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Hallo an alle,
ich möchte einen Bodenfeuchtesensor für den Balkonkasten bauen, der nicht dem üblichen Verfahren entspricht.
Die meisten haben das Problem, dass sie entweder nicht lange haltbar sind oder einigen zusätzlichen Aufwand an Elektronik benötigen.

Meine Idee wäre nun, die Wärmeleitfähigkeit des Bodens zu nutzen.
Einen NTC oder PTC eingraben und zur Messung mit einem definierten Strom zu beaufschlagen.
Der Spannungsabfall sollte doch dann stark von der Bodenfeuchtigkeit abhängig sein.
Ich rede von normaler Blumenerde und nicht von z.B. Quarzsand. Bei letzterem dürfte die Wärmeleitfähigkeit zwischen trocken und feucht eher geringer ausfallen.

Was meint ihr dazu und welche Sensoren wären da wohl am geeignetsten?

Nachtrag: mir schwebt ein ESP32 mit Batterieversorgung unter Ausnutzung des enrgiesparenden Schlafmodus vor.

» Was meint ihr dazu und welche Sensoren wären da wohl am geeignetsten?

Keine schlechte Idee. Probiers mal mit PTCs zur Motortemperaturüberwachung, die gibts gleich passend gekapselt, z.B. von TDK/Epcos.

» Meine Idee wäre nun, die Wärmeleitfähigkeit des Bodens zu nutzen.
Sehr interessanter Ansatz. Ich hoffe du berichtest hier von deinen Erfahrungen.

Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist ja auch Temperaturabhängig (0°C 0,569W/m/K bis 40°C 0,632W/m/K [1]), da wäre es interessant wie stark die Messgenauigkeit von der Umgebungs- bzw. Substrattemperatur abhängt. Der Balkonkasten wird ja i.d.R. Tagsüber durch direkte Sonneneinstrahlung aufgeheizt und kühlt nachts relativ stark aus, zumindest im Frühjahr und im Herbst.
So aus dem Bauch raus würde ich sagen, dass die Messgenauigkeit auch vom Strom durch den Widerstand abhängt. Heizt du den stärker auf, fällt die temperaturabhängige Leitfähigkeit des Substrates weniger ins Gewicht.

Edit: Mir ist eben Aufgefallen, dass ich die Vegetation nicht berücksichtigt habe. Könnte also gut sein, dass die Infrarotstrahlung wesentlich weniger (bis gar-nicht) ins Gewicht fällt als ich gedacht habe. Die Pflanzen im Balkonkasten schirmen das Substrat ja doch, abhängig von der Bepflanzung, etwas bis vollständig ab. /Edit

» mir schwebt ein ESP32 mit Batterieversorgung unter Ausnutzung des enrgiesparenden Schlafmodus vor.
Solange du dich nicht zu oft mit dem WLAN verbindest (sofern du das überhaupt vor hast) fällt mir nichts ein, was dagegen spricht

[1] http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_eigenschaften.html#kap05

Hallo Simi,

grundsätzlich finde ich Deinen Ansatz interessant.
Jedoch stelle ich mir die Frage, wie groß der Aufwand für sinnvolle Messwerte sein muss.
Immerhin ist so ein Blumenkasten im Freien kein geschlossenes System.
Bedeutet in meinen Augen, dass der Energieeintrag ziemlich komplex zu ermitteln sein dürfte.
Es sind 6 Flächen zu betrachten - und deren Temperatur (Bestrahlung oder Umgebungstemperatur) zu messen. Der Wärmeeintrag ist zudem auch abhängig von der Erdfeuchte. Also wird eine Größe benötigt, über die noch garnicht verfügt wird.

Auch wenn Du die Messung der Leitfähigkeit nicht präferierst: meine Idee wären Titanstäbchen. Die dürften robust genug sein um mehr als eine Saison zu überleben.

Feuchte kann man auch mit Hilfe von Radar messen. Mittlerweile sind Abstandsmesser auf dieser Basis recht erschwinglich.


Gruß
Ralf

» ich möchte einen Bodenfeuchtesensor für den Balkonkasten bauen, der nicht
» dem üblichen Verfahren entspricht.
» Die meisten haben das Problem, dass sie entweder nicht lange haltbar sind
» oder einigen zusätzlichen Aufwand an Elektronik benötigen.
»
» Meine Idee wäre nun, die Wärmeleitfähigkeit des Bodens zu nutzen.
» Einen NTC oder PTC eingraben und zur Messung mit einem definierten Strom zu
» beaufschlagen.
» Der Spannungsabfall sollte doch dann stark von der Bodenfeuchtigkeit
» abhängig sein.
» Ich rede von normaler Blumenerde und nicht von z.B. Quarzsand. Bei
» letzterem dürfte die Wärmeleitfähigkeit zwischen trocken und feucht eher
» geringer ausfallen.
»
» Was meint ihr dazu und welche Sensoren wären da wohl am geeignetsten?
»
» Nachtrag: mir schwebt ein ESP32 mit Batterieversorgung unter Ausnutzung des
» enrgiesparenden Schlafmodus vor.

» Auch wenn Du die Messung der Leitfähigkeit nicht präferierst: meine Idee
» wären Titanstäbchen. Die dürften robust genug sein um mehr als eine Saison
» zu überleben.
Der Leitwert hängt aber auch von den im Wasser gelösten Nährsalzen ab. Durch Düngen (Flüssigdünger im Gießwasser) und den Verbrauch der Nährstoffe hat man dann auch Störeinflüsse bei der Messung.

» Feuchte kann man auch mit Hilfe von Radar messen. Mittlerweile sind
» Abstandsmesser auf dieser Basis recht erschwinglich.
Hast du da genauere Infos? Hab auf die schnelle nur ein Paper von 2004 gefunden [1] und den Abstract und die Zusammenfassung überflogen. Da wird auch von Störeinflüssen bei der Oberfächenrauhigkeit und Beschränkungen bei der Eindingtiefe gesprochen. Unter 2.6 Eindringtiefe, Messtief (PDF-Seite 10) steht was von 10cm bei 6GHz, was für einen normalen Balkonkasten vermutlich knapp reicht. Bei einem größeren Blumentopf müsste die Frequenz aber niedriger werden.

[1] https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/bitv/zi033840.pdf

zu diesem Thema las ich, soweit ich mich erinnere, im Zusammenhang von Bautrocknung.
EDIT: hier mal was zum aachlesen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Baufeuchte

Radar-Sensoren findet man via G massenhaft
zB
https://www.ebay.de/itm/252925110108

Was die jeweils taugen muss man ausprobieren.

Gruß
Ralf

» » Auch wenn Du die Messung der Leitfähigkeit nicht präferierst: meine Idee
» » wären Titanstäbchen. Die dürften robust genug sein um mehr als eine
» Saison
» » zu überleben.
» Der Leitwert hängt aber auch von den im Wasser gelösten Nährsalzen ab.
» Durch Düngen (Flüssigdünger im Gießwasser) und den Verbrauch der Nährstoffe
» hat man dann auch Störeinflüsse bei der Messung.
»
» » Feuchte kann man auch mit Hilfe von Radar messen. Mittlerweile sind
» » Abstandsmesser auf dieser Basis recht erschwinglich.
» Hast du da genauere Infos? Hab auf die schnelle nur ein Paper von 2004
» gefunden [1] und den Abstract und die Zusammenfassung überflogen. Da wird
» auch von Störeinflüssen bei der Oberfächenrauhigkeit und Beschränkungen bei
» der Eindingtiefe gesprochen. Unter 2.6 Eindringtiefe, Messtief (PDF-Seite
» 10) steht was von 10cm bei 6GHz, was für einen normalen Balkonkasten
» vermutlich knapp reicht. Bei einem größeren Blumentopf müsste die Frequenz
» aber niedriger werden.
»
» [1] https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/bitv/zi033840.pdf

» Radar-Sensoren findet man via G massenhaft
» zB
» https://www.ebay.de/itm/252925110108
»
» Was die jeweils taugen muss man ausprobieren.

Ein Dopplersensor taugt hier wohl nicht.

Vieleicht eine blöde Idee, aber ein keller eines alten Hauses steckt in der Erde und drinnen ist es feucht, weil unter anderem weil die Bodenfeuchte durchs Mauerwerk dringt und diese Feuchte kannst du mit jedem luftfeuchtemessgerät messen. Also könnte man auch einfach einen alten Ziegel anbohren und in den Hohlraum so einen Sensor einbauen. Früher beim alten Wetterhäuschen war das glaub ich ein Haar vom Pferdeschwanz, welches sich dehnt. Könnte man auch nehmen mit einer Feder und einem Poti

Hallo,
das Konzept ist interessant, da der Sensor sehr einfach wäre. Hauptstörfaktor wird - wie bereits erwähnt - die Umgebungstemperatur sein. Nun bist Du natürlich nicht auf eine kontinuierliche Messung mit Minutenauflösung angewiesen. Es sollte also möglich sein, den Sensor sowohl aktiv zu betreiben, um über die Wärmeableitung auf die Feuchtigkeit zu schließen, dann aber die "Heizung" - also den hohen Messstrom - auszuschalten und nur die Temperatur zu messen. Da Du mit einem µC arbeitest, könntest Du in einer Testphase beide Parameter (Messwert bei Heizung und reiner Temperaturwert) aufzeichnen und dann entweder Korrekturen einführen oder z.B. bei hohen Temperaturen die Messung aussetzen. Interessant könnte es auch sein, den Sensor kurz aufzuheizen, dann die Heizung auszuschalten und den Verlauf des Temperaturabfalls auszuwerten. Hier wäre es sinnvoll, den Sensor mit konstanter Leistung zu heizen, das Modell entspräche dann etwa dem der Kühlung von Halbleitern, d. h. die Änderung der Außentemperatur macht sich (in erster Näherung ) nur als Offset bemerkbar. Allerdings würde dieses "Heizverfahren" entsprechende Energie benötigen - ich weiß nicht ob das mit einem KTY81 o. ä. geht, auch da bräuchte man einige mA, wahrscheinlich muss man heizen, bis sich ein stabiler Zustand eingestellt hat. Alternative könnte natürlich auch der Temperaturverlauf der Anheizphase ausgewertet werden. Interessant - halt uns mal auf dem Laufenden!
Grüße
Hartwig

Nachtrag/Edit:
Spasseshalber habe ich eben mal so einen China-Bauelementetester und zwei Büroklammern genommen, die Büroklammern gerade gebogen und in einen Blumentopf (kürzlich gegossen) gesteckt. Das Kästchen hat - wie ich erwartete - einen C mit 69µF angezeigt, ESR 0.14kOhm. In trockner Erde fiel die Kapaziät deutlich ab, bis in den pF-bereich. ESR blieb relativ zu den Kapazitätswerten recht stabil.
Bei Spannungen <5V ist die Leitfähigkeit von feuchtem Boden sehr gering, durch die Polarisierungseffekte bildet sich an den Metallelektroden eine Sperrschicht - es entsteht so ein Elko (also ein virtueller Elko, da wächst keiner im Blumentopf ). Im Bereich 3-5V schlägt die "Isolierung" durch und es würde auch ein Gleichstrom fließen. Die Kapazitätsmessung ist also auch eine Möglichkeit zur Feuchtigkeitserfassung, evtl. mit Edelstahlelektroden, und dann eben gepulst (~1V) messen. Ein Test wäre ja einfach, die BE-Tester kosten ja fast nichts mehr, teilweise (bei dem den ich habe) ist die Software/Firmware im Internet verfügbar und auch erklärt. Damit einfach mal Tests mit ein paar Elektroden in verschiedenen Blumenkästen machen.

» Vieleicht eine blöde Idee, aber ein keller eines alten Hauses steckt in der
» Erde und drinnen ist es feucht, weil unter anderem weil die Bodenfeuchte
» durchs Mauerwerk dringt und diese Feuchte kannst du mit jedem
» luftfeuchtemessgerät messen.
So blöd finde ich die Idee garnicht, hat mich spontan an ein Tensiometer erinnert [1], das misst aber anders. Ich bin mir relativ sicher, dass ich irgendwo schon mal was über den Ansatz mit der Luftfeuchte gelesen habe.

» Also könnte man auch einfach einen alten Ziegel anbohren und in den Hohlraum so einen Sensor einbauen.
Ein Ziegel wäre etwas groß für einen normalen Blumenkasten und die meisten anderen Pflanzgefäße. Aber ein Tongefäß in Reagenzglasform, das man oben abdichtet wenn der Luftfeuchte-Sensor eingebaut ist...

Ich gehe davon aus, dass das Messverfahren realtiv träge ist, zumindest im Vergleich zur kapazitiven Messung. Und bei der Luftfeuchte-Messung braucht man auf jeden Fall eine Temperaturkompensation. Aber mit geeignetem Luftfeuchtesensor und wenn man mit der Trägheit leben kann wäre das auch ein interessanter Ansatz.

» Früher beim alten Wetterhäuschen war das glaub ich ein Haar vom Pferdeschwanz, welches sich dehnt. Könnte man auch nehmen mit einer Feder und einem Poti
Naja, ob das klappt halte ich für fraglich, aber falls es jemand versuchen möchte - Pferdehaare müsste ich organisieren können

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Tensiometer_(Bodenfeuchte)

» zu diesem Thema las ich, soweit ich mich erinnere, im Zusammenhang von Bautrocknung.
» EDIT: hier mal was zum aachlesen:
» https://de.wikipedia.org/wiki/Baufeuchte
Danke, ist schon mal was. Aber ich denke für die Details muss ich mir doch eher das Paper ganz durchlesen und davon ausgehend weiter recherchieren. Ist auch eher aus Neugier, bauen will ich so einen Radarsensor eigentlich nicht.

»
» Radar-Sensoren findet man via G massenhaft
» zB
» https://www.ebay.de/itm/252925110108
»
» Was die jeweils taugen muss man ausprobieren.
Wenn ich mich recht erinnere hat der alte Zausel vor einiger Zeit mal vor den billigen Radarsensoren aus der Bucht gewarnt. Zumindest wenn man sich nicht so gut mit der Technik auskennt

» Nachtrag/Edit:
» Spasseshalber habe ich eben mal so einen China-Bauelementetester und zwei
» Büroklammern genommen, die Büroklammern gerade gebogen und in einen
» Blumentopf (kürzlich gegossen) gesteckt. Das Kästchen hat - wie ich
» erwartete - einen C mit 69µF angezeigt, ESR 0.14kOhm. In trockner Erde fiel
» die Kapaziät deutlich ab, bis in den pF-bereich. ESR blieb relativ zu den
» Kapazitätswerten recht stabil.
Ich hab vor einiger Zeit ein paar Tests mit einer Schaltung nach dem Prinzip "Anwendung: Kapazitive Sensorschaltung mit LMC555" [1] gemacht. Der Messfühler besteht aus zwei Kupferbelchstreifen die auf eine Kunststoffplatte geklebt sind und durch einen Gefrierbeutel vor Kontakt mit der Erde geschützt sind. Das klappt soweit recht gut - nur der Messfühler muss noch handlicher werden. Das in noch in Arbeit. Ausgewertet wird das ganze mit einem ATTiny oder ATMega, eher Fliegengewichte im Vergleich zum ESP32

Kapazitiv ist halt (Bauteil-)aufwändiger, darum finde ich den Ansatz mit einem PTC so interessant. Ich würde da ja selber etwas experimentieren, aber meine TO-Bastel-Liste verträgt im Moment keine weiteren Einträge

[1] https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ast555.htm

Hallo,
» Kapazitiv ist halt (Bauteil-)aufwändiger, im ersten Ansatz gebe ich Dir Recht, nur wenn man bei anderen Sensoren korrekturen vornehmen muss, relativiert sich das evtl. Ich würde diese Option daher nicht von Beginn an ausschließen.

» darum finde ich den Ansatz mit
» einem PTC so interessant. Ich würde da ja selber etwas experimentieren,

Zweifellos interessant, nur befürchte ich, dass der Sensor wahrscheinlich etwas mehr Heizleistung bieten muss als ein KTY8x, was dann wiederum auf den Stromverbrauch gehen würde. Aber vielleicht klappt es ja - wie gesagt - mit z.B. konstanter Leistung, Korrektur durch Umgebungstemperatur etc.
» aber meine TO-Bastel-Liste verträgt im Moment keine weiteren Einträge
das Problem kenne ich....
»
Grüße
Hartwig