Måling af vandindholdet i jord, jordfugt

Vandindholdet i jord, eller jordfugt, kan måles på flere måder, og det skulle gerne resultere i automatisk vanding, så drivhuset og haven kan være alene hjemme i ferien.

I det følgende er jord og spagnum det samme, altså målingerne kan gøres både i haven og i drivhuset.

En Arduino, eller lignende mikroprocessor, er et godt udgangspunkt og så er der 2 måder at måle jordfugt på: elektrisk modstand eller kapacitans i en kondensator i jorden.

Kondensator

En elektrisk kondensator består af 2 plader, der er elektrisk ladet. Afhængig af, hvor tæt pladerne er på hinanden og hvad der er imellem pladerne kan kondensatoren lade forskellige mængder elektricitet. Det kan en Arduino måle, men i praksis er det ikke let. Princippet fungerer i en berøringsfølsom skærm og en pegeplade, men her er det enten-eller, og ikke hvor meget.

Kondensatorprincippet har den fordel, at der ikke sendes strøm direkte gennem jorden. Til gengæld er det svært at få til at fungere – efter hvad jeg kan læse mig til på nettet.

Elektrisk modstand

Den elektriske modstand i jord måles med elektroder: 2 stykker uisoleret elektrisk ledning 5-10 cm lange og med 2-3 cm afstand. Sender man strøm igennem vil jorden lede bedre jo mere vandindhold, der er. Men, der vil også ske en opløsning af ledningen, hvis det er kobber, og der vil dannes ilt og brint omkring ledningerne.

Laves elektroderne af rustfri stål er man ude over problemet med opløsning, og ilt/brint klares ved kun at sende strøm igennem under 1 sekund, og skal det være helt fint kan der byttes om på plus og minus hveranden gang.

En måling pr. time er rigeligt til at styre vanding.

Målingerne, både via kondensator og elektrisk modstand, vil ændre sig efterhånden som der dannes mange rødder, der virker som ledninger, men det er til at leve med, for samtidig øges planternes vandforbrug efterhånden som de bliver større, så hvis det skal fungere optimalt skal der tages hensyn til dette.

Rent praktisk

Jeg satte rustfri skruer i klemme mellem 2 stumper træ, og varmede hovederne op med en ukrudtbrænder. Når de begynder at skifte farve kan der smeltes loddetin i kærven, stikke et stykke ledning med kort, uisoleret ende i loddetinnet og så holde det stille medens det afkøler.

3 skruer med ledning blev limet fast til en stump plastic, så de har samme afstand og lodningen forstærkes lidt med lim.

I efteråret blev det lagt ned midt i en bed i drivhuset, hvor der er dyrket salat hen over vinteren. Til foråret skal der tomater i beddet, uden at forstyrre spagnum’en omkring skruerne, og så først begynder jeg at måle og automatvande.

De 3 skruer er for at kunne måle gennem mere eller mindre spagnum.

Mere om hvad målingerne bruges til senere……

Nogle tanker omkring måling af jordfugt og automatisk vanding

Alle ved, at vanding er meget vigtigt, både for meget og for lidt skader planterne, så jeg springer en lang indledning over og går direkte til det:

Måling af jordfugt

Jordfugt, jordens indhold af vand, kan måles på mange måder, for amatører (det er også mig) er der egentlig kun 2, jordens kapacitans og dens elektriske modstand.

En kondensator er 2 plader, der er forbundet til henholdsvis plus og minus, der lagres så lidt strøm i pladerne. Hvor meget afhænger af afstanden mellem pladerne, og hvad der er imellem pladerne. Stikker man de 2 plader i jorden vil jordfugten bestemme, hvor meget strøm, der lagres i pladerne, og det kan man så måle. En lidt grov forklaring, og jeg har eksperimenteret med det, men at måle kapacitansen, som det hedder, i en jordkondensator, er meget svært, så det har jeg opgivet.

Nå jo, så er der lige det med at fugtig jord afkøler et varmelegeme hurtigere end tør jord, det har jeg også opgivet – det var nu ellers sjovt at lege med.

Tilbage er jordens elektriske modstand, der varierer meget med indholdet af vand. Principielt stikker man 2 stykker uisoleret ledning i jorden og måler den elektriske modstand. Det kræver lidt elektronik, men det kan findes på nettet – der er dog stor forskel på hvor gode de er.
For at måle den elektriske modstand skal der sættes strøm til ledningerne, 5 volt jævnstrøm er passende. Det betyder, at der dannes ilt og brint omkring ledningerne, og at de går i opløsning, såkaldt elektrolyse. Det problem kan løses ved at bruge rustfri stål og kun måle et kvart sekund en gang i timen.

Automatisk vanding

Den nemmeste måde at få automatisk vanding er at købe en vandingsautomat, der vander nogle minutter en gang imellem. For små planter er det for lidt, og for store for meget, og lige sådan i gråvejr og sol, så der skal hele tiden stilles på automaten, og så er man vel lige vidt?

Måler man jordens fugtighed og vander, når der er for lidt, så er man egentlig ikke kommet videre. Små planter bruger ikke meget vand, og der er stor forskel på gråvejr og sol.

Løsningen er en mikroprocessor, f eks Arduino, og et program. Mit program er en model for planters vandforbrug, og justerer sig selv hen over vækstsæsonen og vejret, så jorden altid er jævn fugtig.
Nogle dyrker i jord, andre i spagnum, begge dele kan være meget forskellige, efterhånden dannes der mange rødder, så hver dyrkning er speciel – det tager mit program netop højde for.

Elektronik-delen er færdig, og også programmet i store træk, nu skal det afprøves hen over vinteren, så det er klar til foråret. Mere herom senere.

Måling af jordfugt, termisk sensor

Jordfugt kan måles på flere måder: elektrisk modstand, dielektrisk kapacitans, højfrekvent ledningsevne og enkelte andre. Jordens varmekapacitet og varmeledningsevne er stærkt korreleret med vandindholdet og kan bruges til at måle vandindholdet, men så vidt jeg har kunnet finde ud af er der kun eet fabrikat, der bruger metoden med termisk sensor, og det er hundedyrt.

Så derfor skulle jeg selvfølgelig prøve selv at lave noget.

Sensoren

Sensoren består af en stump vandrør med et 5 Watt varmelegeme i den ene ende og 2 stk. DS18B20 digitale varmesensorer i midten og den anden ende af røret. Komponenterne er støbt på plads med Plasticpadding, det er røret også lukket med og det hele er dyppet 2 gange i maling.

Resultatet ser alvorligt ud, men er altså helt uskyldigt.

 

IMG_7838

 

Afprøvning

En 5 liter plasturtepotte blev fyldt med lufttør spagnum og røret blev placeret midt i – alle dele blev vejet hver for sig. Der blev lavet en måling, se næste afsnit, og potten blev stillet i en spand, der i løbet af dagen blev fyldt med vand, så der ikke blev indeklemt luft i spagnum’en. Derefter blev der lavet en måling i vandmættet spagnum og herefter hver dag efterhånden som spagnum’en tørrede – ved hver måling blev potten vejet, så vandindholdet kunne beregnes.

Målinger blev lavet med en Seeduino Mega mikroprocessor, der blev programmeret til at måle med 30 sekunders mellemrum. Målinger blev overført til en bærbar via seriel kommunikation. Efter indledende målinger blev varmelegemet tændt i 2 minutter med 12 volt.

Resultater

På kurven ses en af målingerne, ved 65% vandindhold. Temperaturstigningen nær varmelegemet med rødt, temperaturstigningen i den anden ende af røret med blåt og tænding af varmen med grønt. Jeg har snydt med kommaet, temperaturstigningen er altså ikke 850 grader, men 8,50.

Man kan gøre meget med sådanne data, hvor stor er temperaturstigningen, forskellen mellem de 2 temperaturer og faldet i temperatur. Det bedste resultat ligger i hældningskoefficienten i den første, lineære del af afkølingen.


Termisk graf 2

Den korte historie er, at det er ikke følsomt nok til at man kan måle jordfugt, ikke i denne udformning.

En løsning kunne være at kombinere varmelegeme og temperaturmåler – altså finde et metal, der har en stor elektrisk modstand, men også en stor temperaturkoefficient. Her kunne jern være en løsning, en meget tynd, isoleret jerntråd på 1-2 meter, hvor der først varmes og bagefter måles afkøling. Det ville også være en billig løsning, men det jerntråd, jeg har målt på, er alt for tykt til at kunne bruges.

Så efter at have tørret øjnene kan jeg se, at jeg har fået lavet en rigtig god føler til at måle jordtemperatur………