EP2877842A1 - Capacitive device for measuring the moisture content of soil and having a porous access element - Google Patents

Capacitive device for measuring the moisture content of soil and having a porous access element

Info

Publication number
EP2877842A1
EP2877842A1 EP13736869.2A EP13736869A EP2877842A1 EP 2877842 A1 EP2877842 A1 EP 2877842A1 EP 13736869 A EP13736869 A EP 13736869A EP 2877842 A1 EP2877842 A1 EP 2877842A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
access element
soil moisture
soil
moisture measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13736869.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gottfried Benzler
Bernhard Beck
Daniel MANOCCHIO
Christine REEß
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfred Kaercher SE and Co KG
Original Assignee
Alfred Kaercher SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alfred Kaercher SE and Co KG filed Critical Alfred Kaercher SE and Co KG
Publication of EP2877842A1 publication Critical patent/EP2877842A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity

Definitions

  • the invention relates to a soil moisture measuring device with at least one bottom probe.
  • 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.
  • the soil whose moisture content is measured is, for example, a garden soil, an agricultural soil or a soil in a flower pot.
  • a device for measuring the soil moisture in which the moisture content of the measuring base can be determined from a capacitance measurement, wherein a dielectric of known porosity and pore size is arranged in the electric field between electrodes of a measuring capacitor and brought into contact with the measuring bottom ,
  • WO 2010/097689 A1 discloses a system for determining the state and / or changes in the state and / or condition of a potted plant and for displaying the determined state and / or the change to an owner or user by means of wireless communication.
  • Sensors for measuring the temperature and / or humidity of the earth are provided in or on a planter.
  • US 2011/0043230 A1 discloses a device for measuring the moisture content in a material.
  • From US 2010/0251807 AI another device for determining the moisture content is known.
  • From DE 102 02 198 AI is a device for measuring the matrix potential in the material with a water content measuring device and a reference kör per, which is brought into contact with the measurement object and allows the ingress of water, the relationship between water content and matrix potential is already known in the reference body, known.
  • the reference body consists at least in sections of fibers.
  • EP 0 259 012 B1 discloses an electronic moisture meter comprising an oscillation device which has a square wave pulse signal generator, a humidity sensor which is connected to the rectangular wave pulse signal generator and which presents variable characteristics with the change in humidity of the atmosphere and a passive element connected to the rectangular pulse signal generator and constituting a time constant circuit having characteristics of the humidity sensor, the passive element being of a type different from the humidity sensor, and the oscillator producing square wave pulse signals corresponding to changes in the characteristics of the humidity sensor.
  • an electric sensor unit for groundwater which comprises electrodes which are embedded in a granular porous medium. The medium is enclosed in a porous ceramic cup.
  • a device comprising at least one sensor consisting of a temperature sensor and a means for heating the same, as well as a circuit consisting of an evaluation and a control unit, the heating of the heatable temperature sensor and the determination of the moisture content of a
  • Sensor surrounding medium serves, known. Between the sensor and surrounding medium, an intermediate layer is arranged, wherein the sensor is surrounded by this intermediate layer of an absorbent, mechanically deformable and thermally insulating material made of synthetic fibers and / or felt.
  • the object of the invention is to provide a soil moisture measuring device of the type mentioned at the outset, by means of which the moisture content can be determined in a simple and reliable manner.
  • 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 the capacitive measuring device is arranged on the carrier, and at least one access element, which covers the capacitive measuring device towards a measuring outer space, which is open-porous and which is impregnated with a hydrophilic material, comprises.
  • the open-porous access element provides for the coupling of the capacitive measuring device to the monitored Ground. It will get a good ground contact. Corresponding measurement signals can be achieved independently of the soil type.
  • 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.
  • 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.
  • Access path for water provided to measure the moisture content of the soil can. 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.
  • the access element represents a porous medium between the measuring floor and the capacitive measuring device.
  • the hydrophilic impregnation does not limit the water transport through the open porous access element. 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.
  • the carrier is formed on at least one side on which the capacitive measuring device is arranged.
  • 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 is 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, this stray field is correspondingly influenced, ie the dielectric constant changes.
  • the at least one access element contacts electrical insulation for the first capacitor element and the second capacitor element directly and in particular without a gap, and in particular if the electrical insulation touches 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 even Not.
  • 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.
  • 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. As a result, in particular the access element with its open porosity and impregnation can be produced in a simple manner.
  • a clamping device is provided, through which the at least one access element is clamped to the carrier and pressed against it. This allows a direct and in particular gap-free contact between the capacitive measuring device and the
  • 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.
  • a clamping device is realized, which braces the at least one access element to the housing and thereby presses against the capacitive measuring device.
  • the second housing part expediently has at least one window recess for the at least one access element, wherein the at least one access element has a particularly circumferential contact surface for engagement 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. Through the contact surface can be on the second Housing part press the at least one access element against the carrier with the capacitive measuring device.
  • 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.
  • the at least one access element is applied to the carrier.
  • the at least one access element and the carrier are directly connected to each other.
  • the at least one access element forms the support for the capacitive measuring device, that is to say the capacitive measuring device is arranged directly on the at least one access element.
  • 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.
  • a soil moisture content can be reliably determined by determining the capacity of the at least one capacitor.
  • 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%.
  • the ability of the water transport in the at least one access element as medium medium is 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.
  • sandy soil has an effective porosity of 10% to 15%. If the porosity is then greater than or equal to 15%, then acts at least one access element not limiting for water transport 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%. 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.
  • the pore distribution is monomodal or multimodal.
  • 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, there may be one or more secondary maxima at 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.
  • 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. At a wide monomodal pore distribution can determine the moisture content of different types of soil.
  • 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 differ with respect to the average pore size
  • Access elements are provided and / or are provided with respect to the average pore-sized different access elements for replacement at the at least one bottom probe.
  • 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.
  • 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 in particular of the order of 22 pm.
  • Sandy soils have a mean pore size (determined by weighted averaging) of about 22.3 ⁇ m.
  • the weighted averaging of the pore sizes in sandy soils is calculated by weighting the values of pore diameters for fine pores, center pores and coarse pores and forming the arithmetic mean.
  • 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 with 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 is as / 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, it can prevent irrigation from occurring too late.
  • the mean pore size or a pore size with maximum in the at least one access element lies in the range between 10 ⁇ m and 25 ⁇ m and in particular in the range between 15 ⁇ m and 25 ⁇ m and in particular in the range between 18 ⁇ m and 25 ⁇ m.
  • the weighted averaging of the pore sizes of sandy soils results in a pore size of 22.3 ⁇ m. It is achieved by a good adaptation.
  • 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.
  • the pore distribution is such that at a pore size of 10 pm and / or 25 pm, a frequency is at least 25% of a frequency maximum. This results in a relative pore distribution, in which even pore sizes of 10 pm or 25 pm have a relevant frequency.
  • At least one frequency maximum is in particular a pore size which is between 10 pm and 25 pm and, for example, about 20 pm or 22 pm. It can be characterized by a monomodal or multimodal pore distribution of Determine moisture content in a variety of soil types. Such a pore distribution can cover all typical pore sizes in conventional soils.
  • 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.
  • the access element is sintered from polyethylene.
  • the at least one access element is made of a plastic material or ceramic material.
  • plastic materials are, for example, polyethylene or polyurethane.
  • Possible open-porous ceramic materials are, for example, cordierite-based or aluminum oxide-based.
  • the at least one bottom probe is designed as a spit. This makes it easy to bring in the soil. 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.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of an embodiment of a soil moisture measuring device according to the invention
  • Figure 2 is a schematic enlarged view of the area A of Figure 1
  • Figure 3 is a schematic representation of a soil moisture measuring device in which a soil probe is arranged in a measuring space and schematically the conditions at the soil probe
  • Figure 4 shows a pore distribution in one embodiment of a
  • Figure 5 shows a further pore distribution in a further Aus
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a soil moisture measuring device according to the invention, which is shown in an exploded view in FIG. 1 and denoted there by 10, comprises a soil probe 12.
  • This soil probe 12 is designed as a ground spike; it can be plugged into the ground, for example, in a flower pot or in a garden.
  • the bottom probe 12 includes a housing 14 having a first housing part 16 and a second housing part 18.
  • the second housing part 18 is connected to the first housing part 16, for example via
  • the housing 14 extends in a direction 22.
  • the housing 14 is formed in an area along the direction 22 at least approximately cuboid. At one end 24 has the
  • This cross-sectional constriction 26 is formed, for example, by the fact that the Housing 14 is formed at the end 24 pyramidal, tetrahedral or conical.
  • a carrier 28 is arranged in the housing 14.
  • the carrier 28 is designed in particular as a circuit board.
  • a capacitive measuring device 30 which (at least) has a capacitor 32 (see Figure 2) with a first capacitor element 34a (first electrode) and a second capacitor element 34b (second electrode).
  • the carrier 28 is plate-shaped. It has a first planar side 36a and a second planar side 36b. The first side 36a and the second side 36b are parallel to each other.
  • the capacitor or capacitors 32 are arranged on the first side 36a.
  • the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b are formed by respective planar capacitor plates in particular in the form of conductor tracks on the carrier 28.
  • the corresponding metallic material of the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b is in particular applied directly to the carrier 28.
  • the capacitor 32 is a plate capacitor.
  • leads to the capacitor 32 in the form of traces are arranged on the carrier 28 (not shown in the drawings).
  • a trace forming a lead and a trace forming a capacitor element 34a, 34b i.e., an electrode
  • an electrode has larger transverse dimensions than a lead.
  • the carrier 28 includes an area 38 that lies outside of the ground probe 12. In this area 38, an evaluation device 40 is arranged on the carrier 28.
  • the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b are spaced apart from each other with a non-conductive (dielectric) intermediate region.
  • the capacitor 32 is controlled via the evaluation device 40. He is driven in particular pulsed.
  • a pulse frequency is for example in the kHz range.
  • An electric field 42 (FIG. 2) is formed on the capacitor 32 between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b.
  • the electric field 42 has a homogeneous region 44 and a stray field region 46.
  • the field lines of the electric field 42 extend unbraked between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b.
  • the stray field region 46 the field lines are curved outside the gap between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b.
  • the capacitor 32 and preferably also the leads is associated with an electrical insulation.
  • the electrical insulation is indicated in Figure 2 by the reference numeral 47.
  • an insulating layer 47 is arranged on the carrier 28, which covers the Kodensatoren 32 and the leads.
  • the first housing part 16 has a contact region 48, which is adapted in its shape to the carrier 28. At this investment area 48 of the carrier 28 is located.
  • the carrier 28 is provided with through holes 50, through which respective screws 20 are immersed.
  • the second housing part 18 encloses the housing 14. It is held by the fixing of the second housing part 18 with the first housing part 16 and the carrier 28 in the housing 14. In the area of the capacitive measuring device 30, the second housing part 18 has a continuous window recess 52.
  • An access element 54 is seated in the window recess 52.
  • the access element 54 covers the capacitive measuring device 30 to a measuring outer space 56 on the window recess 52.
  • the access element 54 represents the actual measuring interface of the capacitive measuring device 30 to the outer space (when the ground probe 12 is in a ground, towards the ground) is.
  • the access element 54 facing the capacitive measuring device 30, has a first planar side 58a. Further, in one embodiment, it has opposite a second planar side 58b.
  • the access element 54 directly adjoins the capacitor (s) 32 without a gap.
  • Window recess 52 penetrated, so that the access element 54, for example, is flush with an outer side of the second housing part 18 or protrudes beyond this.
  • the second planar side 58b of the access element 54 can also be set back relative to the outside of the second housing part 18.
  • the access element 54 is formed as a plate, which encompasses a first region 60 and a second region 62.
  • the first region 60 and the second region 62 are integrally connected to each other.
  • the first region 60 has larger transverse dimensions than the second region 62.
  • a circumferential abutment region 64 is formed on the first region 60.
  • the region 62 is arranged in the window recess 52.
  • the contact region 64 bears against an inner side 66 of the second housing part 18.
  • the second housing part 18 When the second housing part 18 is connected to the first housing part 16, then the second housing part 18 presses on its inside on the investment area 64 and thus presses the access element 54 against the capacitive measuring device. It is characterized formed a clamping device 68, which braces the access element 54 in the housing 14 with the support 28 and the capacitive measuring device 30.
  • the access element 54 is made of an open porous material.
  • it is made of a plastic material.
  • the plastic material is in particular a sintered material.
  • An example of the material used is polyethylene.
  • the access element 54 is made of a foam material such as a polyurethane foam material or of a porous ceramic.
  • the access material is made of cordierite. It is also possible that, for example, alumina-based ceramics may be used.
  • the access element 54 is impregnated with a hydrophilic material.
  • Water in the measuring outer space 56 can pass through the pores of the access element 54, the capacitive measuring device 30.
  • the capacitance of the capacitor 32 of the capacitive measuring device 30 changes depending on the dielectric constant of the medium between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b.
  • the dielectric constant of this material depends on the water content.
  • the water content in the access element 54 in turn depends on the water content of the surrounding soil medium, that is on the water content in the measuring outer space.
  • a thickness D (see FIG. 3) of the access element 54 is in the range between 0.5 mm and 10 mm and in particular in the range between 1 mm and 5 mm. The thickness D is also the distance between the measuring outer space 56 and the capacitive measuring device 30.
  • the housing 14 of the bottom probe 12 is arranged on a housing 70.
  • the housing 70 is above the soil.
  • the evaluation device 40 is arranged in the housing 70.
  • the housing is closed fluid-tight.
  • a battery holder 72 is arranged for a battery 74.
  • the battery 74 provides the necessary electrical energy for the evaluation device 40. Furthermore, the necessary electrical energy is provided to generate the electric field 42 at the capacitive measuring device 30.
  • the soil moisture measuring device 10 functions as follows:
  • the bottom probe 12 is immersed in the measurement environment.
  • the access element 54 is in contact with the second side 58b at the ground.
  • the access element 54 is the intermediate element which provides the ground contact.
  • a pulsed electric field 42 is generated at the capacitor or capacitors 32.
  • the dielectric constant is influenced by the medium which lies in the stray field region 46.
  • the access element 54 Medium in the stray field region 46 is the access element 54 with a corresponding water content. As indicated in FIG. 3, the access element 54 forms a porous cover of the capacitive measuring device 30. The access element 54 contacts the respective capacitor 32 without a gap. The access element 54 in the window recess 52 makes contact with the ground between the sensory part of the floor probe 12 and the floor improved. By capillary action, soil water is passed through the access element 54 into the measuring area, namely the stray field area 46. In principle, a transverse distribution of water in the porous access element 54 is possible even with poor ground contact.
  • the dielectric constant depends on the water content in the medium (access element 54 with water). This water content in turn is a measure of the soil moisture. By appropriate evaluation on the capacitive measuring device 30 via the evaluation device 40, the soil moisture can be determined thereby.
  • the access element 54 is in particular made of a plastic material. Such a plastic material is usually hydrophobic. Through a hydrophilic impregnation of the access element 54, in which the open porosity is maintained, a water transport through the pores of the
  • Access element 54 allows the stray field area 46 and the water transport through the pores is the water transport in a natural
  • 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.
  • a solvent-based dispersion of nanoscale particles is used as the impregnation material.
  • the active ingredient base are hydrophilic surface-modified Si0 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.
  • the access element 54 is adapted in its pore structure and pore distribution to the soil structure.
  • a sandy soil has a grain size in the range of 0.063 mm to 2 mm.
  • a typical pore size (weighted average) for sandy soil is 22.3 pm.
  • An effective porosity for a typical sandy soil ranges between 10% and 15%.
  • a typical grain size ranges from 0.002 mm to 0.063 mm.
  • a typical pore size in the soil is about 11.8 pm.
  • An effective porosity for such a soil is between 3% and 6%.
  • the grain size of a typical clay soil is below 0.002 mm.
  • a typical pore size is 0.062 pm and the effective porosity is between 0% and 3%.
  • Such clay soil is hardly permeable to water.
  • the porosity in the access element 54 (that is to say the proportion of pores in the total volume) is greater than 15%. It is advantageous if the pore size is between 10 pm and 25 pm.
  • a sandy soil is usually the most permeable soil, that is also the soil that loses water the fastest. When the soil moisture meter is used for irrigation control, it is advantageous to use the corresponding parameters for sandy soils. It is useful if a mean pore size in the access element 54 in the said range between 10 ⁇ and 25 ⁇ and, for example, at about 20 ⁇ .
  • the porosity of the access element 54 is greater than or equal to 15%. In one embodiment, it is greater than or equal to 35%. It is preferably less than 60%, so that a mechanically stable access element 54 is realized.
  • a mean pore size s in the access element 54 is 19.24 pm. (A minimum pore size is 12.28 pm and a maximum pore size is included
  • Pores of average pore size s have the highest frequency N in the pore distribution.
  • the pore distribution is monomodal.
  • the mean pore size has a maximum of frequency. Secondary maxima, which are at smaller pore sizes, are production-related and have no influence on the functioning.
  • the frequency of pore sizes around the mean pore size s is such that pores whose pore size deviates from the average pore size by more than 25% have a frequency in comparison to the frequency at the average pore size s, which is smaller by at least 75% , This results in a relatively sharp frequency distribution around the average pore size.
  • the access element 54 is adapted to a type of soil. This is done, for example, in that the mean pore diameter is set correspondingly with a sharp distribution around the mean pore diameter (compare FIG.
  • the soil moisture measuring device 10 comprises a plurality of bottom probes 12, wherein different (with respect to the average pore diameter s) access elements 54 are arranged on different bottom probes.
  • the pore distribution is relatively broad starting from a maximum at s, so that in particular also pore sizes of 10 pm and 25 pm have a relevant frequency, which in particular at least 25% of the frequency at the maximum (at the pore size s) is.
  • Pore distribution is an adaptation to different soil types with a single access element possible.
  • the pore distribution 76 is monomodal.
  • a multimodal pore distribution 78 is provided with a plurality of maxima 80a, 80b, 80c.
  • the maxima for corresponding pore sizes are adapted to different soil types. With such a set pore distribution, the moisture content of different soil types can be carried out with high accuracy.
  • an open-porous access element 54 which impregnates with a hydrophilic material.
  • a measurement can be carried out which is largely independent of the grain size and ground contact of the soil probe 12. It is measured in the stray field.
  • the access element 54 also provides an electrical insulating layer.
  • a targeted capillary water exchange can be achieved according to the natural soil matrix, if the average pore size s is selected suitable. If the pore size is adapted to the pore size of a sand grain, then no limitation of the water exchange is effected for all other types of soil. As a result, the resulting readings are a reliable measure of soil moisture; the determined capacitance on the capacitive measuring device 30 is a direct and accurate measure of the soil moisture.
  • the access element 54 and the carrier 28 are separate elements which are clamped together.
  • the access element 54 is applied directly to the capacitive measuring device 30 on the carrier 28.
  • the capacitive measuring device 30 is produced directly on the access element 54.
  • the access element 54 is then the carrier for the capacitive measuring device 30.
  • the soil moisture measuring device 10 can pass on its measurement results to a higher-level control unit or this higher-level control unit can be integrated into the evaluation device 40.
  • the higher-level control unit controls, for example, an irrigation system as a function of the measured values of the soil moisture measuring device 10; if it turns out that the soil is too dry, an irrigation process is initiated.
  • a regulation process can be set up in which irrigation takes place until the soil moisture measuring device 10 provides a measurement signal according to which a desired moisture content is reached.

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Abstract

The invention relates to a device which is provided for measuring the moisture content of soil, said device having at least one soil probe which comprises a support, a capacitive measuring device having at least one capacitor having a first capacitor element and a second capacitor element, between which an electrical field can be generated, wherein the capacitive measuring arrangement is disposed on the support, and at least one access element which covers the capacitive measuring device towards an outer measuring chamber which is open-porous and is impregnated with a hydrophilic material.

Description

KAPAZITIVE BODENFEUCH IGKEI S -MESSVORRICHTUNG MIT PORÖSEM ZUGANGSELEMENT CAPACITIVE FLOOR CUTTING IGKEI S MEASUREMENT DEVICE WITH POROUS ACCESSORY ELEMENT
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 DE 167 30 46 ist eine Vorrichtung zur Messung der Bodenfeuchte bekannt, bei der die Feuchte des Messbodens aus eine Kapazitätsmessung bestimmbar ist, wobei ein Dielektrikum bekannter Porosität und Porengröße im elektrischen Feld zwischen Elektroden eines Messkondensators angeordnet und mit dem Messboden in Berührung gebracht ist. From DE 167 30 46 a device for measuring the soil moisture is known, in which the moisture content of the measuring base can be determined from a capacitance measurement, wherein a dielectric of known porosity and pore size is arranged in the electric field between electrodes of a measuring capacitor and brought into contact with the measuring bottom ,
Aus der WO 2010/097689 AI ist ein System zur Ermittlung des Zustands und/oder von Änderungen des Zustands und/oder Befindlichkeit einer Topfpflanze und zur Anzeige des ermittelten Zustands und/oder der Änderung einem Besitzer bzw. Benutzer mittels drahtloser Kommunikation bekannt. In oder an einem Pflanzgefäß sind Sensoren für die Messung der Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Erde vorgesehen. WO 2010/097689 A1 discloses a system for determining the state and / or changes in the state and / or condition of a potted plant and for displaying the determined state and / or the change to an owner or user by means of wireless communication. Sensors for measuring the temperature and / or humidity of the earth are provided in or on a planter.
Aus der US 2008/0202220 AI ist ein Verfahren zur Bestimmung des Feuchte- gehalts von Erde bekannt, bei welchem eine Temperaturänderung durch Aufheizen einer Messprobe erzeugt wird, welche in dem Messmedium angeordnet ist. Eine zeitliche Temperaturänderung ist abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Erde und die entsprechende Änderung wird benutzt, um den Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen. From US 2008/0202220 Al a method for determining the moisture content of soil is known, in which a temperature change is generated by heating a measurement sample, which is arranged in the measuring medium. A temporal temperature change depends on the moisture content Earth and the corresponding change is used to determine the moisture content.
Aus der US 2011/0043230 AI ist eine Vorrichtung zur Messung des Feuchtig- keitsgehalts in einem Material bekannt. US 2011/0043230 A1 discloses a device for measuring the moisture content in a material.
Aus der US 2010/0251807 AI ist eine weitere Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts bekannt. Aus der DE 102 02 198 AI ist eine Vorrichtung zum Messen des Matrixpotentials im Material mit einer den Wassergehalt messenden Vorrichtung und einem Referenz kör per, der mit dem Messobjekt in Kontakt gebracht wird und das Eindringen von Wasser erlaubt, wobei der Zusammenhang zwischen Wassergehalt und Matrixpotential im Referenzkörper vorbekannt ist, bekannt. Der Referenzkörper besteht zumindest abschnittsweise aus Fasern. From US 2010/0251807 AI another device for determining the moisture content is known. From DE 102 02 198 AI is a device for measuring the matrix potential in the material with a water content measuring device and a reference kör per, which is brought into contact with the measurement object and allows the ingress of water, the relationship between water content and matrix potential is already known in the reference body, known. The reference body consists at least in sections of fibers.
Aus der DE 10 2009 014 146 AI ist eine Vorrichtung zur Messung der Wasserspannung, insbesondere Böden oder Stückgütern, mit einer zumindest teilweise von einer porösen, wasserdurchlässigen membranumschlossenen Messzelle, und einem Sensor bekannt. From DE 10 2009 014 146 AI a device for measuring the water tension, in particular soils or cargo, with a at least partially by a porous, water-permeable membrane-enclosed measuring cell, and a sensor is known.
Aus der EP 0 259 012 Bl ist ein elektronischer Feuchtigkeitsmesser bekannt, bestehend aus einer Oszillationseinrichtung, die einen Rechteckwellen-Impuls- signalgenerator aufweist, einen Feuchtigkeitssensor, der mit dem Rechteck- wellen-Impulssignalgenerator verbunden ist und der mit der Feuchtigkeitsänderung der Atmosphäre veränderliche Kenndaten darbietet, und ein passives Element, das mit dem Rechteckimpulssignalgenerator verbunden ist und eine Zeitkonstantenschaltung mit Kenndaten des Feuchtigkeitssensors bildet, wobei das passive Element von einem vom Feuchtigkeitssensor unter- schiedlichen Typ ist und die Oszillationseinrichtung Rechteckwellenimpuls- signale entsprechend Veränderungen in den Kenndaten des Feuchtigkeitssensors produziert. Aus der US 2,941,174 ist eine elektrische Sensoreinheit für Bodenwasser bekannt, welche Elektroden umfasst, die in ein granuläres poröses Medium eingebettet sind. Das Medium ist eingeschlossen in einen porösen keramischen Becher. EP 0 259 012 B1 discloses an electronic moisture meter comprising an oscillation device which has a square wave pulse signal generator, a humidity sensor which is connected to the rectangular wave pulse signal generator and which presents variable characteristics with the change in humidity of the atmosphere and a passive element connected to the rectangular pulse signal generator and constituting a time constant circuit having characteristics of the humidity sensor, the passive element being of a type different from the humidity sensor, and the oscillator producing square wave pulse signals corresponding to changes in the characteristics of the humidity sensor. From US 2,941,174 an electric sensor unit for groundwater is known which comprises electrodes which are embedded in a granular porous medium. The medium is enclosed in a porous ceramic cup.
Aus der EP 1 844 323 Bl ist eine Vorrichtung aufweisend mindestens einen Messfühler bestehend aus einem Temperatursensor und einem Mittel zum Erwärmen desselben, sowie eine Beschaltung bestehend aus einer Auswerteelektronik und einem Steuergerät, die der Erwärmung des beheizbaren Temperatursensors und der Bestimmung des Feuchtegehalts eines den From EP 1 844 323 Bl a device comprising at least one sensor consisting of a temperature sensor and a means for heating the same, as well as a circuit consisting of an evaluation and a control unit, the heating of the heatable temperature sensor and the determination of the moisture content of a
Messfühler umgebenden Mediums dient, bekannt. Zwischen Messfühler und umgebenden Medium ist eine Zwischenschicht angeordnet, wobei der Messfühler von dieser Zwischenschicht aus einem saugfähigen, mechanisch deformierbaren und thermisch isolierenden Material aus synthetischen Fasern und/oder aus Filz umgeben ist.  Sensor surrounding medium serves, known. Between the sensor and surrounding medium, an intermediate layer is arranged, wherein the sensor is surrounded by this intermediate layer of an absorbent, mechanically deformable and thermally insulating material made of synthetic fibers and / or felt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bodenfeuchtigkeits-Messvor- richtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welche sich auf einfache und sichere Weise der Feuchtigkeitsgehalt ermitteln lässt. The object of the invention is to provide a soil moisture measuring device of the type mentioned at the outset, by means of which the moisture content can be determined in a simple and reliable manner.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bodenfeuchtigkeits-Messvor- richtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bodensonde einen Träger umfasst, eine kapazitive Messeinrichtung mit mindestens einem Kondensator mit einem ersten Kondensatorelement und einem zweiten Kondensator- element, 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 in the above-mentioned soil moisture measuring device according to the invention in 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 the capacitive measuring device is arranged on the carrier, and at least one access element, which covers the capacitive measuring device towards a measuring outer space, which is 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 provides for the coupling of the capacitive measuring device to the monitored Ground. 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 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 is a transverse distribution of water in the porous
Zugangselement möglich und es werden stabile Messwerte erzielt. Access element possible and stable readings 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 By impregnation of the access element with a hydrophilic
Material, wobei die offene Porosität erhalten bleibt, wird ein definierter Material, wherein the open porosity is retained, becomes a defined
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. Access path for water provided to measure the moisture content of the soil can. 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 Mess- boden und der kapazitiven Messeinrichtung dar. Durch die hydrophile Imprägnierung (innere Beschichtung) wird der Wassertransport durch das offenporöse Zugangselement nicht limitiert. 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. The access element represents a porous medium between the measuring floor and the capacitive measuring device. The hydrophilic impregnation (inner coating) does not limit the water transport through the open porous access element. 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 aus- gebildet ist. For the same reason, it is favorable for the carrier to be formed on at least 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 kapazi- tiven 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 zweitenPreferably, 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 is directly between the first capacitor element and the second
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 be- einflusst, das heißt die Dielektrizitätszahl ändert sich. 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, this stray field is correspondingly influenced, ie 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 be- einflusst 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. 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. Dadurch kann insbesondere das Zugangselement mit seiner offenen Porosität und Imprägnierung auf einfache Weise hergestellt werden. 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 a gap, and in particular if the electrical insulation touches 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 even Not. 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. 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. 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 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 allows a direct and in particular gap-free contact between the capacitive measuring device and the
Zugangselement auf einfache Weise erreichen. Reach 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 Fensteraus- nehmung 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 Fensteraus- nehmung 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 . The second housing part expediently has at least one window recess for the at least one access element, wherein the at least one access element has a particularly circumferential contact surface for engagement 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. Through the contact surface can be on the second Housing part press the at least one access element against the carrier with the capacitive measuring device.
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 kapa- zitive Messeinrichtung ist direkt an dem mindestens einen Zugangselement angeordnet. In an alternative embodiment, the at least one access element forms the support for the capacitive measuring device, that is to say 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. 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 Zugangs- element 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 %. 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. 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 Haupt- maxima in der Porenverteilung . (Es kann aus herstellungstechnischen Gründen ein oder mehrere Nebenmaxima bei für die Messung nicht relevanten Poren- großen 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, ins- besondere 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 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. 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 the at least one access element as medium medium is 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 acts at least one access element not limiting for water transport 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%. 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. 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, there may be one or more secondary maxima at 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. At a wide monomodal pore distribution can determine the moisture content of different types of soil.
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 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 differ with respect to the average pore size
Zugangselementen vorgesehen sind und/oder bezüglich der mittleren Poren- große 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. 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 pm. Sandige Böden weisen eine mittlere Porengröße (ermittelt über gewichtete Mittlung) von ca. 22,3 pm 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 auf- weist, 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-Messvor- richtung in ein Bewässerungssystem integriert ist, dann lässt sich dadurch verhindern, dass eine Bewässerung zu spät erfolgt. Access elements are provided and / or are provided with respect to the average pore-sized different access elements 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. 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 in particular of the order of 22 pm. Sandy soils have a mean pore size (determined by weighted averaging) of about 22.3 μm. The weighted averaging of the pore sizes in sandy soils is calculated by weighting the values of pore diameters for fine pores, center pores and coarse pores and forming 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 with 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 is as / 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, it can prevent irrigation 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 pm und 25 pm liegt und insbesondere im Bereich zwischen 15 pm und 25 pm und insbesondere im Bereich zwischen 18 pm und 25 pm liegt. Die gewichtete Mittlung der Porengrößen sandiger Böden ergibt eine Porengröße von 22,3 pm. Es ist dadurch eine gute Anpassung erreicht. It is particularly favorable if the mean pore size or a pore size with maximum in the at least one access element lies 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 the pore sizes of sandy soils results in a pore size of 22.3 μm. 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 pm und/oder 25 pm eine Häufigkeit mindestens 25 % eines Häufigkeitsmaximums beträgt. Es ergibt sich dadurch eine relative Porenverteilung, bei welcher auch noch Porengrößen von 10 pm bzw. 25 pm eine relevante Häufigkeit aufweisen. Am mindestens einen Häufigkeitsmaximum liegt dabei insbesondere eine Porengröße, welche zwischen 10 pm und 25 pm und beispielsweise bei ca. 20 pm oder 22 pm 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. 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. 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 one embodiment, the pore distribution is such that at a pore size of 10 pm and / or 25 pm, a frequency is at least 25% of a frequency maximum. This results in a relative pore distribution, in which even pore sizes of 10 pm or 25 pm have a relevant frequency. At least one frequency maximum is in particular a pore size which is between 10 pm and 25 pm and, for example, about 20 pm or 22 pm. It can be characterized by a monomodal or multimodal pore distribution of Determine moisture content in a variety of soil types. Such a pore distribution can cover all typical pore sizes in conventional soils. 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. 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. 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 particularly advantageous if the at least one bottom probe is designed as a spit. This makes it easy to bring in the soil. 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 :
Figur 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bodenfeuchtigkeits-Mess- vorrichtung; Figur 2 eine schematische vergrößerte Darstellung des Bereichs A gemäß Figur 1; Figur 3 eine schematische Darstellung einer Bodenfeuchtigkeits-Mess- vorrichtung, bei der eine Bodensonde in einem Messraum angeordnet ist und schematisch die Verhältnisse an der Bodensonde; Figur 4 eine Porenverteilung bei einem Ausführungsbeispiel eines Figure 1 is an exploded perspective view of an embodiment of a soil moisture measuring device according to the invention; Figure 2 is a schematic enlarged view of the area A of Figure 1; Figure 3 is a schematic representation of a soil moisture measuring device in which a soil probe is arranged in a measuring space and schematically the conditions at the soil probe; Figure 4 shows a pore distribution in one embodiment of a
Zugangselements; und  Access element; and
Figur 5 eine weitere Porenverteilung bei einem weiteren Ausfüh Figure 5 shows a further pore distribution in a further Ausfüh
beispiel eines Zugangselements.  an example of an access element.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bodenfeuchtigkeits-Mess- vorrichtung, welches in Figur 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Bodensonde 12. Diese Bodensonde 12 ist als Erdspieß ausgebildet; sie ist in die Erde beispielsweise in einem Blumentopf oder in einem Garten einsteckbar. An exemplary embodiment of a soil moisture measuring device according to the invention, which is shown in an exploded view in FIG. 1 and denoted there by 10, comprises a soil probe 12. This soil probe 12 is designed as a ground spike; it can be plugged into the ground, for example, in a flower pot or in a garden.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Bodensonde 12 ein Gehäuse 14 mit einem ersten Gehäuseteil 16 und einem zweiten Gehäuseteil 18. Der zweite Gehäuseteil 18 ist an den ersten Gehäuseteil 16 beispielsweise über In one embodiment, the bottom probe 12 includes a housing 14 having a first housing part 16 and a second housing part 18. The second housing part 18 is connected to the first housing part 16, for example via
Schrauben 20 fixiert. Fixed screws 20.
Das Gehäuse 14 erstreckt sich in einer Richtung 22. The housing 14 extends in a direction 22.
Das Gehäuse 14 ist in einem Bereich längs der Richtung 22 mindestens näherungsweise quaderförmig ausgebildet. An einem Ende 24 weist dasThe housing 14 is formed in an area along the direction 22 at least approximately cuboid. At one end 24 has the
Gehäuse eine Querschnittsverengung 26 quer zu der Richtung 22 auf. Diese Querschnittsverengung 26 ist beispielsweise dadurch ausgebildet, dass das Gehäuse 14 an dem Ende 24 pyramidenförmig, tetraederförmig oder kegelförmig ausgebildet ist. Housing a cross-sectional constriction 26 transverse to the direction 22. This cross-sectional constriction 26 is formed, for example, by the fact that the Housing 14 is formed at the end 24 pyramidal, tetrahedral or conical.
In dem Gehäuse 14 ist ein Träger 28 angeordnet. Der Träger 28 ist ins- besondere als Platine ausgebildet. An dem Träger 28 sitzt eine kapazitive Messeinrichtung 30, welche (mindestens) einen Kondensator 32 (vergleiche Figur 2) mit einem ersten Kondensatorelement 34a (erste Elektrode) und einem zweiten Kondensatorelement 34b (zweite Elektrode) aufweist. Der Träger 28 ist plattenförmig ausgebildet. Er weist eine erste ebene Seite 36a und eine zweite ebene Seite 36b auf. Die erste Seite 36a und die zweite Seite 36b sind parallel zueinander. In the housing 14, a carrier 28 is arranged. The carrier 28 is designed in particular as a circuit board. On the carrier 28 sits a capacitive measuring device 30 which (at least) has a capacitor 32 (see Figure 2) with a first capacitor element 34a (first electrode) and a second capacitor element 34b (second electrode). The carrier 28 is plate-shaped. It has a first planar side 36a and a second planar side 36b. The first side 36a and the second side 36b are parallel to each other.
Der bzw. die Kondensatoren 32 sind an der ersten Seite 36a angeordnet. Das erste Kondensatorelement 34a und das zweite Kondensatorelement 34b sind dabei durch jeweilige ebene Kondensatorplatten insbesondere in Form von Leiterbahnen auf dem Träger 28 gebildet. Das entsprechende metallische Material des ersten Kondensatorelements 34a und des zweiten Kondensatorelements 34b ist insbesondere direkt auf den Träger 28 aufgetragen. Der Kondensator 32 ist ein Plattenkondensator. The capacitor or capacitors 32 are arranged on the first side 36a. The first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b are formed by respective planar capacitor plates in particular in the form of conductor tracks on the carrier 28. The corresponding metallic material of the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b is in particular applied directly to the carrier 28. The capacitor 32 is a plate capacitor.
An dem Träger 28 sind ferner Zuleitungen zu dem Kondensator 32 in der Form von Leiterbahnen angeordnet (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Eine Leiterbahn, welche eine Zuleitung bildet, und eine Leiterbahn, welche ein Konden- satorelement 34a, 34b (d. h. eine Elektrode) bildet, unterscheiden sich über ihre Querabmessungen : Eine Elektrode weist größere Querabmessungen auf als eine Zuleitung. Also, leads to the capacitor 32 in the form of traces are arranged on the carrier 28 (not shown in the drawings). A trace forming a lead and a trace forming a capacitor element 34a, 34b (i.e., an electrode) differ in their transverse dimensions: an electrode has larger transverse dimensions than a lead.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Träger 28 einen Bereich 38, welcher außerhalb der Bodensonde 12 liegt. In diesem Bereich 38 ist eine Auswerteeinrichtung 40 an dem Träger 28 angeordnet. Das erste Kondensatorelement 34a und das zweite Kondensatorelement 34b sind beabstandet zueinander mit einem nicht leitenden (dielektrischen) Zwischenbereich. Der Kondensator 32 ist über die Auswerteeinrichtung 40 angesteuert. Er ist dabei insbesondere gepulst angesteuert. Eine Pulsfrequenz liegt beispielsweise im kHz-Bereich. In one embodiment, the carrier 28 includes an area 38 that lies outside of the ground probe 12. In this area 38, an evaluation device 40 is arranged on the carrier 28. The first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b are spaced apart from each other with a non-conductive (dielectric) intermediate region. The capacitor 32 is controlled via the evaluation device 40. He is driven in particular pulsed. A pulse frequency is for example in the kHz range.
An dem Kondensator 32 bildet sich zwischen dem ersten Kondensatorelement 34a und dem zweiten Kondensatorelement 34b ein elektrisches Feld 42 (Figur 2) aus. Das elektrische Feld 42 hat dabei einen homogenen Bereich 44 und einen Streufeldbereich 46. Im homogenen Bereich 44 verlaufen die Feldlinien des elektrischen Felds 42 ungekrümmt zwischen dem ersten Kondensatorelement 34a und dem zweiten Kondensatorelement 34b. Im Streufeldbereich 46 verlaufen die Feldlinien außerhalb des Zwischenraums zwischen dem ersten Kondensatorelement 34a und dem zweiten Kondensatorelement 34b gekrümmt. An electric field 42 (FIG. 2) is formed on the capacitor 32 between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b. In this case, the electric field 42 has a homogeneous region 44 and a stray field region 46. In the homogeneous region 44, the field lines of the electric field 42 extend unbraked between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b. In the stray field region 46, the field lines are curved outside the gap between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b.
Dem Kondensator 32 und vorzugsweise auch den Zuleitungen ist eine elektrische Isolierung zugeordnet. Die elektrische Isolierung ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 47 angedeutet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist an dem Träger 28 eine Isolierschicht 47 angeordnet, welche den bzw. die Kodensatoren 32 und die Zuleitungen überdeckt. Der erste Gehäuseteil 16 weist einen Anlagebereich 48 auf, welcher in seiner Form an den Träger 28 angepasst ist. An diesen Anlagebereich 48 liegt der Träger 28 an. Der Träger 28 ist dabei mit Durchgangslöchern 50 versehen, durch welche jeweilige Schrauben 20 durchgetaucht sind . Der zweite Gehäuseteil 18 umschließt das Gehäuse 14. Es wird durch die Fixierung des zweiten Gehäuseteils 18 mit dem ersten Gehäuseteil 16 auch der Träger 28 in dem Gehäuse 14 gehalten. Im Bereich der kapazitiven Messeinrichtung 30 weist der zweite Gehäuseteil 18 eine durchgehende Fensterausnehmung 52 auf. In der Fensterausnehmung 52 sitzt ein Zugangselement 54. Das Zugangselement 54 deckt die kapazitive Messeinrichtung 30 zu einem Mess-Außenraum 56 an der Fensterausnehmung 52 ab. Das Zugangselement 54 stellt die eigentliche Messschnittstelle der kapazitiven Messeinrichtung 30 zu dem Außenraum (wenn die Bodensonde 12 in einem Boden steckt, zu dem Boden hin) dar. The capacitor 32 and preferably also the leads is associated with an electrical insulation. The electrical insulation is indicated in Figure 2 by the reference numeral 47. In one embodiment, an insulating layer 47 is arranged on the carrier 28, which covers the Kodensatoren 32 and the leads. The first housing part 16 has a contact region 48, which is adapted in its shape to the carrier 28. At this investment area 48 of the carrier 28 is located. The carrier 28 is provided with through holes 50, through which respective screws 20 are immersed. The second housing part 18 encloses the housing 14. It is held by the fixing of the second housing part 18 with the first housing part 16 and the carrier 28 in the housing 14. In the area of the capacitive measuring device 30, the second housing part 18 has a continuous window recess 52. An access element 54 is seated in the window recess 52. The access element 54 covers the capacitive measuring device 30 to a measuring outer space 56 on the window recess 52. The access element 54 represents the actual measuring interface of the capacitive measuring device 30 to the outer space (when the ground probe 12 is in a ground, towards the ground) is.
Das Zugangselement 54 weist der kapazitiven Messeinrichtung 30 zugewandt eine erste ebene Seite 58a auf. Ferner weist es bei einer Ausführungsform gegenüberliegend eine zweite ebene Seite 58b auf. The access element 54, facing the capacitive measuring device 30, has a first planar side 58a. Further, in one embodiment, it has opposite a second planar side 58b.
Mit der ersten ebenen Seite 58a liegt das Zugangselement 54 direkt an dem oder den Kondensatoren 32 spaltfrei an. With the first planar side 58a, the access element 54 directly adjoins the capacitor (s) 32 without a gap.
Mit der zweiten ebenen Seite 58b ist das Zugangselement 54 durch die With the second flat side 58b, the access element 54 is through the
Fensterausnehmung 52 durchgetaucht, sodass das Zugangselement 54 beispielsweise bündig mit einer Außenseite des zweiten Gehäuseteils 18 ist oder über diesen hinausragt. Die zweite ebene Seite 58b des Zugangselements 54 kann auch gegenüber der Außenseite des zweiten Gehäuseteils 18 zurückgesetzt sein. Window recess 52 penetrated, so that the access element 54, for example, is flush with an outer side of the second housing part 18 or protrudes beyond this. The second planar side 58b of the access element 54 can also be set back relative to the outside of the second housing part 18.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Zugangselement 54 als Plättchen ausgebildet, welches einen ersten Bereich 60 und einen zweiten Bereich 62 um- fasst. Der erste Bereich 60 und der zweite Bereich 62 sind einstückig miteinander verbunden. Der erste Bereich 60 weist größere Querabmessungen auf als der zweite Bereich 62. Dadurch ist ein umlaufender Anlagebereich 64 an dem ersten Bereich 60 gebildet. Der Bereich 62 ist in der Fensterausnehmung 52 angeordnet. Der Anlagebereich 64 liegt an einer Innenseite 66 des zweiten Gehäuseteils 18 an. In one embodiment, the access element 54 is formed as a plate, which encompasses a first region 60 and a second region 62. The first region 60 and the second region 62 are integrally connected to each other. The first region 60 has larger transverse dimensions than the second region 62. As a result, a circumferential abutment region 64 is formed on the first region 60. The region 62 is arranged in the window recess 52. The contact region 64 bears against an inner side 66 of the second housing part 18.
Wenn das zweite Gehäuseteil 18 mit dem ersten Gehäuseteil 16 verbunden ist, dann drückt das zweite Gehäuseteil 18 über seine Innenseite auf den Anlage- bereich 64 und drückt damit das Zugangselement 54 gegen die kapazitive Messeinrichtung. Es ist dadurch eine Spanneinrichtung 68 gebildet, welche das Zugangselement 54 in dem Gehäuse 14 mit dem Träger 28 und der kapazitiven Messeinrichtung 30 verspannt. When the second housing part 18 is connected to the first housing part 16, then the second housing part 18 presses on its inside on the investment area 64 and thus presses the access element 54 against the capacitive measuring device. It is characterized formed a clamping device 68, which braces the access element 54 in the housing 14 with the support 28 and the capacitive measuring device 30.
Das Zugangselement 54 ist aus einem offenenporösen Material hergestellt. Insbesondere ist er aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Das Kunststoffmaterial ist dabei insbesondere ein Sintermaterial . Ein Beispiel für das verwendete Material ist Polyethylen. The access element 54 is made of an open porous material. In particular, it is made of a plastic material. The plastic material is in particular a sintered material. An example of the material used is polyethylene.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Zugangselement 54 aus einem Schaummaterial wie beispielsweise einem Polyurethan-Schaummaterial oder aus einer porösen Keramik hergestellt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Zugangsmaterial aus Cordierit hergestellt. Es ist auch möglich, dass beispielsweise Keramikmaterialien auf Aluminiumoxid-Basis verwendet werden. In principle, it is also possible that the access element 54 is made of a foam material such as a polyurethane foam material or of a porous ceramic. 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 54 ist mit einem hydrophilen Material imprägniert. The access element 54 is impregnated with a hydrophilic material.
Wasser in dem Mess-Außenraum 56 kann durch die Poren des Zugangselements 54 die kapazitive Messeinrichtung 30 gelangen. Die Kapazität des Kondensators 32 der kapazitiven Messeinrichtung 30 ändert sich in Abhängigkeit von der Dielektrizitätszahl des Mediums zwischen dem ersten Konden- satorelement 34a und dem zweiten Kondensatorelement 34b. Die Dielektrizitätszahl dieses Materials ist abhängig von dem Wassergehalt. Der Wassergehalt im Zugangselement 54 wiederum ist abhängig vom Wassergehalt des umgebenden Bodenmediums, das heißt vom Wassergehalt im Mess-Außenraum. Water in the measuring outer space 56 can pass through the pores of the access element 54, the capacitive measuring device 30. The capacitance of the capacitor 32 of the capacitive measuring device 30 changes depending on the dielectric constant of the medium between the first capacitor element 34a and the second capacitor element 34b. The dielectric constant of this material depends on the water content. The water content in the access element 54 in turn depends on the water content of the surrounding soil medium, that is on the water content in the measuring outer space.
Durch Kapillareffekte aufgrund der offenen Porosität im Zugangselement 54 wird Wasser aus dem Mess-Außenraum 56 zu der kapazitiven Messeinrichtung 30 geführt. Eine Dicke D (vergleiche Figur 3) des Zugangselements 54 liegt im Bereich zwischen 0,5 mm und 10 mm und insbesondere im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm. Die Dicke D ist auch der Abstand zwischen dem Messaußenraum 56 und der kapazitiven Messeinrichtung 30. Due to capillary effects due to the open porosity in the access element 54, water is conducted from the measuring exterior 56 to the capacitive measuring device 30. A thickness D (see FIG. 3) of the access element 54 is in the range between 0.5 mm and 10 mm and in particular in the range between 1 mm and 5 mm. The thickness D is also the distance between the measuring outer space 56 and the capacitive measuring device 30.
Das Gehäuse 14 der Bodensonde 12 ist an einem Gehäuse 70 angeordnet. Wenn die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung 10 positioniert ist, indem die Bodensonde 12 in die zu untersuchende Erde gesteckt ist, dann liegt das Gehäuse 70 oberhalb des Bodens. In dem Gehäuse 70 ist die Auswerteeinrichtung 40 angeordnet. Das Gehäuse ist dabei fluiddicht geschlossen. The housing 14 of the bottom probe 12 is arranged on a housing 70. When the soil moisture measuring device 10 is positioned by placing the soil probe 12 in the soil to be examined, the housing 70 is above the soil. In the housing 70, the evaluation device 40 is arranged. The housing is closed fluid-tight.
An dem Gehäuse 70 ist beispielsweise eine Batterieraufnahme 72 für eine Batterie 74 angeordnet. Die Batterie 74 stellt die notwendige elektrische Energie für die Auswerteeinrichtung 40 bereit. Ferner wird die notwendige elektrische Energie bereitgestellt, um das elektrische Feld 42 an der kapazitiven Messeinrichtung 30 zu erzeugen. On the housing 70, for example, a battery holder 72 is arranged for a battery 74. The battery 74 provides the necessary electrical energy for the evaluation device 40. Furthermore, the necessary electrical energy is provided to generate the electric field 42 at the capacitive measuring device 30.
Die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung 10 funktioniert wie folgt: The soil moisture measuring device 10 functions as follows:
Für einen Messvorgang ist die Bodensonde 12 in die Messumgebung eingetaucht. Das Zugangselement 54 steht mit der zweiten Seite 58b an der Erde an. Das Zugangselement 54 ist das Zwischenelement, welches den Bodenkontakt bereitstellt. For a measurement process, the bottom probe 12 is immersed in the measurement environment. The access element 54 is in contact with the second side 58b at the ground. The access element 54 is the intermediate element which provides the ground contact.
An der kapazitiven Messeinrichtung 30 wird an dem oder den Kondensatoren 32 ein gepulstes elektrisches Feld 42 erzeugt. Die Dielektrizitätszahl wird be- einflusst durch das Medium, welches im Streufeldbereich 46 liegt. DiesesAt the capacitive measuring device 30, a pulsed electric field 42 is generated at the capacitor or capacitors 32. The dielectric constant is influenced by the medium which lies in the stray field region 46. This
Medium im Streufeldbereich 46 ist das Zugangselement 54 mit entsprechendem Wassergehalt. Wie in Figur 3 angedeutet, bildet das Zugangselement 54 eine poröse Abdeckung der kapazitiven Messeinrichtung 30. Das Zugangselement 54 kontaktiert dabei spaltlos den jeweiligen Kondensator 32. Durch das Zugangselement 54 in der Fensterausnehmung 52 wird der Bodenkontakt zwischen dem sensorischen Teil der Bodensonde 12 und dem Boden verbessert. Durch Kapillareffekt wird Bodenwasser durch das Zugangselement 54 in den Messbereich, nämlich den Streufeldbereich 46 geführt. Grundsätzlich ist auch bei schlechtem Bodenkontakt eine Querverteilung von Wasser in dem porösen Zugangselement 54 möglich. Medium in the stray field region 46 is the access element 54 with a corresponding water content. As indicated in FIG. 3, the access element 54 forms a porous cover of the capacitive measuring device 30. The access element 54 contacts the respective capacitor 32 without a gap. The access element 54 in the window recess 52 makes contact with the ground between the sensory part of the floor probe 12 and the floor improved. By capillary action, soil water is passed through the access element 54 into the measuring area, namely the stray field area 46. In principle, a transverse distribution of water in the porous access element 54 is possible even with poor ground contact.
Die Dielektrizitätszahl ist abhängig von dem Wasseranteil in dem Medium (Zugangselement 54 mit Wasser). Dieser Wasseranteil wiederum ist ein Maß für die Bodenfeuchtigkeit. Durch entsprechende Auswertung an der kapazi- tiven Messeinrichtung 30 über die Auswerteeinrichtung 40 lässt sich dadurch die Bodenfeuchtigkeit bestimmen . The dielectric constant depends on the water content in the medium (access element 54 with water). This water content in turn is a measure of the soil moisture. By appropriate evaluation on the capacitive measuring device 30 via the evaluation device 40, the soil moisture can be determined thereby.
Aufgrund des porösen Zugangselements 54 erhält man reproduzierbare, stabile Messwerte. Eine Kalibrierung ist nicht notwendig. Due to the porous access element 54, reproducible, stable measured values are obtained. Calibration is not necessary.
Das Zugangselement 54 ist insbesondere aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Ein solches Kunststoffmaterial ist üblicherweise hydrophob. Durch eine hydrophile Imprägnierung des Zugangselements 54, bei der die offene Porosität erhalten bleibt, wird ein Wassertransport durch die Poren des The access element 54 is in particular made of a plastic material. Such a plastic material is usually hydrophobic. Through a hydrophilic impregnation of the access element 54, in which the open porosity is maintained, a water transport through the pores of the
Zugangselements 54 zu dem Streufeldbereich 46 ermöglicht und der Wassertransport durch die Poren ist dem Wassertransport in einer natürlichen Access element 54 allows the stray field area 46 and the water transport through the pores is the water transport in a natural
Bodenmatrix angepasst. Adapted to soil matrix.
Die hydrophile Imprägnierung erfolgt insbesondere unter definierten Prozessbedingungen. Beispielsweise werden bei der Herstellung einer Vakuumimprägnierung unter Aushärten überhöhte Temperaturen durchgeführt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird als Imprägnierungsmaterial eine lösungsmittelbasierte Dispersion nanoskaliger Partikel verwendet. Die Wirkstoff basis sind hydrophil oberflächenmodifizierte Si02-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. 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. In one embodiment, a solvent-based dispersion of nanoscale particles is used as the impregnation material. The active ingredient base are hydrophilic surface-modified Si0 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 54 in seiner Porenstruktur und Porenverteilung an die Bodenstruktur angepasst. Beispielsweise weist ein Sand- boden eine Körnung im Bereich von 0,063 mm bis 2 mm auf. Eine typische Porengröße (gewichteter Mittelwert) für Sandboden liegt bei 22,3 pm. Eine effektive Porosität für einen typischen Sandboden liegt im Bereich zwischen 10 % und 15 %. 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 pm. Eine effektive Porosität für einen solchen Boden liegt zwischen 3 % und 6 %. Zum Vergleich liegt die Körnung bei einem typischen Tonboden unterhalb von 0,002 mm. Eine typische Porengröße liegt bei 0,062 pm und die effektive Porosität liegt zwischen 0 % und 3 %. Ein solcher Tonboden ist für Wasser kaum durchlässig. Aus den genannten Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Porosität im Zugangselement 54 (das heißt der Porenanteil im Gesamtvolumen) größer 15 % ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Porengröße zwischen 10 pm und 25 pm beträgt. Ein Sandboden ist üblicherweise der durchlässigste Boden, das heißt auch derjenige Boden, der am schnellsten Wasser verliert. Wenn die Bodenfeuchtig- keits-Messvorrichtung für Bewässerungssteuerung eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, wenn die entsprechenden Parameter für Sandböden verwendet werden. Es ist dann sinnvoll, wenn eine mittlere Porengröße im Zugangselement 54 in dem genannten Bereich zwischen 10 μηι und 25 μηι liegt und beispielsweise bei ca. 20 μηι liegt. Die Porosität des Zugangselements 54 ist größer oder gleich 15 %. Bei einer Ausführungsform ist sie größer oder gleich 35 %. Sie ist vorzugsweise kleiner als 60 %, so dass ein mechanisch stabiles Zugangselement 54 realisiert ist. Basically, the access element 54 is adapted in its pore structure and pore distribution to the soil structure. For example, a sandy soil has a grain size in the range of 0.063 mm to 2 mm. A typical pore size (weighted average) for sandy soil is 22.3 pm. An effective porosity for a typical sandy soil ranges between 10% and 15%. 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 about 11.8 pm. An effective porosity for such a soil is between 3% and 6%. For comparison, the grain size of a typical clay soil is below 0.002 mm. A typical pore size is 0.062 pm and the effective porosity is between 0% and 3%. Such clay soil is hardly permeable to water. For the reasons mentioned, it is advantageous if the porosity in the access element 54 (that is to say the proportion of pores in the total volume) is greater than 15%. It is advantageous if the pore size is between 10 pm and 25 pm. A sandy soil is usually the most permeable soil, that is also the soil that loses water the fastest. When the soil moisture meter is used for irrigation control, it is advantageous to use the corresponding parameters for sandy soils. It is useful if a mean pore size in the access element 54 in the said range between 10 μηι and 25 μηι and, for example, at about 20 μηι. The porosity of the access element 54 is greater than or equal to 15%. In one embodiment, it is greater than or equal to 35%. It is preferably less than 60%, so that a mechanically stable access element 54 is realized.
Bei einem Ausführungsbeispiel, welches in Figur 4 gezeigt ist, liegt eine mittlere Porengröße s im Zugangselement 54 bei 19,24 pm. (Eine minimale Porengröße liegt bei 12,28 pm und eine maximale Porengröße liegt bei In an embodiment shown in FIG. 4, a mean pore size s in the access element 54 is 19.24 pm. (A minimum pore size is 12.28 pm and a maximum pore size is included
41,74 pm.) 41.74 pm.)
Poren der mittleren Porengröße s haben dabei die höchste Häufigkeit N in der Porenverteilung . Die Porenverteilung ist monomodal. Bei der mittleren Porengröße liegt ein Maximum der Häufigkeit vor. Nebenmaxima, die bei kleineren Porengrößen liegen, sind herstellungsbedingt und haben keinen Einfluss auf die Funktionsweise. Insbesondere ist die Häufigkeit von Porengrößen um die mittlere Porengröße s derart, dass Poren, deren Porengröße von der mittleren Porengröße um mehr als 25 % abweicht, eine Häufigkeit im Vergleich zu der Häufigkeit bei der mittleren Porengröße s aufweisen, welche um mindestens 75 % kleiner ist. Dadurch ergibt sich eine relativ scharfe Häufigkeitsverteilung um die mittlere Porengröße. Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, insbesondere um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, dass das Zugangselement 54 angepasst ist an eine Bodenart. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass der mittlere Porendurchmesser entsprechend eingestellt ist mit einer scharfen Verteilung um den mittleren Porendurchmesser (vgl . Figur 4). Pores of average pore size s have the highest frequency N in the pore distribution. The pore distribution is monomodal. The mean pore size has a maximum of frequency. Secondary maxima, which are at smaller pore sizes, are production-related and have no influence on the functioning. In particular, the frequency of pore sizes around the mean pore size s is such that pores whose pore size deviates from the average pore size by more than 25% have a frequency in comparison to the frequency at the average pore size s, which is smaller by at least 75% , This results in a relatively sharp frequency distribution around the average pore size. In principle, it can be provided, in particular in order to achieve a high measuring accuracy, that the access element 54 is adapted to a type of soil. This is done, for example, in that the mean pore diameter is set correspondingly with a sharp distribution around the mean pore diameter (compare FIG.
Es kann dazu vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von unterschiedlichen Zugangselementen 54 (mit unterschiedlichem mittlerem Porendurchmesser s ) vorhanden sind, wobei diese austauschbar an dem Gehäuse 14 fixierbar sind . Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Bodenfeuchtigkeits-Mess- vorrichtung 10 eine Mehrzahl von Bodensonden 12 umfasst, wobei an unterschiedlichen Bodensonden unterschiedliche (bezüglich dem mittleren Poren- durchmesser s ) Zugangselemente 54 angeordnet sind . It can be provided that a plurality of different access elements 54 (with different mean pore diameter s) are present, wherein these are interchangeable fixed to the housing 14. It is alternatively or additionally possible that the soil moisture measuring device 10 comprises a plurality of bottom probes 12, wherein different (with respect to the average pore diameter s) access elements 54 are arranged on different bottom probes.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass an einer Bodensonde 12 unterschiedliche Zugangselemente 54 angeordnet sind, wobei grundsätzlich eine Mehrzahl von unterschiedlichen Zugangselementen vorgesehen sein kann oder ein Zugangselement 54 unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichem mittlerem Porendurchmesser aufweist. In principle, it is also possible for different access elements 54 to be arranged on a bottom probe 12, it basically being possible for a plurality of different access elements to be provided or an access element 54 to have different regions with different average pore diameter.
Es ist auch möglich, dass eine Anpassung an unterschiedliche Bodenarten über eine eingestellte Porenverteilung an dem Zugangselement 54 erfolgt. It is also possible that an adaptation to different soil types via a set pore distribution at the access element 54 takes place.
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Porenverteilung 76 (Figur 5) ist ausgehend von einem Maximum bei s die Porenverteilung relativ breit, so dass insbesondere auch noch Porengrößen von 10 pm und 25 pm eine relevante Häufigkeit aufweisen, welche insbesondere mindestens 25 % der Häufigkeit beim Maximum (bei der Porengröße s ) beträgt. Durch eine solche breiteIn one exemplary embodiment of a pore distribution 76 (FIG. 5), the pore distribution is relatively broad starting from a maximum at s, so that in particular also pore sizes of 10 pm and 25 pm have a relevant frequency, which in particular at least 25% of the frequency at the maximum (at the pore size s) is. By such a broad
Porenverteilung ist eine Anpassung an unterschiedliche Bodenarten mit einem einzigen Zugangselement möglich. Pore distribution is an adaptation to different soil types with a single access element possible.
Die Porenverteilung 76 ist monomodal . The pore distribution 76 is monomodal.
Es ist auch möglich, dass eine multimodale Porenverteilung 78 vorgesehen ist mit einer Mehrzahl von Maxima 80a, 80b, 80c. Die Maxima bei entsprechenden Porengrößen sind angepasst an unterschiedliche Bodenarten. Bei einer solchen eingestellten Porenverteilung lässt sich der Feuchtegehalt an unter- schiedlichen Bodenarten mit hoher Genauigkeit durchführen. It is also possible that a multimodal pore distribution 78 is provided with a plurality of maxima 80a, 80b, 80c. The maxima for corresponding pore sizes are adapted to different soil types. With such a set pore distribution, the moisture content of different soil types can be carried out with high accuracy.
Durch die erfindungsgemäße Lösung, bei der ein offenporöses Zugangselement 54 vorgesehen ist, welches mit einem hydrophilen Material impräg- niert ist, lässt sich eine Messung durchführen, die weitgehend unabhängig ist von Korngröße und Bodenkontakt der Bodensonde 12. Es wird in dem Streufeld gemessen. Das Zugangselement 54 stellt auch eine elektrische Isolierschicht bereit. Durch das poröse Zugangselement 54 lässt sich ein gezielter kapillarer Wasseraustausch entsprechend der natürlichen Bodenmatrix erreichen, wenn die mittlere Porengröße s geeignet gewählt ist. Wenn die Porengröße angepasst ist an die Porengröße einer Sandkörnung, dann ist für alle anderen Bodenarten auch keine Limitierung des Wasseraustausches bewirkt. Dadurch sind die sich ergebenden Messwerte ein zuverlässiges Maß für die Bodenfeuchtigkeit; die ermittelte Kapazität an der kapazitiven Messeinrichtung 30 ist ein direktes und genaues Maß für die Bodenfeuchtigkeit. By the solution according to the invention, in which an open-porous access element 54 is provided which impregnates with a hydrophilic material. , a measurement can be carried out which is largely independent of the grain size and ground contact of the soil probe 12. It is measured in the stray field. The access element 54 also provides an electrical insulating layer. By the porous access element 54, a targeted capillary water exchange can be achieved according to the natural soil matrix, if the average pore size s is selected suitable. If the pore size is adapted to the pore size of a sand grain, then no limitation of the water exchange is effected for all other types of soil. As a result, the resulting readings are a reliable measure of soil moisture; the determined capacitance on the capacitive measuring device 30 is a direct and accurate measure of the soil moisture.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Zugangselement 54 und der Träger 28 getrennte Elemente, welche miteinander verspannt werden. In the described embodiment, the access element 54 and the carrier 28 are separate elements which are clamped together.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Zugangselement 54 direkt auf der kapazitiven Messeinrichtung 30 an dem Träger 28 aufgebracht. In an alternative embodiment, the access element 54 is applied directly to the capacitive measuring device 30 on the carrier 28.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die kapazitive Mess- einrichtung 30 direkt auf dem Zugangselement 54 hergestellt. Das Zugangselement 54 ist dann der Träger für die kapazitive Messeinrichtung 30. In a further alternative embodiment, the capacitive measuring device 30 is produced directly on the access element 54. The access element 54 is then the carrier for the capacitive measuring device 30.
Die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung 10 kann ihre Messergebnisse an eine übergeordnete Steuereinheit weitergeben oder diese übergeordnete Steuer- einheit kann in die Auswerteeinrichtung 40 integriert sein. Die übergeordnete Steuereinheit steuert beispielsweise ein Bewässerungssystem in Abhängigkeit von den Messwerten der Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung 10; wenn sich ergibt, dass der Boden zu trocken ist, wird ein Bewässerungsvorgang eingeleitet. Insbesondere kann ein Regelungsvorgang eingerichtet sein, bei dem eine Bewässerung so lange erfolgt, bis die Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung 10 ein Messsignal bereitstellt, gemäß dem ein gewünschter Feuchtigkeitsgehalt erreicht ist. Bezugszeichenliste Bodenfeuchtigkeits- Messvorrichtung Bodensonde The soil moisture measuring device 10 can pass on its measurement results to a higher-level control unit or this higher-level control unit can be integrated into the evaluation device 40. The higher-level control unit controls, for example, an irrigation system as a function of the measured values of the soil moisture measuring device 10; if it turns out that the soil is too dry, an irrigation process is initiated. In particular, a regulation process can be set up in which irrigation takes place until the soil moisture measuring device 10 provides a measurement signal according to which a desired moisture content is reached. LIST OF REFERENCES Soil moisture measuring device Soil probe
Gehäuse  casing
Erstes Gehäuseteil  First housing part
Zweites Gehäuseteil  Second housing part
Schraube  screw
Richtung  direction
Ende  The End
Querschnittsverengung Träger  Cross-sectional narrowing carrier
Kapazitive Messeinrichtung  Capacitive measuring device
Kondensator capacitor
a Erstes Kondensatorelementb Zweites Kondensatorelementa Erste Seitea First capacitor element b Second capacitor elementa First side
b Zweite Seite b Second page
Bereich  Area
Auswerteeinrichtung  evaluation
Elektrisches Feld  Electric field
Homogener Bereich  Homogeneous area
Streufeldbereich  Stray field area
elektrische Isolierung  electrical insulation
Anlagebereich  plant area
Durchgangsloch  Through Hole
Fensterausnehmung  window opening
Zugangselement  access member
Mess-Außenraum Measuring outer space
a Erste ebene Seitea First level page
b Zweite ebene Seite b Second level page
Erster Bereich Zweiter BereichFirst area Second area
Anlagebereichplant area
Innenseiteinside
Spanneinrichtungtensioning device
Gehäuse casing
Batterieaufnahme battery tray
Batterie battery
Porenverteilung pore distribution
Porenverteilungpore distribution
Maxima maxima

Claims

Patentansprüche claims
1. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung mit mindestens einer Bodensonde (12), welche umfasst: einen Träger (28), eine kapazitive Messeinrichtung (30) mit mindestens einem A soil moisture measuring device comprising at least one bottom probe (12), comprising: a carrier (28), a capacitive measuring device (30) with at least one
Kondensator (32) mit einem ersten Kondensatorelement (34a) und einem zweiten Kondensatorelement (34b), zwischen welchen ein elektrisches Feld (42) erzeugbar ist, wobei die kapazitive Messeinrichtung (30) an dem Träger (28) angeordnet ist, und mindestens ein Zugangselement (54), welches die kapazitive Messeinrichtung (30) zu einem Mess-Außenraum (56) hin abdeckt, welches offenporös ausgebildet ist und welches mit einem hydrophilen Material imprägniert ist.  Capacitor (32) having a first capacitor element (34a) and a second capacitor element (34b), between which an electric field (42) can be generated, wherein the capacitive measuring device (30) is arranged on the carrier (28), and at least one access element (54), which covers the capacitive measuring device (30) towards a measuring outer space (56), which is open-porous and which is impregnated with a hydrophilic material.
2. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kondensatorelement (34a) und das zweite Kondensatorelement (34b) als Leiterbahnen ausgebildet sind, welche auf dem Träger (28) angeordnet sind, wobei die Leiterbahnen insbesondere eben ausgebildet sind. 2. Soil moisture measuring device according to claim 1, characterized in that the first capacitor element (34a) and the second capacitor element (34b) are formed as conductor tracks, which are arranged on the carrier (28), wherein the conductor tracks are particularly flat.
3. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) mindestens an einer Seite (36a), an welcher die kapazitive Messeinrichtung (30) angeordnet ist, eben ausgebildet ist. 3. soil moisture measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier (28) at least on one side (36 a), on which the capacitive measuring device (30) is arranged, is flat.
4. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 4. soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) mindestens der kapazitiven Messeinrichtung (30) zugewandt eine ebene Seite (58a) aufweist.  Access element (54) at least the capacitive measuring device (30) facing a flat side (58 a).
5. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 5. soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) in einem Streufeldbereich (46) des mindestens einen Kondensators (32) angeordnet ist.  Access element (54) in a stray field region (46) of the at least one capacitor (32) is arranged.
6. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 6. soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) eine elektrische Isolierung (47) für das erste Kondensatorelement (34a) und das zweite Kondensatorelement (34b) direkt und insbesondere spaltfrei berührt, und insbesondere, dass die elektrische Isolierung (47) das erste Kondensatorelement (34a) und das zweite Kondensatorelement (34b) direkt und spaltfrei berührt.  Access element (54) an electrical insulation (47) for the first capacitor element (34a) and the second capacitor element (34b) directly and in particular touches gap-free, and in particular that the electrical insulation (47), the first capacitor element (34a) and the second capacitor element (34b) touched directly and without gaps.
7. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) und das mindestens eine Zugangselement (54) getrennte Bauteile sind . 7. soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier (28) and the at least one access element (54) are separate components.
8. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Spanneinrichtung (68), durch welche das mindestens eine Zugangselement (54) mit dem Träger (28) verspannt und gegen diesen gedrückt ist. 8. soil moisture measuring device according to claim 7, characterized by a clamping device (68) through which the at least one access element (54) is clamped to the carrier (28) and pressed against it.
9. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bodensonde (12) ein Gehäuse (14) aufweist, an welchem der Träger (28) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (14) mindestens einen ersten Gehäuseteil (16) und einen zweiten Gehäuseteil (18) umfasst, wobei der zweite Gehäuseteil (18) mit dem ersten Gehäuseteil (16) verbunden ist und über das zweite 9. soil moisture measuring device according to claim 7 or 8, characterized in that the at least one bottom probe (12) has a housing (14) on which the carrier (28) is arranged, wherein the housing (14) at least a first housing part ( 16) and a second housing part (18), wherein the second housing part (18) is connected to the first housing part (16) and via the second
Gehäuseteil (18) das mindestens eine Zugangselement (54) gegen den Träger (28) gedrückt ist.  Housing part (18) the at least one access element (54) is pressed against the carrier (28).
10. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gehäuseteil (18) mindestens eine Fenster- ausnehmung (52) für das mindestens eine Zugangselement (54) aufweist, wobei das mindestens eine Zugangselement (54) eine insbesondere umlaufende Anlagefläche (64) zur Anlage an dem zweiten Gehäuseteil (18) im Bereich der mindestens einen Fensterausnehmung (52) aufweist. 10. soil moisture measuring device according to claim 9, characterized in that the second housing part (18) at least one window recess (52) for the at least one access element (54), wherein the at least one access element (54) has a particular circumferential bearing surface (54). 64) for engagement with the second housing part (18) in the region of the at least one window recess (52).
11. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zugangselement (54) austauschbar an der mindestens einen Bodensonde (12) fixiert ist. 11. soil moisture measuring device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the at least one access element (54) is interchangeably fixed to the at least one bottom probe (12).
12. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zugangselement (54) auf den Träger aufgetragen ist. 12. soil moisture measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one access element (54) is applied to the carrier.
13. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 6, 13. soil moisture measuring device according to one claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zugangselement den Träger für die kapazitive Messeinrichtung bildet. characterized in that the at least one access element forms the carrier for the capacitive measuring device.
14. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 14. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) eine Dicke (D) als Abstand zwischen der kapazitiven Messeinrichtung (30) und einem Messobjekt im Bereich zwischen 0,5 mm und 10 mm und insbesondere im Bereich zwischen 1 mm und Access element (54) has a thickness (D) as a distance between the capacitive measuring device (30) and a measuring object in the range between 0.5 mm and 10 mm and in particular in the range between 1 mm and
5 mm aufweist. 5 mm.
15. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porosität des mindestens einen Zugangselements (54) größer oder gleich 15 % ist und insbesondere größer oder gleich 30 % ist . 15. soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a porosity of the at least one access element (54) is greater than or equal to 15% and in particular greater than or equal to 30%.
16. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 16. soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) eine eingestellte Porenverteilung aufweist, welche mindestens ein Maximum bei einer Porengröße aufweist, welches insbesondere an eine Bodenart, deren Feuchtigkeit gemessen werden soll, angepasst ist.  Access element (54) has a set pore distribution, which has at least one maximum at a pore size, which is particularly adapted to a soil type whose moisture is to be measured.
17. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Porenverteilung monomodal oder multimodal ist. 17. soil moisture measuring device according to claim 16, characterized in that the pore distribution is monomodal or multimodal.
18. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satz von Zugangselementen (54) mit unterschiedlicher mittlerer Porengröße ( s ) für unterschiedliche Bodenarten vorgesehen ist und/oder dass das mindestens eine Zugangselement (54) mehrere Zugangselementbereiche unterschiedlicher mittlerer Porengröße ( * ) aufweist und/oder dass das mindestens eine Zugangselement (54) eine solche Porenverteilung aufweist, dass Feuchtebestimmungen an unterschiedlichen Bodenarten durchführbar sind. 18. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a set of access elements (54) with different average pore size (s) for different soil types is provided and / or that the at least one access element (54) a plurality of access element regions of different mean pore size (*) and / or that the at least one access element (54) has such a pore distribution that moisture determinations can be carried out on different types of soil.
19. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zugangselemente (54) oder mehrere Zugangselementbereiche unterschiedlicher mittlerer Porengröße ( s ) an der mindestens einen Bodensonde (12) angeordnet sind und/oder eine Mehrzahl von Bodensonden (12) mit bezüglich der mittleren Porengröße ( s ) unterschiedlichen Zugangselementen (54) vorgesehen sind und/oder bezüglich der mittleren Porengröße ( s ) unterschiedliche Zugangselemente (54) zum Austausch an der mindestens einen Bodensonde (12) vorgesehen sind . 19. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of access elements (54) or a plurality of access element regions of different average pore size (s) on the at least one bottom probe (12) are arranged and / or a plurality of bottom probes (12) with respect to the average pore size (s) of different access elements (54) are provided and / or with respect to the average pore size (s) different access elements (54) are provided for replacement at the at least one bottom probe (12).
20. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 20. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) eine an Sandboden angepasste mittlere Porengröße ( s ) aufweist und/oder in einer Porenverteilung ein Maximum bei einer Porengröße aufweist, welches an einen Sandboden angepasst ist.  Access element (54) has a sand bottom adapted average pore size (s) and / or in a pore distribution has a maximum at a pore size, which is adapted to a sandy soil.
21. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Porengröße ( s ) und/oder ein Maximum der Porenverteilung bei einer Porengröße im Bereich zwischen 10 pm und 25 pm liegt und insbesondere im Bereich zwischen 15 pm und 25 pm liegt und insbesondere im Bereich zwischen 18 pm und 25 pm liegt. 21. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the average pore size (s) and / or a maximum of the pore distribution with a pore size in the range between 10 pm and 25 pm and in particular in the range between 15 pm and 25 pm and lies in particular in the range between 18 pm and 25 pm.
22. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porenverteilung in dem mindestens einen Zugangselement (54) derart ist, dass, wenn eine Porengröße von der mittleren Porengröße ( s ) um mehr als 25 % abweicht, die entsprechende Häufigkeit im Vergleich zu der Häufigkeit bei der mittleren Porengröße ( s ) um mindestens 75 % kleiner ist. 22. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a pore distribution in the at least one access element (54) is such that when a pore size of the average pore size (s) deviates by more than 25%, the corresponding frequency is at least 75% smaller than the average pore size (s).
23. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porenverteilung derart ist, dass bei einer Porengröße von 10 pm und/oder 25 pm eine Häufigkeit mindestens 25 % eines Häufigkeitsmaximum beträgt. 23 soil moisture measuring device according to one of claims 1 to 22, characterized in that a pore distribution is such that at a pore size of 10 pm and / or 25 pm a frequency is at least 25% of a maximum frequency.
24. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 24. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) ein Sinterteil ist.  Access element (54) is a sintered part.
25. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 25. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Zugangselement (54) aus einem Kunststoffmaterial oder Keramikmaterial hergestellt ist.  Access element (54) is made of a plastic material or ceramic material.
26. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bodensonde (12) als Spieß ausgebildet ist. 26. Soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one bottom probe (12) is designed as a spit.
27. Bodenfeuchtigkeits-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (40), durch welche insbesondere ein gepulstes elektrisches Feld (42) an dem mindestens einen Kondensator (30) erzeugbar ist. 27 soil moisture measuring device according to one of the preceding claims, characterized by an evaluation device (40), by which in particular a pulsed electric field (42) on the at least one capacitor (30) can be generated.
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