具有多孔的进入元件的电容式土壤湿度测量设备的制作方法
【专利摘要】提出了一种带有至少一个土壤探测器的土壤湿度测量装置，该土壤探测器包括：支架；电容式测量装置，其具有至少一个带第一电容器元件和第二电容器元件的电容器，在这两个电容器元件之间能生产电�。渲校缛菔讲饬孔爸貌贾迷谥Ъ苌希灰约爸辽僖桓鼋朐媒朐挪饬客獠靠占湔诟堑缛菔讲饬孔爸茫媒朐椎毓乖觳⑶腋媒朐怯们姿圆牧辖展�。
【专利说明】具有多孔的进入元件的电容式土壤湿度测量设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带有至少一个土壤探测器的土壤湿度测量设备。
【背景技术】
[0002] 使用土壤湿度测量设备用以测定土壤中的含湿量。例如，依赖于测定的含湿量来 控制对相应土壤的灌溉。
[0003] 被测量含湿量的土壤例如是花园土壤、农业用地或者花盆中的土壤。
[0004] 由DE167 30 46公知了一种用于测量土壤湿度的设备，其中，测量土壤的湿度可 以由电容量测量来确定，其中，将已知孔隙度和孔隙大小的电介质布置在测量电容器的电 极之间的电场中，并且与测量土壤接触。
[0005] 由WO2010/097689Al公知了一种系统，该系统用以测定盆栽植物的状态和/或 状态变化和/或状况，以及用以借助无线通信向占有者或使用者显示测定的状态和/变化。 在植物器皿中或植物器皿上设置有用于测量土壤温度和/或湿度的传感器。
[0006] 由US2008/0202220Al公知了一种用于确定土壤含湿量的方法，其中，由于加热 布置在测量介质中的测量试样而产生温度变化。时间上的温度变化依赖于土壤的含湿量， 并且利用相应的变化来确定含湿量。
[0007] 由US2011/0043230Al公知了一种用于测量材料中的含湿量的设备。
[0008] 由US2010/0251807Al公知了另一用于确定含湿量的设备。
[0009]由DE102 02 198Al公知了一种用于测量材料中的基质势能的设备，其具有测量 含水量的设备以及参照体，该参照体与测量对象接触并且允许水侵入，其中，参照体中的含 水量与基质势能的关系是预先已知的。参照体至少部段式地由纤维构成。
[0010] 由DE10 2009 014 146Al公知了一种用于测量尤其是土壤或货物的水压力的设 备，该设备具有至少部分由多孔的透水的膜包封的测量单元以及传感器。
[0011] 由EP0 259 012Bl公知了一种电子湿度测量器，其包括振荡装置、湿度传感器和 被动元件，该振荡装置具有方波脉冲信号发生器，该湿度传感器与方波脉冲信号发生器连 接并且提供可随大气湿度变化而改变的特征参数，该被动元件与方波脉冲信号发生器连接 并且形成利用湿度传感器的特征参数的时间常数电路，其中，被动元件是不同于湿度传感 器的类型，并且振荡装置相应于在湿度传感器的特征参数生的变化地产生方波脉冲信号。
[0012] 由US2, 941，174公知了一种用于土壤水份的电传感器单元，其包括埋入粒状多 孔介质中的电极。介质被包封在多孔陶瓷杯中。
[0013] 由EP1 844 323Bl公知了一种具有至少一个测量探针（其由温度传感器和用于 对该温度传感器加温的机构构成）以及线路布置（其由评估电子器件和控制器构成）的装 置，该装置用于对可加热的温度传感器加温并且确定测量探针周围的介质的含湿量。在测 量探针与周围的介质之间布置有中间层，其中，测量探针被中间层包围，该中间层由有吸附 力的可机械变形的且热绝缘的材料构成，该材料由合成纤维和/或毡构成。
【发明内容】
[0014] 本发明基于如下任务，S卩，提供一种开头所述类型的土壤湿度测量装置，通过该土 壤湿度测量装置可以用简单且可靠的方式测定含湿量。
[0015] 根据本发明，该任务在开头所述的土壤湿度测量装置中通过如下方式来解决，即， 土壤探测器包括：支架；电容式测量装置，其具有至少一个带第一电容器元件和第二电容 器元件的电容器，在这两个电容器元件之间能生产电�。渲校缛菔讲饬孔爸貌贾迷谥Ъ� 上；以及至少一个进入元件，该进入元件朝着测量外部空间遮盖电容式测量装置，该进入元 件开孔地构造并且该进入元件是用亲水性材料浸渍过的。
[0016] 在一个根据本发明的解决方案中，开孔的进入元件用于将电容式测量装置与待监 测的土壤联接。由此，保持了很好的土壤接触。可以不依赖于土壤类型地获得相应的测量 信号。
[0017] 通过在至少一个开孔的进入元件中的毛细管效应，将包含在测量土壤中的水输送 到至少一个电容器的场加载区域中。即使在相对较差的土壤接触的情况下，仍然可以实现 水在多孔的进入元件中的横向分布，并且获得稳定的测量值。
[0018] 处于进入元件中的水含量是针对贴靠在进入元件上的土壤的土壤湿度的度量。含 水量又影响电容量。至少一个电容器的电容量是针对土壤湿度的度量。因此，通过测定电 容量可以探测出土壤湿度。
[0019] 在一个根据本发明的解决方案中，通过至少一个开孔的进入元件提供用于水到电 容式测量装置的进入路径。校准是不需要的，这是因为电容式测量直接依赖于贴靠在开孔 的进入元件上的土壤的土壤湿度。
[0020] 通过用亲水性材料浸渍进入元件，其中，保持有开孔孔隙度，提供了用于水的限定 的进入路径，以便可以测量土壤的含湿量。通过毛细管效应，土壤水被输送到场加载区域。 浸渍形成了进入元件的孔隙中的内涂层。
[0021] 进入元件是在测量土壤与电容式测量装置之间的多孔的中间介质。亲水性浸渍部 (内涂层）并不限制通过开孔的进入元件的水运送。
[0022] 有利的是，将第一电容器元件和第二电容器元件（电容器的电极）构造为布置在 支架上的导体带，其中，这些导体带特别是平面地构造。由此，特别是可以实现在至少一个 进入元件与至少一个电容器之间的无缝隙的直接接触。
[0023] 出于相同的原因，有利的是，支架至少在布置有电容式测量装置的侧上平面地构 造。
[0024] 此外，有利于保持至少一个进入元件与至少一个电容器之间的无缝隙的直接接触 的是：至少一个进入元件至少朝向电容式测量装置地具有平面侧。
[0025] 有利的是，至少一个进入元件布置在至少一个电容器的杂散场区域 (Streufeldbereich)中。至少一个电容器的至少近似均勾的场区域直接位于第一电容器元 件与第二电容器元件之间。至少一个进入元件在电容器之上遮盖该电容器。由此，进入元 件被杂散场贯穿。通过进入元件中的含湿量相应地影响该杂散�。簿褪撬担榈绯Ｊ⑸� 变化。
[0026] 特别有利的是，至少一个进入元件直接且特别是无缝隙地接触用于第一电容器元 件和第二电容器元件的电绝缘部，并且特别是该电绝缘部直接且无缝隙地接触第一电容器 元件和第二电容器元件。由此，进入元件形成土壤与电容式测量装置（传感器表面）之间 的多孔的中间介质。通过直接接触，中间介质在此仅最小程度地影响测量或完全不影响测 量。电绝缘部例如作为涂层施加到至少一个电容器上。原则上，电绝缘例如也可以作为涂 层布置在进入元件上。
[0027] 在一个制造技术上有利的实施方式中，支架和至少一个进入元件是分开的构件。 因此，支架和至少一个进入元件可以分开地制造。由此，特别是可以用简单的方式制造出具 有其开孔孔隙度和浸渍部的进入元件。
[0028] 有利的是，设置有拉紧装置，通过该拉紧装置使得至少一个进入元件与支架拉紧 并且相对该支架压紧。由此，可以用简单的方式实现电容式测量装置与接触元件之间的直 接且无缝隙的接触。
[0029] 在一个实施方式中，至少一个土壤探测器具有壳体，在该壳体上布置有支架，其 中，壳体包括至少一个第一壳体部件和第二壳体部件，其中，第二壳体部件与第一壳体部件 连接，并且通过第二壳体部件将至少一个进入元件相对支架压紧。通过壳体实现了如下拉 紧装置，该拉紧装置将至少一个进入元件在壳体上拉紧，并且在此相对电容式测量装置压 紧。
[0030] 有利的是，第二壳体部件具有至少一个用于至少一个进入元件的至少一个窗式凹 部，其中，至少一个进入元件具有尤其是环绕的贴靠面，用于在至少一个窗式凹部的区域中 贴靠在第二壳体部件上。至少一个进入元件至少部分地穿过窗式凹部，以便能够实现与土 壤的接触。通过贴靠面可以经由第二壳体部件将至少一个进入元件相对带有电容式测量装 置的支架压紧。
[0031] 有利的是，至少一个进入元件以可更换的方式固定在至少一个土壤探测器上。由 此，可以用简单的方式针对不同的土壤类型和类似物使用不同的进入元件。
[0032] 在一个实施例中，至少一个进入元件施加到支架上。在这种情况下，至少一个进入 元件与支架直接彼此连接。
[0033] 在一个备选的实施方式中，至少一个进入元件形成用于电容式测量装置的支架， 也就是说，将电容式测量装置直接布置在至少一个进入元件上。
[0034] 已证实有利的是，至少一个进入元件具有作为电容式测量装置与测量对象（土 壤）之间的间距的厚度，该厚度在〇· 5mm到IOmm之间的范围内，并且特别是在Imm到5mm 之间的范围内。由此，可以用简单的方式通过测定至少一个电容器的电容量来测定土壤含 湿量。
[0035] 此外，已证实有利的是，至少一个进入元件的孔隙度（孔隙的体积份额）大于或等 于15%并且特别是大于或等于30%。由此，在至少一个作为中间介质的进入元件中的水运 送能力适配于周围土壤，并且至少一个进入元件限制水运送。由此，又以简单的方式测定土 壤湿度。沙土例如具有从10%到15%的有效孔隙度。当孔隙度大于或等于15%时，相较于 周围土壤，至少一个进入元件对水运送并不起限制作用。孔隙度通过进入元件的机械稳定 性限定上限。孔隙度例如小于60%。
[0036] 特别有利的是，至少一个进入元件具有设定的孔隙分布，其具有至少一个在某一 孔隙大小上的最大值，该最大值特别适配于应测量其含湿量的土壤类型。在此，该适配可以 是准确的，或者该适配可以是如下方式的，即，例如也可以检测多种土壤类型。由此确保了， 至少一个进入元件不限制水运送。于是，水接收和水输出基本上与在周围土壤中一样地进 行。
[0037] 在此原则上，孔隙分布可以是单峰值或多峰值的。在单峰值孔隙分布的情况下，平 均孔隙大小的孔隙具有最大的出现频率。在该孔隙分布中没有其他主最大值。（由于制造 技术的原因，可以在与测量不相关的孔隙大小处出现一个或多个次最大值。）相应的单峰值 孔隙分布可以在具有平均孔隙大小的最大值附近尖锐地或宽地设计。在"尖锐"的孔隙分 布中，出现频率从最大值出发快速下降。在宽的孔隙分布中，相对平均孔隙大小具有较大间 距的孔隙大小仍然具有相关的出现频率。在多峰值孔隙分布的情况下，孔隙分布具有多个 最大值。在此，最大值优选位于适配于相应土壤类型的孔隙大小处。多峰值孔隙分布可以 视为单峰值孔隙分布的叠加。单峰值的孔隙分布，尤其是当其相对较尖锐地构造时，经常能 够实现特别是针对特定土壤类型的较高测量精度。当最大值相应适配时，该优点也在针对 多种土壤类型的多峰值孔隙分布中也能得到。在宽的单峰值孔隙分布的情况下，可以确定 不同土壤类型的含湿量。
[0038] 有利的是，针对不同的土壤类型设置有一组具有不同平均孔隙大小的进入元件， 和/或至少一个进入元件具有不同平均孔隙大小的多个进入元件区域，和/或至少一个进 入元件具有如下这样的孔隙分布，使得能执行针对不同的土壤类型的湿度确定。由此，可以 利用土壤湿度测量设备以高精确度对不同的土壤类型进行含湿量测量。
[0039] 根据本发明的土壤湿度测量设备通�？梢栽谌缦虑榭鱿率褂茫矗谥辽僖桓鐾� 壤探测器上布置有不同平均孔隙大小的多个进入元件区域或多个进入元件，和/或设置有 多个具有就平均孔隙大小而言不同的进入元件的土壤探测器，和/或在至少一个土壤探测 器上设置有就平均孔隙大小而言不同的进入元件以进行更换。由此，一方面即使在不同的 土壤种类的情况下也可以用简单的方式测定土壤湿度，而另一方面还得到了广阔的使用范 围。
[0040] 也可以规定，至少一个进入元件具有适配于沙土的平均孔隙大�。�/或在孔隙 分布中具有适配于沙土的在某一孔隙大小处的最大值。该平均孔隙大小或者说具有最大值 的孔隙大小尤其是位于22μm的数量级中。沙质的土壤具有大约22. 3μm的平均孔隙大小 (通过加权平均测定）。在此，沙土中的孔隙大小的加权平均通过对小孔隙、中孔隙以及粗 孔隙的孔隙直径值进行加权并且形成算术平均值来计算。
[0041] 相比于一般的土壤类型，沙土具有最大的孔隙并且因此会迅速变干。当至少一个 进入元件根据比较迅速地变干的且相比于一般的土壤类型具有最大孔隙的沙土来设定时， 确保了在至少一个进入元件中的平均孔隙大小或者说具有最大值的孔隙大小大于或者等 于在周围的土壤中的平均孔隙大小或者说具有最大值的孔隙大小。由此，至少不会显示过 高的土壤湿度。当例如土壤湿度测量设备整合到灌溉系统中时，由此能够避免过晚进行灌 溉。
[0042] 特别有利的是，在至少一个进入元件中的平均孔隙大小或者说具有最大值的孔隙 大小位于10μ--到25μ--之间的范围内，并且特别是在15μ--到25μ--之间的范围内，并且 特别是在18μm到25μm之间的范围内。沙质土壤的孔隙大小的加权平均得出了22. 3μm 的孔隙大小。由此，实现了很好的适配。
[0043] 可以规定，至少一个进入元件的孔隙分布是如下这样的，S卩，当孔隙大小与平均孔 隙大小偏差大于25%时，相应的出现频率（IKufigkeit)比在平均孔隙大小中的出现频率 小至少75%。由此，在平均孔隙大小附近得到相对尖锐的出现频率分布。
[0044] 在一个实施方式中，孔隙分布是如下这样的，S卩，在10μπι和/或25μπι的孔隙大 小的情况下，出现频率是出现频率最大值的至少25%。由此得到了如下的相对孔隙分布， 其中，10μm或25μm的孔隙大小也仍然具有相关的出现频率。在此，在至少一个出现频率 最大值处特别是存在如下孔隙大�。每紫洞笮∥挥�10μm到25μm之间并且例如大约为 20μπι或22μπι。由此，可以借助单峰值或多峰值孔隙分布确定多种土壤种类的含湿量。通 过这样的孔隙分布可以覆盖常见土壤中的所有典型的孔隙大小。
[0045] 在一个实施例中，至少一个进入元件是烧结件。烧结件可以用相对简单的方式制 造有其开孔孔隙度。例如，进入元件由聚乙烯烧结而成。
[0046] 特别地，至少一个进入元件由塑料材料或陶瓷材料制成。可能的塑料材料例如是 聚乙烯或者聚氨酯。可能的开孔陶瓷材料例如是基于堇青石基底或者氧化铝基底。
[0047] 特别有利的是，至少一个土壤探测器构造为针状物。由此，可以用简单的方式将其 置入土壤中。
[0048] 有利的是，设置有评估装置，其能与电容式测量装置形成信号作用的 (signalwirksam)连接，通过它特别是能在至少一个电容器上生成脉冲式电场。由此，可以 用简单的方式测量电容量，并且由此又可以用简单的方式测定土壤湿度。
【专利附图】
【附图说明】
[0049] 下面对优选实施方式的描述结合附图用于进一步阐述本发明。其中：
[0050] 图1示出根据本发明的土壤湿度测量设备的实施例的立体分解图；
[0051] 图2示出根据图1的区域A的示意性放大图；
[0052] 图3示出土壤湿度测量设备的示意性示图，其中，土壤探测器布置在测量空间中， 并且示意性示出土壤探测器上的情况；
[0053] 图4示出在进入元件的一个实施例中的一种孔隙分布；并且
[0054] 图5示出在进入元件的另一实施例中的另一种孔隙分布。
【具体实施方式】
[0055] 在图1中以分解图示出的且在那里用附图标记10标注的根据本发明的土壤湿度 测量设备的实施例包括土壤探测器12。该土壤探测器12构造为插土钉，其可以插到例如花 盆中或花园中的土壤中。
[0056] 在一个实施例中，土壤探测器12包括带有第一壳体部件16和第二壳体部件18的 壳体14。第二壳体部件18例如通过螺丝20固定在第一壳体部件16上。
[0057] 壳体14在方向22上延伸。
[0058] 壳体14在沿着方向22的区域中至少近似长方体状地构造。壳体在端部24上具 有横向于方向22的横截面变窄部26。该横截面变窄部26例如以如下方式构造，S卩，使壳体 14在端部24上金字塔状地、四面体状地或锥状地构造。
[0059] 在壳体14中布置有支架28。支架28尤其是构造为电路板。在支架28上安放有 电容式测量装置30,该电容式测量装置具有（至少一个）带有第一电容器元件34a(第一电 极）和第二电容器元件34b(第二电极）的电容器32。
[0060] 支架28板状地构造。其具有第一平面侧36a和第二平面侧36b。第一平面侧36a 和第二平面侧36b彼此平行。
[0061] 所述电容器32布置在第一侧36a上。在此，第一电容器元件34a和第二电容器元 件34b通过各自的尤其是形式为导体带的平面电容器板形成在支架28上。第一电容器元 件34a和第二电容器元件34b的相应金属材料尤其直接施加到支架28上。电容器32是平 板电容器。
[0062] 此外，在支架28上布置有形式为导体带的通向电容器32的引线（未在图中示 出）。形成引线的导体带与形成电容器元件34a、34b(也就是说电极）的导体带的不同之处 在于它们的横向尺寸：电极相较于引线具有更大的横向尺寸。
[0063] 在一个实施例中，支架28具有位于土壤探测器12之外的区域38。在该区域38 中，在支架28上布置有评估装置40。
[0064] 第一电容器元件34a与第二电容器元件34b彼此间以不传导（绝缘）的中间区域 相间隔。
[0065] 电容器32通过评估装置40来驱控。在此，该电容器特别是以脉冲方式来驱控。脉 冲频率例如在kHz范围内。
[0066] 在电容器32上，在第一电容器元件34a与第二电容器元件34b之间构造出电场 42 (图2)。在此，电场42具有均匀区域44和杂散场区域46。在均匀区域44中，电场42的 场线在第一电容器元件34a与第二电容器元件34b之间不弯曲地分布。在杂散场区域46 中，场线在第一电容器元件34a与第二电容器元件34b之间的中间空间之外弯曲。
[0067] 电绝缘部配属于电容器32并且优选也配属于引线。电绝缘部在图2中以附图标 记47示意出。在一个实施例中，在支架28上布置有绝缘层47,其覆盖所述电容器32以及 引线。
[0068] 第一壳体部件16具有贴靠区域48,该贴靠区域在其形状方面适配于支架28。支 架28贴靠在该贴靠区域上。在此，支架28设有通孔50,相应的螺丝20穿过该通孔。
[0069] 第二壳体部件18围住壳体14。通过第二壳体部件18与第一壳体部件16固定，支 架28也保持在壳体14中。
[0070] 在电容式测量装置30的区域中，第二壳体部件18具有贯穿的窗式凹部52。在窗 式凹部52中安放有进入元件54。进入元件54相对窗式凹部52处的测量外部空间56遮盖 电容式测量装置30。进入元件54是电容式测量装置30相对外部空间（当土壤探测器12 插在土壤中时，就是相对土壤）的实际测量接口。
[0071 ] 进入元件54具有朝向电容式测量装置30的第一平面侧58a。此外在一个实施方 式中，进入元件对置地具有第二平面侧58b。
[0072] 进入元件54以第一平面侧58a无缝隙地直接贴靠在所述电容器32上。
[0073] 进入元件54以第二平面侧58b穿过窗式凹部52,从而使进入元件54例如与第二 壳体部件18的外侧齐平或者伸出超过该外侧。进入元件54的第二平面侧58b也可以相对 第二壳体部件18的外侧回退。
[0074] 在一个实施例中，进入元件54构造为薄板，其包括第一区域60和第二区域62。第 一区域60与第二区域62彼此一体地连接。相较于第二区域62,第一区域60具有更大的 横向尺寸。由此，在第一区域60上形成有环绕的贴靠区域64。区域62布置在窗式凹部52 中。贴靠区域64贴靠在第二壳体部件18的内侧66上。
[0075] 当第二壳体部件18与第一壳体部件16连接时，第二壳体部件18通过其内侧压到 贴靠区域64上，并且进而使进入元件54相对电容式测量装置压紧。由此，形成了拉紧装置 68,其使得进入元件54在壳体14中与支架28和电容式测量装置30拉紧。
[0076] 进入元件54由开孔的材料制成。该进入元件特别是由塑料材料制成。在此，塑料 材料特别是烧结材料。针对所使用的材料的示例是聚乙烯。
[0077] 原则上，进入元件54也可以由泡沫材料、例如聚氨酯泡沫材料或者由多孔的陶瓷 制成。
[0078] 在一个实施例中，接近材料由堇青石制成。也可行的是，例如在氧化铝基底上使用 陶瓷材料。
[0079] 进入元件54是用亲水性材料浸渍过的。
[0080] 在测量外部空间56中的水可以通过进入元件54的孔隙到达电容式测量装置30。 电容式测量装置30的电容器32的电容依赖于第一电容器元件34a与第二电容器元件34b 之间的介质的介电常数地改变。该材料的介电常数依赖于含水量。在进入元件54中的含 水量又依赖于周围土壤介质的含水量，也就是说在测量外部空间中的含水量。
[0081] 通过基于进入元件54中的开孔的毛细管效应，水从测量外部空间56被输送至电 容式测量装置30。
[0082] 进入元件54的厚度D(参见图3)在0.5mm到IOmm之间的范围内，并且特别是在 Imm到5mm的范围中。厚度D也是测量外部空间56与电容式测量装置30之间的间距。
[0083] 土壤探测器12的壳体14布置在壳体70上。当土壤湿度测量设备10通过将土壤 探测器12插入待研宄的土壤中定好位时，壳体70位于地面之上。在壳体70中布置有评估 装置40。在此，壳体被流体密封地封闭。
[0084] 例如在壳体70上布置有用于电池74的电池容纳部72。电池74提供用于评估装 置40所需的电能。此外，还提供用于在电容式测量装置30上生成电场42所需的电能。
[0085] 土壤湿度测量设备10以如下方式运行：
[0086] 为了测量过程，土壤探测器12侵入测量环境中。进入元件54以第二侧58b贴靠 在土壤上。
[0087] 进入元件54是提供土壤接触的中间元件。
[0088] 在电容式测量装置30上，在所述电容器32上生成脉冲式电场42。介电常数受到 位于杂散场区域46中的介质的影响。杂散场区域46中的介质是具有相应水含量的进入元 件54。
[0089] 如在图3中示意出的那样，进入元件54形成电容式测量装置30的多孔的遮盖部。 进入元件54在此无缝隙地接触相应的电容器32。
[0090] 通过在窗式凹部52中的进入元件54改进了在土壤探测器12的传感部件与土壤 之间的土壤接触。通过毛细管效应，土壤水份量经由进入元件54输送到测量区域，也就是 杂散场区域46中。原则上，即使在很差的土壤接触情况下，也可以实现水在多孔的进入元 件54中的横向分布。
[0091] 介电常数依赖于介质（带水的进入元件54)中的水含量。该水含量又是用于土壤 湿度的度量。由此，通过借助评估装置40对电容式测量装置30的评估可以确定土壤湿度。
[0092] 由于多孔的进入元件54,可以得到可再现的稳定的测量值。校准是不需要的。
[0093] 进入元件54特别是由塑料材料制成。这种塑料材料通常是疏水性的。通过进入 元件54的亲水性的其中保持有开孔的浸渍部，可以实现通过进入元件54的孔隙到杂散场 区域46的水运送，并且该通过孔隙的水运送适配于在自然土壤基质中的水运送。
[0094] 亲水性的浸渍特别是在限定的过程条件下进行。例如在真空浸渍的制造时，在固 化的情况下实施超高的温度。
[0095] 在一个实施例中，作为浸渍材料使用以溶剂为基础的纳米颗粒扩散。作用材料基 底（Wirkstoffbasis)是亲水性表面改性的Si02m米颗粒。溶剂在制造浸渍时的干燥过程 中蒸发，并且留下由纳米颗粒构成的亲水性的内涂层。浸渍材料（带有溶剂）预先在负压 下被引入进入元件的原始材料的孔隙中。原则上，进入元件54在其孔隙结构和孔隙分布方 面适配于土壤结构。例如，沙土具有在0. 063mm至2mm范围内的粒度。针对沙土的典型的 孔隙大�。尤ㄆ骄担┦�22. 3μπι。针对典型的沙土的有效孔隙度在10%到15%之间的 范围内。
[0096] 针对粉土 /壤土，典型的粒度在0. 002mm至0. 063mm范围内。土壤中的典型的孔 隙大小大约是11. 8μm。针对这种土壤的有效孔隙度在3%到6%之间。
[0097] 与之相比，在典型的粘土情况下，粒度在0.002mm之下。典型的孔隙大小是 0. 062μm，并且有效的孔隙度在0 %到3 %之间。这种粘土对于水来说几乎是无渗透性的。
[0098] 出于这些提到的原因，有利的是，在进入元件54中的孔隙度（也就是在全部体积 中的孔隙份额）大于15%。有利的是，孔隙大小在IOym到25μπι之间。沙土通常是渗透 性最好的土壤，也就是使水最快流失的土壤。当土壤湿度测量设备用于灌溉控制时，有利的 是使用针对沙土的相应参数。
[0099] 合理的是，在进入元件54中的平均孔隙大小在提到的10μπι到25μπι之间的范围 内，并且例如大约为20μm。
[0100] 进入元件54的孔隙度大于或等于15%。在一个实施例中，孔隙度大于或等于 35%。孔隙度优选小于60%，从而实现了机械稳定的进入元件54。
[0101] 对于图4中示出的实施例，在进入元件54中的平均孔隙大小[是19. 24μm。（最 小的孔隙大小是12. 28μm，而最大的孔隙大小是41. 74μm)。
[0102] 在此，平均孔隙大小I的孔隙在孔隙分布中具有最高的出现频率N。孔隙分布是单 峰值的。在平均孔隙大小的情况下，存在出现频率的最大值。在较小孔隙大小的情况下的 次最大值是由制造导致的，并且对工作原理没有影响。尤其地，在平均孔隙大小^附近的孔 隙大小的出现频率是如下这样的，即，使得其孔隙大小与平均孔隙大小偏差大于25%的孔 隙具有比在平均孔隙大小i的情况下的出现频率小至少75%的出现频率。由此，得到了在 平均孔隙大小附近的相对尖锐的出现频率分布。
[0103] 原则上尤其是为了达到高测量精度可以规定，使进入元件54适配于土壤类型。这 例如以如下方式实现，即，将平均孔隙直径设定成与在平均孔隙大小附近的尖锐的分布相 应（参见图4)。
[0104] 为此可以规定，存在多个不同的进入元件54 (具有不同的平均孔隙直径?)，其中， 这些进入元件能以可更换的方式固定在壳体14上。
[0105] 备选或附加地，土壤湿度测量设备10可以包括多个土壤探测器12,其中，在不同 的土壤探测器上布置有（在平均孔隙直径；；方面）不同的进入元件54。
[0106] 原则上也可行的是，在一个土壤探测器12上布置有不同的进入元件54,其中，原 则上可以设置有多个不同的进入元件，或者一个进入元件54包括具有不同平均孔隙直径 的不同区域。
[0107] 也可行的是，与不同土壤类型的适配通过在进入元件54上设定的孔隙分布来实 现。
[0108] 在孔隙分布76的一个实施例（图5)中，从s处的最大值出发，孔隙分布相对较宽， 从而尤其是10μm到25μm的孔隙大小也仍具有相关的尤其是为在最大值处（在孔隙大小 i处）的出现频率的至少25%的出现频率。通过这种宽的孔隙分布可以实现利用唯一的进 入元件与不同的土壤类型进行适配。
[0109] 孔隙分布76是单峰值的。
[0110] 也可行的是，设置有多峰值的孔隙分布78,其具有多个最大值80a、80b、80c。在相 应孔隙大小处的最大值适配于不同的土壤类型。在这样设定的孔隙分布的情况下，不同土 壤类型的含湿量可以高精度地实施。
[0111] 通过根据本发明的解决方案，其中，设置有用亲水性材料浸渍的开口的进入元件 54,可以实施在很大程度上不依赖于土壤探测器12的土壤接触和颗粒大小的测量。在杂散 场中进行测量。进入元件54也提供了电绝缘层。当合适地选择了平均孔隙大小^时，通过 多孔的进入元件54可以实现相应于自然土壤基质的有针对性的毛细管式的水交换。当孔 隙大小适配于沙土粒度时，那么对于所有其他土壤类型来说也不会导致对水交换的限制。 由此，所得到的测量值是针对土壤湿度的可靠的度量；在电容式测量装置30上测定的电容 量是针对土壤湿度的直接且准确的度量。
[0112] 在所描述的实施例中，进入元件54和支架28是彼此拉紧的分开的元件。
[0113] 在一个备选的实施方式中，进入元件54直接安装在支架28上的电容式测量装置 30上。
[0114] 在另一备选的实施方式中，电容式测量装置30直接制造在进入元件54上。于是， 进入元件54是用于电容式测量装置30的支架。
[0115] 土壤湿度测量设备10可以将其测量结果传递到上级的控制单元或者该上级的控 制单元可以整合到评估装置40中。上级的控制单元例如依赖土壤湿度测量设备10的测量 值地控制灌溉系统；当获知土壤太干时，导入灌溉过程。特别是可以设置调控过程，在该调 控过程中进行灌溉直到土壤湿度测量设备10提供测量信号，根据该测量信号达到了期望 的含湿量。
[0116] 附图标记列表
[0117] 10 土壤湿度测量设备
[0118] 12 土壤探测器
[0119] 14 壳体
[0120] 16 第一壳体部件
[0121] 18 第二壳体部件
[0122] 20 螺丝
[0123] 22 方向
[0124] 24 端部
[0125] 26 横截面变窄部
[0126] 28 支架
[0127] 30 电容式测量装置
[0128] 32 电容器
[0129] 34a 第一电容器元件
[0130] 34b 第二电容器元件
[0131] 36a 第一侧
[0132] 36b 第二侧
[0133] 38 区域
[0134] 40 评估装置
[0135] 42 电场
[0136] 44 均匀区域
[0137] 46 杂散场区域
[0138] 47 电绝缘部
[0139] 48 贴靠区域
[0140] 50 通孔
[0141] 52 窗式凹部
[0142] 54 进入元件
[0143] 56 测量外部空间
[0144] 58a 第一平面侧
[0145] 58b 第二平面侧
[0146] 60 第一区域
[0147] 62 第二区域
[0148] 64 贴靠区域
[0149] 66 内侧
[0150] 68 拉紧装置
[0151] 70 壳体
[0152] 72 电池容纳部
[0153] 74 电池
[0154] 76 孔隙分布
[0155] 78 孔隙分布
[0156] 80a、80b、80c 最大值
【权利要求】
1. 一种带有至少一个土壤探测器（12)的土壤湿度测量装置，所述土壤探测器包括： -支架（28)， -电容式测量装置（30)，所述电容式测量装置具有带第一电容器元件（34a)和第二电 容器元件（34b)的至少一个电容器（32)，在所述第一电容器元件与所述第二电容器元件之 间能生产电�。�42)，其中，所述电容式测量装置（30)布置在所述支架（28)上，以及 -至少一个进入元件（54)，所述进入元件朝着测量外部空间（56)遮盖所述电容式测量 装置（30)，所述进入元件开孔地构造并且所述进入元件是用亲水性材料浸渍过的。
2. 根据权利要求1所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述第一电容器元件（34a) 和所述第二电容器元件（34b)构造为布置在所述支架（28)上的导体带，其中，所述导体带 特别是平面地构造。
3. 根据权利要求1或2所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述支架（28)至少在 布置有所述电容式测量装置（30)的侧（36a)上平面地构造。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)至少朝向所述电容式测量装置（30)地具有平面侧（58a)。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)布置在所述至少一个电容器（32)的杂散场区域（46)中。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)直接且特别是无缝隙地接触用于所述第一电容器元件（34a)和第二电容器 元件（34b)的电绝缘部（47)，并且特别是所述电绝缘部（47)直接且无缝隙地接触所述第一 电容器元件（34a)和所述第二电容器元件（34b)。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述支架（28) 和所述至少一个进入元件（54)是分开的构件。
8. 根据权利要求7所述的土壤湿度测量装置，其特征在于具有拉紧装置（68)，通过所 述拉紧装置将所述至少一个进入元件（54)与所述支架（28)拉紧并且相对所述支架压紧。
9. 根据权利要求7或8所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个土壤探测 器（12)具有壳体（14)，在所述壳体上布置有所述支架（28)，其中，所述壳体（14)包括至少 一个第一壳体部件（16)和第二壳体部件（18)，其中，所述第二壳体部件（18)与所述第一壳 体部件（16)连接，并且通过所述第二壳体部件（18)将所述至少一个进入元件（54)相对所 述支架（28)压紧。
10. 根据权利要求9所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述第二壳体部件（18)具 有用于所述至少一个进入元件（54)的至少一个窗式凹部（52)，其中，所述至少一个进入元 件（54)具有尤其是环绕的贴靠面（64)，用于在所述至少一个窗式凹部（52)的区域中贴靠 在所述第二壳体部件（18)上。
11. 根据权利要求7至10中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一 个进入元件（54)以能更换的方式固定在所述至少一个土壤探测器（12)上。
12. 根据权利要求1至6中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一 个进入元件（54)施加到所述支架上。
13. 根据权利要求1至6中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一 个进入元件形成用于所述电容式测量装置的支架。
14. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)具有作为所述电容式测量装置（30)与测量对象之间的间距的厚度（D)，所述 厚度在〇? 5mm到IOmm之间的范围内，并且特别是在Imm到5mm之间的范围内。
15. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)的孔隙度大于或等于15%并且特别是大于或等于30%。
16. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)具有设定的孔隙分布，所述孔隙分布具有至少一个在某一孔隙大小处的最 大值，所述最大值特别是适配于应被测量其湿度的土壤类型。
17. 根据权利要求16所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述孔隙分布是单峰值 或多峰值的。
18. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，针对不同的土 壤类型设置有一组具有不同平均孔隙大小G)的进入元件（54)，和/或所述至少一个进入 元件（54)具有多个不同平均孔隙大小G)的进入元件区域，和/或所述至少一个进入元件 (54)具有如下这样的孔隙分布，使得能执行针对不同的土壤类型的湿度确定。
19. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，在所述至少一 个土壤探测器（12)上布置有不同平均孔隙大�。↖)的多个进入元件区域或多个进入元件 (54)，和/或设置有带有就平均孔隙大小G)而言不同的进入元件（54)的多个土壤探测 器（12)，和/或在所述至少一个土壤探测器（12)上设置有就平均孔隙大小G)而言不同 的进入元件（54)以进行更换。
20. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)具有适配于沙土的平均孔隙大小G)，和/或在孔隙分布中具有适配于沙 土的在某一孔隙大小处的最大值。
21. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述平均孔隙 大�。╯)和/或孔隙分布在某一孔隙大小处的最大值位于10Um到25ym之间的范围内， 并且特别是在15ym到25ym之间的范围内，并且特别是在18ym到25ym之间的范围内。
22. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，在所述至少一 个进入元件（54)中的孔隙分布是如下这样的，S卩，当孔隙大小与所述平均孔隙大小G) 偏差大于25 %时，相应的出现频率相较于在所述平均孔隙大�。╗)处的出现频率小至少 75%。
23. 根据权利要求1至22中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，孔隙分布是 如下这样的，在10Um和/或25ym的孔隙大小的情况下，出现频率是出现频率最大值的至 少 25%。
24. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)是烧结件。
25. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 进入元件（54)由塑料材料或陶瓷材料制成。
26. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于，所述至少一个 土壤探测器（12)构造为针状物。
27. 根据上述权利要求中任一项所述的土壤湿度测量装置，其特征在于具有评估装置 (40)，通过所述评估装置特别是能在所述至少一个电容器（30)上生成脉冲式电�。�42)。
【文档编号】G01N27/22GK104508472SQ201380039983
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】戈特弗里德·本斯勒, 伯恩哈德·贝克, 丹尼尔·马诺基奥, 克里斯蒂娜·雷斯 申请人:阿尔弗雷德·凯驰两合公司
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