PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

[ch_ris]

deshalb schrub ich Titan.
Frage: würde, wer auch immer, Kupferwasser saufen.(retorischesfragezeichen), Prost

[Bastelbruder]

Auch das doch recht zähe Titan läßt sich galvanisch abbauen, da ist fast kein Unterschied zu Aluminium und Chrom.

[Flip]

So wie ich das sehe, funktionieren die schaltungen hier alle nur mit gut isolierten elektroden. Also über blankes metall und seine zersetzung ob titan oder kupfer, darf sowieso nicht vorkommen. Lediglich draht mit gut feuchtebeständiger isolierung wäre interessant. (PP, PTFE?)

[Julez]

Es wäre ja auch eine Idee das ganze Messwerk nicht dauerhaft unter Spannung zu setzen, sondern nur alle paar Stunden mal für 10sec oder so.

[Farbe]

Es wäre ja auch eine Idee das ganze Messwerk nicht dauerhaft unter Spannung zu setzen, sondern nur alle paar Stunden mal für 10sec oder so.

Das wird schon so gemacht, Ich nehme die Werte alle 10 Minuten auf (das könnte man wohl verlängern) dabei ist der Sensor für 5s an, dann wird gemessen.

So wie ich das sehe, funktionieren die schaltungen hier alle nur mit gut isolierten elektroden. Also über blankes metall und seine zersetzung ob titan oder kupfer, darf sowieso nicht vorkommen. Lediglich draht mit gut feuchtebeständiger isolierung wäre interessant. (PP, PTFE?)

Deswegen der Kupferlackdraht, ich habe schon getestet:

Die braune Brühe da ist Salzwasser + Balsamico Essig (was anderes Saures war nicht da) um eine möglichst Leitfähige und aggressive Umgebung herzustellen.
Am Sensor liegen 60V dc an, mal sehen ob beim Lack was passiert. Jetzt grade (ca 7h nach Testbeginn) liegt der Strom noch bei <10nA, (<0,1mV über 10K) das ist schonmal ein gutes Zeichen.

Die Bauteilwerte der Platine muss ich noch ändern, ich habe nämlich auch den Kapazitätsbereich gemessen:
Trocken ohne erde: <20p (mit Messleitungen und an der grenze meiner Messmöglichkeiten)
In Leitungswasser eingetaucht: 370p
Mit Erde werden es wohl so 270p sein, bei den alten Sensoren war der Ausgabewert mit Nasser Erde immer ca 75% geringer als direkt im Wasser.
Das werd ich dann aber später Kalibrieren wenn die Leiterschleife sich als Korrosionsbeständig herausstellt und ich das ding in die Blumentöpfe stecke.

[j.o.e]

Hab's mal versucht nachzurechnen...

In https://de.wikipedia.org/wiki/Leitungsbeläge findet sich eine Formel für die Kapazität zweier runder, paralleler Drähte:

C = a * π * ε / arccosh (D/d)
mit arccosh (x) = ln (x + sqrt(x^2 -1))

Mit den angenommenen Werten:
d = Durchmesser des Drähte = 1 mm
D = Abstand der 2 Drähte = 10 mm
a = Länge der Drähte = 50 mm

Mit ε = ε0 * εr, ε0 = 8.854e-12 As/Vm
und εr = 1 (Luft) komme ich auf 0,465 pF.

Reingesteckt in trockenen Dreck (geschätztes εr = 2) wären‘s dann 9,3 pF und im pitsch-nassen Dreck (geschätztes εr = 80 / Wasser) 37,2 pF.

Mit der völlig verkorksten Dimensionierung der alten Schaltung (f = 11kHz, R1 = 10k) wird das also nichts mit „kapazitivem“ Sensor. Der China-Möller hat zwar sicher "irgendwie" funktioniert, halt durch den Ableitstrom in der Blumenerde (ohmscher Spannungsteiler). Mach da Lack drüber, und der China-Möller tut's nimmer.


Farbe‘s neue Dimensionierung scheint dagegen besser zu passen (f = 100kHz, d.h. H-Pulse mit ~5us). Das RC-Glied mit 93k*37pf = 3,4us bzw. 93k*20pF = 1,9us machen auf den ersten Blick jedenfalls Sinn. (Hint: Ich würd ja 100k nehmen...)

Auch die CSENS = 20 pF aus der „verbesserten“ Schaltung (www.researchgate.net/usw.) scheinen damit realistisch.

-joe


@Julez: Ein ATtiny statt dem 555-Geraffel; Puls-Burst-Generator, ein Burst alle Stunde.
Ein AT kann aber auch gleich die A/D-Wandlung übenehmen und dem Master digitale Werte zu morsen...

[Farbe]

Hab's mal versucht nachzurechnen...

Ich hab jetzt nicht nachgerechnet, man kann aber vom doppeltem/3fachem Ausgehen, die Schleife ist ca 10-15cm Lang

Reingesteckt in trockenen Dreck (geschätztes εr = 2) wären‘s dann 9,3 pF und im pitsch-nassen Dreck (geschätztes εr = 80 / Wasser) 37,2 pF.

Komisch, passen tut es dann trotzdem nicht. Ich frage mich wieso mein Multimeter dann >370p misst (nein keine 0 Stelle vertauscht). Das riecht nach Leckstrom.

Mit der völlig verkorksten Dimensionierung ...
Mach da Lack drüber, und der China-Möller tut's nimmer.

Ich bin mir nichtmal sicher ob die Sensoren von mir exakt diese Bestückungsvariante haben. Das Bild ist nur aus dem Netz geklaut von jemandem der es abgezeichnet hat.

Meine Sensoren haben definitiv funktioniert. Auch am Anfang wo sie Trocken waren. Das erste was ich gemacht hab war die dünn mit Epoxi zu überziehen. (noch vor der allerersten Verwendung)
Selbst mit dem Epoxi gehen sie.

Die aktuelle Dimensionierung ist direkt aus dem Paper, (deswegen die 93K) Ich hab nur die NPNs gegen N-Ch gewechselt weil die da waren.
Ich werde das noch auf meine Messwerte anpassen (50p->270p oder so) und dann mal checken was am Ausgang raus kommt. Da muss ich dann wahrscheinlich nochmal bei.
Mir macht nur sorgen das laut Adam Ries so wenig Kapazität raus kommt, mein MM aber das 10 Fache Anzeigt.

[j.o.e]

Mir macht nur sorgen das laut Adam Ries so wenig Kapazität raus kommt, mein MM aber das 10 Fache Anzeigt.

Es wäre nicht das erste mal, dass ich mich verrechnet habe...

Kann mal bitte jemand die Rechnung verifizieren, oder auch per "Küpfmüller" nachprüfen, wie weit die genannte Formel auch bei kurzen Leitungen stimmt?

Aus der Formel für "C" kann man direkt ablesen, dass Randeffekte am Anfang und Ende der Leitungen nicht berücksichtigt werden. Aber Faktor 10 kann das imho nicht ausmachen.

Hast du mal dein MM bei kleinen Kondensatoren (~50pF) gecheckt?

-joe

[Farbe]

Es wäre nicht das erste mal, dass ich mich verrechnet habe...

Ich bin aber grad mal dazu gekommen alles einzutippen:

Das sind also 15cm Leitung, 1cm abstand, 1,5mm Leiterdruchmesser.

Trommelwirbel:

1.0285829e-10 = 102pF
mhmm..

Mit deinen Werten komme ich auf 30p nicht auf 37p, ich tippe auf Rundungsfehler.

Ich werd wohl mal mein Multimeter checken, ist aber eigentlich was besseres (Brymen BM235), die Spezifikationen verraten aber 1,5%+8D also Könnens auch 285p sein bei gemessenen 370p.
Trotzdem weit daneben..

Vielleicht meldet sich ja noch jemand mit mehr KnowHow.


EDIT:
Vielleicht liegt es daran das das Wasser garnicht als Dielektrikum betrachtet werden kann?
Bei den Wikipedia Werten wird das Wasser als Kompletter Isolator = Dielektrikum verwendet. (Reines Wasser)
Bei meinem Experiment ist es aber Leitfähig da nur Leitungswasser. (in der Erde erstrecht, salze usw)
Dadurch ist das System vielleicht eher eine Reihenschaltung aus 2 Kondensatoren (Platte1=CU->dielektrikum=Lack vom Lackdraht->Platte2=Wasser) + Widerstand(Wasser).
Das würde den Plattenabstand weit reduzieren und damit die Kapazität erhöhen, könnte das sein?

EDIT2:
Ich bin noch nicht dazu gekommen das MM zu testen, Aber ich hab mal probiert geringere Ströme zu messen:
Messaufbau ist jetzt MM im Spannungsmodus in Reihe zum Kondensator an 65V.
Das MM hat 10M im Spannungsmodus und zeig 0mV an. Das heißt der Strom ist immer noch unter 100pA.

[j.o.e]

Prüfe bitte nochmals deine Formel.

Auf Anhieb sehe ich, dass die Wurzel falsch ist (das +1 muss noch drunter).

0.01/0.005 verstehe ich auch nicht. 10mm Abstand ist klar, Drahtdurchmesser 0,5mm?

Für "Normalwasser" kenne ich den Wert 80,3, für demineralisiertes Wasser den Wert 29,3.

Mit deinen Werten komme ich auf:
80 1.5 10 150 -> 1.29145e-010, also 129pF
(εr, d [mm}, D [mm] a -> F)

Wenn sich Theorie nicht mit der Praxis deckt, dann stimmt entweder dein Modell nicht, oder deine Messtechnik. Aber genau deshalb macht man ja einen Versuchsaufbau und rechnet parallel dazu mit.

Tatsächlich können schlechte Kondensatoren eine Herausforderung fürs Messgerät sein. Was zeigt denn dein MM bei "schlechten Kondensatoren" an, z.B. 100pF || 10kOhm ?

Wenn das Wasser leitet, hast Du mit der gewählten Schaltung ein anderes Problem. Du misst dann nicht die Kapazitätsänderung (100pF @ 100kHz: Xc = 16k) sondern u.U. den Wert des Verlustwiderstands (10k ?). Es kommt dann halt "irgendwas" raus, bei so einem primitiven Single Slope Verfahren.

Bei lackierten Drähten hast du eigenlich 3 Kondensatoren, der mittlere mit einem verlustbehaftetem Dielektikum (nasser Dreck).

Also:
1. Lackschicht (CuL)
2. Dreck εr 40 (?) und VERLUSTE
3. Lackschicht (CuL)

Den C-Wert unter 1. und 3. könntest mal versuchen zu ermitteln (die vermindern ja u.U. deine Messgröße)
a) rechnerisch
b) Im Prinzip so wie von Dir gemessen, also Draht - Dielektrikum - stark leitender Elektrolyt

Du hast ja den Versuchsaufbau schon. Kannst nicht mal die Spannung überm CSENS auf'm Oszilliskop darstellen?

[Farbe]

Ja meine Formel war falsch.

Multimeter:
Ich hab mal 51p in Keramik dran gehangen Angezeigt hat es 0,06nF, soweit so gut.
Selbst mit 1M II zeigt es nur 70p an.

Messaufbau:
Irgendwas stimmt da nicht, meine Idee hinter dem Elektrolyt war es ja den Lack vom Draht zu testen. Die Schaltung ist noch nicht dran.
Aber ich konnte grade feststellen das es scheinbar doch mehr Leckstrom als erwartet gibt. Im erstem Test war der Widerstand zu niederohrig (10k). Im 2. Test habe ich das MM im falschem Bereich gehabt (V anstatt mV).
Im mV Bereich zeigt es tatsächlich 1,47mV an. Kombiniert mit dem 10M Messwiderstand sind das dann: 147pA mit den angelegten 65V sind das also schlappe 440GOhm! Sollte also den Kapazitätsmesswert quasi nicht beeinflussen. (siehe oben 1M II zu 51p ergibt 10p mehr gemessen)
Die Frage ist ob ich Mist messe? Die Eingangsleitungen vom MM hängen auf einer Seite ja mehr oder weniger in der Luft.

Nächster Test:
Nochmal das MM im Kapazitätsbereich an den Sensor. Es kommen diesmal 0,47nF =470p raus. Ok jetzt ist das Elektrolyt Leitfähiger (immer noch die Essig/Salz brühe anstatt das Leitungswasser).
Jetzt kommt: Sensor rausziehen ergibt die erwarteten 20p. Wenn ich jetzt den Sensor langsam in die Brühe stecke messe sich sofort 470p sobald die beiden Sensor Elektroden das Wasser berühren. Keine steigende Kapazität beim tieferem eintauchen!
Was geht da den Bitte schief? II R kann es nicht sein sonst würde weit höherer Strom fließen.

Wenn das Wasser leitet, hast Du mit der gewählten Schaltung ein anderes Problem. Du misst dann nicht die Kapazitätsänderung (100pF @ 100kHz: Xc = 16k) sondern u.U. den Wert des Verlustwiderstands (10k ?). Es kommt dann halt "irgendwas" raus, bei so einem primitiven Single Slope Verfahren.

Arg! Das habe ich komplett übersehen!

Damit ergeben sich folgende Ersatzschaltbilder für den Sensor:

Worstcase: Lack wird Leitfähig/blättert ab

(oder hab ich noch was vergessen?)

Im Prinzip ist aber C1/C2 Egal solange wie sie weit größer sind als C3.
Wie kommt man da jetzt sinnvoll an die Erdfeuchtigkeit?

Wenn ich mir die Kommerziellen Sensoren anschaue z.B.: https://www.elsner-elektronik.de/shop/d ... h-erd.html
Seh ich da ziemlich das selbe Funktionsprinzip. Selbst für 200€ wird's mit nem PCB in der Erde gemacht... Soll man sich da auch alle 3 Monate nen neuen Sensor kaufen?
Macht es etwa kaum einen unterschied das man immer R1 mit misst, vielleicht weil der auch mit sinkender Feuchtigkeit steigt?
Müsste man mal schauen in wiefern die Düngung der Erde da nen Einfluss drauf hat.

[Sir_Death]

Interessante Lektüre dazu - und ja, normales Wasser hat eine Dielektrizitätskonstante von ca. 80
https://www.digikey.at/de/articles/how- ... ture-level

Ich denke, der Trick ist, dass die Erde nicht schlagartig zu 100% aus Wasser besteht, sondern von trocken (Dielektrizitätskonstante nahe 1 = Luft) in Richtung 80 wandert. Irgendwann braucht man nicht mehr zu messen, um zu wissen, dass es viel zu nass ist - da genügt zu wissen, dass es zu viel ist.

EDIT: https://www.amazon.de/AZDelivery-Bodenf ... B07HJ6N1S4

[Bastelbruder]

Der Digikey-Artikel ist wirklich interessant und besonders hilfreich.
Eine wirklich nicht abwegige Idee ist es, die Bodenfeuchte mit einem kombinierten Temperatur- und Luftfeuchtesensor zu messen, auch wenn sich die Auswertung solchermaßen mißbrauchter Sensoren ziemlich knifflig darstellt.

"Die Hersteller von Feuchtigkeitssensoren stellen üblicherweise Gleichungen zur Verfügung, um den Sensorausgang in den volumetrischen Wassergehalt umzurechnen. Die Bodenbedingungen oder die Anwendung selbst können dennoch den Einsatz einer Umrechnungsgleichung erforderlich machen, die für die jeweilige Situation besser geeignet ist."

Die Formel zur Umrechnung von relativer zu absoluter Luftfeuchte findet sich in der Wikipedia, sie wird hier aber garnicht gebraucht. Denn wie man relative Luftfeuchte einer vergrabenen Blase in Feuchte der umgebenden Erde umrechnet, ist primär eine Funktion der im Boden enthaltenen Salze und deren jeweiliger Feuchte über gesättigter Lösung. Auf gut deutsch: fast ausschließlich abhängig von Düngerzugaben und Wasserqualität.

Aber Hauptsache man hat verkauft einen nicht billigen Sensor, der als seriöser Feuchtesensor spezifiziert ist.

Und dann ist da noch dieser Absatz:
"Die Notwendigkeit exakter Bodenmessungen
Die Notwendigkeit, den Wassergehalt und den pH-Wert des Bodens auf dem passenden Level zu halten, ist eine Grundvoraussetzung für Pflanzenzüchter jeglicher Größenordnung. Ist der Wassergehalt des Bodens nicht hoch genug, hat dies für jede Pflanze direkt eine reduzierte Photosynthese zur Folge. Weitere biologische Prozesse wie die Stickstofffixierung in bedeutenden Hülsenfrüchten wie Sojabohnen verschlechtern sich ebenfalls."

Die richtige Bodenfeuchte sorgt also vor Allem dafür daß bestimmte Glaubensgemeinschaften (die man wohl gegründet hat um den Kannibalismus einzudämmen) mir meine Leibspeisen nicht streitig machen. Ok, jetzt ich bin damit einverstanden.

[zauberkopf]

Also vieles stimmt.. theoretisch.

Die Notwendigkeit, den Wassergehalt und den pH-Wert des Bodens auf dem passenden Level zu halten, ist eine Grundvoraussetzung für Pflanzenzüchter jeglicher Größenordnung.

Jein.. natürlich kann man das übertreiben.
In der "Hanfszene" gibts da die Einheit : Gramm pro Watt.
Da wird auf PH, EC.. etc.. geachtet.. um der Pflanze möglichst das Optimum zu bieten.

Aber das muss nicht sein !

Deshalb halte ich wirklich nichts von Sensoren nur um eine Shit Fucking Zimmerpflanze am leben zu halten.
Im gegenteil : KISS
Und mit dem Prinzip haben sogar Züchter Erfolg.
Sei es Indoor Growing, oder Terraristik.
Mit ähnlichen Fragestellungen habe ich mich zu Begin meines Regenwaldterrariums auch beschäftigt.
Ich dachte, ich müsste alles kontrollieren.
Ein sehr erfolgreicher Züchter aus Münster hatte mich dann später bestätigt : Ganz simple Technik => Pfeilgiftfrösche vermehren sich => Tropische Pflanzen vermehren sich => Erfolg.

Bei Pollin gibt es für ganz wenig gute Pumpen.
Wenn die Pflanzen in reihe stehen, kann man sich überlegen, ein Gardana Mikrodrip System anzuschaffen.
Oder Urlaubsbewässerung.
Das muss kein komplettes System sein.. die einstellbaren "Düsen" gibts im Baumarkt auch einzeln.
Aber selbst ohne das, würde man mit ner billigen Pumpe und etwas herumliegenden Schrott es leicht schaffen, für ca 10Eur was zu tütteln, was die Pflanze dauerhaft am leben hält.

[teff]

Bin ich froh, dass meine Chinasensoren immer noch eingeschweißt irgendwo rumvegetieren weil ich es auch diesen Sommer nicht geschafft habe, die in die Balkontomaten zu bauen. Ich habs nicht mal zu zauberkopfs robuster Simpellösung geschafft weil Schlauchgedöns und Wassertank auf dem Balkon einfach nicht familienkompatibel sind.

Ich habe aber glaube ich das Problem noch nicht so richtig verstanden - oder sind es eigentlich zwei Probleme? Farbe hatte ja das Problem, dass sich das PCB auflöst. Liegt das nicht einfach nur an der Feuchtigkeit? Während im Thread hauptsächlich die Korrosion der Leiterbahnen bzw im Boden versenkten Drähte diskutiert wurde (AC und so) - was ja eigentlich ein zweites Problem ist, von dem ich immer dachte, es sei durch die kapazitive Messung (im Vergleich zur Widerstandsmessung) deutlich reduziert. Müssten angelötete Drähte nicht das PCB-Schmodder-Problem lösen und wegen der kapazitiven Messung einigermaßen lange halten?

Und zum Sojaproblem: Die größten Anhänger der Glaubensrichtung sind wohl (wenn auch vielleicht nicht ganz freiwillig) Brathähnchen und Schnitzeltiere.

[zauberkopf]

nicht mal zu zauberkopfs robuster Simpellösung geschafft weil Schlauchgedöns und Wassertank auf dem Balkon einfach nicht familienkompatibel sind.

Das ist eben die Kunst.. also die Technik zu verstecken.
Mit Microdrip, kannste ein schlauchsparendes "Bussystem" bauen.
Das ist besser als die "Sternverkabelung" bei der Urlaubsbewässerung.
Der Tank.. da fallen mir viele kreative ideen ein, wo man einen Tank einbauen könnte..

[Bastelbruder]

... das Problem, dass sich das PCB auflöst. Liegt das nicht einfach nur an der Feuchtigkeit? Während im Thread hauptsächlich die Korrosion der Leiterbahnen bzw im Boden versenkten Drähte diskutiert wurde (AC und so) - was ja eigentlich ein zweites Problem ist, von dem ich immer dachte, es sei durch die kapazitive Messung (im Vergleich zur Widerstandsmessung) deutlich reduziert. Müssten angelötete Drähte nicht das PCB-Schmodder-Problem lösen und wegen der kapazitiven Messung einigermaßen lange halten?

Ein Problem könnte tatsächlich darin liegen dem Sensor zu vermitteln daß er jetzt kapazitiv fühlen soll und den Widerstand gefälligst zu ignorieren hat.

Tatsächlich ist Gleichspannung oder auch bloß unsymmetrische Wechselspannung nicht soo gut. Und die Spannung sollte vielleicht deutlich unterhalb derer sein, die eine Elektrolyse verursacht.

Wechselspannung unterhalb 3 Vss ist in solcher Beziehung ganz gut, sowas funktioniert über Jahre sogar mit blanken Drähten aus Edelrost.
Aber dann haben die Fabrikanten nichts mehr zu verkaufen und die Maker bichts mehr zu maken.

[teff]

Ein Problem könnte tatsächlich darin liegen dem Sensor zu vermitteln daß er jetzt kapazitiv fühlen soll und den Widerstand gefälligst zu ignorieren hat.

Ich dachte jetzt vor allem an die Haltbarkeit, wochenlange Dauerelektrolyse ist ja nicht so pralle für die Kontakte. Dass das bei kapazitiver Messung weniger relevant ist ist aber bei mir gefährliches Halbwissen - vielleicht hab ich auch angenommen, dass das in beide Richtungen gemessen wird. Über die Meßproblematik selbst habe ich mir tatsächlich noch keine Gedanken gemacht.

[j.o.e]

Tatsächlich ist Gleichspannung oder auch bloß unsymmetrische Wechselspannung nicht soo gut. Und die Spannung sollte vielleicht deutlich unterhalb derer sein, die eine Elektrolyse verursacht.
Wechselspannung unterhalb 3 Vss ist in solcher Beziehung ganz gut, sowas funktioniert über Jahre sogar mit blanken Drähten aus Edelrost.

Chemie ist nicht mein Fachgebiet -- aber redest du von der "Zersetzungsspannung" (+ ev. Zuschlag für "Überspannung")?
Ich kenne den Begriff "Zersetzungsspannung" nur als Differenz der Potenziale der Elektroden (bestimmt mithilfe der elektrochemischen Spannungsreihe), und die ist meiner Meinung nach bei gleichartigen Elektroden genau null.

Diese ominöse "Überspannung" vermag ich nicht zu berechnen. In welchem Bereich liegt denn die? Milli-Volt oder eher Volt?

Wir sind bisher immer von metallischen Elektroden ausgegangen. Was hältst du stattdessen von "Kohle" (z.B. ausgebaut aus ausgelutschten Zink-Kohle-Zellen)?

[Bastelbruder]

Es geht natürlich auch Kohle, aber die Spannung muß so gering bleiben daß sich das Wasser nicht in Elektrodenisoliergas verwandelt.
Eine hochsporadische Messung (10 ms alle Minute) oder so, oder mit entsprechend langsamer Wechselspannung die an den Elektroden nur Millisekundenimpulse produziert, könnte natürlich die destruktive Auswirkung von Fehlern reduzieren.

[Farbe]

Hallo Leute,

danke für die vielen Antworten. Ich fasse zusammen:

- Problem 1: Leiterbahnen im PCB Oxidieren / Lötstopp löst sich auf (selbst in komplett mit Epoxi eingegloddertem PCB)
- Problem 2: Oxidation ist beschleunig da die China Sensoren DC auf das "Sensor PCB" geben
- Problem 3: Scheinbar mist die Schaltung eigentlich mist (siehe Diskussion um das Ersatzschaltbild)


- Fix 1: PCB durch CU-Lack Draht ersetzen. (Siehe Bilder weiter oben)

Gestern habe ich nochmal den Messaufbau geprüft: selbe Werte wie am Anfang = Kupferlackdraht ist immer noch nicht im geringstem beeindruckt.
Sieht also so aus als wäre das weit haltbarer als das FR4.
Der Draht hängt jetzt schon seit 6 Tagen mit 65V beaufschlagt im "Wasser" (Salz+Essig) rum und der Isolationswiderstand ist immer noch höher als ich Messen kann >400Gohm (BTW wenn ich die Silikon Messleitung anfasse sinkt der Iso Widerstand dramatisch (Strom steigt), d.h. der Aufbau ist schon sehr empfindlich).

- Fix 2: Serienkondensatoren

Der Schaltung wurden Serienkondensatoren mit >10x größerem Wert, als der Sensor, hinzugefügt. Das sollte DC komplett vom Sensor fern halten und die Haltbarkeit weiter verbessern. Gleichzeitig aber die Empfindlichkeit nicht reduzieren.

-Fix 1 und 2: Sensor nur bei der Messung versorgen. Messung nur sporadisch ausführen.

Ich hab festgestellt das mein Code einen Fehler hat und den Sensor nach der Messung garnicht deaktiviert. Ich hab den Pin nur High gesetzt aber nie Low..
D.h. mein Sensor war nicht wie am Anfang geschrieben nur bei der Messung an, Er war immer an..
Eigentlich war die Spannung aber immer sehr gering, 5V lagen am Sensor an.

- Fix 3: Nicht vorhanden, bzw Theorie des Ersatzschaltbilds nicht bestätigt.

Sobald meine PCBs und Bauteile da sind mach ich mal ne Messreihe mit Wasser ausgewaschener Erde und Erde mit viel Dünger. Das sollte dann ne Idee geben welcher Kondensator/Widerstand vom Ersatzschaltbild wie stark ausgeprägt ist. Immerhin wissen wir noch nicht obs vielleicht egal ist.
(Immerhin gibt es 200€ Sensoren die mit dem selben Ersatzschaltbild klarkommen müssen, und die schaffen angeblich 1,5% Genauigkeit)

Zauberkopf:
Ich versteh die Lösung mit dem dauerhaft nen bisschen gießen schon. Nur ist mir das nicht IGOR genug, ich will Daten (BTW seit wann ist ne total übertriebene Lösung für nen Problem hier verpönt? )
Wahrscheinlich kommt ne Pumpe dann bei bedarf dazu. Stecker wird am uC vorgesehen so das ich im Urlaub einfach nen Eimer und ne Pumpe neben die Betroffenen Pflanzen stellen kann. Ansonsten stehen bei mir die Pflanzen zu weit vom Leitungswasser weg (Wohnzimmer / Schlafzimmer / Küche (da aber die falsche Wand). Das heiß ich müsste Eimer aufstellen aus denen die Pumpe versorgt wird = Die müssen doch dann auch überwacht werden sonst verpenne ich die aufzufüllen.

Ich melde mich sobald es News gibt

[zauberkopf]

Okay.. ich muss noch daszu sagen, das ich gewisse arten von Sensoren hasse.
nämlich die, die mit der Zeit driften.. nichts gegen Temperatursensoren.. etc...
Aber mit Feuchtigkeitssensoren habe ich echt ein persönliches Problem !
Das Ding ist auch der, das mit der Zeit nicht nur das Material oxidiert, sondern Bodenlebewesen interagieren mit ihm..
.. Wurzeln...

Eimer ist gut. Anschluss ans Wassernetz ist Risiko pur.
Wasserschaden ist ekelhaft !
Und füllstand zu überwachen ist wirklich einfacher. Je nach dem was Du giest, und wie geizig zu bist, reicht ein Eimer wirklich Wochen.
Und weniger ist hier wirklich mehr. Zu feucht, und die Wurzeln vergammeln Dir weg. Und die Pflanze verdurstet, während sie im Wasser schwimmt...
Ach, was ich noch hatte : Bei mir stand der Wasserbehälter auch auf der Fensterbank. War kein Eimer, sondern ein ähnlich grosses Gefäß auf der Fensterbank.
Dunkel lackiert, damit sich keine Algen bildeten, aber mit einem Sichtfenster für den Wasserstand. Hier kann man mit ner LED auch was machen.
Auch optisch, damit das ggf WAF tauglich ist.
Dafür musste ich allerdings noch ein Ventil noch zusätzlich investieren, weil sonst je nach Wasserstand, das System auch ohne Strom lief...

Wegen Igor.. also fand mein altes Bewässerungssystem, das bis zur Außerbetriebnahme durch umzug perfekt lief, Igor.

Wobei.. 2 Ideen hätte ich wie man Bodenfeuchte sehr driftarm(und dafür IGOR) noch messen kann :
1. Luftfeuchte durch Taupunktmessung, mit Peltierlement, Spiegel, Laser und Photozelle..
2. Wärmeleitung des Bodens, Also Heizung + Temperatursensor + uC. wobei.. hier können auch wieder Wurzeln den Spass verderben

Wurzeln erwähne ich deshalb gerne : Ich habe gemerkt das häuffiges und wenig giesen folgenden effekt hat :
Irgendwann hasste ne Riesen Pflanze einen viel zu kleinen Topf ! Das war echt interessant zu sehen, das wenn man die Pflanze aus dem Top zog, man nur noch wurzeln sah.
Da bröselte keine Erde... da war nur ein einzig grosses Wurzelwerk in form des ursprünglichen viel zu kleinen Topfes.

[j.o.e]

Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.54.51-mod.png (7.69 KiB) 22273 mal betrachtet

(Die Schaltung von Farbe, etwas modifiziert)

Einige Unbekannte kann man bestimmen: (Herleitung siehe alte Beiträge im Faden)

Code: Alles auswählen

d = Durchmesser des Drahtes
a = Länge des Drahtes
dd = Schichtdicke Lack

εr	d[mm]	dd[mm]	a[mm]	A[m^2]		C[F]
1.4	1.5	0.030	150	0.000707	2.92123e-010

Für C1 und C2 habe ich 290pF errechnet mit d = 1,5mm, a = 150mm, εr = 1.4 (Mittelwert zwischen PU und PP), Schichtdicke dd = 30um.

===

Code: Alles auswählen

d = Durchmesser des Drähte
D = Abstand der 2 Drähte
a = Länge der Drähte

	εr	d[mm]	D[mm] 	a[mm]	a*π*ε		D/d		x+sqrt(x^2-1)	C
Luft	1	1.5	10	150	4.17235e-012	6.666667	13.257907	1.61432e-012

C3 @ ε = ε0 liegt damit bei 1.61 pF

Aus https://www.mikrocontroller.net/topic/335407 konnte ich Werte fürs εr rausziehen:

Code: Alles auswählen

Medium			Frequenz kHz   Mittel	εr 
Frei in der Luft	430 ... 460	445	1
Erde trocken		120		120	3.708333
Erde nass		80 ... 120	100	4.45

Damit:

C3 @ Erde trocken = 6.2 pF
C3 @ Erde trocken = 7.2 pF

[D2O]

Ich finde das Tempo, in dem hier gebastelt wird beachtlich. Sehr schön.

Um das ursprüngliche Problem, die Pflanzen vertrocknen, zu lösen gibt es noch einen Ansatz:
Töpfe mit Reservoir und Docht.
Da ist Platz für einigen Vorrat ans Wasser und die Pflanze ist nicht zu nass.
Gerade für Kräuter (Basilikum) oder Chilis funktioniert das bei mir ziemlich gut.

Es gibt die Systeme fertig zu kaufen (z.B. von emsa), bei mir funktioniert das aber auch gut mit etwas Paracord oder einem Streifen Baumwolle (altes T-Shirt). Man brauch nur einen Übertopf, in dem ausreichend Platz ist.

[Farbe]

@D2O
Sowas mach ich immer recht simpel mit Eimer und schnur wenn ich länger in den Urlaub fahre.
Wäre möglich aber:
Denkt doch bitte an den Igor Faktor!
(So ein mist das hier soviel Ideen kommen die einfach sind und das Problem komplett umschiffen. Ich wollte doch basteln )


NEWS:


Meine PCBs sind angekommen:

Ich hab sie dann gleich bestückt und mit den Sensor Drähten versehen:

Die kleinen Weißen Plastik Stabilisatoren sind 3D gedruckt und halten den Draht erstaunlich gut!

Ich habe erstmal den Messbereich Kalibriert.
Es zeigt sich das Vgth der 2N7002 zu hoch ist um an 3,3V den Sampel Kondensator zu entladen. Es flogen noch ein paar BC847 rum also sind die rein gekommen.
Um einen Besseren Messbereich zu bekommen hab ich die Frequenz weit gesenkt. 17Khz. Gleichzeitig hab ich den Ladewiderstand vom Sensor Kondensator erhöht damit er länger läd.
So ergeben sich sinnvolle Werte (nicht 93k..).

Das soll bewirken das der Sensor + Widerstand selbst in Trockenster Erde noch bei <tau ist damit die Kurve linearer ist.
Denn ab ca 1/2 Vcc / 50% Uc wird die Kurve sehr krumm weils ja ne normale Ladekurve vom Kondensator ist. Man hätte also 0-2,5V bei 5V Versorgung und 1,65V bei 3,3V als "linear".
Der letzte Spannungsfolger in der Schaltung hätte ruhig noch 2 Widerstände zur Einstellung der Verstärkung bekommen können. Dann hätte man wieder auf VCC hoch gehen können (mit Rail2Rail op) und/oder sogar noch geringere Spannungen am Sensorkondensator fahren können.

EDIT: Ich weiß garnicht wieso ich keine CC Quelle zum laden des Kondensators eingebaut hab, das wäre natürlich viel besser (Linear..).

Soll heißen für "brauchbare" Linearität müsste man auf:
Sensor in der Luft = vcc/2
Sensor voll in Wasser = 0V
kommen.

Ich habe ein bisschen anders dimensioniert.
Der Sensor hängt ja nie in der Luft also habe ich ihn auf:
Knochentrockene (Mikrowelle) Erde = 75% Vcc (Wenns so trocken ist sind die Pflanzen tot)
Triefend Nasse Erde (ala matsch auf dem Gehweg vom Festival nach Regen) = 10% Vcc

Das sollte brauchbar messen und wird jetzt einem Praxistest unterzogen. Man kann warscheinlich R3 (oder C1 verkleinern = höhere Frequenz) noch vergrößern ums so noch einen besseren Bereich hinzubekommen Ich werde jetzt einen Sensor vergießen und den im Basilikum testen. Mal sehen wie die Werte aussehen.

Dazu jetzt noch die Kurven überm Sensor :

Das ganze ist bei 5V VCC.

Dann Erstmal testen. In der Praxis die Auswirkungen des "R Wasser" geprüft. Dazu hab ich den Sensor in destilliertes Wasser und in Essig+Salzlösung geprüft. Ergebnis:
R-Wasser macht absolut keinen unterschied. Es kommt am Ausgang des Sensors quasi die identische Spannung raus.
Wenn ich den Sensor mit dieser Konfiguration jetzt in destilliertes Wasser hänge ergeben sich 0,3V am Ausgang.
Bei Salzwasser sinds ganze 0,32V. Der unterschied kann auch von unterschiedlicher eintauchtiefe kommen uns ist mehr Messfehler als R-Wasser.
Aber wieso sich R-Wasser jetzt nicht sonderlich/garnicht auswirkt kann ich nicht sagen. Vielleicht haben ich un Joe noch nen Denkfehler?

[j.o.e]

Ich bin mir nicht sicher, ob es Sinn macht, den Messbereich unnötig einzuschränken - nur um sich irgendwelche Linearität vorzugaukeln. Im Endeffekt wirst du ja nur eine Schwelle einstellen, bei der du nachgießen willst.

Werte für das εr von Dreck hatte ich dir ja geschickt. Die Wikipedia listet unter "Kapazitiver Sensor" für trockene Erde ein εr = 3.9.

Du kannst auf jeden Fall mit Luft (εr = 1), trockenem Quarzsand (εr = 2 ???) und Wasser (εr = 80) mal Theorie und Praxis vergleichen ...

Habe mir mal die Kurve für Luft raus vergrößert...

Im Bereich zwischen t = 0 ... 29 usec ist der Ausgang des 555 auf 5V und Csens wird geladen. Danach wird Csens für ~ 7usec mit etwa gleicher Zeitkonstante entladen. Ich vermute, dass hier die Entlademimik mit den 2 Transistoren nicht richtig funktioniert (*). Anschließend wird Csens über Q1 auf den Startwert von ~ 0V entladen.

Wenn man deine aktuelle Dimensionierung wüsste, könnte man Csens berechnen. Ich vermute aber stark, dass der Eingangswiderstand deines Scopes mit rein spuckt.
Mit einem ausgedachten Wert des Lade-R von 100k komme ich auf ein Csens von 130pF. Passt das irgendwie?

(*) was aber kaum was ausmachen dürfte, da du weit von C7*R6 entfernt bist

[Bastelbruder]

Wenn das ein realistischer Boden ist, dann liegt in Reihe zum Wasserkondensator mit dem variablen εr noch ein Widerstand. Und der dürfte auch noch vom Salzgehalt abhängig sein.

Wie schön hätten es die Funkamateure, wenn es da einen genormten Boden ohne diesen Verlustwiderstand gäbe ...

[j.o.e]

Weitere εr (zum Kalibrieren) gibt es hier:

https://www.vega.com/-/media/PDF-files/ ... ste_DE.pdf

Öl, Ethanol, Isopropanol, Salz, Kristallzucker, Quarzsand - alles leicht beschaffbar

[j.o.e]

Wenn das ein realistischer Boden ist, dann liegt in Reihe zum Wasserkondensator mit dem variablen εr noch ein Widerstand. Und der dürfte auch noch vom Salzgehalt abhängig sein.

Da hast Du nicht ganz unrecht - und eben dies propagiere ich seit Do 17. Dez 2020, 21:38 ...

Im aktuellen Fall würde ich aber meinen, der Dreckeffekt lässt sich besser als Parallel- denn als Serien-Widerstand beschreiben. Aber ich weiss es nicht. Und ohne genauere Oszillogramme und Kenntnis der Umstände der Messungen kann zumindest ich das nicht entscheiden.

Dass diese Art von Sensoren funktioniert (zumindest ohne C1 und C2 - also ohne Lack-am-Draht), glaube ich einfach mal. Aber dies an ein Kapazitätsänderung von C(Dreck) von 1 pF festmachen zu wollen - mit einem Single-Slope-Verfahren - ich halte das für ziemlich sportlich.

[Farbe]

Im Bereich zwischen t = 0 ... 29 usec ist der Ausgang des 555 auf 5V und Csens wird geladen. Danach wird Csens für ~ 7usec mit etwa gleicher Zeitkonstante entladen. Ich vermute, dass hier die Entlademimik mit den 2 Transistoren nicht richtig funktioniert (*). Anschließend wird Csens über Q1 auf den Startwert von ~ 0V entladen.

Das die Entladeschaltung recht langsam ist, ist mir auch aufgefallen. Das ist bewusst alles Recht hochohmig ausgelegt (Stromverbrauch). Da die Schaltung es in der Aus zeit vom NE555 aber locker schafft den Csense auf masse zu ziehen, sehe ich da garkein problem. Hauptsache der Kondi wird nie voll.

Wegen dem R-Wasser. Wieso macht dann Destilliertes Wasser zu Salzwasser keinen unterschied am Ausgang? Ich hatte schon dramatische Änderung erwartet, es läßt sich aber quasi keine Änderung feststellen. Übersehen ich da was?

Dass diese Art von Sensoren funktioniert (zumindest ohne C1 und C2 - also ohne Lack-am-Draht), glaube ich einfach mal.

Die Sensordrähte vom erstem Experiment hängen immer noch in aggressiver Lösung, angeschlossen an 60V rum.
Der Isolationswiderstand hat sich noch nicht geändert. C1 und C2 existieren also. (Den Lackdraht am Sensor hab ich auch getestet)

Ich vermute aber stark, dass der Eingangswiderstand deines Scopes mit rein spuckt.

Nur ein klein wenig. Ich Habe am Ausgang vom Sensor ein DMM angeschlossen, wenn ich den Tastkopf anschließe sinkt die Ausgangsspannung um rund 10mV (0,3V -> 0,29V) wenn der Sensor ganz im Wasser ist. An der Oberen Messbereichsgrenze sinds dann ca 100mV (1,3V -> 1,2V).

Schaltung, die hab ich gestern Vergessen:

Ich komme bei Luft auf rund 20p (28us zu 95% geladen über 470k = 28u/(3x470k) ).
bei pitschnass sinds dann 445p (28u zu Uc=0,62V U0 = 5V über 470k)
420p Unterschied, schon ne menge.
Hab ich mich verrechnet? Das passt ja garnicht mit der Theorie / errechneten Kapazität zusammen?

[j.o.e]

Hi Farbe,

hab dir das mal schnell simuliert

Das Transistorgedöns durch einen Schalter ersetzt und jeweils nur eine Perisode anzeigen lassen.

Hier läuft das R2 von 50k bis 500k, C1 liegt fest auf 50p.
Die Schaltung wertet ja nur die Spitzenspannung aus, zeigt also Werte von 1.95 bis 3.15V

Das C1 läuft von 10pF bis 100pF, R2 habe ich auf 1Meg festgelegt (und nicht 100Meg wie im Schaltbild).
Damit ergeben sich Sensorwerte von 3.05 bis 3.7V. Bei 10pF (grün) ist die Spannung kleiner als bei 20pF/30pF (blau/rot)

Das gleiche noch mal, allerdings R2 = 250k.
Mehr Verluste und man erhällt 2.6 bis 2.7V. Interessant: der Spitzenwert steigt erst an und fällt dann wieder.


Also ein bunter Mix von Messwerten ... "Irgendwie dimensionieren" wird wohl nicht hinhauen.

Wie es zu dieser "Umkehr" kommt, darfst selber mal ausknobeln.
Und untersuche auch mal, was passiert wenn C2 einen anderen Wert annehmen würde (habe ich ja grob abgeschätzt aus unbekanntem Lackmaterial und Lackdicke). Ich dachte da an z.B. 50nF (CU- statt CUL-Draht).

Aber vielleicht stimmt ja das Modell nicht und R2 liegt, wie von Bastelbruder vorgeschlagen, in Serie zum C1?


Hier mein PSpice Modell. Runter laden und .pdf-Endung entfernen:

CTF-20201229S.asc.pdf

(1.31 KiB) 139-mal heruntergeladen

(Bin mir nicht sicher, ob das ASC-File reicht. Gibts dazu Tipps?)

Edith ist aufgefallen, dass ich das falsche File hochgeladen hatte.

[Farbe]

Huhu j.o.e.
Danke für die Simulation.
Ich hatte auch schon mit spice gespielt.
Unser Ersatzschaltbild vom Sensor muss komplett daneben liegen. Sonst wäre definitiv ein Unterschied zwischen Salzwasser (geringer R2) zu destilliertes Wasser (hoher R2)
vorhanden.
Beim Salzwasser zeigt mein Mulitmeter rund 10k an, beim destilliertem eher >300k.
Widerstandsunterschied ist also auf jeden Fall da. Nur scheinbar macht’s nichts aus?
Ich würde vermuten das der Kondensator nur/fast nur aus dem Lackdraht besteht. Das Wasser ist vielleicht immer Leitfähig genug so das der Kondensator vernachlässigt werden kann?

Immerhin seh ich ja das der Sensor, der hier auf dem Tisch liegt, funktioniert und gleiche Werte liefert egal ob Leitfähiges Wasser oder nicht.
Mit der angegebenen Dimensionierung bin ich recht zufrieden. Er steck jetzt in nem Einblatt und misst vor sich hin (alle 20min für 2s Strom dran).
Wenn die ausgebuddelte Erde sich gesetzt hat weiß ich mehr. Das dauert in der Regel 1-2 gieß Zyklen.
Ich melde mich dann wieder.

[j.o.e]

Ich würde vermuten das der Kondensator nur/fast nur aus dem Lackdraht besteht. Das Wasser ist vielleicht immer Leitfähig genug so das der Kondensator vernachlässigt werden kann?

Das vermute ich schon lange...

Dein Kondensator (mit εr = 1/ Luft) hatte ich ja mal auf 1,5pF berechnet. Im Dreck ( εr = 3.9) sind es auch nur 6pF -- und das ist und bleibt sehr sehr sportlich.

Hi - ich glaub ich habs!
Die Schaltung wertet NICHT die Kapazität der Sensor-Struktur raus, sondern ganz profan deren Widerstand!

Das war zwar noch auf die alte Schaltung gemünzt, aber scheints hat mich mein Bauchgefühl schon da nicht getäuscht.

"Capacitive Soil Moisture Sensor" wäre dann eben gelogen - so einfach ist das.

[Farbe]

Nach einer weile weiter grübeln versteh ich jetzt wie sich der ESR (R-Wasser) auswirkt und was du meinst mit "das misst eigentlich den Widerstand".
Da hab ich wohl vorher in die falsche Richtung gedacht.

1-2 Simulationen später ergibt der Praxisversuch dann aber trotzdem keinen sinn.
Wenn der Kondensator nur 6p in Erde zu 120p in Wasser hat sollte sich der ESR viel stärker auswirken. So wie du sagst nämlich zum Hauptanteil.
Die Praxis zeigt das der Wassergehalt der Erde eindeutig Einfluss auf die Ausgangsspannung hat. Die Leitfähigkeit des Wassers aber nicht sonderlich.
Der ESR !MUSS! zwangsweise kleiner werden wenn Salz im Wasser ist. Wieso ändert Salzwasser dann im Vergleich zu destilliertem nichts am Ausgang..
Das heißt das Ersatzschaltbild ist mindestens unvollständig wenn nicht sogar komplett falsch.

Man sieht am Oszillographen auch nicht den Typischen Spannungsanstieg am Anfang des Rechteck impulses (siehe Oszillation Bilder) was auf keinen/zu kleinem ESR hinweist.

Vielleicht hängt es irgendwie mit der Dipolen Natur des Wassers zusammen. Davon hab ich aber absolut keine Ahnung. Im Netz finden sich dazu nicht viele infos.

Hirngespinst (Laut nachgedacht): Wenn sich die Dipolen Moleküle nur ausrichten und sich dafür nur drehen aber nicht bewegen müssen. Kann es dann sein das der Widerstand ESR kaum relevant ist da die geladenen Teilchen nicht wie bei "normalen" Kondensatoren zu den Platten wandern. Beim bewegen müssten sie sich "durch" den Widerstand bewegen somit wäre der Widerstand relevant. Beim drehen der Moleküle passiert das vielleicht nicht?
Das ist nur eine Idee, kann auch absolut garnichts mit der Wirklichkeit zutun haben.

[Bastelbruder]

Der ESR des Dreck-Wasser-Kondensators ist eher eine Kombination aus verteiltem Widerstand mit unterschiedlichen Kondensatoren. Da sind praktisch lauter unterschiedliche RC-Glieder parallel geschaltet: 1 pF-10 Ω | 3 pF-31 Ω | 10 pF-100 Ω | 31 pF-310 Ω | 100 pF-1k | 310 pF-3k ... oder so
Wenn man versucht die Kapazität zu messen, kommt mit jedem Meßverfahren und mit jeder Meßfrequenz was anderes raus. Der Spannungssprung am ESR tritt nicht wie erwartet in Erscheinung.

Bei den Goldcaps im Knopfzellenformat ist das ziemlich ähnlich, und bei Sample-hold Schaltungen stellt sich raus daß "normale" Kondensatoren diesen Effekt auch kennen. Und jede Simulation ist bloß so gut wie die verwendeten Modelle. Dafür gibt es "Kunstschaltungen" und, neulich von stitch mal wieder gehört: "Jungle-Chips".

[Farbe]

Der ESR ... ist eher eine Kombination aus verteiltem Widerstand mit unterschiedlichen Kondensatoren. ... 1 pF-10 Ω | 3 pF-31 Ω | 10 pF-100 Ω | 31 pF-310 Ω | 100 pF-1k | 310 pF-3k ...
.. kommt mit jedem Meßverfahren und mit jeder Meßfrequenz was anderes raus. Der Spannungssprung am ESR tritt nicht wie erwartet in Erscheinung.

Das ergibt Sinn!
Wieder ein stück schlauer. Danke!

Hier noch ein Update mit fragwürdigem Ergebnis:

So sieht ein normaler Feuchtigkeits graph über 48h aus. Das Foto habe ich erst gemacht nach dem ich am Basilikum rumgefummelt habe, daher der Sprung.
(die Kurven sind von den China Sensoren)

Der Basilikum hat nämlich grade auch einen neuen Sensor bekommen:

Der alte wurde vor 2 Wochen nochmal mit Plastik 70 "Aufgefrischt" da er keine sinnvollen Messwerte mehr lieferte:

Der Sensor der Vorgestern ins Einblatt gewandert ist reagiert aber komisch:

Ihr müsst wissen das die Pflanze zwischendurch nicht gegossen wurde...

Ich hatte vorher kalibriert indem ich die Spannung in Luft auf 0% und die Spannung in Wasser auf 100% gesetzt hatte. Dazwischen ists linear.
Das heißt also jetzt liegt die Ausgangsspannung bei rund 0,34V und das Obwohl die Erde bald gießen nötig hat.
Ich kann mir nur vorstellen das Durch das trocknen der ESR steigt, das würde aber auch die Spannung steigen lassen.
Ich kann mir grade nicht erklären wieso die Kapazität+Widerstand von nicht sehr trockener Erde R = geringer und oder C = höher ist als vom Wasser..
Der Sensor im Einblatt ist aber schon vergossen = vielleicht hat das Polyesterharz irgendwas beim Aushärten gemacht. Der Sprung ist ca bei der angegebenen Durchhärtezeit vom Harz. Der 2. Sensor ist nicht vergossen, mal sehen was da passiert.
Den "Komischen" Sensor werd ich dann nochmal mit Wasser prüfen. Wenn da der Wert noch gleich ist muss die Änderung in der Erde passiert sein.
Allerdings will ich ihn jetzt nicht ausbuddeln, erstmal sehen wo der Wert liegt wenn die Pflanze gegossen werden muss.

[j.o.e]

Der ESR ... ist eher eine Kombination aus verteiltem Widerstand mit unterschiedlichen Kondensatoren. ... 1 pF-10 Ω | 3 pF-31 Ω | 10 pF-100 Ω | 31 pF-310 Ω | 100 pF-1k | 310 pF-3k ...
.. kommt mit jedem Meßverfahren und mit jeder Meßfrequenz was anderes raus. Der Spannungssprung am ESR tritt nicht wie erwartet in Erscheinung.

[...]

Der Sensor der Vorgestern ins Einblatt gewandert ist reagiert aber komisch:
Bildschirmfoto 2020-12-30 um 14.53.30.png
Ihr müsst wissen das die Pflanze zwischendurch nicht gegossen wurde...

[...]

Den "Komischen" Sensor werd ich dann nochmal mit Wasser prüfen. Wenn da der Wert noch gleich ist muss die Änderung in der Erde passiert sein.
Allerdings will ich ihn jetzt nicht ausbuddeln, erstmal sehen wo der Wert liegt wenn die Pflanze gegossen werden muss.

Bastelbruder hat natürlich recht, bedeutet sein Argument nicht viel mehr, als dass jedes reale Objekt, somit auch ein R-Dreck, mit Fehlern daher kommt. Die Frage ist aber immer, wie genau man ein Bauteil beschreiben muss für eine vorgegebene Anwendung.

Ich habe noch mal nachsimuliert- und weggelassen was man kann, also auch mal alle "störenden" C. Zusätzlich habe ich den 470k habe ich durch eine Stromquelle ersetzt - also in etwa die berechneten bzw. von Dir gemessen Werte.

Testschaltung

Schaue ich mir OUT an, bekomme ich dieses Bild:

Abhängig vom Dreck-Widerstand (die Dreck-Kapazität aug 0 gesetzt) springt OUT erst mal auf einen Wert, nämlich (Stromguelle B1) 10uA * R(Dreck). Anschließend steigt die Spannung, da sich C2 (also dein CUL-Kondensator) aufläd auf dU = 10uA * t / 220pF (linearer Anstieg)

Schon 10pF verrundet die Ecke, so dass man meinen könnte, man würde verschiedene Zeitkonstanten sehen.

Das aber nur mal am Rande ....

Kann es sein, dass sich der Dreck noch gesetzt hat und dadurch der physikalische Kontakt zu deinem U-Sensor sich geändert hat?

Hast es mal mit 2 Edelstahl-Drähten oder Kohlestiften versucht? Scheint mir mechanisch weniger invasiv, was in Dreck zu drücken statt einzubuddeln. Dann musst du allerdings das C2 als Bauteil zufügen.

Zusatz:
Kuck mal da: http://www.geophysik.de/messverfahren/g ... arisation/
Da wird mit IGOR gearbeitet - natürlich auch auf andere Distanzen.

[Bastelbruder]

Wenn mit so hohen Spannungen gearbeitet wird, dann sollte unbedingt auf Symmetrie der Wechselspannung geachtet werden. Es ist völlig egal ob da ein Kondensator in Reihe zum Fühler liegt, parallel zum ESR ist eine Elektrolysezelle, die spätestens bei 1,8 V anfängt das Wasser zu zerlegen. Der Sauerstoff verschwindet im umgebenden Dreck, der Wasserstoff isoliert eventuell die Elektrode, wie es in Batterien auch üblich ist.

Vielleicht mal eine Diode (rote LED) mit in der Simulation versenken...

[sukram]

Wäre es da nicht zweckmäßiger, beide Sensorpole mit einer kleinen integrierten H Brücke zu befeuern (mit Serien C zum Sensor) ?

[Bastelbruder]

Es reicht eine Gegentakt-Ausgang "Totempfahl" und ein Kondensator in Reihe. Es muß bloß die Ansteuerung symmetrisch über die Zeit sein.
Also 10 µA high und die Spannung nach 10 ms messen, und beim nächsten mal 10 µA nach low und wieder nach 10 ms messen. Wenn dazwischen 10 Sekunden liegen, macht das nichts aus, auch wenn bloß die ansteigende Kurve gemessen wird

Eine Brücke erhöht völlig unnütz die Spannung.

[j.o.e]

Wenn mit so hohen Spannungen gearbeitet wird, dann sollte unbedingt auf Symmetrie der Wechselspannung geachtet werden. Es ist völlig egal ob da ein Kondensator in Reihe zum Fühler liegt, parallel zum ESR ist eine Elektrolysezelle, die spätestens bei 1,8 V anfängt das Wasser zu zerlegen. Der Sauerstoff verschwindet im umgebenden Dreck, der Wasserstoff isoliert eventuell die Elektrode, wie es in Batterien auch üblich ist.

Vielleicht mal eine Diode (rote LED) mit in der Simulation versenken...

Mach mir mal den Farbe nicht kirre ...

Ich hab zwar von Elektrolyse nicht viel Ahnung, aber wenn Du sagst bei 1,8V ist Schluss, dann glaube ich Dir das. Im Umkehrschluss dürften die in der Farb'schen Praxis auftretenden 0.4V also noch nichts / nicht viel ausmachen, oder?

Wozu dann eine LED _in die Simulation_ einbauen? Nur dass die Messkurven durch Dioden-Effekte zur Unkenntlichkeit verdreht werden?

In der praktischen Schaltung könnte das noch gehen, aber um 10uA abzuleiten? Um Über-Spannungen zu begrenzen, die es nicht gibt? Diese 10uA fließen für 30us - in der Gegenrichtung bis zu 30uA für < 3.5us. Ladung die rein fließt in Dreck, die zieht man auch wieder raus. Wir reden hier von 0.3 uAs - so what?

Mein Hinweis auf die Herren von der geopysikalischen Fakultät war ernst gemeint: a) kann man sich da was abkucken und b) mildern vielleicht die Größe der dort verbratenen Ströme die Hysterie hier.

Übrigens: https://www.ggukarlsruhe.de/PDFs/Verfah ... ID98-C.pdf erklärt die Methode nochmals genauer, und listet Leitwerte verschiedener Dreck-Sorten - schweigt sich aber über Dreck-Kapazitäten aus...

[Bastelbruder]

Ich hab die H-Brücke nicht ins Konzept hineingebracht, und auch nicht die wunderhübsch simulierten Kurvenscharen.
Da ist leider nicht zu erahnen daß die Spannung am Sensor kleiner 0,4 V ist.
Meine Antworten sind meist recht spontan auf die letzten Beiträge bezogen, und welche Schaltung aktuell verwendet wird ist wohl irgendwann im Getümmel verloren gegangen.

Die LED (das am schnellsten verfügbare Simulationsbauteil mit etwas höherer "Schwellspannung" als Silizium) als unlinearer Bestandteil des Humus war tatsächlich nur für die Simulation gedacht. Weil die Kurvenform unsymmetrisch ist, wirkt sie an der Stelle wie wenn Gleichspannung überlagert wäre. Und dann kommt die Elektrolyse zum Tragen. Mit schnelleren Flanken verstärkt sich das Problem.

[j.o.e]

Ich hab die H-Brücke nicht ins Konzept hineingebracht, und auch nicht die wunderhübsch simulierten Kurvenscharen.
Da ist leider nicht zu erahnen daß die Spannung am Sensor kleiner 0,4 V ist.
Meine Antworten sind meist recht spontan auf die letzten Beiträge bezogen, und welche Schaltung aktuell verwendet wird ist wohl irgendwann im Getümmel verloren gegangen.

Diese "wunderschönen Kurvenscharen" stammen aus meinem ollen LTSpice XVII (unter SUSE/wine). Die Kurvenscharen mit dem Parameter R(Dreck) zeigen imho recht anschaulich, was in so einer einfachen Schaltung abgeht. Im Speziellen aber auch, dass es gewisse Parameter-Kombinationen (aus Festgrößen R, C, ti) sowie Variablen R(Dreck) und C(Dreck) gibt, bei denen die Schaltung, wenn man ausschließlich die Spitzenspannung an X(Dreck) betrachtet, sehr überraschende Werte liefern kann. Siehe dazu auch die Kurvenscharen unter posting.php?mode=quote&f=14&p=350732#pr350378

Hintergedanke der SPICE-Aktion war, der erlauchten Leserschaft dies Programm, im Besonderen die "Simulator Directives / Dot Commands" näher bringen, hier speziell die ".step"-Direktive. Aber das geht halt nicht mit Klicki-Bunti und ist wohl desshalb bei vielen bäääh...

Die LED (das am schnellsten verfügbare Simulationsbauteil mit etwas höherer "Schwellspannung" als Silizium) als unlinearer Bestandteil des Humus war tatsächlich nur für die Simulation gedacht. Weil die Kurvenform unsymmetrisch ist, wirkt sie an der Stelle wie wenn Gleichspannung überlagert wäre. Und dann kommt die Elektrolyse zum Tragen. Mit schnelleren Flanken verstärkt sich das Problem.

In meiner letzten Simulation hatte ich die Stromquelle spannungsbegrenzt, das aber wieder rausgeworfen, weil damit die Kernaussage "es kommt nur auf R(Dreck) und das Koppel-C (C2) an" verwässert wurde (und man dann auch zu viel erklären müsste - was dann alles vom Kernproblem ablenkt). Gleiches würde imho mit dem Einbau einer LED-rot passieren (ich höre jetzt schon das Gezeter "Die leuchtet aber gar nicht" oder "Blau ist viel schöner" ...).

Die Schaltung ist nicht ganz gelungen - da war Farbe mit seinen Layouts einfach zu schnell. Ich persönlich hätte da vieles anders gemacht - nicht nur elektrisch sondern auch mechanisch. Nun muss man mit der Schaltung leben und das Beste draus machen. Auch H-Brücken und Tristate-Ausgänge sind damit "außen vor".

Ich kann nur versuchen, Farbe zielführende Tipps zu geben - mich hinsetzen und auf dem Schreibtisch mit Blumenerde rumpanschen werde ich ganz sicher nicht. Dazu ist mir das Problem einfach nicht nahe genug...

PS:
Ich habe grundsätzlich nichts gegen eine LED um was zu klemmen - ist allemal besser als 3*1N4148. Aber
a) ist halt LED-rot nicht gleich LED-rot, was im professionellen Einsatz zu beherrschen ist, aber nicht wenn die LED aus der Krabbelkiste kommt.
b) hätte ich Bedenken wegen (beleuchtungsabhängiger) parasitärer Effekte: Eine Gießmaschine auf dem Fensterbrett, die Tags nie gießt, mir aber jede Nacht bei Neumond die Bude flutet? WAF = dunkelrot? Meine XYL schreit jetzt schon divorcio ...

[Bastelbruder]

Die LED war eigentlich bloß als einfacher Simulations-Ersatz des Hoffmann-Apparats gedacht, um den Erdwiderstand nichtlinear zu verunstalten.
Aber lassen wir das.

Weiter oben hab ich schon angedeutet daß jede Simulation bloß so gut ist wie die verwendeten Modelle. Und an denen läßt sich arbeiten.

[Farbe]

Hallo Leute!

Ich hätte nicht gedacht das so ein "einfaches" Problem sich als so Komplex herausstellt.

Die Rote Led versteh ich so: Sie soll im Modell den sinkenden Widerstand der Erde simulieren, wenn die Spannung über rund 1,8V Steigt = das Wasser zersetz wird.
Sie würde also nicht unbedingt in der Schaltung verwendet werden.

Die Schaltung ist nicht ganz gelungen - da war Farbe mit seinen Layouts einfach zu schnell. Ich persönlich hätte da vieles anders gemacht

Da seh ich kein Problem, so ein Layout ist schnell erstellt, die PCBs sind schnell und günstig geordert.
Da was neues zu machen ist kein Problem.

Prinzipiell dürfte das aber garnicht nötig sein, immerhin funktionieren die China Sensor ja. Zugegeben sie verrecken schnell, aber wenn sie noch nicht Korrodiert sind liefern die Plausible werte. (Siehe Kurve vom Basilikum, die Feuchtigkeit sinkt kontinuierlich = sowas würde ich erwarten)
Das Korrosionsproblem scheint durch den CU-Lackdraht behoben zu sein. (Test mit 60V in Salzwasser)

Ok der Sensor misst den Widerstand nicht die Kapazität, die Simulation zeigt das. Die Praxis weicht hier irgendwie ab, bis jetzt kann ich nicht erklären wieso es keinen unterschied zwischen Salzlösung und destilliertem Wasser gibt. Laut Simulation sollte aber, bei der zu erwartenden Widerstandsänderung, eine Spannungsänderung auftreten. Kann mir das jemand erklären?

Der erste vergossene Sensor zeigt ja komisches verhalten...
Erinnerung:

Das die Erde sich setzt und besseren Kontakt zum Sensor herstellt ist verständlich, aber erklärt nicht den geringeren Ausgangsspannungswert gegenüber Wasser.
Ich habe den Sensor jetzt Ausgebuddelt und in Wasser gestellt, dabei kommen auch ca 130% raus -> das waren vorher 100%.
Beim Messen hab ich dann festgestellt das die LED in der Vergussmasse nicht mehr Leuchtet..
Hö wie kann das? -> Ich bin hab den Einschaltstrom komplett unterschätzt.
Ich habe den Sensor einfach an einen uC pin angeschlossen. Im Hinterkopf sagte eine kleine Stimme: "da sind 10u Keramik an der Versorgung, macht das nicht ein Problem?" Ich hab mich dann auf den Leitungswiderstand und Induktivität berufen, ohne zu prüfen, und meine Stimme damit beruhigen können. Den uC aber nicht .
Obwohl 2m dünne Flachbandleitung (sind halt nur 0,8Ohm -> >4A) dran sind hat es den Pin innerhalb von ein paar Stunden gekillt, daher der tolle "Messwert"..
Ich hab jetzt nen 2N7002 davor, das sollte passen.. Daten gibts dann also erst wieder in ein paar Tagen..


Ich bin aber Trotzdem dran interessiert eine besseren Sensor zu bauen.
Also hab ich nochmal rumgespielt:

Das ist mein neues Ersatzschaltbild. Mit Elektrolyse Dioden.

Ich denke es macht Sinn das C - CuLack sinkt wenn die Feuchtigkeit der Erde sinkt, da ja weniger der Drahtoberfläche mit Wasser in Berührung kommen. Ich schätze also das die eine Platte des Kondensators "kleiner" wird. Ich hab hier mal von 100p - 500p gerechnet (25cm Draht verbuddelt -> max 500p).
Re (Widerstand Erde) wird gleichzeitig mit der steigender Trockenheit Steigen. Das habe ich also auch eingebaut (10k -> 300k).
Ce (Kapazität Erde) wird auch sinken also auch mit rein.

Raus kommt das:

Mhm ja ok Aber was bringen mir die Kurven jetzt? Ich kann in der Realität nicht prüfen ob mein Ersatzmodell stimmt. Es ist jetzt mit Sicherheit besser als vorher, allerdings ists mit ziemlicher Sicherheit auch noch Meilenweit von der Praxis entfernt.
Ich vermute da machen empirische Tests mehr Sinn.

Oder bleibt nur das Sensorkonzept komplett verwerfen?

[j.o.e]

Folgende Zitate habe ich ganz frech aus https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolyse kopiert.

Bastelbruder bezieht sich imho auf die Aussage: (B, Du korrigierst mich bitte, wenn ich Bockmist verzapfe)

"Die Spannung, die zur Elektrolyse mindestens angelegt werden muss, wird als Zersetzungsspannung (Uz oder Ez) bezeichnet. Diese oder eine höhere Spannung muss angelegt werden, damit die Elektrolyse überhaupt abläuft. Wird diese Mindestspannung nicht erreicht, wirkt der Elektrolyt beziehungsweise seine Grenzflächen zu den Elektroden, die auch elektrochemische Doppelschicht genannt werden, isolierend."


Werte für die Zersetzungsspannung werden auch genannt:

"So lässt sich durch das Redoxpotential berechnen, dass die anodische Sauerstoffbildung bei der Wasserelektrolyse von Wasser in basischer Lösung (Zersetzungsspannung: 0,401 V) unter geringerer Spannung abläuft als in saurer (Zersetzungsspannung: 1,23 V) oder neutraler (Zersetzungsspannung: 0,815 V) Lösung..."

Ich habe das Sensormodell erweitert umd die Komponente HoffA, parametrisiert durch
.step param EZ list 0.401 0.815 1.23

Den RV habe ich mal festgelegt auf 50k
.param RV = 50k

Die Aufgabe wäre nun, dieses Verhalten mal nachzuprüfen und die Konstanten möglichst zu fixieren. V10 und R10 sind die speisende Quelle.


Dann habe ich noch folgende Aussage gefunden:

"Es gibt nur wenige Anodenmaterialien, die während der Elektrolyse inert bleiben, also nicht in Lösung gehen, z. B. Platin und Kohlenstoff."


Als Messobjekt eignet sich z.B. Blumenerde, die definiert mit Wasser versetzt wird.

https://webofproceedings.org/proceeding ... E19075.pdf
zeigt in Kapitel "3.1 Drying method", wie man da vorgehen könnte.

SensorV2.asc.pdf

(1.13 KiB) 90-mal heruntergeladen

Umbenennen in SensorV2.asc !!!

Hier noch Modell / Testschaltung:

SensorV2.raw_ps-pdf_jo-job_564.pdf

(23.01 KiB) 102-mal heruntergeladen

SensorV2.asc_ps-pdf_jo-job_563.pdf

(27.58 KiB) 98-mal heruntergeladen

[Farbe]

Hallo Leute!

Ich habs nicht aufgegeben, ich war nur beschäftigt. (Urlaub vorbei)

Jetzt habe ich aber Ergebnisse Vorzuweisen:

Was gibts da jetzt zu sehen?

Die 3 Sensoren: Peter (klein Petersilie aktuell wenig Blätter), Basilikum (ca 45cm buschig) und Ecki (Einblatt ziemlich groß ca 60cm).
Sie sind, bis aufs Einblatt, gleich bestückt und auf gleiche Spannungswerte Kalibriert.

Man sieht beim Basilikum 2x gießen über einen Zeitraum von 5 Tagen. Peter ist nicht so durstig, ist ja auch weit kleiner, daher wurde er nur einmal gegossen.
Der Sensor im Einblatt ist definitiv beschädigt. Er ist sehr rauschig, zeigt aber noch das Gießen an (1x).

Ich bin mir ziemlich sicher das dass an meinem stümperhaftem vergießvorgang zusammenhängt.
Der im Faden erwähnte Port Pin wurde nicht (nur!) vom Einschaltstrom/Ladestrom des Pufferkondis gekillt.
2 Tage später hatte der Sensor einen Kurzschluss.
Der Keramik Kondi an der Versorgung. Ich hab mich dann informiert und herausgefunden das Vergussmassen für PCBs immer gefüllt sind um Mechanischen Spannungen an den Bauteilen zu vermeiden.
Das werde ich auch bei den Zwei anderen Sensoren machen.

Ich habe aber auch die Schaltung noch ein wenig optimiert.

Als erstes hat sie am Ausgang noch einen Serienwiderstand bekommen. In der selben Leitung werden auch 24V mit 400mA max PWM übertragen (Fürs Licht). Das hat den Ausgangs OP zum schwingen gebracht und die Werte versaut wenn das Licht an war. 50R in Reihe haben die Schwingung beseitigt aber die PWM dreck stärker eingekoppelt. Daraufhin kamen noch 10u nach Masse dran-> Problem gelöst.

Danach habe ich festgestellt das der Sensor manchmal Netz dreck misst. Der Schalter vom Küchenlicht (4x 5w LED GU10) hat fast immer spikes erzeugt. Die sind aber nicht auf der Übertragungsleitung sonder im Messkondensator entstanden. Die Negativen Pulse gingen natürlich nicht durch den filter aus D1 C7 und R6, Positive aber schon, die verfälschten dann für >0,5s die Spannung am Ausgang.
Daher hab ich da noch einen Tiefpass eingebaut. = 560R in Reihe zum OP (IC2G1) Ausgang.

R3 wurde auch nochmal geändert um den Messbereich anzupassen. 330k sinds geworden.
Das ergibt dann 0,75V -> 1,7V von zuviel gegossen zu Staub. Bei rund 15% gieße ich menge nach Gefühl, ergibt dann meist zwischen 90/70% Feuchtigkeit.

Ich werde weiter beobachten ob z.b. Dünger drift erzeugt und wie haltbar die Sensoren sind.
Schaltplan gibts bei Gelegenheit.

[j.o.e]

Ich bin mir ziemlich sicher das dass an meinem stümperhaftem vergießvorgang zusammenhängt.
Der im Faden erwähnte Port Pin wurde nicht (nur!) vom Einschaltstrom/Ladestrom des Pufferkondis gekillt.
2 Tage später hatte der Sensor einen Kurzschluss.
Der Keramik Kondi an der Versorgung. Ich hab mich dann informiert und herausgefunden das Vergussmassen für PCBs immer gefüllt sind um Mechanischen Spannungen an den Bauteilen zu vermeiden.
Das werde ich auch bei den Zwei anderen Sensoren mache

Sieht ja richtig stimmig aus! Gratulation!!!

Noch en paar Worte zum Vergießen...

In der 4ma hatten wir mal eine Pampe, die gallertartig "aushärtete". Ich denke mal, dass das die Bauteile von mechanischen Spannungen frei hielt, aber auch von Mikrorissen, über die dann wieder Feuchtigkeit eindringen könnte. War aber eine rießen Sauerei, konnte man aber trochen abknubbeln.
Damit habe ich die Alarmanlage fürs Moped vergossen: Schrumpfschlauch drüber. Untere Seite im Schraubstock zugeklemmt und von oben dann zugegossen. Läuft seit >20 Jahren.

Nagra Kudelski hatte stellenweise die PCBs beschichtet. War ein Horror, wenn Nacharbeit anstand. Sah mir aus nach so einer Art "Plastik 70"-Spray. Wobei ich über diese Art Sprays auch schon Horrorgeschichten gehört habe. Könnte aber auch eine Art Tauchlack gewesen sein.

Für ein Laverda-Moped sollte ich mal einen Laderegler reparieren. Platine war in Aludose, zugegossen > 1cm Harz. Hatten wir dann über Tage schichtweise mit Ameisensäure freigeäzt. Die Platine hat überlebt, viele Bauteile waren entlackt. Jedenfalls konnnte man die Schaltung noch rekonstruieren und die Platine neu bestücken. Das DIng läuft, vergossen hats mein imho Kollege aber nimmer.

Was ich damit sagen will: Vergießen will sehr wohl überlegt sein. --> Vielleicht eigenen Faden starten?

Berichte aber bitte weiter - auch über Langzeiterfahrungen.

[Bastelbruder]

Conformal coating ist der Findbefriff für Google & Co.
Plastikspray ist in der Hinsicht ein trauriger Witz, weil nach Verdunsten des eventuell Bauteile schädigenden Lösungsmittels kein nennenswerter Schutzfilm übrigbleibt. Zumindest Styroflexkondensatoren sind in der Hinsicht sehr empfindlich. Als Hydrophober Schutz- und Isolierlack hat sich seit Entdeckung der statischen Elektrizität übrigens Schellack bewährt. Wasser- und Speichelbeständig, hochisolierend, löslich in Alkohol.

[Finger]

Wie sehen Schaltung und Sensor denn jetzt aus? Also wenn man das quasi mal nachbauen wollen würde?