Mäta fukt i marken

[bos]

Jag har ett tag gått och lurat på att starta ett projekt, och efter denna rastlösa vecka som passerat känner jag att det är dags att ta tag i det. Idén ligger på bordet än så länge så jag tar gärna emot förslag så jag kan brainstorma lite mer.

Steg ett blir att känna av fuktigheten i marken (jord/sand). En tanke som jag bollat med är att köra ner två parallella och närliggande (~0.5cm kanske) metallpinnar på 10cm djup. Pinnarna är isolerade sånär som på deras spets. Om marken är fuktig borde det flyta ström mellan dem, och kunna läsas av via någon lagom µC-konstruktion; ADC över en shunt kanske.

Finns det fler alternativ?

[xxargs]

det finns redan trådar om blomvaktare eller vad det kallas redan.

om du skall mäta resistans med ström så bör du mäta med växelström med signalen genom en kondensator innan det går ut på stiften. - annars fräts pinnarna bort tämligen snabbt om du inte skall börja labba med kol, blystavar eller rentutav platina eller guldbelagda elektroder...

en annan variant som kanske fungerar är att elektronisk hygrometersensor - dom är numera ganska små.

[limpan4all]

Ljudhastigheten, borde vara mycket lämpligare än ledningsförmågan som varierar beroende på kloridhalt mm.
Men varför???
Är det för att mäta variationerna i en fast punkt eller för att mäta olika punkters vattenhalt, det ger olika lösningar.

[bos]

> Men varför???

Längre fram i tiden är det tänkt att detta ska vara markfuktsensorer i mitt helautomatiska växthus. Är rädisorna törstiga så ska de få vatten, men om samtidigt gurkorna inte är törstiga så ska de inte få vatten.

[xxargs]

Då måste du ha något som fungerar långtidsstabilt - jag skulle fortfarande fundera på en lösning med elektronisk hygrometer i lämplig fuktgenomsläpplig kapsling eller kapacitiv mätning. - glöm varianten där man mäter ledningsförmågan med likström vart fall - med likström få man lokal polarisation som ändrar ledningsegenskaperna kring elektroderna och elektroderna yta utan att jorden ändrar sig fuktmässigt samt elektroder fräts sakta upp (det hänger ihop med lokal polarisation)

som all utveckling så måste man göra prototyper på tänkta sensorer och helt enkelt prova - och man behöver inte fullskalig 'backbone' med all sensor och mjukvara klar - det räcker att man kör med tänkta 'drivsteg' ev. likriktare/mottagare om det är växelström - strömförsörjning och en voltmeter - sedan får man trycka in sina elektroder i en fryspåse med lagom fuktig jord och låta det står en eller ett par månander och se om värdena rör sig.

det är det första du skall börja med...

[bos]

Jag verkar ha gjort intrycket av att detta är något som ska bli klart nästa vecka. Så är inte fallet. Tidsramen är minst ett år, om det ens räcker. Jag valde forumet "Idébanken" just för att bolla idéer, inte för att jag redan sitter i labbet och finslipar kretskorten.

Hur som helst, jag är inte riktigt med på termen lokal polarisation men jag är med att det kan (kommer) uppstå elektrolytiska problem om likström används för mätning. Är detta applicerbart även om mina probar är helt guldplaterade? Körde ett par testrundor med såna och min DMM igår.

DMM:en var dock på tog för trög, det tog nog två minuter innan resistansmätningen blev någorlunda stabil och inte ändrade mer än +/- 1kohm så jag ska bygga nån annan grunka och testa lite andra metoder.

[xxargs]

Du såg effekten av just polariseringen med din DMM-test.... och det är just den här typen av experiment i massupplagor på sensorsidan du måste göra för att hitta en stabil lösning - och skippa likströmsmätningen helt då det är en återvändsgränd, du spar en massa tid om du börja med växelströmsmätningar direkt om du inte insisterar på just att upptäcka att likströmmätning inte fungerar i längden med egna expriment själv så småningom. jag skulle sätta en HIH4000-sensor (finns på Elfa) invirad i goretex-mebran eller liknande fuktgenomsläppligt men vattentätt nedgrävt en bit och mäta jordens fukhalt samtidigt i exprimenten...

Och tro mig du kommer att behöva något år på dig för att hitta en fungerande lösning - vem sa att det skulle gå snabbt

---

När man skickar ström (likström) så börjar framförallt salterna (tex koksalt) i jorden att sönderdela sig till fri klorgas på den positiva elektroden och natrium på den negativa elektroden - och natriumet omvandlas omedelbart till NaOh av fukten med utvecklande av vätgas som blir som en elektriskt isolerande tunn matta runt den negativa elektroden - den positiva elektroden utsätts för fri klorgas som direkt käkar på elektroden och utlöser metaller ut i jorden och ökar dess ledningsförmåga och i långa loppet metallförgiftar jorden - även guld kan lösas av klorjoner och är den aktiva ämnet i kungsvatten som just löser guldet tillsamman med en kraftig oxidator (saltpetersyra)

Beroende vilke del som sätter igång först så får man olika egenskaper med tiden med starten kanske hög isolation, när det börja komma lite metalljoner ut i jorden så sjunker resistansen, strömmen ökar och minuspolen blir belagt med någon atomlager med väte pga. den högre strömmen och resistansen ökar igen. och beroend på mätströmmar, tid mellan mätningar (pulsning) så får man olika egenskaper...

Det är just detta som gör att man måste använda växelström - dvs lika många elektroner som har skickats ut igen skall dras tillbaka igen och det ser en kondensator i serie med mätsignalen till att göra. växelströmmen avbryter inte korrosionen helt men minska verkan med kanske hundra tusen gånger... men det gör det mätekniskt mycket knepigare, så det är lika bra att vänja sig vid tanken...

[bos]

Tack för den ingående förklaringen. Högstadiekemin är rejält rostig så det var mycket jag glömt därifrån gällande elektrolysen.

Du skriver att man bör använda växelström. Om vi antar att jag använder min guldpläterade tvåpinnarsprob som jag kopplar till Pin1 och Pin2 på en mikrokontroller. Skulle det räknas som växelström om jag under en viss tid - säg 1mS - först skickar ut ström genom Pin1, och därefter - under lika lång tid - skickar ut ström genom Pin2, eller måste det vara så sofistikerat att skicka ut en "ren" 50Hz växelström på pinnarna under en viss tid?

Jag är medveten om att hembyggda sensorer kommer att "ruttna" av elektrolysen förr eller senare och behöva bytas ut, men om jag kan öka livslängden från en månad till ett år så vore det en trevlig fördel.

[xxargs]

det behöver inte vara sinus - men det kan vara svårt att räkna hem alla elektroner på det sättet och differensen kan då räknas som en DC-ström i lång tids perspektiv - åter igen, väljer man en mätmetodik med så kort mätning att en plastkonding i serie med testeledanrna inte hinner laddas speciellt mycket så ser kondensatorn till att räkna tillbaka alla elektroner när den laddas ur igen mellan mätpulserna...

[Nerre]

För att förtydliga: Växelström ger lika mycket elektrolys som likström, men eftersom polariteten växlar så kommer det att svänga fram och tillbaka istället för att bara gå åt ett håll. Och det gör att det dröjer längre innan det blir några synbara effekter.

Men minsta "obalans" mellan de två halvperioderna gör ju att det kommer att så att säga "driva" åt ett håll. Det är just därför kondensatorn rekommenderas, den tar bort eventuella obalanser (som blir en DC-komponent) väldigt bra.

Men även med växelström kommer man att få skumma fenomen på grund av att jorden påverkas av strömmen.

[xxargs]

precis - det är därför man bör börja fundera på att använda egenskaper som inte så mycket bygger på konduktivitet (leder ström) utan kanske hellre typ dielektriska egenskaper eller fysiska egenskaper (fuktighet ala hygrometer) etc.

Dock med små kondingar så är laddningsmängden liten gentemot elektrodytorna - det betyder att det är inte så mycket 'substansomvandling'/elektrolys/polarisation inblandat om man bara har 1 nanoColomb per volt att leka med och det bara går fram och tillbaka med växelström...

5 volt över 1nF-konding ger 5 nanoColomb eller 5 nanoAmpersekunder - inte så värst mycket substans som kan omvandlas av den strömmängden...

[X-IL]

Jag har en fuktmätare som mig veterligen inte innehåller någon spänningskälla. En sån här: http://www.allproducts.com/ee/tecpel/Pr ... 14243.html från 1977 eller så. Ser dock nästan exakt likadan ut nu som då.

[limpan4all]

Nej, det behöver den inte.
Om du tittar noga så ser du att själva sensorkropparna är gjorda av olika metaller.
Så det är i själva verket ett batteri som skapas med hjälp av fuktigheten i marken.
Men felvisningsorsakerna blir då flera, PH värde, kloridhalt mm.

[thepirateboy]

Jag hittade bland annat två intressanta dokument när jag googlade lite.
Båda två, vad jag förstår, bygger på att man mäter kapacitansen genom att man får en
förändring av frekvensen i en oscillatorkrets. Kan det vara en bra lösning?

http://www.eesensors.com/DocsPDFs/ESP06_moist.pdf

http://www.waset.org/pwaset/v39/8985.pdf

[xxargs]

Nu börja det likna något


Man mäta kapacitans på många olika sätt - att låta jorden ingå som en del i en ocillatorkoppling är ett och fördelen med tillräcklig, kanske adaptiv förstärkning i oscillatorkretsen är att man slipper hantera och beräkna bort den allt ökande resistansen när jorden blir torrare och med beroende av salthalter etc. - faktum att oscillator bara jobbar på den reaktiva delen (kapacitansen) så har man trollat bort resistansen helt som annars är inbakat i mätvärdet om man mäter med AC-ström utan hänsyn till fasläget.