Funktionsweise eines kapazitiven Sensors

Publiziert am 8 April 2024

Sie möchten wissen, wann Sie Ihre Bewässerung starten oder stoppen müssen?

Um Wasserstress und unnötiger Bewässerung zu vermeiden, gibt es nicht viele Lösungen.

Sie müssen Ihre Bewässerung steuern.

Und das beginnt damit, das richtige Hilfsmittel zu finden.

Manche bevorzugen Tensiometer. Andere wiederum entscheiden sich für den kapazitiven Sensor.

In diesem Abschnitt wird erklärt, was ein kapazitiver Sensor ist und wie Sie ihn nutzen können, um weniger und besser zu bewässern.

La sonde capacitive connectée Weenat facilite le pilotage de l'irrigation

Wie funktioniert ein kapazitiver Sensor?

Kapazitive Sensoren gibt es in verschiedenen Größen:

➡️ 30 cm

➡️ 60 cm

Jeder Sensor ist alle 10 cm mit Fühlern ausgestattet. Dadurch erhalten Sie einen Überblick darüber, was in den verschiedenen Tiefen Ihrer Böden vor sich geht.

Kapazitiven Sensoren messen zwei Parameter: den volumetrischen Wassergehalt (%) und die Bodentemperatur (°C).

Volumetrischer Wassergehalt – was ist das?

Schematisch betrachtet besteht der Boden aus Partikeln und aus Poren:

Die Poren enthalten zweierlei Phasen:

  • Luft
  • und eine flüssige Phase, die überwiegend aus Wasser besteht.

Der Wassergehalt ist der Anteil, den die flüssige Phase in einer Bodenprobe ausmacht.

Les différents constituants du sol

Dieser ändert sich je nach Niederschlag und Wasserzufuhr.

Es wird zwischen dem gravimetrischen Wassergehalt:

Gravimetrischer Wassergehalt = Masse der Flüssigkeiten (g) / Trockenmasse (g).

und dem volumetrischen Wassergehalt unterschieden:

Volumetrischer Wassergehalt = Wasservolumen (cm3) / Gesamtvolumen des Bodens (cm3).

Letzterer wird von kapazitiven Sensoren gemessen. Dabei handelt es sich um eine sehr wertvolle Information, die es ermöglicht, die Bewässerung mit Präzision zu steuern.

Wie wird der volumetrische Wassergehalt gemessen?

Der kapazitive Sensor misst einen Frequenzbereich (Scale Frequency auf Englisch) anhand der dielektrischen Leitfähigkeit des Bodens (ε).
Konkret bedeutet dies, dass der Sensor ein elektromagnetisches Feld um seine Fühler herum erzeugt. Die Bodensubstanz (mineralische Partikel, Wasser, Luft, usw.) kann dieses elektromagnetische Feld mehr oder weniger stören.

Beispielsweise:

➡️ Luft stört dieses Feld kaum,

➡️ wohingegen Wasser es stark stört.

Durch die Messung von Störungen des elektromagnetischen Feldes ist der kapazitive Sensor in der Lage, die Scale Frequency zu bestimmen. Zu guter Letzt werden diese Rohdaten in leicht interpretierbare Messwerte umgerechnet. Dafür wird eine Kalibrationsgleichung verwendet.

Was ist eine Kalibrationsgleichung?

Die Bodenart beeinflusst die Ergebnisse des kapazitiven Sensors. Da die mineralischen Bestandteile und die Körnung von Böden unterschiedlich sind, reagiert der kapazitive Sensor von Boden zu Boden unterschiedlich.

Daher ist es notwendig, eine speziell auf Ihre Bodenart abgestimmte Kalibriationsgleichung anzuwenden, um die Scale Frequency in einen volumetrischen Wassergehaltswert umzurechnen.

Diese Gleichungen werden in der Regel vom Hersteller mitgeliefert. Bei Weenat brauchen Sie nur Ihre Bodenart in der App auszuwählen und der Sensor wird automatisch kalibriert. Stellen Sie ihn dann in unmittelbarer Nähe Ihrer Kulturen auf, um die Entwicklung des volumetrischen Wassergehalts zu beobachten.

Wie lässt sich die Bewässerung mit einem kapazitiven Sensor steuern?

Die Messwerte Ihres kapazitiven Sensors werden in % angegeben.

➡️ Wenn sich Ihr Sensor in Wasser befindet, beträgt der volumetrische Wassergehalt 100 %.

➡️ Wenn sich Ihr Sensor im Freien befindet, beträgt der volumetrische Wassergehalt 0 %.

Das bedeutet, je näher der von Ihrem kapazitiven Sensor gemessene volumetrische Wassergehalt bei 100 % liegt, desto mehr Feuchtigkeit ist in Ihren Böden vorhanden. Sie können folglich mit der nächsten Bewässerung noch warten. 

Wenn Ihr Sensor jedoch einen volumetrischen Wassergehalt von fast 0 % anzeigt, bedeutet dies, dass Ihre Pflanzen kaum Wasser haben. Dann besteht die Gefahr, dass die Pflanzen unter Wasserstress geraten. Um dem entgegenzuwirken, sollten Sie so schnell wie möglich bewässern.

Um Sie bei der Interpretation der Daten Ihres kapazitiven Sensors zu unterstützen, haben wir ein einfaches und effektives Entscheidungshilfeinstrument entwickelt: die Wasserstands-Schwellenwerte.

Diese Schwellenwerte sind vollständig parametrierbar und zeigen Ihnen anhand der Daten Ihres Sensors an, in welcher Situation sich Ihre Kulturen befinden:

🔵 Sättigung

🟢 Komfort

🟠 Wachsamkeit

🔴 Wasserstress

So können Sie die Daten Ihres Sensors auf einen Blick interpretieren und Ihre Bewässerung zum richtigen Zeitpunkt auslösen oder stoppen.

Warum lohnt es sich, in einen kapazitiven Sensor zu investieren?

Aufgrund des Klimawandels wird es im Frühling immer wärmer und im Sommer im trockener. Mit dem Ergebnis, dass die Wasserressourcen knapper werden.

Im August 2022 wurden in 95 frz. Départements Wasserbeschränkungen verhängt und die Situation wird sich in den nächsten Jahren nicht verbessern.

Hinzu kommt der Anstieg der Energiepreise. Der Preis pro Kilowattstunde ist in die Höhe geschnellt. Dies wirkt sich auf die Gewinnspannen der LandwirtInnen aus.

Um ihre Betriebe besser vor klimatischen Veränderungen zu schützen und Kosten zu sparen, investieren immer mehr LandwirtInnen in Steuerungsinstrumente.

La sonde capacitive Weenat aide les agriculteurs à piloter leur irrigation

Und die Ergebnisse können sich sehen lassen. Dank ihres kapazitiven Sensors sparen Weenat-Kunden durchschnittlich 20 % Wasser pro Saison. Und das ohne Ertragseinbußen.

Welche Vorteile hat ein kapazitiver Sensor?

Kapazitive Sensoren sind einfach zu handhaben. Und diese Technologie hat mehrere Vorteile:

✅ Der kapazitive Sensor ist die ideale Lösung, um den Wasserfluss in Ihrem Boden besser zu kennen.

✅ In einem Sensor befinden sich mehrere Fühler (je einer pro 10 cm), so dass Sie Ihr gesamtes Wurzelprofil mit einem einzigen Sensor anzeigen können.

✅ Der Sensor ist ohne Anlaufphase sofort einsatzbereit. Die Messungen driften nicht und bleiben langfristig zuverlässig.

✅ Sie können die effiziente Bewurzelung der Pflanzen pro Entnahmehorizont und deren zeitliche Entwicklung leicht verfolgen.

✅ Anhand der gemessenen Ergebnisse können Sie die Feldkapazität und den Niedrigwert der leicht nutzbaren Feldkapazität (nFK l) genauestens bestimmen.

✅ Anhand der Messungen können Sie die Körnung oder Verdichtung des Bodens pro Horizont beurteilen sowie agronomische Probleme diagnostizieren (Krustenbildung in Folge von Verschlämmung, Pflugsohle, usw.).

Welche Nachteile hat ein kapazitiver Sensor?

Trotz seiner vielen Vorteile ist der kapazitive Sensor nicht absolut perfekt. Im Folgenden werden die hauptsächlichsten Nachteile dieser Technologie erläutert:

❌ Um die richtige Kalibrationsgleichung zu wählen, müssen Sie gute Kenntnisse über Ihre Bodenart haben.

❌ Die zurückgesendeten Daten geben den volumetrischen Wassergehalt an, sagen jedoch nichts darüber aus, ob das im Boden vorhandene Wasser für die Pflanze verfügbar ist oder nicht.

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