PlantCare Sensoren

PlantCare ist es gelungen, einen neuartigen Bodenfeuchtesensor zu entwickeln, der die Nachteile anderer Sensortechnologien eliminiert. Der PlantCare Bodenfeuchtesensor basiert auf einer mikrothermischen Messung und das Resultat ist - wie auch bei allen anderen Sensoren - nicht ein direkter Wert für die Bodenfeuchte, sondern eine Zeit, die ein Mass für die Bodenfeuchte darstellt. Dabei wird eine kleine Spitze durch einen Heizwiderstand einige Sekunden lang um ca. 1°C erwärmt. Nach dieser Heizphase wird die Abkühlkurve sehr genau elektronisch erfasst und die Zeit bis zum Erreichen eines bestimmten Schwellwertes gemessen. Ist die Spitze in Wasser eingetaucht, dann kühlt die leicht erwärmte Spitze schnell ab, während sie in der Luft langsam abkühlt. Würde man diese Spitze direkt in die Erde stecken, so wäre die Berührungsfläche zur Erde nicht definiert, sodass die Messwerte stark streuen würden. Aus diesem Grunde ist die Spitze mit einer Filzmanschette umgeben. Diese hydrophile Filzmanschette umschliesst die Spitze komplett und saugt das frei verfügbare Wasser aus der sie umgebenden Erde auf. Der eigentliche Sensor spürt daher nicht die Erde, sondern nur den mit Wasser gefüllten Filz. Da der Filz seine Eigenschaften auch über mehrere Jahre hinweg behält und zudem eine gegenüber Wasser sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, misst der Sensor praktisch nur das im Filz vorhandene Wasser.

 

Messprinzip
Messprinzip

 

Vorteile der PlantCare Sensortechnologie

 

Die Sensoren messen nur das freie, von den Pflanzen nutzbare Wasser. Das in den Wurzeln vorhandene Wasser wird

nicht gemessen. Die Messwerte verändern sich daher nicht mit dem Pflanzenwachstum d.h. dem Wurzelvolumen

Der Messbereich liegt bei 0-100% bzw. von 0- 1‘500 hPa Saugspannung.

Die Sensitivität der Sensoren kann an die Anwendung angepasst werden. So können die Sensoren sowohl bei Orsol-Plantagen, als auch in gewachsenen Böden mit hohem Tonanteil eingesetzt werden.

Das Messergebnis wird vom Salz- oder Düngergehalt sowie der Bodentemperatur nicht beeinflusst.

 

Die Sensoren sind einfach zu platzieren und bezüglich der mechanischen Anbindung an die umgebende Erde nicht empfindlich. Die Sensoren sind auch klein und können so einfach in vorgebohrte Löcher eingesteckt werden.

 

Die Messung kann auch nahe an der Erdoberfläche erfolgen, was mit kapazitiven Messverfahren nicht möglich ist.

Alle Komponenten sind hermetisch gegen Feuchte isoliert und aus Kunststoffen, die auch nach langer Lagerung in der Erde nicht verrotten. Daher sind die Sensoren völlig wartungsfrei.

 

Der Energieverbrauch der Sensoren ist sehr klein. Ein Sensor kann mit zwei 1.5 V AA-Monozellen-Batterien ein Jahr lang betrieben werden, sofern die Zeit zwischen zwei Messungen eine Stunde beträgt.

 

In vielen Fällen muss die eigentliche Sensorspitze an Orten platziert werden, an denen die Sensorelektronik nicht akzeptiert werden kann. Dies ist z.B. bei Rasenflächen der Fall, oder die Sensorelektronik mit der Funkantenne muss höher oben befestigt werden, um z.B. die Funkverbindung zu verbessen. Dies ist kein Problem, da die Sensorspitze mit einem praktisch beliebig langen Kabel mit der Sensorelektronik verbunden werden kann.

 

Die Sensoren übermitteln neben der Bodenfeuchte immer auch die Bodentemperatur.

 

Aktives Bodenmonitoring

Der Sensor misst in einstellbaren, Zeitabständen die Bodenfeuchte und die Bodentemperatur und übermittel die Daten an eine Zentrale. Der Benutzer hat die Möglichkeit die Daten in aufbereiteten Form am Smartphone oder PC anzusehen. Darüberhinaus kann der Benutzer bestimmte Daten, wie zum Beispiel einen Feuchtegrenzwort vorgeben. Bei Erreichen dieses Grenzwertes wird der Benutzer automatisch per Email darüber informiert. Auch bei einem notwendigen Batteriewechsel wird ein Email verschickt.

PlantCare IoT Sensor Monitoring in Mais, Pioneer Research Austria
PlantCare IoT Sensor Monitoring in Mais, Pioneer Research Austria

Verlässliche Werte durch genaue Kalibrierung

 

Um zwei Fixpunkte „Trocken“ und „Sättigung“ festzulegen und auch alle fertigungsbedingten Varianzen zu eliminieren, werden alle Sensoren vor einer Auslieferung kalibriert. Dies wird durch eine automatisch ablaufende Kalibrierung bewerkstellig, bei der zuerst im absolut trockenen Zustand mehrere Messungen durchgeführt werden. Der Sensor errechnet daraus den Mittelwert und speichert diesen als 0%-Wert ab. Anschließend wird dieser Vorgang mit Filzen, die mit Wasser gesättigt sind, wiederholt und daraus der 100% - Wert ermittelt. Dadurch erhält man zwei Fixpunkte, 0% und 100% - Bodenfeuchte. Eine Messung dazwischen erfolget danach relativ, d.h. misst man z.B. 50% Bodenfeuchte, dann bedeutet dies nicht, dass noch 50% Wasser in der Erde vorhanden sind. Es bedeutet vielmehr, dass die Bodenfeuchte ca. auf die Hälfte zwischen der Sättigung und der völligen Trockenheit abgefallen ist.

 

Die Kalibrierung des unteren Trockenwertes erfolgt bei trockenem Filz und konstanter Raumtemperatur und konstanter Luftfeuchtigkeit durch eine 2-stündige Softwareroutine.

 

Die Kalibrierung des oberen Wertes erfolgt indem die Sensorspitze in Wasser eingelegt wird und aus der Filzspitze die Luft herausgedrückt wird. Hier dauert der Kalibriervorgang 90 Minuten.

 

Wir bestimmen bei der Kalibrierung also den 100% Messwert indem die Sensoren in Wasser stehen, d.h. in voller Sättigung.

Dieser Zustand wird in der Praxis dann erreicht, wenn so starke Regelfälle in so kurzer Zeit fallen und das Wasser vom Boden nicht rasch genug aufgenommen werden kann. Das Wasser sickert ja in den Boden ein und überschüssiges Wasser, das keine freien Poren mehr findet, sickert immer tiefer bis es von den freien Poren aufgesaugt ist.

Misst der Sensor z.B. bei Regen in 20cm Tiefe bevor in dieser Tiefe Sättigung eintritt werden keine 100 % erreicht.

Misst der Sensor in einer gewissen Zeitspanne nach einem Regen oder nach einer Bewässerung, dann wird ebenso nicht 100% gemessen, sondern eine niedrigere Feuchtigkeit also die Feldkapazität, jenen Wassergehalt, der von der Erde entgegen der Schwerkraft zurückgehalten werden kann.

 

Qualitätsprüfung und Kalibrierung in der Fertigung
Qualitätsprüfung und Kalibrierung in der Fertigung
Sensoren Bautypen
Sensoren Bautypen