DE9003707U1

DE9003707U1 - Vorrichtung zur Messung der transportierten Menge an Nährstoffflüssigkeit durch das Xylem in einem Baumstamm

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Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1990-06-28
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Also published as: DE4010210A1; DE4010210C2

Description

Vorrichtung zur Messung der transportierten

Menge an Nährstoffflüssigkeit durch das

Xylem in einem Baumstamm

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der transportierter. Menge an Nährstoff flüssigkeit- durch das Xylem in einem Baumstamm gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Kauerung geht von einem bekannte». Verfahren zur Mees-cr.-j der transportierte Meage ar Nährstoffflüssigkeit durch das Xylssi in einem Baums tcauni s*. , bei dfcm. durcn Erhöhung einer bekannten Temperacurdifferöi , z. B. ■" C, in einem Baumsegment gec >nüber cusr natürlichen St&icatemperatur, also der Temperatur in digm nichtbeheizte». '^;i ^nrnbe 'eich, die Menge der transportierten Nährstoffflüssigkeit festgestellt wird. Die erforderliche Heizleistung, die dem Stamm über Elektroden zugeführt wird, itellt dabei ein proportionales Maß der Flußrate dar. Unter Berücksichtigung der gemessenen Tempera- ^v-differenz (z. B. 1° C) und der Leistungsaufnahme zur Erzielung der Temperaturerhöhung ist die tatsächliche Vlußmenge, die z. B. während eines gesamten Tages durch das Xylem des Baumstammes aufsteigt, bestimmbar. Dieses bekannte Verfahren ist z. B. in der Zeitschrift "Oecologia" 1985, Seiten 475 bis 483, und 1988, Seiten 519 bis 524, beschrieben.

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der vorliegenden Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung eingangs genannter Art anzugeben, die eine erdstromfreie Messung der Temperaturen und durch eine exakte und stromsparende Regelung der Heizleistung eine genauere Bestimmung der Flußmenge durch kontinuierliche Messung im Freiland ermöglicht als das bekannte Verfahren.

Die Aufgabe wird neuerungssgexnäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebene technische Lehre gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung sowie geeignete Auogesttkitungs formen der Heisvoxr' Vi-uung und deren Regulation sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben.

Der Neuerung liegt das Problem zugrunde, daß der Massenfluß im Xylem des Baumstammes nicht kontinuierlich ist sondern im allgemeinen eine hohe Zeitkonstante aufweist (Minuten bis Stunden), die sich aber auch unter umständen rasch verkürzen kann (Sekunden bis Minuten). Die3 insbesondere dann, wenn plötzlich Wetterveränderungen eintreten, wie Regen oder erhöhte Sonneneinstrahlung. Die durch das Xylem beförderte Nährstoffflüssigkeit dient zum einen dabei zur Ernährung der Pflanze und führt die Stoffe für das Wachstum heran und zum anderen befördert es die Wassermenge, die durch Verdunstung über die Kronen ausgeschieden wird. Der Volumenfluß ist also am Tage wesentlich höher als in der Nacht.

Die eingesetzte Vorrichtung nach der Neuerung wird den Anforderungen im Hinblick auf die hohe Zeitkonstante des zu steuernden Meßvorganges und der sich plötzlich verkürzenden Zfeiitkonstante durch den eingesetzten langsamen überschwingfreien Regler, wie PI-Regler, der selbstoptimierend sein sollte, aerecht. Die pulsmodulationsgesteuerte Anlegung des Wechselstromes, entweder an die Elektrodenanordnung bei einer passiven Anordnung oder bei einer aktiven an die Heizspule oder aber auch an die Ultraschallgebereinrichtung, stellt eine stromsparende Art der Leistungsübertragung dar, so daß insbesondere im Feld eine solche Meßanlage auch aus einer Batterie, z. B. aus einem wieder aufladbaren Akkumula-

tor wie er für Kraftfahrzeuge verwendet wird, eingesetzt werden kann. Für diesen Fall ist es notwendig, daß ünr Erzeugung des Wechselstromes ein Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler vorgesehen ist, der von dem Regler (PI- oder PID-Regler) derart gesteuert wird, daß die abgegebene Leistung an die die Erwärmung im Stamm erzeugenden Vorrichtungen so geändert wird, daß eine gewünschte Differenzsolltemperatur gegenüber der natürlichen Temperatur im Stamm erreicht wird. Die Spannung beträgt ca. 100 V. Die Verwendung eines überschwingungsbefreiten langsam arbeitenden Reglere ist für die Messung unerläßlich/ da aus Kompensationsgründen die Sprungantwort des Reglere möglichst von Überschwingungen befreit sein muß.

Die Erwärmung im Meßbereich kann aber auch anstelle durch Pulsmodulation, bei der der Wechselstrom über eine längere oder kürzere Zeit an die die Erwärmung bewirkenden Anordnungen am Baum angelegt wird, durch unmittelbare Frequenzveränderung des Wechselstromes an den Elektroden oder in der Heizspule und/oder durch Erhöhung der Spannung vorgenommen werden. Dasselbe trifft prinzipiell auch bei der Anwendung von Ultraschallwellen zur Erwärmung zu, die von einem Ultraschallwellengeber, &zgr;. B. einer kleinen Leistungskapsel_f der vorzugsweise in Bohrungen im Baum eingesetzt ist, erzeugt werden, dann muß jedoch erst die Resonanzfrequenz im Xylern ermittelt werden, was z. B. durch Temperaturbeobachtung beim gleichzeitigen Wobbein der Ultraschallquelle möglich ist. Wird bei einer bestimmten Frequenz ein Temperaturanstieg festgestellt, so wird diese festgehalten. Es können aber auch die Schallquellen unmittelbar außen auf dem Baum aufgesetzt werden, so daß die durchdringenden Schallwellen ebenfalls zu einer gewünschten geringfügigen Erwärmung in dem Xylem führen. Als Wärmequelle kann aber auch ein Mikrowel-

lengenerator verwendet werden, wobei die benötigte geringe Leistung zum einen durch Einstellung einer geringen Leistung des Mikrowellengenerators erzielbar ist und zum anderen durch eine pulsbreit^ngesteuerte Anschaltung der Mikrowellen an die Elektrodenanordnung. Wichtig ist dabei, daß die Messung der Temperatur in dem Xylem zum einen in der beheizten Zone und zum anderen in der unbeheizten Zone, auf die Erde bezogen, rückkopplungsfrei erfolgt, um ein Verfälschen des Meßergebnisses zu vermeiden. Zu dieeem Zweck ist die galvanische Entkopplung der Meßsensoren bzw. der diesen unmittelbar nachfolgenden Verstärker- und Signalumsetzeinheit zum Umsetzen der Thermospannung auf ein äquivalentes frequenzmoduliertes oder digitalisiertes Signal nötig.

Bei der angewandten Meßmethode wird z. B. mit der Vorrichtung ein Stammsegment oder Astsegment unterhalb der Baumkrone thermoelektrisch um eine bestimmte vorwählbare Temperatur, z. B. 1° C, über die natürliche Stamm- bzw. Asttemperatur aufgeheizt. Das wasser- und ionenhaltige Stammxylemgewebe wirkt dabei als variabler Heizwiderstand und führt bei angelegtem Wechselstrom oder pulsmodulierter Spannung zwischen mehreren im Stamm eingeschlagenen Elektroden, z. B. Stahlplattenelektroden, zur Erwärmung des Gewebes, wobei durch den Wechselstrom oder die Pulsmodulation eine Ionenwanderung vermieden wird. Die Heizelektroden erhalten nur passiv über das Gewebe Wärmezufuhr und sind daher nicht wärmer als das sie umgebende Gewebe. Anders verhält sich dies, wenn eine Heizspule eingesetzt wird, bei der im Bereich der Heizspule eine wärmere Zone entsteht, als in entfernteren Bereichen. Aber auch dies ist durch Einbringung mehrerer Heizspulen so erreichbar, wodurch ebenfalls eine angenähert gleiche Temperatur im Xylem im Bereich der Heizspulen erzielbar ist. Die Art der Stromzufuhr hat den Vorteil, daß

Anlagerungen von Ionen an den Heizelektroden und physiologische Effekte durch Temperaturgradienten auszuschließen sind. Die Heizung des Stamm- oder Astsegmentes erfolgt über mehrere, vorzugsweise fünf, vertikal und parallel in das Holz eingeschlagene Stahlplatten (10 &khgr; 70 &khgr; 1 mm, V4A Stahl), an die eine Wechselspannung bzw. ein Wechselstrom (100 bis 1000 Hz variabel) mittels eines Reglers angelegt wird. Die Heizleistung wird dabei getaktet angelegt. Es kann aber auch eine puismoduiierte Gleichspannung an die Elektroden gelegt werden, deren Pulsbreite geregelt wird. Es ist aber auch möglich, die Frequenz des Wechselstromes unmittelbar zu verändern_t um darüber eine bestimmte Heizleistungsabgabe zu erzielen, die erforderlich ist, um die Temperaturerhöhung von &zgr;. B. 1° C zu erreichen. Durch die Pulsmodulation wird die Leistungsaufnahme des Reglers sehr gering, zugleich wird über den PID-Regler erreicht, daß die Temperatur konstant aufrechterhalten wird. Nach Abzug der stets vorhandenen Wärmeverluste im Stammgewebe durch Konduktion entspricht die zugeführte Wärmemenge über die Heizelektroden der Energie, die benötigt wird, um die Nährflüssigkeit im Xylern um z. B. 1° C zu erwärmen. Diese Leistung ist proportional dem augenblicklichen Massenfiuß durch das Xylern. Die spezifische Wärmekapazität des Wassers beträgt &zgr;. B. 4.186.8 J K-¹ kg-¹ bei 15° C, so daß sich hieraus der unmittelbare Zusammenhang zwischen zugeführter Leistung und Massenfluß ergibt.

Die Temperaturdifferenz zwischen dem beheizten Stammgewebe und dem erwärmten Stammsegment wird durch zwei in Serie hintsrsi^iindergeschaltete Thermoelementblockanordnungen mit je vier Tempera tür sensoren gemessen. Die Temperaturelemente

sind zweckmäßigerweise so angeordnet, daß eine Temperaturerhöhung an der Oberkante der Heizelektrodyn, also am wärmsten Punktf zu einer positiven Thermospannung führt.

Durch die Anordnung der Temperatursensoren werden gleichzeitig horizontal und vertikal «un Stamm auftretende natürliche Temperaturgradienten kompensiert.

»r» . rH &ogr; Tournay«-hu &tgr;—

sensoren aus Kupfer-Konstantan (T/C wire, 0/1 mm) zu verwenden. Diese werden z. B. mittels Schrumpfschlauch isoliert oder in Giesharz, z. B. Protolin, in Hohlnadeln, z. B. Spritzennadeln, (Durchmesser 1,8 mm, Länge 50 mm) eingegossen. Die Spitzen der Nadeln sind zweckntäßigerweise hartverlötet und konisch angeschliffen, so daß sie in die Baumrinde eingeführt werden können. Die Thermospannung wird am Stamm in einem Verstärker in ein Stromsignal zur störungsfreien Übertragung zum Regler umgewandelt. Die Ankopplung erfolgt galvanisch getrennt, z. B. mittels Optokoppler. Als Meßdater stehen die die Thermospannung wiedergebenden digitalen oder analogen Werte an sowie die gemessene Heizleistung. Diese können auf einem Mehrksr.slpur.ktschreiber parallel aufgezeichnet und ausgewertet werden. Liegen die erfassten Daten digitalisiert vor, so können sie von einem Computer nach einem eingegebenen Programm ausgewertet werden. Es ist aber auch möglich, die digitalen Werte, die z. B. mittels eines Daten-Loggers jeweils erfasst werden, zu srii ,»ern und unmittelbar von einem Computer nach einem eingeschriebenen Programm auswerten zu lassen, um durch eine Hochrechnung die Massenflußrate in dem Stamm bestimmen zu können. Die gemessene Massenflußrate der Nährstoffflüssigkeit im Xylem des Ba^aes Qx-_ec: wird aus dem betrachteten Zeitintervall Z, z. B. während eines Tages, nach Sonnenaufgang bi» Sonnenuntergang,

der spezifischen Wärmekapazität von Wasser c, und der aufgewendeten Heizleistung F zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz T zwischen den Punkten der Sensoren nach folgender Gleichung berechnet:

- Z - k

w · T

Dabei bedeuten:

Qrec = Aufgezeichneter Xylemwasssermassenfiuß (kg HaO s~^x)

P - Heizleistung der Elektroden (J 8~^x)

Z = Zeitintervall (s)

Cw = Spez. Wärmekapazität von Wasser (J K-* kg-^x)

T = Konstante Temperaturdifferenz (K)

Eine Hochrechnung auf den Massenfluß im Stamm erfolgt über das Verhältnis von beheiztem Sektor S zum Gesamtumfang des Stammes 0 durch die dimensionslose Größe K nach folgender Formel:

K » Umrechnungsfaktor vom Heizeegment auf den Stamm

O = Umfang des Stammes in Höhe der Heizelektroden (mm) S = Abstand zwischen den beiden äußersten Heizelektroden(mm)

Aus dem gemessenen Wassermassenfluß Q»_a wird durch Subtraktion der dabei stets auftretenden Wärmeverluste an das umliegende Gewebe (Qi_io) der tatsächliche Wasserfluß durch den ^»« berechnet»

— Q

Der gemessene fiktive Wasserfluß, also der Wärmefluß durch Konduktion im Stammgewebe, ist wegen der konstanten Temperaturdiffereni ebenfalls konstant und wird während der späten Nachstunden und bei einem Dampfdruckdefizit der Umgebungsluft von 0 Pa kPa *, z. B. bei Regen, ermittelt, da dann keine Transpiration und kein Auffüllen des Stammspeichers mehr stattfindet. Die Berechnung von Q*j.o erfolgt analog den Gleichungen 1 und 2. All dies kann durch ein eingegebenes Programm im Rechner automatisch berücksichtigt werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Zeitkonstante der Heßvorrichtung nach dem Einschwingen des Reglers im Minutenbereich liegt. Grundsätzlich ist es möglich, die Steuerung der Heizungsvorrichtung und der sie speisenden Generatoren digital vorzunehmen, wenn entsprechende Steuervorrichtungen in der Heizungsvorrichtung vorhanden sind. Dies ermöglicht die Anwendung eines Zentralcomputers, wenn z. B. mehrere Meßstellen benachbarter Bäume gleichzeitig erfasst werden sollen. Der Computer kann sodann von den verschiedenen Temperatursensoren die Augenblickewerte zyklisch abfragen, auswerten und die entsprechenden Steuergrößen zur Beeeinflussung der Wechselstromgeneratoren ausgeben, damit die gewünschte Tempsifätürdifferönzerhöhung gegentibsr der natürlichen Tempera-

tür im Xylern erzielt wird, um aus der Differenzmeßmethode über die aufzuwendende Heizleistung wiederum unmittelbar vom Computer die augenblickliche Flußrate ermitteln zu können. Daraus abgeleitet errechnet dann der Rechner mittels des eingeschriebenen Programmes die Menge der aufsteigenden Nahrflüssigkalt während eines Zeitraumes, z. B. während eines gesamten Tages. In weiterer Ausgestaltung ist es aber auch möglich, die Augenblickswerte der Tesnpssatur sind die abgegebene Leistung in einem Speicherbaustein der Vorrichtung abzuspeichern und die Werte zyklisch von einem Computer abzufragen oder 3i&ldquor;..-lia ncu_ii Beendigung dsr Messung, z. B. S-' -es Tagesablaufes, auszulesen ©nd auszuwerten.

Die Käu^rung wird nachfolgend anhaud des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiexe* tsLnes. Vorrichtung und deren Einsatz näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes eine Vorrichtung gemäß der Neuerung;

Fig. 2 eine Anordnung der Elektroden und der Meßstellen;

Fig. 3 einen Zeitablauf einer Meßperiode über einen Tag und

Fig. 4 die Gegenüberstellung der gemessenen Temperatur der elektrischen Heizleistung und der Flußrate in einem Baum, die proportional zur elektrischen Leistung verläuft.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß die Aufheizung der beheizten Baumsegmentzonen mittels Elektroden in Form von Stahlplatten erfolgt. Beispielhaft sind nur zwei Elektroden la und Ib dargestellt. Diese Elektroden la und Ib werden von ein»m Stromgenerator 2 gespeist. ut> d zwar über einen di . Pulsmodulation bewirkenden Schalter 3/ der in die Stromversorgungsleitung geschaltet ist und von einem Regler 4, einem PID-Regler, pulsweise mit einer variablen Frequenz von z. B. 100 Hz bis 1000 Hz leitend geschaltet wird, so daß über die PulsfrequeK^: gezielt eine Heizleistung an die Elektroden la und Ib abgegeben werden kann, um die gewünschte Temperaturerhöhung in dem Stamm gegenüber der natürlichen Temperatur des Stammes zu erreichen. Die Spannung beträgt z. B. 100 V. Die abgegebene Leistung wird mittels des Leistungsmessers 5 ermittelt und einer Auswerteschaltung 6 zugeführt. Es kann aber auch parallel dazu eine Anzeige der augenblicklichen Leistung erfolgen. Auch können diese Werte auf einen Analog- oder Digitalschreiber bei Anliegen einer digitalisierten Leistungsangabe aufgezeichnet werden. Die Temperatur im Stamm wird mittels der Temperatursensoren 7 und 8 ermittelt. Zum einen sind Temperatursensoren 7 für aie Ermittlung der Temperatur im nichtbeheizten Meßbereich und Temperatursensoren 3 zur Ermittlung des beheizten Temperaturbereiches vorgesehen. Die Temperatursensoren bestehen zweckmäßigerweise aus Thermoelementen der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Art. Die temperaturabhängige Thermospannung wird mittels der Verstärker 9 und 10 verstärkt. Diese Verstärker weisen zugleich eine Umsetzeinheit auf, die analoge Temperaturopannungen in ein übertragbares Signal tunsetzt, z. B. in ein Frequenzsignal oder in ein Digitalwort, das jeweils die Temperatur angibt. Diese digitalisierten Signale oder Frequenzsignale werden moduliert oder unmoduliert ttbar Optokoppler 11 und 12

erdfrei nn die Meßeingänge des Reglers 4 übertragen. Zugleich werden sie aber auch an die Meßeingönye der A"«wyrteschaltung 6 gelegt. Anhand der Temperaturvorgaben ermittelt der PID-Regler eine Stellgröße, mittels der die Schalter der Schaltvorrichtung 3 gesteuert werden. Um die Anlage autark betreiben zu können, ist es möglich, den Wechselstromgenerator und die weiterhin nicht dargestellten Stromvereorgungsleitungen für den PID-Regler und die Schaltvorrichtung und auch für die Auswerteschaltung von einer Batterie 13 zu speisen, z. B. einem Akkumulator, wie er in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Daneben kann aber auch durch entsprechend vorgesehene Zwischenschalter 16 der Generator 2 an ein Wechselstromnetz 14 angeschaltet werden, wenn die entsprechenden Vorrichtungen hierfür vorgesehen sind. Die zwischengeordneten Schalter 15 und 16 werden dabei jeweils wechselweise angeschaltet, so daß die Vorrichtung an die jeweilige Stromquelle angeschlossen wird.

Ein Schema der Anordnung der Elektroden und der Meßpunkte ist aus Fig. 2 ersichtlich. Verwendet werden fünf vertikal angeordnete Elektroden mit den Bezugszeichen 21, 22, 23, 24 und 25. Diese sind vertikal und parallel in das Holz eingeschlagen und bestehen z. B. aus Stahlplatten 10 &khgr; 70 &khgr; 1 mm, &zgr;. B. aus V4A Stahl. Die Verbindungsleitungen dieser Elektroden zu der sie versorgenden Steuereinheit sind nicht dargestellt. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden beträgt z. B. 15 mm. Die zwei Thermoelemente C und E sind oberhalb der Elektroden 22 und 23 angeordnet, so daß eine Temperaturerhöhung an der Oberkante der Heizelektroden, also am wärmsten Punkt, zu einer positiven Thermospannung führt. Der Abstand zwischen den Thermoelementen C und E beträgt ebenfalls 15 mm, der Abstand zwischen den Thermoelementen C und D und E und F hingegen 500 bis 700 mm, während der Abstand

zu den Elektroden B und H ca. 100 bis 155 mm beträgt, ebenso wie der Abstand zwischen den Elektroden B und A und H und G. Die Wechselspannung des Wechselspannungsgenerators sollte 100 V nicht überschreiten. Die Thermoelemente sind in Reihe geschaltet. Die Anordnung der Thermoelemente ist so gewählt, daß gleichzeitig horizontal und vertikal im Stamm auftretende natürliche Temperaturgradienten kompensiert werden.

Die Thermoelemente brauchen aber nicht unbedingt in Reihe geschaltet zu werden, sondern können, wie in Fig. 1 dargestellt, aufgeteilt einzeln angeordnet sein, so daß zum einen die Temperatur im beheizten Bereich und die Temperatur im nichtbeheizten Bereich erfasst wird. Als Heizleistung wird z. B. an das Xylem des Baumstammes 1 Watt und mehr abgegeben und zwar über einen gesamten Tagesablauf, wie in Fig. 3 beispielhaft konstant angegeben ist. Die Abgabe erfolgt aber nicht konstant, da sonst auf eine Temperaturerhöhung um z. B. 1° C, wie aus der unteren Darstellung in Fig. 3 ersichtlich, nicht hingeregelt werden kann. Vielmehr muß gerade durch den PID-Regler die Heizleistung zeitlich so angelegt werden, daß unter Berücksichtigung des momentanen Massenflusses die gewünschte Solldifferenztemperatur (1° C) erreicht wird. Dies bewirkt der PID-Regler in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten unter Berücksichtigung der Sollwertvorgabe.

Ein über einen Zeitraum von 7.00 Uhr bis 21.00 Uhr gemessener Temperaturverlauf ist aus Fig. 4, unterer Kurvenverlauf, ersichtlich. Um diese Temperatur konstant zu halten, ist es erforderlich, daß den Elektroden la und Ib in Fig, I eine Heizleistung gemäß der mittleren Kurve in Fig. 4 zugeführt wird. Es erfolgt somit eine Leistungserhöhung bis auf knapp 3 Watt zu bestimmten Zeiten, um die gewünschte Temperatur-

differeuz zu erhalten, da sich mit dem Massefluß auch ständig de.*, spezifische Widerstand in dem Xylem ändert. Proportional zu der Leistung steht die Flußrate gemäß dem oberen Bild in Fig. 4. Diese Kurvenwerte können nun über die Auswerteschaltung 6 in Fig. 1 erfasst und einzeln oder bereits vorbereitet an einen Computer 15 übertragen werden. Der Computer wertet die anliegenden Informationen nach der im vorhergehenden Abschnitt angegebenen Berechnungemethode aus. Es versteht sich von selbst, daß für die Auswertung ein geeignetes Computerprogramm mit den dazu gehörenden Algorithmen bereitgestellt werden muß.

Als Endergebnis kann sowohl die geforderte Menge an Nährstoff flüssigkeit des Baumes, die durch das Xylem gefördert wird, festgestellt werden oder aber auch die augenblickliche Flußrate, die merklich wetterumschwungsabhängig beeinträchtigt wird, z. B. durch intensive Sonneneinstrahlung, was zu einer erhöhten Transpiration der Baumkrone führt, aber auch durch plötzlich einsetzenden Regen und Abkühlung. Um die Temperaturgradienten innerhalb des Bereiches der Thermoelemente zu verringern und deren Änderung, z. B. bei kurzfristiger Strahlungsexposition des Stammes, zu verlangsamen, ist es zweckmäßig, die Heizelektroden nach oben und nach unten je ca. Im mit Alu-beschichteter Steinwolle zu isolieren und gegen Strahlung und Feuchtigkeit abzudichten. Die Abdichtung gegenüber dem Stamm soll auch das Eindringen von Regenwasser in den Meßbereich verhindern, so daß ein unverfälschtes Meßergebnis erzielt werden kann. Die Heizelektroden werden beispielsweise in einer Höhe von 1,5 bis 2 m über dem Bcuen mit einem Spezialwerkzeug in einem Abstand von 15 mm bis zur Tiefe des aktiv wasserleitenden Splints, in der Regel bei einem Baum mit einem Stammdurchmesser von 30 cm, ca. 40 mm tief eingeschlagen. Die Löcher für die

Thermoelemente können &zgr;. &Bgr;. mit einem Holzbohrer eingebracht werden. Versuche haben gezeigt, daß selbst nach einer Keßperiode von 18 Monaten die Anlage noch voll funktionsfähig ist und keine sichtbaren Nekrosen im Stamm entstehen.

Durch die besondere Art der Ausbildung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist es möglich, die Temperaturen ganz genau zu erfassen und ein besondere langsames Regelverhalten zu erzielen, ohn-D daß Oberschwinger des Reglers gegeben sind. Die Anlage ist besonders leistungsarm, so daß auch der Betrieb mittels eines Akkumulators möglich ist, da bei Messungen im Feld (Wald) nicht überall Wechselstromnetze zur Verfügung stehen.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Messung der transportierten Menge an Nährstoffflüssigkeit durch das Xylem in einem Baumstamm mit einer Heizvorrichtung zur Erhöhung der Temperatur im Meßbereich auf eine konstante Temperatur oberhalb der Temperatur im unbeheizten Baumstamm und mit einem -Leistungsmesser zur Erfassung der zugeführten Heizleistung, die ein proportionales Maß der augenblicklichen Flußrate ist, und mit einem Regler für die Heizvorrichtung mit mehreren Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur im unbeheizten und beheizten Bereich des Baumstammes, gekennzeichnet durch eine aktive Heizvorrichtung, mit der eine oder mehrere mit Wechselstrom gespeiste Heizspulen verbunden sind, oder durch eine passive Heizvorrichtung, an der Eiaktroden (la, Ib, 21 bis 25) oder Ultraschallwellengeber angeschlossen sind, die in einem Baumeegment oder im Meßbereich des Baumstammes oder Astes aufsetzbar oder in das Xylem einsetzbar sind und denen strom mit einer bestimmten Frequenz zugeführt wird oder an die eine bestimmte Spannung angelegt ist, welche Heizvorrichtung mit einem langsam arbeitenden überschwingungsbefreiten Regler (4) verbunden ist, an den in dem Meßbereich elneetzbare Temperatursensoren (7, B), die elektrische Signale erzeugen, über zwiechengefUgte Kop-

plungselemente galvanisch entkoppelt verbunden sind, und durch eine Auswerteschaltung, die mit der Heizvorrichtung und dem Regler (4) verbunden ist, die die Temperatur im Meßbesreicb auswertet.

2. Vorrichtung nach ikispzuch 1 mit in einem Baumsegmsnt ir einem Heßbereich des Baumstammes oder des Astes vertikal bzw. parallel zur Längsachse und parallel einschlagbaren Elektrc 3ii (la, Ib, Zl, 22, 23, 24, 25) oder einer ein- oder auflegbaren Heizspule, dadurch gekennzeichnet, daß ein ftechselstromgenerator (2) oder ein Pulsgenerat, i mit einem Einsteller für die Frequenz vorgesehen ist, der mit dem Regler (4) verbunden ist und in Abhängigkeit der erfaßten Temperaturerhöhung im beheizten Meßbereich gegenüber der Temperatur im unbeheizten Meßbereich des Baumstammes unter Berücksichtigung einer Sollwertdifferenzvorgabe gesteuert variiert oder bei Einstellung einer festen Wechselstromfrequenz einen Schalter (3) in der Stromzuführungsleitung getaktet ein- und abschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zur galvanischen Entkopplung der Signale der Temperatürsensoren Optokoppler (11, 12) in den Signalweg geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursensoren (7, 8) Thermoelemente aus thermoelektrischen Metal!kombinationen, wie Kupfer-Konstanten, sind, deren Thermospannung in einem Verstärker (9, 10) verstärkt und in einem Stromsignal zur störungsfreien übertragung umgewandelt wird, oder ein Thermistor ist.

' &igr; m &uacgr;

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5. Vorrichtung nach Anspruch l, gekennzeichnet durch einen Gleichetrom/Wechselstrom-Randler (2) mit steuerbarer oder einstellbarer Frequenz, der an eine Batterie oder einen Akkumulator (13) angeschlossen ist* die auch die Verscrgunesspannung für deai Regler (4) direkt: oder über den Gleichstrom/Wechselstrom-Wandier (2) liefern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennz e lehnet, daß die Elektroden (la, Ib, 21 bis 2ü'_f Stahlplatte«

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a <S &eegr; r c h g e k e &eegr; ngeke &eegr; zeichnet, daß wr-.'c der Heizvorrichtung fünf Elektroden (21 bis 25) v@z±s_^lji si d, die in ein Baumstammse^ment vertikal und parallel einschlagbar sind, und daß mit dem ztegl&r (4) zwei in Serie hintereinander geschaltete Thermoelement mreihen mit je vier Temperatursensoren verbunden sind, die im Meßbereich des Baumstammes so anyc vrdnet sind, daß eine Temperaturerhöhung an der Oberkante der Heizelektroden zu einer positiven Thermospannung führt, wobei gleichzeitig horizontal und vertikal im Stamm auftretende natürliche Temperaturgradienten kompensiert werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement mit Giesharz in eine Hohlnadel eingegossen ist, und daß die Spitze der Nadel hartverlötet und konisch angeschliffen ist oder aus Hartplastik besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und/oder die Heizvorrichtung voneinander thermisch durch eine Isolieirvmg getrennt «ind und mit einer übergezogenen Folie gegen Eindringen vcs .egenwasser isoliert sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Thermospannung der Temperatursensoren für den beheizten und unbeheizten Bezieh und die gemessene Heizleistung über Leitungen an einer Auswerteschaltung (6) oder einem Computer (15) anliegen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung eine Mikrowellenquelle vorgesehen ist.