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Tensiometer mit Datenloggern verbinden

METER Tensiometer mit Nicht-METER Datenloggern verbinden.

 

METER entwickelt eine Vielzahl an hochwertigen Tensiometern zur Messung der Bodenwasserspannung (Wasserpotential). Die Tensiometer-Kabel sind dabei immer für die Schnittstelle mit dem METER “Infield 7” Lesegerät optimiert. Allerdings gibt es Anwendungen, bei denen eine Langzeitprotokollierung gewünscht wird und daher die Notwendigkeit besteht, diese Tensiometer mit anderen Datenloggern zu verbinden. Diese Abhandlung befasst sich mit den Möglichkeiten, METER-Tensiometer mit Datenloggern zu verbinden, die nicht von METER sind.

METER-Tensiometer verwenden einen dünnen piezoresistiven Druckaufnehmer zur Messung der Wasserspannung. Der Widerstand des Druckaufnehmers ändert sich, wenn er durch die Druckdifferenz verformt wird, die durch den atmosphärischen Druck und die Wasserspannung im Tensiometerstab bestimmt ist. Eine asymmetrische Wheatstone Vollbrücke wird verwendet, um den Widerstand des dünnen Druckaufnehmers zu analysieren, der proportional zur Spannung im Bodenwasser und relativ zum atmosphärischen Druck ist:

Gleichung 1

Vout ist der Signalausgang des Druckaufnehmers in Millivolt, Vin ist die an den Drucksensor gelieferte Anregungsspannung und ΨT ist die Spannung des Wassers im Tensiometerstab unmittelbar neben dem Druckwandler. METER Tensiometer sind mit Vin = 10,6V DC kalibriert. Bei Verwendung der 10.6V Eingangsspannung gibt es eine lineare Kalibrierung:

Gleichung 2

Grundsätzlich gilt: ΨT > 0 ist die Spannung und ΨT < 0 ist der Druck. Da viele beliebte Steuerungs- und Datenerfassungsgeräte (z. B. Campbell Scientific Datenlogger) 5V DC oder benutzerdefinierte Eingänge haben, ist es oftmals bequem, diese Spannung statt 10,6 V für die Anregung zu verwenden. Diese Gleichung gleicht dies aus:

Gleichung 3

ΨT wird in kPa ausgegeben, Vout in mV und Vin in Volt.

Potenzielle Datenerfassung Fallstricke bei der Datenerfassung

Da der Druckaufnehmer mit einer Wheatstone Vollbrücke konfiguriert ist, kann die Eingangsspannung und das Ausgangsignal (in mV) nicht an die selbe Masse angeschlossen werden. Deshalb kann das Ausgangssignal nur mit einer Differenzspannungsmessung ermittelt werden. Versuchen Sie daher das Ausgangssignal des Druckwandlers einzeln zu messen.

Hinzu kommt, dass sowohl das Signal “+” als auch das Signal “-” etwa die Hälfte der Anregungsspannung betragen. Bei einer 5V-Anregung liegen das Signal “+” und “-” ~ 2,5 V über der Anregungsspannung, die Signale unterscheiden sich also nur um wenige Millivolt. Übersteigt die Anregungsspannung den Gleichtaktbereich* des Datenloggers, schlägt die Messung fehl. Daher muss eine entsprechende Erregungsspannung gewählt werden, um den Gleichtaktbereich nicht zu überschreiten.

Dies kann auf zwei Arten erreicht werden. Zuerst kann die Erregerspannung mit einem einfachen Spannungsteiler begrenzt werden oder der Analogausgang wird auf einen geringen Wert eingestellt. Alternativ hat METER eine Tensiometer-Stromversorgung (Modell: TV-Batt) entwickelt, die eine Spannung von +5,6 V liefert (bezogen auf -5 V), um eine 10,6 V-Eingangsspannung bei einem gleichzeitigen Signalausgang von 0 V zu gewährleisten. Der TV-Batt kann von 7 -16 V betrieben werden und bis zu 60 Tensiometer mit Strom versorgen.

* Der Gleichtaktbereich beträgt ± 2,5 V für CR10X Logger und ± 5V für CR21X und CR23X Logger. Überprüfen Sie die Spezifikationen in Ihrem Loggerhandbuch, um den Gleichtaktbereich für andere Datenerfassungssysteme zu identifizieren.

Es ist auch anzumerken, dass sich jede Instabilität in der Eingangsspannung (z.B. schwache Batterieleistung) auf die Ausgabe auswirkt, wie durch Gleichung 3 angedeutet. Es empfiehlt sich daher, den Tensiometer-Druckwandler entweder mit einer geregelten Spannungsquelle anzuregen oder die Erregungsspannung aufzuzeichnen und die Abweichung zu korrigieren. Bitte beachten Sie, dass Gleichung 3 für das T8-Tensiometer der METER Group nicht gültig ist, das mit einer beliebigen Erregerspannung im 6-20 V DC-Bereich stabile 0-2 V ausgibt.

Achtung

Denken Sie daran, dass die Druckaufnehmer der METER Tensiometer für Anregungsspannungen von 5-15 V DC ausgelegt sind. Wir haben die Tensiometer mit Anregungsspannungen bis zu 2,5 V erfolgreich eingesetzt, empfehlen aber, sie bei Spannungen über dem angegebenen Bereich nicht zu verwenden. Beachten Sie auch, dass eine Saugspannung unter ~ 85 KPa Kavitation verursacht und ein Nachfüllen sinnvoll macht. Wenn die Spannung ~ 200 KPa erreicht, kann der Druckaufnehmer zerstört werden. Beim T5-Tensiometer kann dies innerhalb von Sekunden nach dem Entfernen des porösen Bechers auftreten, wenn dieser erst in einer feuchten Umgebung und dann trockener Luft ausgesetzt wird. Mit dem T8 wird das Überziehen des Wassersäulen-Korpus den Druckaufnehmer zerstören, wenn dieser nicht Handwarm ist. Außerdem werden die Keramikbecher der Tensiometer durch Einwirkung von Hautölen geschädigt werden, wenn mit bloßen Händen gearbeitet wird.

Beispielprogramme

Edlog

Das folgende Programm ist ein Beispiel, das mit einem Campbell Scientific CR21X Datenlogger verwendet werden kann oder an andere Edlog Logger angepasst werden kann.
;{21X}

;

;Program to read METER tensiometer pressure transducers

;

;Wiring (with black adapter cable)

;

;Brown – supply (+) – Ex. Ch. 1

;Blue – supply (-) – Ground

;White – signal (+) – differential channel 1 H

;Thin Black – signal (-) – differential channel 1 L

;Thick Black – shield – ground

;

;The output of this program is in kPa with negative values indicating suction

;
*Table 1 Program 01: 1 Execution Interval (seconds)
; The value 2.12 = 10.6V/5V

;

1: Ex-Del-Diff (P8)

1: 1 Reps

2: 4 500 mV Slow Range

3: 1 DIFF Channel

4: 1 Excite all reps w/Exchan 1

5: 1 Delay (0.01 sec units)

6: 5000 mV Excitation

7: 1 Loc [ Psi_kPa ]

8: -2.12 Mult

9: 0.0 Offset
*Table 2 Program

02: 0.0000 Execution Interval (seconds)
*Table 3 Subroutines
End Program

CR Basic

Das folgende Programm ist ein Beispiel, das mit einem Campbell Scientific CR1000 Datenlogger verwendet oder an andere CR Basic Logger angepasst werden kann.

‘CR1000

‘program to measure METER analog tensiometer (T1, T3, T4, T5) with CR1000 data logger

‘Wiring

‘Brown – supply (+) – Ex. Ch. 1

‘Blue – supply (-) – Ground

‘White – signal (+) – differential channel 1 H

‘Thin Black – signal (-) – differential channel 1 L

‘Thick Black – shield – ground

Public WP

Units WP=kPa

 

DataTable(Table1,1,-1)

DataInterval(0,30,Min,10)

Sample (1,WP,FP2)

EndTable
BeginProg

Scan(1,Sec,0,0)

BrFull(WP,1,mV250,1,Vx1,1,250

0,False,False,0,_60Hz,-10.6,0.0)

‘note that RevEx and RevDiff must both be false ‘to read UMS tensiometers note that multiplier of ‘-10.6 adjusts the sign of output to standard ‘convention (pressure = positive number and ‘tension = negative number)

CallTable(Table1)

NextScan

EndProg

ME

Präzision in Perfektion.

Das T8-Tensiometer: Plug & Play mit den Datenloggern der METER Group.

Plug & Play in Perfektion.

Der EM60G Datenlogger lässt sich in jedes Sensorsystem integrieren. Hardware, Software und Firmware arbeiten nahtlos zusammen. Das Ergebnis: Automatisch alle Daten, die man braucht. Im Format, das man will. …