicht, da die Methode der Leitungswärmequelle, auf der das Design der beheizten Nadel basiert, die Wärmeableitung eines unterirdischen Stromkabels nachahmt. Wenn es im Boden Luftspalten gibt, wird dies den Wärmefluss des Stromkabels beeinträchtigen.
Wie lange muss ich zwischen den Messungen warten?
Behandeln Sie jede Messung wie einen neuen Test. Warten Sie 2 bis 5 Minuten, bevor Sie eine Messung vornehmen. Wenn Sie mehrere Messungen vornehmen, haben einige Benutzer es als vorteilhaft empfunden, mehrere Nadeln (mit entsprechendem Abstand) zu verwenden und den Controller von Sensor zu Sensor zu bewegen.
Wie lange sollte ich nach dem Einstechen der Nadel warten, bis die Messung beginnt?
2 bis 5 Minuten. Diese Antwort hängt jedoch sehr stark von der Größe der Nadel und dem Temperaturunterschied zwischen dem Boden/Material von Interesse und der Nadel ab. Nadeln bestehen in der Regel aus rostfreiem Stahl und haben daher eine hohe Wärmeleitfähigkeit und können sehr schnell ein Temperaturgleichgewicht mit der Umgebung erreichen. Allerdings kann eine Temperaturdrift (außer der Erwärmung der Nadel) während der Messung zu Fehlern führen. Am besten gehen Sie auf Nummer sicher und warten die 5 Minuten, um sicherzustellen, dass die Nadel und die Probe im Gleichgewicht sind.
Kann ich Feldmessungen mit einer kleinen (z.B. 100 mm langen) Nadel durchführen?
Kleine "Labor"-Sonden können auf dem Feld verwendet werden, solange der Boden von Interesse zugänglich ist. Betrachten Sie es so, als würden Sie eine Bodenprobe entnehmen und ins Labor bringen. Es wird empfohlen, mehrere Messungen vorzunehmen, um die Variabilität der betreffenden Probe zu überprüfen.
Wie kann ich auf den Boden von Interesse auf dem Feld zugreifen?
Die beiden wichtigsten Methoden, um an den Boden für Tests zu gelangen, sind die Entnahme von Bohrkernen oder das Ausheben einer Testgrube. Die aus der gewünschten Tiefe entnommenen Kernproben können vor Ort getestet oder an ein Labor geschickt werden. Eine Testgrube ermöglicht die Untersuchung vor Ort oder die Entnahme von Proben, die zur Untersuchung ins Labor geschickt werden. Außerdem ist es ratsam, den betreffenden Boden zu beobachten, um nach Schichten und Unstimmigkeiten im Boden zu suchen. Denken Sie daran, dass Feldtests kein vollständiges Bild des Wärmewiderstands eines Bodens vermitteln, wie es Labortests tun können.
Was ist der Unterschied zwischen einer "Feld"-Sonde und einer "Labor"-Sonde?
In einigen Standards wurden Feldsonden zur Messung des Wärmewiderstands einer großen repräsentativen Bodenprobe konzipiert und entwickelt. Feldsonden sind große Nadeln (ca. 1 Meter lang), die eine Menge Wärme abgeben. Leider ist ihre Temperaturauflösung eher schlecht. Daher benötigt die Messung viel Energie und Zeit, um eine ausreichende Temperaturänderung zu erzeugen, um genaue Ergebnisse zu erhalten. "Labornadeln haben eine erstaunliche Temperaturauflösung (0,0001 °C) und können mit ein paar 5-minütigen Messungen den Wärmewiderstand der meisten Böden genau charakterisieren. Kleine Nadeln benötigen auch viel weniger Strom (4 AA-Batterien) als eine Feldsonde. Denken Sie daran, dass Feldmessungen nur den Wärmewiderstand des Bodens bei seinem aktuellen Feuchtigkeitsgehalt liefern. Um ein vollständiges Bild des Wärmewiderstands eines Bodens zu erhalten, sind Labortests erforderlich.
Welche Erfahrungen haben Sie bei der Entwicklung von Bodenfeuchtesensoren für den JPL Phoenix Rover der NASA gemacht? Warum hat der Sensor auch die Wärmeleitfähigkeit aufgezeichnet? Gab es interessante Erkenntnisse?
Lassen Sie uns nicht damit anfangen! Die Erfahrung war insgesamt großartig. Das Team, mit dem wir am JPL gearbeitet haben, waren wirklich gute Wissenschaftler und Ingenieure. Die Messungen der thermischen Eigenschaften sollten als Grundlage für die aus der Ferne erfassten Daten über die thermischen Eigenschaften des Regoliths dienen, die für das Verständnis der Eindringtiefe der Sonnenwärme entscheidend sind. Alle Messfunktionen des TECP haben gut funktioniert, und das Projekt gilt als sehr erfolgreich. Die vielleicht wichtigste Erkenntnis war die Migration von Wasser in der Dampfphase in den Regolith, als der Regolith mit dem nahenden Winter auf dem Mars abkühlte. Der von TECP gemessene Anstieg der Dielektrizitätskonstante war viel größer als erwartet, was wahrscheinlich auf die Wechselwirkung von Wasser mit Perchloratsalzen in der ungefrorenen Phase zurückzuführen ist. Vor einiger Zeit haben wir ein Video mit dem leitenden JPL-Forscher gedreht. Sie können es sich hier ansehen.
Was ist die optimale Stichprobengröße für TEMPOS?
Es gibt mehrere Variablen, die Sie berücksichtigen müssen, um die richtige Probengröße zu finden. Lesen Sie diese Anwendungshinweise, um die ideale Probengröße für Ihre Anwendung zu bestimmen.