DE102012106841A1 - Soil moisture measuring device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung mit mindestens einer Bodensonde bereitgestellt, welche einen Träger, eine kapazitive Messeinrichtung mit mindestens einem Kondensator mit einem ersten Kondensatorelement und einem zweiten Kondensatorelement, zwischen welchen ein elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei die kapazitive Messeinrichtung an dem Träger angeordnet ist, und mindestens ein Zugangselement, welches die kapazitive Messeinrichtung zu einem Mess-Außenraum hin abdeckt, welches offenporös ausgebildet ist und welches mit einem hydrophilen Material imprägniert ist, umfasst.A soil moisture measuring device with at least one soil probe is provided, which has a carrier, a capacitive measuring device with at least one capacitor with a first capacitor element and a second capacitor element, between which an electric field can be generated, the capacitive measuring device being arranged on the carrier, and at least one access element, which covers the capacitive measuring device to a measuring outer space, which is open-pored and which is impregnated with a hydrophilic material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung mit mindestens einer Bodensonde. The invention relates to a soil moisture measuring device with at least one bottom probe.
Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtungen werden eingesetzt, um den Feuchtigkeitsgehalt im Erdreich zu ermitteln. Beispielsweise wird in Abhängigkeit des ermittelten Feuchtigkeitsgehalts eine Bewässerung des entsprechenden Bodens gesteuert. Soil moisture meters are used to determine the moisture content in the soil. For example, irrigation of the corresponding soil is controlled as a function of the determined moisture content.
Der Boden, dessen Feuchtigkeitsgehalt gemessen wird, ist beispielsweise ein Gartenboden, ein landwirtschaftlicher Nutzboden oder ein Boden in einem Blumentopf. The soil whose moisture content is measured is, for example, a garden soil, an agricultural soil or a soil in a flower pot.
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welche sich auf einfache und sichere Weise der Feuchtigkeitsgehalt ermitteln lässt. The invention has for its object to provide a soil moisture measuring device of the type mentioned, by which can be determined in a simple and safe way, the moisture content.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bodensonde einen Träger umfasst, eine kapazitive Messeinrichtung mit mindestens einem Kondensator mit einem ersten Kondensatorelement und einem zweiten Kondensatorelement, zwischen welchen ein elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei die kapazitive Messeinrichtung an dem Träger angeordnet ist, umfasst, und mindestens ein Zugangselement, welches die kapazitive Messeinrichtung zu einem Mess-Außenraum hin abdeckt, welches offenporös ausgebildet ist und welches mit einem hydrophilen Material imprägniert ist, umfasst. This object is achieved with the above-mentioned soil moisture measuring device according to the invention that the bottom probe comprises a carrier, a capacitive measuring device with at least one capacitor with a first capacitor element and a second capacitor element, between which an electric field can be generated, wherein the capacitive measuring device the support is arranged comprises, and at least one access element, which covers the capacitive measuring device to a measuring outer space, which is formed open-porous and which is impregnated with a hydrophilic material comprises.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sorgt das offenporöse Zugangselement für die Ankopplung der kapazitiven Messeinrichtung an den zu überwachenden Boden. Es wird dadurch ein guter Bodenkontakt erhalten. Entsprechende Messsignale lassen sich unabhängiger von der Bodenart erzielen. In the solution according to the invention, the open-porous access element ensures the coupling of the capacitive measuring device to the ground to be monitored. It will get a good ground contact. Corresponding measurement signals can be achieved independently of the soil type.
Durch Kapillareffekte in dem mindestens einen offenporösen Zugangselement wird in dem Messboden enthaltenes Wasser in einen Feldbeaufschlagungsbereich des mindestens einen Kondensators geführt. Auch bei relativ schlechtem Bodenkontakt ist eine Querverteilung von Wasser in dem porösen Zugangselement möglich und es werden stabile Messwerte erzielt. By capillary effects in the at least one open porous access element, water contained in the measuring bottom is guided into a field loading region of the at least one capacitor. Even with relatively poor ground contact, a transverse distribution of water in the porous access element is possible and stable measurements are achieved.
Der sich in dem Zugangselement befindende Wasseranteil ist ein Maß für die Bodenfeuchtigkeit des Bodens, welcher am Zugangselement ansteht. Der Wassergehalt wiederum beeinflusst die Kapazität. Die Kapazität des mindestens einen Kondensators ist ein Maß für die Bodenfeuchte. Durch Ermittlung der Kapazität lässt sich dadurch die Bodenfeuchte detektieren. The proportion of water in the access element is a measure of the soil moisture of the soil which is present at the access element. The water content in turn influences the capacity. The capacity of the at least one capacitor is a measure of the soil moisture. By determining the capacity, the soil moisture can be detected.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein definierter Zugangspfad für Wasser zu der kapazitiven Messeinrichtung über das mindestens eine offenporöse Zugangselement bereitgestellt. Es ist keine Kalibrierung notwendig, da die kapazitive Messung direkt abhängig ist von der Bodenfeuchte des Bodens, welcher an dem offenporösen Zugangselement ansteht. In the solution according to the invention, a defined access path for water is provided to the capacitive measuring device via the at least one open porous access element. No calibration is necessary since the capacitive measurement is directly dependent on the soil moisture of the soil, which is present at the open porous access element.
Durch die Imprägnierung des Zugangselements mit einem hydrophilen Material, wobei die offene Porosität erhalten bleibt, wird ein definierter Zugangspfad für Wasser bereitgestellt, um den Feuchtegehalt des Bodens messen zu können. Bodenwasser wird durch Kapillareffekte zu dem Feldbeaufschlagungsbereich geführt. Die Imprägnierung bildet eine innere Beschichtung in den Poren des Zugangselements.By impregnating the access element with a hydrophilic material while maintaining the open porosity, a defined access path for water is provided to measure the moisture content of the soil. Soil water is conducted to the field loading area by capillary effects. The impregnation forms an inner coating in the pores of the access element.
Das Zugangselement stellt ein poröses Mittlermedium zwischen dem Messboden und der kapazitiven Messeinrichtung dar. Durch die hydrophile Imprägnierung (innere Beschichtung) wird der Wassertransport durch das offenporöse Zugangselement nicht limitiert. The access element represents a porous medium medium between the measuring bottom and the capacitive measuring device. The hydrophilic impregnation (inner coating) does not limit the water transport through the open-porous access element.
Günstig ist es, wenn das erste Kondensatorelement und das zweite Kondensatorelement (die Elektroden des Kondensators) als Leiterbahnen ausgebildet sind, welche auf dem Träger angeordnet sind, wobei die Leiterbahnen insbesondere eben ausgebildet sind. Dadurch lässt sich insbesondere ein direkter spaltfreier Kontakt zwischen dem mindestens einen Zugangselement und dem mindestens einen Kondensator erreichen. It is advantageous if the first capacitor element and the second capacitor element (the electrodes of the capacitor) are formed as conductor tracks, which are arranged on the carrier, wherein the conductor tracks are particularly flat. This makes it possible, in particular, to achieve direct, gap-free contact between the at least one access element and the at least one capacitor.
Aus demselben Grund ist es günstig, wenn der Träger mindestens an einer Seite, an welcher die kapazitive Messeinrichtung angeordnet ist, eben ausgebildet ist. For the same reason, it is favorable if the carrier is designed to be flat at least on one side, on which the capacitive measuring device is arranged.
Ferner ist es günstig, um einen spaltfreien direkten Kontakt zwischen dem mindestens einen Zugangselement und dem mindestens einen Kondensator zu erhalten, wenn das mindestens eine Zugangselement mindestens der kapazitiven Messeinrichtung zugewandt eine ebene Seite aufweist. Furthermore, it is favorable to obtain a gap-free direct contact between the at least one access element and the at least one capacitor, if the at least one access element facing at least the capacitive measuring device has a flat side.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Zugangselement in einem Streufeldbereich des mindestens einen Kondensators angeordnet. Der mindestens näherungsweise homogene Feldbereich des mindestens einen Kondensators liegt direkt zwischen dem ersten Kondensatorelement und dem zweiten Kondensatorelement. Das mindestens eine Zugangselement deckt den Kondensator über diesem ab. Es ist dadurch von dem Streufeld durchsetzt. Durch den Feuchtegehalt im Zugangselement ist dieses Streufeld entsprechend beeinflusst, das heißt die Dielektrizitätszahl ändert sich. Preferably, the at least one access element is arranged in a stray field region of the at least one capacitor. The at least approximately homogeneous field region of the at least one capacitor lies directly between the first capacitor element and the second capacitor element. The at least one access element covers the capacitor above this. It is thus permeated by the stray field. Due to the moisture content in the access element of this stray field is influenced accordingly, that is, the dielectric constant changes.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Zugangselement eine elektrische Isolierung für das erste Kondensatorelement und das zweite Kondensatorelement direkt und insbesondere spaltfrei berührt, und insbesondere, wenn die elektrische Isolierung das erste Kondensatorelement und das zweite Kondensatorelement direkt und spaltfrei berührt. Das Zugangselement bildet dadurch ein poröses Mittlermedium zwischen dem Erdreich und der kapazitiven Messeinrichtung (der Sensorfläche). Das Mittlermedium beeinflusst dabei durch den direkten Kontakt die Messung nur minimal oder gar nicht. Die elektrische Isolierung ist beispielsweise als Beschichtung auf den mindestens einen Kondensator aufgetragen. Sie kann grundsätzlich auch an dem Zugangselement beispielsweise als Beschichtung angeordnet sein.It is particularly advantageous if the at least one access element contacts electrical insulation for the first capacitor element and the second capacitor element directly and in particular without gaps, and in particular if the electrical insulation contacts the first capacitor element and the second capacitor element directly and without gaps. The access element thereby forms a porous medium medium between the soil and the capacitive measuring device (the sensor surface). Due to the direct contact, the medium affects the measurement only minimally or not at all. The electrical insulation is applied for example as a coating on the at least one capacitor. In principle, it can also be arranged on the access element, for example as a coating.
Bei einer fertigungstechnisch günstigen Ausführungsform sind der Träger und das mindestens eine Zugangselement getrennte Bauteile. Der Träger und das mindestens eine Zugangselement lassen sich dadurch getrennt herstellen. In a manufacturing technology favorable embodiment, the carrier and the at least one access element are separate components. The carrier and the at least one access element can thereby be produced separately.
Dadurch kann insbesondere das Zugangselement mit seiner offenen Porosität und Imprägnierung auf einfache Weise hergestellt werden. As a result, in particular the access element with its open porosity and impregnation can be produced in a simple manner.
Es ist dann vorteilhaft, wenn eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, durch welche das mindestens eine Zugangselement mit dem Träger verspannt und gegen diesen gedrückt ist. Dadurch lässt sich ein direkter und insbesondere spaltfreier Kontakt zwischen der kapazitiven Messeinrichtung und dem Zugangselement auf einfache Weise erreichen. It is advantageous if a clamping device is provided, through which the at least one access element is clamped to the carrier and pressed against it. This makes it possible to achieve a direct and in particular gap-free contact between the capacitive measuring device and the access element in a simple manner.
Bei einer Ausführungsform weist die mindestens eine Bodensonde ein Gehäuse auf, an welchem der Träger angeordnet ist, wobei das Gehäuse mindestens einen ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil umfasst, wobei der zweite Gehäuseteil mit dem ersten Gehäuseteil verbunden ist und über das zweite Gehäuseteil das mindestens eine Zugangselement gegen den Träger gedrückt ist. Durch das Gehäuse ist eine Spanneinrichtung realisiert, welche das mindestens eine Zugangselement an dem Gehäuse verspannt und dabei gegen die kapazitive Messeinrichtung drückt. In one embodiment, the at least one bottom probe has a housing on which the carrier is arranged, wherein the housing comprises at least a first housing part and a second housing part, wherein the second housing part is connected to the first housing part and the at least one via the second housing part Access element is pressed against the carrier. Through the housing, a clamping device is realized, which braces the at least one access element to the housing and thereby presses against the capacitive measuring device.
Günstigerweise weist der zweite Gehäuseteil mindestens eine Fensterausnehmung für das mindestens eine Zugangselement auf, wobei das mindestens eine Zugangselement eine insbesondere umlaufende Anlagefläche zur Anlage an dem zweiten Gehäuseteil im Bereich der mindestens einen Fensterausnehmung aufweist. Das mindestens eine Zugangselement ist mindestens teilweise durch die Fensterausnehmung durchgetaucht, um einen Kontakt mit Erdreich zu ermöglichen. Durch die Anlagefläche lässt sich über den zweiten Gehäuseteil das mindestens eine Zugangselement gegen den Träger mit der kapazitiven Messeinrichtung drücken. Conveniently, the second housing part has at least one window recess for the at least one access element, wherein the at least one access element has a particular circumferential contact surface for abutment with the second housing part in the region of the at least one window recess. The at least one access element is at least partially submerged through the window recess to allow contact with soil. By means of the contact surface, the at least one access element can be pressed against the carrier with the capacitive measuring device via the second housing part.
Vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Zugangselement austauschbar an der mindestens einen Bodensonde fixiert ist. Dadurch lassen sich auf einfache Weise unterschiedliche Zugangselemente für unterschiedliche Bodenarten und dergleichen verwenden. It is advantageous if the at least one access element is fixed interchangeably on the at least one bottom probe. This makes it easy to use different access elements for different types of soil and the like.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Zugangselement auf den Träger aufgetragen. In diesem Falle sind das mindestens eine Zugangselement und der Träger direkt miteinander verbunden. In one embodiment, the at least one access element is applied to the carrier. In this case, the at least one access element and the carrier are directly connected to each other.
Bei einer alternativen Ausführungsform bildet das mindestens eine Zugangselement den Träger für die kapazitive Messeinrichtung, das heißt die kapazitive Messeinrichtung ist direkt an dem mindestens einen Zugangselement angeordnet. In an alternative embodiment, the at least one access element forms the carrier for the capacitive measuring device, that is, the capacitive measuring device is arranged directly on the at least one access element.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das mindestens eine Zugangselement eine Dicke als Abstand zwischen der kapazitiven Messeinrichtung und einem Messobjekt (dem Erdreich) im Bereich zwischen 0,5 mm und 10 mm und insbesondere im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm aufweist. Dadurch lässt sich auf sichere Weise ein Bodenfeuchtigkeitsgehalt über Ermittlung der Kapazität des mindestens einen Kondensators ermitteln. It has proved favorable if the at least one access element has a thickness as the distance between the capacitive measuring device and a measuring object (the soil) in the range between 0.5 mm and 10 mm and in particular in the range between 1 mm and 5 mm. As a result, a soil moisture content can be reliably determined by determining the capacity of the at least one capacitor.
Es hat sich ferner als günstig erwiesen, wenn eine Porosität (Volumenanteil der Poren) des mindestens einen Zugangselements größer oder gleich 15 % ist und insbesondere größer oder gleich 30 % ist. Dadurch ist die Fähigkeit des Wassertransports im mindestens einen Zugangselement als Mittlermedium angepasst an das umgebende Erdreich und das mindestens eine Zugangselement limitiert den Wassertransport. Dadurch wiederum lässt sich auf sichere Weise die Bodenfeuchtigkeit ermitteln. Sandboden weist beispielsweise eine effektive Porosität von 10 % bis 15 % auf. Wenn die Porosität dann größer oder gleich 15 % ist, dann wirkt das mindestens eine Zugangselement nicht limitierend für den Wassertransport im Vergleich zu dem umgebenden Erdreich. Die Porosität ist nach oben durch die mechanische Stabilität des Zugangselements begrenzt. Sie ist beispielsweise kleiner als 60 %.It has also proved favorable if a porosity (volume fraction of the pores) of the at least one access element is greater than or equal to 15% and in particular greater than or equal to 30%. As a result, the ability of the water transport in at least one access element as a medium medium adapted to the surrounding soil and the at least one access element limits the water transport. This, in turn, can be determined in a safe way, the soil moisture. For example, sandy soil has an effective porosity of 10% to 15%. If the porosity is then greater than or equal to 15%, then the at least one access element does not interfere with water transport as compared to the surrounding soil. The porosity is limited upwards by the mechanical stability of the access element. For example, it is less than 60%.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Zugangselement eine eingestellte Porenverteilung aufweist, welche mindestens ein Maximum bei einer Porengröße aufweist, welches insbesondere an eine Bodenart, deren Feuchtegehalt gemessen werden soll, angepasst ist. Die Anpassung kann dabei genau sein oder die Anpassung kann derart sein, dass beispielsweise auch mehrere Bodenarten erfasst werden können. Es ist dadurch sichergestellt, dass das mindestens eine Zugangselement den Wassertransport nicht limitiert. Die Wasseraufnahme und Wasserabgabe erfolgt im Wesentlichen dann genau so wie im umgebenden Erdreich.It is particularly advantageous if the at least one access element has a set pore distribution which has at least one maximum at a pore size which is adapted in particular to a type of soil whose moisture content is to be measured. The adaptation can be exact or the adaptation can be such that, for example, several types of soil can be detected. It is thereby ensured that the at least one access element does not limit the water transport. The water absorption and release of water is essentially the same as in the surrounding soil.
Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass die Porenverteilung monomodal oder multimodal ist. Bei einer monomodalen Porenverteilung haben Poren einer mittleren Porengröße die größte Häufigkeit. Es gibt keine weiteren Hauptmaxima in der Porenverteilung. (Es kann aus herstellungstechnischen Gründen ein oder mehrere Nebenmaxima bei für die Messung nicht relevanten Porengrößen geben.) Die entsprechende monomodale Porenverteilung kann um das Maximum mit der mittleren Porengröße scharf oder breit ausgestaltet sein. Bei einer "scharfen" Porenverteilung nimmt die Häufigkeit von dem Maximum ausgehend stark ab. Bei einer breiten Porenverteilung weisen auch Porengrößen, die einen größeren Abstand zu der mittleren Porengröße haben, noch eine relevante Häufigkeit auf. Bei einer multimodalen Porenverteilung weist die Porenverteilung mehrere Maxima auf. Die Maxima liegen dabei vorzugsweise bei Porengrößen, die an entsprechende Bodenarten angepasst sind. Eine multimodale Porenverteilung kann angesehen werden als Überlagerung von monomodalen Porenverteilungen. Eine monomodale Porenverteilung, insbesondere wenn diese relativ scharf ausgebildet ist, ermöglicht oft eine höhere Messgenauigkeit insbesondere für eine bestimmte Bodenart. Dieser Vorteil ergibt sich auch bei einer multimodalen Porenverteilung für mehrere Bodenarten, wenn die Maxima entsprechend angepasst sind. Bei einer breiten monomodalen Porenverteilung lässt sich der Feuchtegehalt an unterschiedlichen Bodenarten bestimmen.It is basically possible that the pore distribution is monomodal or multimodal. In a monomodal pore distribution, pores of average pore size have the highest frequency. There are no other major maxima in pore distribution. (For reasons of production technology, it may be one or more secondary maxima with pore sizes which are not relevant for the measurement.) The corresponding monomodal pore distribution can be designed to be sharp or broad by the maximum with the average pore size. With a "sharp" pore distribution the frequency decreases strongly from the maximum. With a broad pore distribution, pore sizes which are more distant from the mean pore size still have a relevant frequency. In a multimodal pore distribution, the pore distribution has several maxima. The maxima are preferably at pore sizes that are adapted to appropriate soil types. A multimodal pore distribution can be considered as a superposition of monomodal pore distributions. A monomodal pore distribution, especially when this is relatively sharp, often allows a higher accuracy of measurement, especially for a particular type of soil. This advantage also results in a multimodal pore distribution for several soil types, if the maxima are adapted accordingly. With a broad monomodal pore distribution, the moisture content of different types of soil can be determined.
Günstig ist es, wenn ein Satz von Zugangselementen mit unterschiedlicher mittlerer Porengröße für unterschiedliche Bodenarten vorgesehen ist und/oder das mindestens eine Zugangselement mehrere Zugangselementbereiche unterschiedlicher mittlerer Porengröße aufweist und/oder das mindestens eine Zugangselement eine solche Porenverteilung aufweist, dass Feuchtebestimmungen in unterschiedlichen Bodenarten durchführbar sind. Dadurch kann mit der Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung eine Feuchtigkeitsgehaltsmessung an unterschiedlichen Bodenarten mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.It is favorable if a set of access elements with different average pore size is provided for different soil types and / or the at least one access element has several access element regions of different average pore size and / or the at least one access element has such a pore distribution that moisture determinations in different soil types can be carried out , Thereby, with the soil moisture measuring apparatus, a moisture content measurement on different soil types can be performed with high accuracy.
Die erfindungsgemäße Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung lässt sich auf universelle Weise einsetzen, wenn mehrere Zugangselemente oder mehrere Zugangselementbereiche unterschiedlicher mittlerer Porengröße an der mindestens einen Bodensonde angeordnet sind und/oder eine Mehrzahl von Bodensonden mit bezüglich der mittleren Porengröße unterschiedlichen Zugangselementen vorgesehen sind und/oder bezüglich der mittleren Porengröße unterschiedliche Zugangselemente zum Austausch an der mindestens einen Bodensonde vorgesehen sind. Dadurch lässt sich die Bodenfeuchte einerseits auch bei unterschiedlichen Bodensorten auf genaue Weise ermitteln und andererseits ergibt sich ein weites Anwendungsspektrum. The soil moisture measuring device according to the invention can be used in a universal manner if a plurality of access elements or multiple access element regions of different average pore size are arranged on the at least one bottom probe and / or a plurality of bottom probes are provided with access elements different in average pore size and / or with respect to the middle one Pore size different access elements are provided for replacement at the at least one bottom probe. As a result, the soil moisture can be determined on the one hand even with different soil types in an accurate way and on the other hand results in a wide range of applications.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das mindestens eine Zugangselement eine an Sandboden angepasste mittlere Porengröße aufweist und/oder in einer Porenverteilung ein Maximum bei einer Porengröße aufweist, welche an einen Sandboden angepasst ist. Diese mittlere Porengröße bzw. Porengröße mit Maximum liegt insbesondere in der Größenordnung von 22 µm. Sandige Böden weisen eine mittlere Porengröße (ermittelt über gewichtete Mittlung) von ca. 22,3 µm auf. Die gewichtete Mittlung der Porengrößen in Sandböden wird dabei durch eine Gewichtung der Werte der Porendurchmesser für Feinporen, Mittelporen und Grobporen und Bildung des arithmetischen Mittels berechnet. Gegenüber üblichen Bodenarten haben Sandböden die größten Poren und trocken deshalb rasch aus. Wenn das mindestens eine Zugangselement auf einen Sandboden eingestellt ist, welcher relativ rasch austrocknet, und welcher im Vergleich zu anderen üblichen Bodenarten die größten Poren aufweist, ist sichergestellt, dass die mittlere Porengröße bzw. Porengröße mit Maximum im mindestens einen Zugangselement größer oder gleich ist als/wie im umgebenden Erdreich. Dadurch wird zumindest keine zu hohe Bodenfeuchte angezeigt. Wenn beispielsweise die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung in ein Bewässerungssystem integriert ist, dann lässt sich dadurch verhindern, dass eine Bewässerung zu spät erfolgt. It can also be provided that the at least one access element has an adapted to sandy soil average pore size and / or in a pore distribution has a maximum at a pore size, which is adapted to a sandy soil. This average pore size or pore size with maximum is especially in the order of 22 microns. Sandy soils have an average pore size (determined by weighted averaging) of about 22.3 μm. The weighted averaging of the pore sizes in sandy soils is characterized by calculated a weighting of the values of the pore diameter for fine pores, center pores and coarse pores and formation of the arithmetic mean. Compared to common soil types, sandy soils have the largest pores and dry out quickly. If the at least one access element is set to a sandy bottom, which dries relatively quickly, and which has the largest pores in comparison to other conventional soil types, it is ensured that the average pore size or maximum pore size in the at least one access element is greater than or equal to / as in the surrounding soil. As a result, at least not too high soil moisture is displayed. For example, if the soil moisture meter is integrated with an irrigation system, then irrigation can be prevented from occurring too late.
Es ist insbesondere günstig, wenn die mittlere Porengröße oder eine Porengröße mit Maximum in dem mindestens einen Zugangselement im Bereich zwischen 10 µm und 25 µm liegt und insbesondere im Bereich zwischen 15 µm und 25 µm und insbesondere im Bereich zwischen 18 µm und 25 µm liegt. Die gewichtete Mittlung der Porengrößen sandiger Böden ergibt eine Porengröße von 22,3 µm. Es ist dadurch eine gute Anpassung erreicht. It is particularly favorable if the average pore size or a pore size with maximum in the at least one access element is in the range between 10 μm and 25 μm and in particular in the range between 15 μm and 25 μm and in particular in the range between 18 μm and 25 μm. The weighted averaging of pore sizes of sandy soils gives a pore size of 22.3 microns. It is achieved by a good adaptation.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Porenverteilung des mindestens einen Zugangselements derart ist, dass, wenn eine Porengröße von der mittleren Porengröße mehr als 25 % abweicht, eine entsprechende Häufigkeit im Vergleich zu der Häufigkeit bei der mittleren Porengröße um mindestens 75 % kleiner ist. Dadurch ergibt sich eine relative scharfe Verteilung der Porengröße um die mittlere Porengröße. It can be provided that a pore distribution of the at least one access element is such that, if a pore size deviates from the average pore size by more than 25%, a corresponding frequency is smaller by at least 75% compared to the frequency with the average pore size. This results in a relatively sharp distribution of the pore size around the average pore size.
Bei einer Ausführungsform ist die Porenverteilung derart, dass bei einer Porengröße von 10 µm und/oder 25 µm eine Häufigkeit mindestens 25 % eines Häufigkeitsmaximums beträgt. Es ergibt sich dadurch eine relative Porenverteilung, bei welcher auch noch Porengrößen von 10 µm bzw. 25 µm eine relevante Häufigkeit aufweisen. Am mindestens einen Häufigkeitsmaximum liegt dabei insbesondere eine Porengröße, welche zwischen 10 µm und 25 µm und beispielsweise bei ca. 20 µm oder 22 µm liegt. Es lässt sich dadurch mit einer monomodalen oder multimodalen Porenverteilung der Feuchtegehalt an einer Vielzahl von Bodensorten bestimmen. Durch eine solche Porenverteilung lassen sich alle typischen Porengrößen in üblichen Böden abdecken. In one embodiment, the pore distribution is such that at a pore size of 10 microns and / or 25 microns, a frequency is at least 25% of a maximum frequency. This results in a relative pore distribution, in which even pore sizes of 10 microns or 25 microns have a relevant frequency. At least one frequency maximum is in particular a pore size which is between 10 .mu.m and 25 .mu.m and, for example, about 20 .mu.m or 22 .mu.m. It can thus be determined with a monomodal or multimodal pore distribution of moisture content in a variety of soil types. Such a pore distribution can cover all typical pore sizes in conventional soils.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Zugangselement ein Sinterteil. Ein solches Sinterteil lässt sich mit seiner offenen Porosität auf relativ einfache Weise herstellen. Beispielsweise ist das Zugangselement aus Polyethylen gesintert.In one embodiment, the at least one access element is a sintered part. Such a sintered part can be produced with its open porosity in a relatively simple manner. For example, the access element is sintered from polyethylene.
Insbesondere ist das mindestens eine Zugangselement aus einem Kunststoffmaterial oder Keramikmaterial hergestellt. Mögliche Kunststoffmaterialien sind beispielsweise Polyethylen oder Polyurethan. Mögliche offenporöse Keramikmaterialien sind beispielsweise auf Cordierit-Basis oder auf Aluminiumoxid-Basis.In particular, the at least one access element is made of a plastic material or ceramic material. Possible plastic materials are, for example, polyethylene or polyurethane. Possible open-porous ceramic materials are, for example, cordierite-based or aluminum oxide-based.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Bodensonde als Spieß ausgebildet ist. Sie lässt sich dadurch auf einfache Weise im Erdreich einbringen. It is particularly advantageous if the at least one bottom probe is designed as a spit. This makes it easy to bring in the soil.
Günstig ist es, wenn eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche in signalwirksamer Verbindung mit der kapazitiven Messeinrichtung steht, durch welche insbesondere ein gepulstes elektrisches Feld an dem mindestens einen Kondensator erzeugbar ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Kapazität messen und dadurch wiederum lässt sich auf einfache Weise die Bodenfeuchte ermitteln. It is advantageous if an evaluation device is provided which is in signal-effective connection with the capacitive measuring device, by which in particular a pulsed electric field can be generated at the at least one capacitor. As a result, the capacity can be measured in a simple manner and this in turn makes it possible to easily determine the soil moisture.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention. Show it:
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung, welches in
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Bodensonde
Das Gehäuse
In dem Gehäuse
Der Träger
Der bzw. die Kondensatoren
An dem Träger
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Träger
Das erste Kondensatorelement
Der Kondensator
An dem Kondensator
Dem Kondensator
Der erste Gehäuseteil
Der zweite Gehäuseteil
Im Bereich der kapazitiven Messeinrichtung
Das Zugangselement
Mit der ersten ebenen Seite
Mit der zweiten ebenen Seite
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Zugangselement
Wenn das zweite Gehäuseteil
Das Zugangselement
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Zugangselement
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Zugangsmaterial aus Cordierit hergestellt. Es ist auch möglich, dass beispielsweise Keramikmaterialien auf Aluminiumoxid-Basis verwendet werden.In one embodiment, the access material is made of cordierite. It is also possible that, for example, alumina-based ceramics may be used.
Das Zugangselement
Durch Kapillareffekte aufgrund der offenen Porosität im Zugangselement
Eine Dicke D (vergleiche
Das Gehäuse
An dem Gehäuse
Die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung
Das Zugangselement
An der kapazitiven Messeinrichtung
Wie in
Durch das Zugangselement
Die Dielektrizitätszahl ist abhängig von dem Wasseranteil in dem Medium (Zugangselement
Aufgrund des porösen Zugangselements
Das Zugangselement
Die hydrophile Imprägnierung erfolgt insbesondere unter definierten Prozessbedingungen. Beispielsweise werden bei der Herstellung einer Vakuumimprägnierung unter Aushärten überhöhte Temperaturen durchgeführt. The hydrophilic impregnation takes place in particular under defined process conditions. For example, in the production of a vacuum impregnation with curing, excessive temperatures are carried out.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird als Imprägnierungsmaterial eine lösungsmittelbasierte Dispersion nanoskaliger Partikel verwendet. Die Wirkstoffbasis sind hydrophil oberflächenmodifizierte SiO2-Nanopartikel. Das Lösungsmittel verdampft in einem Trocknungsvorgang bei der Herstellung der Imprägnierung und es verbleibt die hydrophile innere Beschichtung aus Nanopartikeln. Das Imprägnierungsmaterial (mit Lösungsmittel) wurde zuvor unter Unterdruck in die Poren des Ausgangsmaterials des Zugangselements eingebracht.In one embodiment, a solvent-based dispersion of nanoscale particles is used as the impregnation material. The active ingredient base are hydrophilic surface-modified SiO 2 nanoparticles. The solvent evaporates in a drying process during the production of the impregnation and the hydrophilic inner coating of nanoparticles remains. The impregnating material (with solvent) was previously introduced under reduced pressure into the pores of the starting material of the access element.
Grundsätzlich ist das Zugangselement
Für einen Schluff-/Lehmboden liegt eine typische Körnung im Bereich von 0,002 mm bis 0,063 mm. Eine typische Porengröße im Boden liegt bei ca. 11,8 µm. Eine effektive Porosität für einen solchen Boden liegt zwischen 3 % und 6 %. For a silty / loamy soil, a typical grain size ranges from 0.002 mm to 0.063 mm. A typical pore size in the soil is approx. 11.8 μm. An effective porosity for such a soil is between 3% and 6%.
Zum Vergleich liegt die Körnung bei einem typischen Tonboden unterhalb von 0,002 mm. Eine typische Porengröße liegt bei 0,062 µm und die effektive Porosität liegt zwischen 0 % und 3 %. Ein solcher Tonboden ist für Wasser kaum durchlässig. For comparison, the grain size of a typical clay soil is below 0.002 mm. A typical pore size is 0.062 μm and the effective porosity is between 0% and 3%. Such clay soil is hardly permeable to water.
Aus den genannten Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Porosität im Zugangselement
Es ist dann sinnvoll, wenn eine mittlere Porengröße im Zugangselement
Die Porosität des Zugangselements
Bei einem Ausführungsbeispiel, welches in
Poren der mittleren Porengröße
Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, insbesondere um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, dass das Zugangselement
Es kann dazu vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von unterschiedlichen Zugangselementen
Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass an einer Bodensonde
Es ist auch möglich, dass eine Anpassung an unterschiedliche Bodenarten über eine eingestellte Porenverteilung an dem Zugangselement
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Porenverteilung
Die Porenverteilung
Es ist auch möglich, dass eine multimodale Porenverteilung
Durch die erfindungsgemäße Lösung, bei der ein offenporöses Zugangselement
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Zugangselement
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Zugangselement
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die kapazitive Messeinrichtung
Die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung Soil moisture measuring device
- 1212
- Bodensonde floor probe
- 1414
- Gehäuse casing
- 1616
- Erstes Gehäuseteil First housing part
- 1818
- Zweites Gehäuseteil Second housing part
- 2020
- Schraube screw
- 2222
- Richtung direction
- 2424
- Ende The End
- 2626
- Querschnittsverengung Cross-sectional narrowing
- 2828
- Träger carrier
- 3030
- Kapazitive Messeinrichtung Capacitive measuring device
- 3232
- Kondensator capacitor
- 34a34a
- Erstes Kondensatorelement First capacitor element
- 34b34b
- Zweites Kondensatorelement Second capacitor element
- 36a36a
- Erste Seite First page
- 36b36b
- Zweite Seite Second page
- 3838
- Bereich Area
- 4040
- Auswerteeinrichtung evaluation
- 4242
- Elektrisches Feld Electric field
- 4444
- Homogener Bereich Homogeneous area
- 46 46
- Streufeldbereich Stray field area
- 4747
- elektrische Isolierung electrical insulation
- 4848
- Anlagebereich plant area
- 5050
- Durchgangsloch Through Hole
- 5252
- Fensterausnehmung window opening
- 5454
- Zugangselement access member
- 5656
- Mess-Außenraum Measuring outer space
- 58a58a
- Erste ebene Seite First level page
- 58b58b
- Zweite ebene Seite Second level side
- 6060
- Erster Bereich First area
- 6262
- Zweiter Bereich Second area
- 6464
- Anlagebereich plant area
- 6666
- Innenseite inside
- 6868
- Spanneinrichtung tensioning device
- 7070
- Gehäuse casing
- 7272
- Batterieaufnahme battery tray
- 7474
- Batterie battery
- 7676
- Porenverteilung pore distribution
- 7878
- Porenverteilung pore distribution
- 80a, b, c80a, b, c
- Maxima maxima
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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