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具有多孔的進入元件的電容式土壤濕度測量設備的制作方法
【專利摘要】提出了一種帶有至少一個土壤探測器的土壤濕度測量裝置，該土壤探測器包括：支架；電容式測量裝置，其具有至少一個帶第一電容器元件和第二電容器元件的電容器，在這兩個電容器元件之間能生產電場，其中，電容式測量裝置布置在支架上；以及至少一個進入元件，該進入元件朝著測量外部空間遮蓋電容式測量裝置，該進入元件開孔地構造并且該進入元件是用親水性材料浸漬過的。
【專利說明】具有多孔的進入元件的電容式土壤濕度測量設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種帶有至少一個土壤探測器的土壤濕度測量設備。

【背景技術】
[0002] 使用土壤濕度測量設備用以測定土壤中的含濕量。例如，依賴于測定的含濕量來 控制對相應土壤的灌溉。
[0003] 被測量含濕量的土壤例如是花園土壤、農業用地或者花盆中的土壤。
[0004] 由DE167 30 46公知了一種用于測量土壤濕度的設備，其中，測量土壤的濕度可 以由電容量測量來確定，其中，將已知孔隙度和孔隙大小的電介質布置在測量電容器的電 極之間的電場中，并且與測量土壤接觸。
[0005] 由WO2010/097689Al公知了一種系統，該系統用以測定盆栽植物的狀態和/或 狀態變化和/或狀況，以及用以借助無線通信向占有者或使用者顯示測定的狀態和/變化。 在植物器皿中或植物器皿上設置有用于測量土壤溫度和/或濕度的傳感器。
[0006] 由US2008/0202220Al公知了一種用于確定土壤含濕量的方法，其中，由于加熱 布置在測量介質中的測量試樣而產生溫度變化。時間上的溫度變化依賴于土壤的含濕量， 并且利用相應的變化來確定含濕量。
[0007] 由US2011/0043230Al公知了一種用于測量材料中的含濕量的設備。
[0008] 由US2010/0251807Al公知了另一用于確定含濕量的設備。
[0009]由DE102 02 198Al公知了一種用于測量材料中的基質勢能的設備，其具有測量 含水量的設備以及參照體，該參照體與測量對象接觸并且允許水侵入，其中，參照體中的含 水量與基質勢能的關系是預先已知的。參照體至少部段式地由纖維構成。
[0010] 由DE10 2009 014 146Al公知了一種用于測量尤其是土壤或貨物的水壓力的設 備，該設備具有至少部分由多孔的透水的膜包封的測量單元以及傳感器。
[0011] 由EP0 259 012Bl公知了一種電子濕度測量器，其包括振蕩裝置、濕度傳感器和 被動元件，該振蕩裝置具有方波脈沖信號發生器，該濕度傳感器與方波脈沖信號發生器連 接并且提供可隨大氣濕度變化而改變的特征參數，該被動元件與方波脈沖信號發生器連接 并且形成利用濕度傳感器的特征參數的時間常數電路，其中，被動元件是不同于濕度傳感 器的類型，并且振蕩裝置相應于在濕度傳感器的特征參數生的變化地產生方波脈沖信號。
[0012] 由US2, 941，174公知了一種用于土壤水份的電傳感器單元，其包括埋入粒狀多 孔介質中的電極。介質被包封在多孔陶瓷杯中。
[0013] 由EP1 844 323Bl公知了一種具有至少一個測量探針（其由溫度傳感器和用于 對該溫度傳感器加溫的機構構成）以及線路布置（其由評估電子器件和控制器構成）的裝 置，該裝置用于對可加熱的溫度傳感器加溫并且確定測量探針周圍的介質的含濕量。在測 量探針與周圍的介質之間布置有中間層，其中，測量探針被中間層包圍，該中間層由有吸附 力的可機械變形的且熱絕緣的材料構成，該材料由合成纖維和/或氈構成。


【發明內容】

[0014] 本發明基于如下任務，S卩，提供一種開頭所述類型的土壤濕度測量裝置，通過該土 壤濕度測量裝置可以用簡單且可靠的方式測定含濕量。
[0015] 根據本發明，該任務在開頭所述的土壤濕度測量裝置中通過如下方式來解決，即， 土壤探測器包括：支架；電容式測量裝置，其具有至少一個帶第一電容器元件和第二電容 器元件的電容器，在這兩個電容器元件之間能生產電場，其中，電容式測量裝置布置在支架 上；以及至少一個進入元件，該進入元件朝著測量外部空間遮蓋電容式測量裝置，該進入元 件開孔地構造并且該進入元件是用親水性材料浸漬過的。
[0016] 在一個根據本發明的解決方案中，開孔的進入元件用于將電容式測量裝置與待監 測的土壤聯接。由此，保持了很好的土壤接觸。可以不依賴于土壤類型地獲得相應的測量 信號。
[0017] 通過在至少一個開孔的進入元件中的毛細管效應，將包含在測量土壤中的水輸送 到至少一個電容器的場加載區域中。即使在相對較差的土壤接觸的情況下，仍然可以實現 水在多孔的進入元件中的橫向分布，并且獲得穩定的測量值。
[0018] 處于進入元件中的水含量是針對貼靠在進入元件上的土壤的土壤濕度的度量。含 水量又影響電容量。至少一個電容器的電容量是針對土壤濕度的度量。因此，通過測定電 容量可以探測出土壤濕度。
[0019] 在一個根據本發明的解決方案中，通過至少一個開孔的進入元件提供用于水到電 容式測量裝置的進入路徑。校準是不需要的，這是因為電容式測量直接依賴于貼靠在開孔 的進入元件上的土壤的土壤濕度。
[0020] 通過用親水性材料浸漬進入元件，其中，保持有開孔孔隙度，提供了用于水的限定 的進入路徑，以便可以測量土壤的含濕量。通過毛細管效應，土壤水被輸送到場加載區域。 浸漬形成了進入元件的孔隙中的內涂層。
[0021] 進入元件是在測量土壤與電容式測量裝置之間的多孔的中間介質。親水性浸漬部 (內涂層）并不限制通過開孔的進入元件的水運送。
[0022] 有利的是，將第一電容器元件和第二電容器元件（電容器的電極）構造為布置在 支架上的導體帶，其中，這些導體帶特別是平面地構造。由此，特別是可以實現在至少一個 進入元件與至少一個電容器之間的無縫隙的直接接觸。
[0023] 出于相同的原因，有利的是，支架至少在布置有電容式測量裝置的側上平面地構 造。
[0024] 此外，有利于保持至少一個進入元件與至少一個電容器之間的無縫隙的直接接觸 的是：至少一個進入元件至少朝向電容式測量裝置地具有平面側。
[0025] 有利的是，至少一個進入元件布置在至少一個電容器的雜散場區域 (Streufeldbereich)中。至少一個電容器的至少近似均勾的場區域直接位于第一電容器元 件與第二電容器元件之間。至少一個進入元件在電容器之上遮蓋該電容器。由此，進入元 件被雜散場貫穿。通過進入元件中的含濕量相應地影響該雜散場，也就是說，介電常數發生 變化。
[0026] 特別有利的是，至少一個進入元件直接且特別是無縫隙地接觸用于第一電容器元 件和第二電容器元件的電絕緣部，并且特別是該電絕緣部直接且無縫隙地接觸第一電容器 元件和第二電容器元件。由此，進入元件形成土壤與電容式測量裝置（傳感器表面）之間 的多孔的中間介質。通過直接接觸，中間介質在此僅最小程度地影響測量或完全不影響測 量。電絕緣部例如作為涂層施加到至少一個電容器上。原則上，電絕緣例如也可以作為涂 層布置在進入元件上。
[0027] 在一個制造技術上有利的實施方式中，支架和至少一個進入元件是分開的構件。 因此，支架和至少一個進入元件可以分開地制造。由此，特別是可以用簡單的方式制造出具 有其開孔孔隙度和浸漬部的進入元件。
[0028] 有利的是，設置有拉緊裝置，通過該拉緊裝置使得至少一個進入元件與支架拉緊 并且相對該支架壓緊。由此，可以用簡單的方式實現電容式測量裝置與接觸元件之間的直 接且無縫隙的接觸。
[0029] 在一個實施方式中，至少一個土壤探測器具有殼體，在該殼體上布置有支架，其 中，殼體包括至少一個第一殼體部件和第二殼體部件，其中，第二殼體部件與第一殼體部件 連接，并且通過第二殼體部件將至少一個進入元件相對支架壓緊。通過殼體實現了如下拉 緊裝置，該拉緊裝置將至少一個進入元件在殼體上拉緊，并且在此相對電容式測量裝置壓 緊。
[0030] 有利的是，第二殼體部件具有至少一個用于至少一個進入元件的至少一個窗式凹 部，其中，至少一個進入元件具有尤其是環繞的貼靠面，用于在至少一個窗式凹部的區域中 貼靠在第二殼體部件上。至少一個進入元件至少部分地穿過窗式凹部，以便能夠實現與土 壤的接觸。通過貼靠面可以經由第二殼體部件將至少一個進入元件相對帶有電容式測量裝 置的支架壓緊。
[0031] 有利的是，至少一個進入元件以可更換的方式固定在至少一個土壤探測器上。由 此，可以用簡單的方式針對不同的土壤類型和類似物使用不同的進入元件。
[0032] 在一個實施例中，至少一個進入元件施加到支架上。在這種情況下，至少一個進入 元件與支架直接彼此連接。
[0033] 在一個備選的實施方式中，至少一個進入元件形成用于電容式測量裝置的支架， 也就是說，將電容式測量裝置直接布置在至少一個進入元件上。
[0034] 已證實有利的是，至少一個進入元件具有作為電容式測量裝置與測量對象（土 壤）之間的間距的厚度，該厚度在〇· 5mm到IOmm之間的范圍內，并且特別是在Imm到5mm 之間的范圍內。由此，可以用簡單的方式通過測定至少一個電容器的電容量來測定土壤含 濕量。
[0035] 此外，已證實有利的是，至少一個進入元件的孔隙度（孔隙的體積份額）大于或等 于15%并且特別是大于或等于30%。由此，在至少一個作為中間介質的進入元件中的水運 送能力適配于周圍土壤，并且至少一個進入元件限制水運送。由此，又以簡單的方式測定土 壤濕度。沙土例如具有從10%到15%的有效孔隙度。當孔隙度大于或等于15%時，相較于 周圍土壤，至少一個進入元件對水運送并不起限制作用。孔隙度通過進入元件的機械穩定 性限定上限。孔隙度例如小于60%。
[0036] 特別有利的是，至少一個進入元件具有設定的孔隙分布，其具有至少一個在某一 孔隙大小上的最大值，該最大值特別適配于應測量其含濕量的土壤類型。在此，該適配可以 是準確的，或者該適配可以是如下方式的，即，例如也可以檢測多種土壤類型。由此確保了， 至少一個進入元件不限制水運送。于是，水接收和水輸出基本上與在周圍土壤中一樣地進 行。
[0037] 在此原則上，孔隙分布可以是單峰值或多峰值的。在單峰值孔隙分布的情況下，平 均孔隙大小的孔隙具有最大的出現頻率。在該孔隙分布中沒有其他主最大值。（由于制造 技術的原因，可以在與測量不相關的孔隙大小處出現一個或多個次最大值。）相應的單峰值 孔隙分布可以在具有平均孔隙大小的最大值附近尖銳地或寬地設計。在"尖銳"的孔隙分 布中，出現頻率從最大值出發快速下降。在寬的孔隙分布中，相對平均孔隙大小具有較大間 距的孔隙大小仍然具有相關的出現頻率。在多峰值孔隙分布的情況下，孔隙分布具有多個 最大值。在此，最大值優選位于適配于相應土壤類型的孔隙大小處。多峰值孔隙分布可以 視為單峰值孔隙分布的疊加。單峰值的孔隙分布，尤其是當其相對較尖銳地構造時，經常能 夠實現特別是針對特定土壤類型的較高測量精度。當最大值相應適配時，該優點也在針對 多種土壤類型的多峰值孔隙分布中也能得到。在寬的單峰值孔隙分布的情況下，可以確定 不同土壤類型的含濕量。
[0038] 有利的是，針對不同的土壤類型設置有一組具有不同平均孔隙大小的進入元件， 和/或至少一個進入元件具有不同平均孔隙大小的多個進入元件區域，和/或至少一個進 入元件具有如下這樣的孔隙分布，使得能執行針對不同的土壤類型的濕度確定。由此，可以 利用土壤濕度測量設備以高精確度對不同的土壤類型進行含濕量測量。
[0039] 根據本發明的土壤濕度測量設備通常可以在如下情況下使用，即，在至少一個土 壤探測器上布置有不同平均孔隙大小的多個進入元件區域或多個進入元件，和/或設置有 多個具有就平均孔隙大小而言不同的進入元件的土壤探測器，和/或在至少一個土壤探測 器上設置有就平均孔隙大小而言不同的進入元件以進行更換。由此，一方面即使在不同的 土壤種類的情況下也可以用簡單的方式測定土壤濕度，而另一方面還得到了廣闊的使用范 圍。
[0040] 也可以規定，至少一個進入元件具有適配于沙土的平均孔隙大小，和/或在孔隙 分布中具有適配于沙土的在某一孔隙大小處的最大值。該平均孔隙大小或者說具有最大值 的孔隙大小尤其是位于22μm的數量級中。沙質的土壤具有大約22. 3μm的平均孔隙大小 (通過加權平均測定）。在此，沙土中的孔隙大小的加權平均通過對小孔隙、中孔隙以及粗 孔隙的孔隙直徑值進行加權并且形成算術平均值來計算。
[0041] 相比于一般的土壤類型，沙土具有最大的孔隙并且因此會迅速變干。當至少一個 進入元件根據比較迅速地變干的且相比于一般的土壤類型具有最大孔隙的沙土來設定時， 確保了在至少一個進入元件中的平均孔隙大小或者說具有最大值的孔隙大小大于或者等 于在周圍的土壤中的平均孔隙大小或者說具有最大值的孔隙大小。由此，至少不會顯示過 高的土壤濕度。當例如土壤濕度測量設備整合到灌溉系統中時，由此能夠避免過晚進行灌 溉。
[0042] 特別有利的是，在至少一個進入元件中的平均孔隙大小或者說具有最大值的孔隙 大小位于10μ--到25μ--之間的范圍內，并且特別是在15μ--到25μ--之間的范圍內，并且 特別是在18μm到25μm之間的范圍內。沙質土壤的孔隙大小的加權平均得出了22. 3μm 的孔隙大小。由此，實現了很好的適配。
[0043] 可以規定，至少一個進入元件的孔隙分布是如下這樣的，S卩，當孔隙大小與平均孔 隙大小偏差大于25%時，相應的出現頻率（IKufigkeit)比在平均孔隙大小中的出現頻率 小至少75%。由此，在平均孔隙大小附近得到相對尖銳的出現頻率分布。
[0044] 在一個實施方式中，孔隙分布是如下這樣的，S卩，在10μπι和/或25μπι的孔隙大 小的情況下，出現頻率是出現頻率最大值的至少25%。由此得到了如下的相對孔隙分布， 其中，10μm或25μm的孔隙大小也仍然具有相關的出現頻率。在此，在至少一個出現頻率 最大值處特別是存在如下孔隙大小，該孔隙大小位于10μm到25μm之間并且例如大約為 20μπι或22μπι。由此，可以借助單峰值或多峰值孔隙分布確定多種土壤種類的含濕量。通 過這樣的孔隙分布可以覆蓋常見土壤中的所有典型的孔隙大小。
[0045] 在一個實施例中，至少一個進入元件是燒結件。燒結件可以用相對簡單的方式制 造有其開孔孔隙度。例如，進入元件由聚乙烯燒結而成。
[0046] 特別地，至少一個進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。可能的開孔陶瓷材料例如是基于堇青石基底或者氧化鋁基底。
[0047] 特別有利的是，至少一個土壤探測器構造為針狀物。由此，可以用簡單的方式將其 置入土壤中。
[0048] 有利的是，設置有評估裝置，其能與電容式測量裝置形成信號作用的 (signalwirksam)連接，通過它特別是能在至少一個電容器上生成脈沖式電場。由此，可以 用簡單的方式測量電容量，并且由此又可以用簡單的方式測定土壤濕度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049] 下面對優選實施方式的描述結合附圖用于進一步闡述本發明。其中：
[0050] 圖1示出根據本發明的土壤濕度測量設備的實施例的立體分解圖；
[0051] 圖2示出根據圖1的區域A的示意性放大圖；
[0052] 圖3示出土壤濕度測量設備的示意性示圖，其中，土壤探測器布置在測量空間中， 并且示意性示出土壤探測器上的情況；
[0053] 圖4示出在進入元件的一個實施例中的一種孔隙分布；并且
[0054] 圖5示出在進入元件的另一實施例中的另一種孔隙分布。

【具體實施方式】
[0055] 在圖1中以分解圖示出的且在那里用附圖標記10標注的根據本發明的土壤濕度 測量設備的實施例包括土壤探測器12。該土壤探測器12構造為插土釘，其可以插到例如花 盆中或花園中的土壤中。
[0056] 在一個實施例中，土壤探測器12包括帶有第一殼體部件16和第二殼體部件18的 殼體14。第二殼體部件18例如通過螺絲20固定在第一殼體部件16上。
[0057] 殼體14在方向22上延伸。
[0058] 殼體14在沿著方向22的區域中至少近似長方體狀地構造。殼體在端部24上具 有橫向于方向22的橫截面變窄部26。該橫截面變窄部26例如以如下方式構造，S卩，使殼體 14在端部24上金字塔狀地、四面體狀地或錐狀地構造。
[0059] 在殼體14中布置有支架28。支架28尤其是構造為電路板。在支架28上安放有 電容式測量裝置30,該電容式測量裝置具有（至少一個）帶有第一電容器元件34a(第一電 極）和第二電容器元件34b(第二電極）的電容器32。
[0060] 支架28板狀地構造。其具有第一平面側36a和第二平面側36b。第一平面側36a 和第二平面側36b彼此平行。
[0061] 所述電容器32布置在第一側36a上。在此，第一電容器元件34a和第二電容器元 件34b通過各自的尤其是形式為導體帶的平面電容器板形成在支架28上。第一電容器元 件34a和第二電容器元件34b的相應金屬材料尤其直接施加到支架28上。電容器32是平 板電容器。
[0062] 此外，在支架28上布置有形式為導體帶的通向電容器32的引線（未在圖中示 出）。形成引線的導體帶與形成電容器元件34a、34b(也就是說電極）的導體帶的不同之處 在于它們的橫向尺寸：電極相較于引線具有更大的橫向尺寸。
[0063] 在一個實施例中，支架28具有位于土壤探測器12之外的區域38。在該區域38 中，在支架28上布置有評估裝置40。
[0064] 第一電容器元件34a與第二電容器元件34b彼此間以不傳導（絕緣）的中間區域 相間隔。
[0065] 電容器32通過評估裝置40來驅控。在此，該電容器特別是以脈沖方式來驅控。脈 沖頻率例如在kHz范圍內。
[0066] 在電容器32上，在第一電容器元件34a與第二電容器元件34b之間構造出電場 42 (圖2)。在此，電場42具有均勻區域44和雜散場區域46。在均勻區域44中，電場42的 場線在第一電容器元件34a與第二電容器元件34b之間不彎曲地分布。在雜散場區域46 中，場線在第一電容器元件34a與第二電容器元件34b之間的中間空間之外彎曲。
[0067] 電絕緣部配屬于電容器32并且優選也配屬于引線。電絕緣部在圖2中以附圖標 記47示意出。在一個實施例中，在支架28上布置有絕緣層47,其覆蓋所述電容器32以及 引線。
[0068] 第一殼體部件16具有貼靠區域48,該貼靠區域在其形狀方面適配于支架28。支 架28貼靠在該貼靠區域上。在此，支架28設有通孔50,相應的螺絲20穿過該通孔。
[0069] 第二殼體部件18圍住殼體14。通過第二殼體部件18與第一殼體部件16固定，支 架28也保持在殼體14中。
[0070] 在電容式測量裝置30的區域中，第二殼體部件18具有貫穿的窗式凹部52。在窗 式凹部52中安放有進入元件54。進入元件54相對窗式凹部52處的測量外部空間56遮蓋 電容式測量裝置30。進入元件54是電容式測量裝置30相對外部空間（當土壤探測器12 插在土壤中時，就是相對土壤）的實際測量接口。
[0071 ] 進入元件54具有朝向電容式測量裝置30的第一平面側58a。此外在一個實施方 式中，進入元件對置地具有第二平面側58b。
[0072] 進入元件54以第一平面側58a無縫隙地直接貼靠在所述電容器32上。
[0073] 進入元件54以第二平面側58b穿過窗式凹部52,從而使進入元件54例如與第二 殼體部件18的外側齊平或者伸出超過該外側。進入元件54的第二平面側58b也可以相對 第二殼體部件18的外側回退。
[0074] 在一個實施例中，進入元件54構造為薄板，其包括第一區域60和第二區域62。第 一區域60與第二區域62彼此一體地連接。相較于第二區域62,第一區域60具有更大的 橫向尺寸。由此，在第一區域60上形成有環繞的貼靠區域64。區域62布置在窗式凹部52 中。貼靠區域64貼靠在第二殼體部件18的內側66上。
[0075] 當第二殼體部件18與第一殼體部件16連接時，第二殼體部件18通過其內側壓到 貼靠區域64上，并且進而使進入元件54相對電容式測量裝置壓緊。由此，形成了拉緊裝置 68,其使得進入元件54在殼體14中與支架28和電容式測量裝置30拉緊。
[0076] 進入元件54由開孔的材料制成。該進入元件特別是由塑料材料制成。在此，塑料 材料特別是燒結材料。針對所使用的材料的示例是聚乙烯。
[0077] 原則上，進入元件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] 在一個實施例中，接近材料由堇青石制成。也可行的是，例如在氧化鋁基底上使用 陶瓷材料。
[0079] 進入元件54是用親水性材料浸漬過的。
[0080] 在測量外部空間56中的水可以通過進入元件54的孔隙到達電容式測量裝置30。 電容式測量裝置30的電容器32的電容依賴于第一電容器元件34a與第二電容器元件34b 之間的介質的介電常數地改變。該材料的介電常數依賴于含水量。在進入元件54中的含 水量又依賴于周圍土壤介質的含水量，也就是說在測量外部空間中的含水量。
[0081] 通過基于進入元件54中的開孔的毛細管效應，水從測量外部空間56被輸送至電 容式測量裝置30。
[0082] 進入元件54的厚度D(參見圖3)在0.5mm到IOmm之間的范圍內，并且特別是在 Imm到5mm的范圍中。厚度D也是測量外部空間56與電容式測量裝置30之間的間距。
[0083] 土壤探測器12的殼體14布置在殼體70上。當土壤濕度測量設備10通過將土壤 探測器12插入待研宄的土壤中定好位時，殼體70位于地面之上。在殼體70中布置有評估 裝置40。在此，殼體被流體密封地封閉。
[0084] 例如在殼體70上布置有用于電池74的電池容納部72。電池74提供用于評估裝 置40所需的電能。此外，還提供用于在電容式測量裝置30上生成電場42所需的電能。
[0085] 土壤濕度測量設備10以如下方式運行：
[0086] 為了測量過程，土壤探測器12侵入測量環境中。進入元件54以第二側58b貼靠 在土壤上。
[0087] 進入元件54是提供土壤接觸的中間元件。
[0088] 在電容式測量裝置30上，在所述電容器32上生成脈沖式電場42。介電常數受到 位于雜散場區域46中的介質的影響。雜散場區域46中的介質是具有相應水含量的進入元 件54。
[0089] 如在圖3中示意出的那樣，進入元件54形成電容式測量裝置30的多孔的遮蓋部。 進入元件54在此無縫隙地接觸相應的電容器32。
[0090] 通過在窗式凹部52中的進入元件54改進了在土壤探測器12的傳感部件與土壤 之間的土壤接觸。通過毛細管效應，土壤水份量經由進入元件54輸送到測量區域，也就是 雜散場區域46中。原則上，即使在很差的土壤接觸情況下，也可以實現水在多孔的進入元 件54中的橫向分布。
[0091] 介電常數依賴于介質（帶水的進入元件54)中的水含量。該水含量又是用于土壤 濕度的度量。由此，通過借助評估裝置40對電容式測量裝置30的評估可以確定土壤濕度。
[0092] 由于多孔的進入元件54,可以得到可再現的穩定的測量值。校準是不需要的。
[0093] 進入元件54特別是由塑料材料制成。這種塑料材料通常是疏水性的。通過進入 元件54的親水性的其中保持有開孔的浸漬部，可以實現通過進入元件54的孔隙到雜散場 區域46的水運送，并且該通過孔隙的水運送適配于在自然土壤基質中的水運送。
[0094] 親水性的浸漬特別是在限定的過程條件下進行。例如在真空浸漬的制造時，在固 化的情況下實施超高的溫度。
[0095] 在一個實施例中，作為浸漬材料使用以溶劑為基礎的納米顆粒擴散。作用材料基 底（Wirkstoffbasis)是親水性表面改性的Si02m米顆粒。溶劑在制造浸漬時的干燥過程 中蒸發，并且留下由納米顆粒構成的親水性的內涂層。浸漬材料（帶有溶劑）預先在負壓 下被引入進入元件的原始材料的孔隙中。原則上，進入元件54在其孔隙結構和孔隙分布方 面適配于土壤結構。例如，沙土具有在0. 063mm至2mm范圍內的粒度。針對沙土的典型的 孔隙大小（加權平均值）是22. 3μπι。針對典型的沙土的有效孔隙度在10%到15%之間的 范圍內。
[0096] 針對粉土 /壤土，典型的粒度在0. 002mm至0. 063mm范圍內。土壤中的典型的孔 隙大小大約是11. 8μm。針對這種土壤的有效孔隙度在3%到6%之間。
[0097] 與之相比，在典型的粘土情況下，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 %之間。這種粘土對于水來說幾乎是無滲透性的。
[0098] 出于這些提到的原因，有利的是，在進入元件54中的孔隙度（也就是在全部體積 中的孔隙份額）大于15%。有利的是，孔隙大小在IOym到25μπι之間。沙土通常是滲透 性最好的土壤，也就是使水最快流失的土壤。當土壤濕度測量設備用于灌溉控制時，有利的 是使用針對沙土的相應參數。
[0099] 合理的是，在進入元件54中的平均孔隙大小在提到的10μπι到25μπι之間的范圍 內，并且例如大約為20μm。
[0100] 進入元件54的孔隙度大于或等于15%。在一個實施例中，孔隙度大于或等于 35%。孔隙度優選小于60%，從而實現了機械穩定的進入元件54。
[0101] 對于圖4中示出的實施例，在進入元件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現頻率N。孔隙分布是單 峰值的。在平均孔隙大小的情況下，存在出現頻率的最大值。在較小孔隙大小的情況下的 次最大值是由制造導致的，并且對工作原理沒有影響。尤其地，在平均孔隙大小^附近的孔 隙大小的出現頻率是如下這樣的，即，使得其孔隙大小與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的情況下的出現頻率小至少75%的出現頻率。由此，得到了在 平均孔隙大小附近的相對尖銳的出現頻率分布。
[0103] 原則上尤其是為了達到高測量精度可以規定，使進入元件54適配于土壤類型。這 例如以如下方式實現，即，將平均孔隙直徑設定成與在平均孔隙大小附近的尖銳的分布相 應（參見圖4)。
[0104] 為此可以規定，存在多個不同的進入元件54 (具有不同的平均孔隙直徑?)，其中， 這些進入元件能以可更換的方式固定在殼體14上。
[0105] 備選或附加地，土壤濕度測量設備10可以包括多個土壤探測器12,其中，在不同 的土壤探測器上布置有（在平均孔隙直徑；；方面）不同的進入元件54。
[0106] 原則上也可行的是，在一個土壤探測器12上布置有不同的進入元件54,其中，原 則上可以設置有多個不同的進入元件，或者一個進入元件54包括具有不同平均孔隙直徑 的不同區域。
[0107] 也可行的是，與不同土壤類型的適配通過在進入元件54上設定的孔隙分布來實 現。
[0108] 在孔隙分布76的一個實施例（圖5)中，從s處的最大值出發，孔隙分布相對較寬， 從而尤其是10μm到25μm的孔隙大小也仍具有相關的尤其是為在最大值處（在孔隙大小 i處）的出現頻率的至少25%的出現頻率。通過這種寬的孔隙分布可以實現利用唯一的進 入元件與不同的土壤類型進行適配。
[0109] 孔隙分布76是單峰值的。
[0110] 也可行的是，設置有多峰值的孔隙分布78,其具有多個最大值80a、80b、80c。在相 應孔隙大小處的最大值適配于不同的土壤類型。在這樣設定的孔隙分布的情況下，不同土 壤類型的含濕量可以高精度地實施。
[0111] 通過根據本發明的解決方案，其中，設置有用親水性材料浸漬的開口的進入元件 54,可以實施在很大程度上不依賴于土壤探測器12的土壤接觸和顆粒大小的測量。在雜散 場中進行測量。進入元件54也提供了電絕緣層。當合適地選擇了平均孔隙大小^時，通過 多孔的進入元件54可以實現相應于自然土壤基質的有針對性的毛細管式的水交換。當孔 隙大小適配于沙土粒度時，那么對于所有其他土壤類型來說也不會導致對水交換的限制。 由此，所得到的測量值是針對土壤濕度的可靠的度量；在電容式測量裝置30上測定的電容 量是針對土壤濕度的直接且準確的度量。
[0112] 在所描述的實施例中，進入元件54和支架28是彼此拉緊的分開的元件。
[0113] 在一個備選的實施方式中，進入元件54直接安裝在支架28上的電容式測量裝置 30上。
[0114] 在另一備選的實施方式中，電容式測量裝置30直接制造在進入元件54上。于是， 進入元件54是用于電容式測量裝置30的支架。
[0115] 土壤濕度測量設備10可以將其測量結果傳遞到上級的控制單元或者該上級的控 制單元可以整合到評估裝置40中。上級的控制單元例如依賴土壤濕度測量設備10的測量 值地控制灌溉系統；當獲知土壤太干時，導入灌溉過程。特別是可以設置調控過程，在該調 控過程中進行灌溉直到土壤濕度測量設備10提供測量信號，根據該測量信號達到了期望 的含濕量。
[0116] 附圖標記列表
[0117] 10 土壤濕度測量設備
[0118] 12 土壤探測器
[0119] 14 殼體
[0120] 16 第一殼體部件
[0121] 18 第二殼體部件
[0122] 20 螺絲
[0123] 22 方向
[0124] 24 端部
[0125] 26 橫截面變窄部
[0126] 28 支架
[0127] 30 電容式測量裝置
[0128] 32 電容器
[0129] 34a 第一電容器元件
[0130] 34b 第二電容器元件
[0131] 36a 第一側
[0132] 36b 第二側
[0133] 38 區域
[0134] 40 評估裝置
[0135] 42 電場
[0136] 44 均勻區域
[0137] 46 雜散場區域
[0138] 47 電絕緣部
[0139] 48 貼靠區域
[0140] 50 通孔
[0141] 52 窗式凹部
[0142] 54 進入元件
[0143] 56 測量外部空間
[0144] 58a 第一平面側
[0145] 58b 第二平面側
[0146] 60 第一區域
[0147] 62 第二區域
[0148] 64 貼靠區域
[0149] 66 內側
[0150] 68 拉緊裝置
[0151] 70 殼體
[0152] 72 電池容納部
[0153] 74 電池
[0154] 76 孔隙分布
[0155] 78 孔隙分布
[0156] 80a、80b、80c 最大值
【權利要求】
1. 一種帶有至少一個土壤探測器（12)的土壤濕度測量裝置，所述土壤探測器包括： -支架（28)， -電容式測量裝置（30)，所述電容式測量裝置具有帶第一電容器元件（34a)和第二電 容器元件（34b)的至少一個電容器（32)，在所述第一電容器元件與所述第二電容器元件之 間能生產電場（42)，其中，所述電容式測量裝置（30)布置在所述支架（28)上，以及 -至少一個進入元件（54)，所述進入元件朝著測量外部空間（56)遮蓋所述電容式測量 裝置（30)，所述進入元件開孔地構造并且所述進入元件是用親水性材料浸漬過的。
2. 根據權利要求1所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述第一電容器元件（34a) 和所述第二電容器元件（34b)構造為布置在所述支架（28)上的導體帶，其中，所述導體帶 特別是平面地構造。
3. 根據權利要求1或2所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述支架（28)至少在 布置有所述電容式測量裝置（30)的側（36a)上平面地構造。
4. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)至少朝向所述電容式測量裝置（30)地具有平面側（58a)。
5. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)布置在所述至少一個電容器（32)的雜散場區域（46)中。
6. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)直接且特別是無縫隙地接觸用于所述第一電容器元件（34a)和第二電容器 元件（34b)的電絕緣部（47)，并且特別是所述電絕緣部（47)直接且無縫隙地接觸所述第一 電容器元件（34a)和所述第二電容器元件（34b)。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述支架（28) 和所述至少一個進入元件（54)是分開的構件。
8. 根據權利要求7所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于具有拉緊裝置（68)，通過所 述拉緊裝置將所述至少一個進入元件（54)與所述支架（28)拉緊并且相對所述支架壓緊。
9. 根據權利要求7或8所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個土壤探測 器（12)具有殼體（14)，在所述殼體上布置有所述支架（28)，其中，所述殼體（14)包括至少 一個第一殼體部件（16)和第二殼體部件（18)，其中，所述第二殼體部件（18)與所述第一殼 體部件（16)連接，并且通過所述第二殼體部件（18)將所述至少一個進入元件（54)相對所 述支架（28)壓緊。
10. 根據權利要求9所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述第二殼體部件（18)具 有用于所述至少一個進入元件（54)的至少一個窗式凹部（52)，其中，所述至少一個進入元 件（54)具有尤其是環繞的貼靠面（64)，用于在所述至少一個窗式凹部（52)的區域中貼靠 在所述第二殼體部件（18)上。
11. 根據權利要求7至10中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一 個進入元件（54)以能更換的方式固定在所述至少一個土壤探測器（12)上。
12. 根據權利要求1至6中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一 個進入元件（54)施加到所述支架上。
13. 根據權利要求1至6中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一 個進入元件形成用于所述電容式測量裝置的支架。
14. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)具有作為所述電容式測量裝置（30)與測量對象之間的間距的厚度（D)，所述 厚度在〇? 5mm到IOmm之間的范圍內，并且特別是在Imm到5mm之間的范圍內。
15. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)的孔隙度大于或等于15%并且特別是大于或等于30%。
16. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)具有設定的孔隙分布，所述孔隙分布具有至少一個在某一孔隙大小處的最 大值，所述最大值特別是適配于應被測量其濕度的土壤類型。
17. 根據權利要求16所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述孔隙分布是單峰值 或多峰值的。
18. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，針對不同的土 壤類型設置有一組具有不同平均孔隙大小G)的進入元件（54)，和/或所述至少一個進入 元件（54)具有多個不同平均孔隙大小G)的進入元件區域，和/或所述至少一個進入元件 (54)具有如下這樣的孔隙分布，使得能執行針對不同的土壤類型的濕度確定。
19. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，在所述至少一 個土壤探測器（12)上布置有不同平均孔隙大小（I)的多個進入元件區域或多個進入元件 (54)，和/或設置有帶有就平均孔隙大小G)而言不同的進入元件（54)的多個土壤探測 器（12)，和/或在所述至少一個土壤探測器（12)上設置有就平均孔隙大小G)而言不同 的進入元件（54)以進行更換。
20. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)具有適配于沙土的平均孔隙大小G)，和/或在孔隙分布中具有適配于沙 土的在某一孔隙大小處的最大值。
21. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述平均孔隙 大小（s)和/或孔隙分布在某一孔隙大小處的最大值位于10Um到25ym之間的范圍內， 并且特別是在15ym到25ym之間的范圍內，并且特別是在18ym到25ym之間的范圍內。
22. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，在所述至少一 個進入元件（54)中的孔隙分布是如下這樣的，S卩，當孔隙大小與所述平均孔隙大小G) 偏差大于25 %時，相應的出現頻率相較于在所述平均孔隙大小（[)處的出現頻率小至少 75%。
23. 根據權利要求1至22中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，孔隙分布是 如下這樣的，在10Um和/或25ym的孔隙大小的情況下，出現頻率是出現頻率最大值的至 少 25%。
24. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)是燒結件。
25. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 進入元件（54)由塑料材料或陶瓷材料制成。
26. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于，所述至少一個 土壤探測器（12)構造為針狀物。
27. 根據上述權利要求中任一項所述的土壤濕度測量裝置，其特征在于具有評估裝置 (40)，通過所述評估裝置特別是能在所述至少一個電容器（30)上生成脈沖式電場（42)。
【文檔編號】G01N27/22GK104508472SQ201380039983
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月8日 優先權日:2012年7月27日
【發明者】戈特弗里德·本斯勒, 伯恩哈德·貝克, 丹尼爾·馬諾基奧, 克里斯蒂娜·雷斯 申請人:阿爾弗雷德·凱馳兩合公司