DE102020003382B4 - Feuchtemessvorrichtung mit antibakterieller Wirkung - Google Patents

Abstract

Feuchtemessvorrichtung mit folgenden Merkmalen:- einem stabförmigen Grundkörper (1) aus Kunststoff oder Keramik,- einem Mikrowellen-Sensor (2), der innerhalb des Grundkörpers (1) angeordnet ist, wobei der Mikrowellen-Sensor (2) in- einem hydrophilen Material (5) eingebettet ist und das hydrophile Material (5) von- einem wasserdurchlässigen, antibakteriell wirkenden Metallgebilde (4) vollständig umgeben ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur langzeitstabilen Messung der Bodenfeuchte.
• Derartige Vorrichtungen sind z. B. aus den Dokumenten DE 201 05 302 U1 , US 3 553 573 A oder DE 102 61 138 B4 bekannt.
• Aus dem Stand der Technik sind Bodenfeuchtesensoren bekannt, die auf der Messung der Dielektrizitätskonstanten des umgebenden Mediums basieren. Dabei wird die Veränderung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises gemessen. Wenn der Wassergehalt des Bodens sich verändert, verändert sich auch die Dielektrizitätskonstante des Bodens. Insofern ist die Veränderung der Resonanzfrequenz ein Maß für die Bodenfeuchte.
• Allerdings weisen Messungen mit derartigen Messvorrichtungen große Messfehler auf. Das hat folgende Gründe: Der Boden besteht aus verschiedenen Stoffen, die sehr unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Die Dielektrizitätskonstante εr von anorganischer Erde liegt bei 2 bis 4. Wasser, das den Pflanzen zur Verfügung steht, d.h. das nicht in der Erde eingebunden ist, hat eine Dielektrizitätskonstante von ca. er = 81. Die Dielektrizitätskonstante von Luft zwischen den Erdpartikeln beträgt ca. εr = 1. Wenn das Wasser in Ton oder Lehm eingebunden ist, haben diese Stoffe eine Dielektrizitätskonstante εr von 20 bis 40. Die Dielektrizitätskonstante von Wurzeln liegt bei εr = 50 bis 70, die von Bodeninsekten und Mikroorganismen bei εr = 10 bis 30. Da die Volumenanteile der oben aufgeführten verschiedenen Komponenten innerhalb des Messvolumens nicht bekannt sind, ist eine genaue Messung nicht möglich. Weiterhin verändern sich auch diese Volumenanteile über die Zeit. Besonders der Volumenanteil der Wurzelmasse nimmt zu.
• Ein weiterer Aspekt, der die Messgenauigkeit beeinflusst, ist das Volumen, das von der Sensoranordnung erfasst wird. Je kleiner das Volumen ist, in welchem die Messung durchgeführt wird, desto größer ist der Messfehler besonders dann, wenn die Dielektrizitätskonstante εr sich in dem zu messenden kleinen Volumenanteil ändert. Wenn sich z. B. ein Regenwurm im Messbereich der Sensoranordnung aufhält, dann wird durch seine temporäre Anwesenheit die Feuchtemessung verfälscht. Die Verfälschung ist umso größer, je kleiner das Messvolumen ist.
• Um den Messfehler der Dielektrizitätskonstanten εr zu verringern, wurden bisher zwei Wege beschritten.
• Weg a: Es wurde versucht, durch Bildung eines Mittelwertes aus den einzelnen Volumenanteilen innerhalb eines großen Messvolumens den Messfehler zu verringern. Zum Erfassen eines großen Messvolumens musste der Sensor entsprechend konstruiert und zwangsläufig vergrößert werden. Solche Sensoren müssen auch mit erhöhter Energie betrieben werden, was leistungsstärkere Batterien oder einen häufigen Batteriewechsel erforderlich macht. Außerdem ist es arbeitsaufwändig, großvolumige Sensoren an einen neuen Standort zu versetzen.
• Weg b: In dem Dokument US 7042234 B2 wird vorgeschlagen, aus einer homogenen Mischung aus verschiedenen Materialien einen definierten und homogenen Körper zu formen, der als Messvolumen dienen soll, so wie in den 5a - 5i gezeigt. Diese Messanordnung ist zur Messung der Bodenfeuchte prinzipiell geeignet. Allerdings verändert sich die Zusammensetzung des Messvolumens mit der Zeit, was eine Neukalibrierung erforderlich macht. Die Veränderung der Dielektrizitätskonstanten εr wird durch den Einfluss von Mikroorganismen und deren Stoffwechselprodukten auf die verschiedenen Materialien bewirkt, die untereinander chemisch reagieren.
• Eine Neukalibrierung bedeutet, dass der Sensor ausgegraben, gereinigt, kalibriert und wieder eingegraben werden muss. Diese Vorgehensweise ist außerordentlich unpraktisch.
• Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Sensor zur Messung der Bodenfeuchte bereitzustellen, der eine hohe Langzeitstabilität und eine gute Messgenauigkeit aufweist.
• Diese Aufgabe wird mit einem Sensor nach Anspruch 1 gelöst.
• Der Sensor weist einen Mikrowellensensor auf, der in einem hydrophilen Material eingebettet ist. Dieses hydrophile Material wird nach außen von einem Metallgitter oder Lochblech begrenzt. Dieses Metallgitter oder Lochblech definiert das Messvolumen, sodass Veränderungen der Dielektrizitätskonstanten er außerhalb des Messvolumens keinen Einfluss auf die Messung haben. Weiterhin ist das Metallgitter oder Lochblech mit einem antibakteriell wirkenden Material beschichtet oder das verwendetet Metall selbst hat antibakterielle Eigenschaften. Kupfer oder Silber und deren Legierungen, wie z. B. Messing, weisen diese antibakteriellen Eigenschaften auf.
• Überraschender Weise wurde festgestellt, dass das hydrophile Material, welches z. B. ein Kunststofffilz sein kann, nicht von Mikroorganismen besiedelt wird und auch keine Wurzeln eindringen. Der Erfinder führt diese positive Wirkung auf die antibakteriellen Eigenschaften des Metallkäfigs zurück. Möglicherweise bewirken auch die im Inneren des Metallkäfigs wirkenden Mikrowellen noch zusätzlich, dass sich keine Mikroorganismen in dem Filz ansiedeln. Da sich keine Mikroorganismen ansiedeln, bleibt auch die Dielektrizitätskonstante εr weitgehend konstant, sodass mit dieser Konstruktion die Aufgabe der Erfindung gelöst wird, nämlich die Bereitstellung einer Vorrichtung zur langzeitstabilen Messung der Bodenfeuchte.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Filz einen runden Querschnitt auf und der Metallkäfig ist als Hülse mit Durchbrüchen ausgebildet, durch die hindurch Wasser in das Messvolumen eindringen kann. Diese Bauform ist einfach herstellbar und leicht in den Boden einbringbar.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Zeichnung erläutert:
• 1 zeigt die Erfindung im Querschnitt.
• Die Erfindung ist als stabförmige Sonde mit einer Spitze ausgebildet, damit sie leichter in den Boden einsteckbar ist. Der Grundkörper 1 besteht aus Plastik oder Keramik. Innerhalb des Grundkörpers 1 ist ein Mikrowellensensor 2 angeordnet, der mit elektrischen Anschlussleitungen 3 elektrisch und signaltechnisch verbunden ist. Der Mikrowellensensor 2 ist in einem hydrophilen Material 5 eingebettet, in diesem Anwendungsfall wird ein Filz aus Kunststofffasern eingesetzt. Das hydrophile Material 5 ist mit einem Metallgebilde 4 umgeben, das ein Geflecht aus Metalldrähten ist. Alternativ kann auch ein Metallblech mit Löchern verwendet werden. Als Metalle werden Kupfer oder Silber verwendet, die auch als Schicht auf einem mechanisch stabilen Material, z.B. Stahldraht oder Stahlblech aufgebracht sein können. Der Boden, dessen Feuchte zu messen ist, ist mit dem hydrophilen Material 5 in Kapillarverbindung, sodass über die Kapillarwirkung das im Boden enthaltene Wasser in das hydrophilen Material 5 eindringt. Das hydrophile Material 5 weist eine vorbestimmte Dielektrizitätskonstanten er auf, die lediglich von dem eingedrungenen Wasser beeinflusst wird.
• Das Geflecht aus Metalldrähten oder das Metallblech mit Löchern weisen wenigsten zwei Effekte auf, die sich positiv auf die Messgenauigkeit auswirken: Das Messvolumen ist genau begrenzt, da das Metallgitter oder das Metallblech ein Austritt der Mikrowellen aus dem Messvolumen verhindert. Die antibakterielle Eigenschaft des Metallgitters oder des Metallblechs verhindert das Eindringen von Mikroorganismen oder Wurzeln. Somit bleibt die Dielektrizitätskonstanten er des hydrophilen Materials 5 konstant und die Messgenauigkeit und die Langzeitstabilität des Sensors steigen.

Claims (5)

1. Feuchtemessvorrichtung mit folgenden Merkmalen: - einem stabförmigen Grundkörper (1) aus Kunststoff oder Keramik, - einem Mikrowellen-Sensor (2), der innerhalb des Grundkörpers (1) angeordnet ist, wobei der Mikrowellen-Sensor (2) in - einem hydrophilen Material (5) eingebettet ist und das hydrophile Material (5) von - einem wasserdurchlässigen, antibakteriell wirkenden Metallgebilde (4) vollständig umgeben ist.
2. Feuchtemessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metallgebilde (4) aus Kupfer oder Messing besteht.
3. Feuchtemessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metallgebilde (4) eine Silberbeschichtung aufweist.
4. Feuchtemessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metallgebilde (4) ein Lochblech ist.
5. Feuchtemessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metallgebilde (4) ein Drahtgeflecht ist.

Images