Bestimmung der Materialfeuchte mit der TDR-Sonde

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz

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Einleitung

Die Time Domain Reflectometry (TDR) ist ein elektrotechnisches Verfahren, das für die Untersuchung von elektrischen Leitungen entwickelt wurde. Damit lassen sich Kabeldefekte, wie z.B. Kurzschlüsse orten. Seit Ende der 1970er Jahre hat sich die TDR ebenfalls als eine sehr zuverlässige und leicht zu handhabende Methode zur Messung der Materialfeuchte etabliert. Im Vergleich zur Messung im Trockenschrank bietet die TDR-Methode die Möglichkeit einer sehr schnellen und nicht zerstörenden Messung. Grundlage für die Anwendung von TDR ist die Beziehung

$C=C_{O}/{\sqrt {\epsilon _{r}\cdot \mu _{r}}}$

Das heißt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit C einer elektromagnetischen Welle nur von der relativen Dielektrizitätskonstanten ε_r und der magnetischen Permeabilität µr des Materials, in dem sich die Welle ausbreitet, abhängig ist. Letztere kann in nicht magnetischen Materialien gleich 1 gesetzt werden, sodass die Ausbreitungsgeschwindigkeit nur von der relativen Dielektrizitätszahl abhängig ist. Aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstanten (DK) von Wasser (ε_r = 81) und den sehr niedrigen DK von trockenen porösen Materialien (ε_r < 5) ist die DK von feuchten porösen Materialien in erster Linie eine Funktion des Wassergehaltes und damit prinzipiell bestimmbar. Für die unterschiedlichen Messanwendungen sind heute die entsprechenden Bauformen im Handel erhältlich.

Die Permeabilität ist ein Maß für die Möglichkeit, dass ein Stoff sich durch ein poröses Medium bewegen kann. Je größer die Permeabilität, umso schneller kann sich ein Stoff bewegen.