DE3510379A1

DE3510379A1 - Measuring probe for measuring the percentage of moisture of a substance

Info

Publication number: DE3510379A1
Application number: DE19853510379
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. 2807 Achim Löser
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen GmbH; Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: EADS Space Transportation GmbH
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1986-09-25
Also published as: DE3510379C2

Abstract

The measuring probe of the invention comprises a temperature sensor disposed on one side of a sensor carrier and a heating element disposed on the other side thereof. The measure used for moisture is the time interval required for attaining a particular presettable temperature at a defined heating output.

Description

Meßsonde zum Messen des Feuchtigkeitsgrades einer Substanz Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßsonde zum Messen des Feuchtigkeitsgrades einer Substanz, insbesondere des Nährbodens einer Pflanzenaufzuchtkammer, mit einem Sondenträger und einem daran angebrachten Temperaturfühler, welcher ein von der Wärmeleitfähigkeit der Substanz abhängiges Ausgangssignal für den Feuchtigkeitsgrad liefert. Measuring probe for measuring the moisture level of a substance The invention refers to a measuring probe for measuring the moisture level of a substance, in particular the nutrient medium of a plant breeding chamber, with a probe carrier and a temperature sensor attached thereto which is one of the thermal conductivity the substance-dependent output signal for the degree of moisture.

Meßsonden zum Messen des Feuchtigkeitsgrades einer Substanz werden zum Beispiel in Gewächshäusern, botanischen Instituten oder in Pflanzenaufzuchtkammern benutzt, um die für das Wachstum notwendige Bodenfeuchtigkeit zu erfassen und zu kontrollieren. Für solche Messungen lassen sich verschiedene Meßprinzipien benutzen, wie zum Beispiel das Tensiometerprinzip, ein mit Gipselektroden arbeitendes, elektrochemisches Prinzip und ein die Wärmeleitfähigkeit der untersuchten Substanz berücksichtigendes Prinzip.Measuring probes for measuring the degree of moisture of a substance are for example in greenhouses, botanical institutes or in plant nurseries used to record and measure the soil moisture required for growth check. Various measuring principles can be used for such measurements, such as the tensiometer principle, an electrochemical one that works with plaster electrodes Principle and one that takes into account the thermal conductivity of the substance being examined Principle.

Bei Meßsonden, die nach dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit arbeiten, wird als Meßeffekt die Tatsache benutzt, daß sich die Wärmeleitfähigkeit mit dem Wasser- bzw. Feuchtigkeitsgrad der Substanz ändert. Eine Messung mit einer solchen Meßsonde führt jedoch nicht immer zu hinreichend genauen Meßwerten, und zwar weil die Änderung der Wärmekapazität der feuchten Substanz mit veränderlichem Wassergehalt unbe- rücksichtigt bleibt, selbst dann, wenn dem Meßvorgang eine Eichung vorangeht. Unbefriedigend sind auch die Abmessungen derartiger Meßsonden, welche einem Einsatz für Pflanzenaufzuchtkammern, zum Beispiel im Weltraum, im Wege stehen.For measuring probes that work according to the principle of thermal conductivity, the fact that the thermal conductivity varies with the The water or moisture level of the substance changes. A measurement with such a However, the measuring probe does not always lead to sufficiently accurate measured values, namely because the change in the heat capacity of the moist substance with variable water content unconcerned is taken into account, even if the measuring process has a Calibration is proceeding. The dimensions of such measuring probes are also unsatisfactory, which get in the way of a use for plant growing chambers, for example in space stand.

Der Erfindung liegt-daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßsonde mit einem an einem Sondenträger angebrachten Temperaturfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, welche in der Lage ist, hinreichend genaue Meßwerte zu erzeugen und keinen Einsatzbeschränkungen unterliegt. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Sondenträger zusätzlich ein Heizelement angebracht ist und daß als Maß der Feuchtigkeit das zum Erreichen einer bestimmten, vorgebbaren Temperatur erforderliche Zeit intervall bei definierter Heizleistung dient.The invention is therefore based on the object of having a measuring probe a temperature sensor of the type mentioned above, attached to a probe carrier Art to create which is able to generate sufficiently accurate measured values and is not subject to any usage restrictions. This object is according to the invention solved in that a heating element is also attached to the probe carrier and that as a measure of the humidity that to reach a certain, predeterminable temperature required time interval at a defined heating output.

Die erfindungsgemäße Meßsonde berücksichtigt bei der Erfassung des Feuchtigkeitsgrades einer Substanz neben der mit der Feuchtigkeit schwankenden Wärmeleitfähigkeit auch die damit schwankende Wärmekapazität. Mit einer erfindungsgemäßen Meßsonde lassen sich daher Feuchtigkeitsgrade messen, und zwar sowohl unter Schwerkraftbedingungen als auch unter schwerelosen Bedingungen, zum Beispiel im Weltraum.The measuring probe according to the invention is taken into account in the detection of the Degree of humidity of a substance in addition to the thermal conductivity, which fluctuates with humidity also the fluctuating heat capacity. With a measuring probe according to the invention moisture levels can therefore be measured, both under gravity conditions as well as under weightless conditions, for example in space.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt eine Meßsonde, bestehend aus einem Sensorträger 1, und zwar aus einer Aluminiumscheibe, die auf einer Seite einen Temperaturfühler 2 und auf der anderen Seite ein Heizelement 3 trägt. Sowohl der Temperaturfühler 2 als auch das Heizelement 3 sind am Sensorträger 1 mit einem wärmeleitenden Klebstoff befestigt. Am scheibenförmigen Sensorträger 1 ist ein rohrförmiger Sensorhalter 4 befesitgt. Dieser rohrförmige Sensorhalter 4 dient einerseits als Führung für die Signalleitung 5 vom Temperaturfühler 2 und des Versorgungskabels 6 vom Heizelement 3 und andererseits als Halteelement, um die Meßsonde an definierter Meßstelle zu positionieren. Falls es die Einbaubedingungen zulassen, kann auch auf den Sensorhalter verzichtet werden.The drawing shows a measuring probe consisting of a sensor carrier 1, from an aluminum disc with a temperature sensor on one side 2 and on the other side a heating element 3 carries. Both the temperature sensor 2 and the heating element 3 are on the sensor carrier 1 with a thermally conductive Adhesive attached. A tubular sensor holder is located on the disk-shaped sensor carrier 1 4 attached. This tubular sensor holder 4 serves on the one hand as a guide for the signal line 5 from the temperature sensor 2 and the supply cable 6 from the heating element 3 and on the other hand as a holding element to close the measuring probe at a defined measuring point position. If the installation conditions permit, the sensor holder can also be used be waived.

Als Temperaturfühler kann ein Platinwiderstandsthermometer, zum Beispiel vom Typ "PT 100", benutzt werden, während für das Heizelement ein Folienheizelement, zum Beispiel ein "MINCO-Folienheizer" einsetzbar ist.A platinum resistance thermometer, for example of the "PT 100" type, while for the heating element a foil heating element, For example, a "MINCO film heater" can be used.

Zum Messen und/oder Eichen der erfindungsgemäßen Meßsonde wird der Sensorträger 1 soweit in die jeweilige feuchte Substanz gesteckt, bis sowohl der Temperaturfühler als auch das Heizelement sich vollkommen in der Substanz befinden.To measure and / or calibrate the measuring probe according to the invention, the Sensor carrier 1 inserted into the respective moist substance until both the The temperature sensor and the heating element are completely immersed in the substance.

Wenn nun das Heizelement 3 durch Einschaltung der Stromversorgung über das Versorgungskabel aktiviert wird, dann erwärmt sich auch der Sensorträger 1. Der Temperaturfühler 2 auf der anderen Seite des Sensorträgers 1 registriert diese Erwärmung. Wenn die zu messende Substanz trocken ist, dann sind sowohl seine Wärmeleitfähigkeit als auch seine Wärmekapazität klein. Infolge dieses Zustandes fließt relativ wenig Wärme vom Sensorträger 1 in die Substanz ab, so daß das Zeitintervall bis zum Erreichen einer bestimmten durch den Temperaturfühler erfaßten Temperatur klein ist.If now the heating element 3 by switching on the power supply is activated via the supply cable, then the sensor carrier also heats up 1. The temperature sensor 2 on the other side of the sensor carrier 1 is registered this warming. If the substance to be measured is dry, then both are his Thermal conductivity as well as its heat capacity is small. As a result of this condition relatively little heat flows from the sensor carrier 1 into the substance, so that the time interval until a certain temperature recorded by the temperature sensor is reached is small.

Umgekehrt verhält es sich, wenn die Substanz sehr feucht ist, da die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität mit zunehmendem Feuchtigkeitsgrad ansteigen, so daß Wärme in erheblichem Maße in die Substanz abfließt. Bei großen Feuchtigkeitsgraden ist daher das Zeitintervall bis zum Errei- chen einer bestimmten, vorgebbaren Temperatur wesentlich größer. Das Zeitintervall zum Erreichen einer bestimmten, mit dem Temperaturfühler 2 meßbaren Temperatur ist daher bei definierter Heizleistung ein Maß für den Feuchtigkeitsgrad der Substanz. In dieses Maß gehen die mit dem Feuchtigkeitsgrad schwankende Wärmeleitfähigkeit und die ebenfalls mit dem Feuchtigkeitsgrad schwankende Wärmekapazität der Substanz ein. Verschiedene Substanzen, wie Torfboden, Sandboden, Lehmboden usw. haben jedoch verschiedene Wärmeleitfähigkeiten und verschiedene Wärmekapazitäten. Daher ist es notwendig, für die verschiedenen Substanzen individuelle Eichkurven aufzunehmen.The reverse is true if the substance is very moist, since the Thermal conductivity and heat capacity increase with increasing humidity, so that a considerable amount of heat flows into the substance. At high degrees of humidity is therefore the time interval until reaching for a certain, specifiable temperature is much greater. The time interval to reach a certain, with the temperature sensor 2 measurable temperature is therefore at a defined Heating power a measure of the degree of moisture in the substance. Go in this measure the thermal conductivity, which fluctuates with the degree of humidity, and also with the heat capacity of the substance, which fluctuates with the degree of humidity. Different However, substances such as peat soil, sandy soil, clay soil, etc. have different thermal conductivities and different heat capacities. Hence it is necessary for the various Substances to record individual calibration curves.

Die erfindungsgemäße Meßsonde läßt sich ohne Beschränkungen einsetzen und kann daher sowohl unter irdischen Bedingungen, das heißt unter Einwirkung von Schwerkräften, als auch unter schwerelosen Bedingungen, das heißt im Weltraum, benutzt werden. Außerdem ist die erfindungsgemäße Meßsonde sehr klein und leicht und erfüllt damit notwendige Voraussetzungen für den Einsatz im Weltraum.The measuring probe according to the invention can be used without restrictions and can therefore both under terrestrial conditions, that is, under the action of Gravitational forces as well as under weightless conditions, i.e. in space will. In addition, the measuring probe according to the invention is very small and light and fulfills thus necessary prerequisites for use in space.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Measuring probe for measuring the degree of humidity of a Substance, in particular the nutrient medium of a plant breeding chamber, with a probe carrier and a temperature sensor attached thereto which is one of the thermal conductivity the substance-dependent output signal for the degree of humidity, thereby characterized in that a heating element (3) is also attached to the probe carrier (1) is and that the measure of moisture that can be specified to achieve a certain Temperature required time interval at a defined heating power.

2. Measuring probe according to claim 1, characterized gekennzeichne.t that the probe carrier (1) from a metal body attached to one end of a tubular sensor holder (4), preferably a disk with the temperature sensor (2) on one side and on the other side the heating element (3), each with thermally conductive Klebst.off , attached, carries.

3. Measuring probe according to claim 1 or 2, characterized in that for the temperature sensor (2) a platinum resistance thermometer is used.

4. Measuring probe according to claim 1 or 2, characterized in that for the heating element (3) a foil heating element is used.

Description - 3 -