Dies ist der zweite Teil einer Jugend forscht-Arbeit, die im Landeswettbewerb Bayern 2014
teilgenommen hat.

Jeder kennt das Problem - die Familie möchte für drei Wochen in den Urlaub fliegen. Die
Nachbarn sind nicht daheim und die Großeltern wohnen zu weit weg - wer soll sich dann um die Zimmerpflanzen kümmern?

Hier wäre eine automatisierte Bewässerung für die Pflanzen sehr nützlich! Doch dafür benötigt man erst einen Sensor, der die Erdfeuchte messen kann. Vor zwei Jahren wurden zwei erste Prototypen eines Bodenfeuchtesensors entwickelt. In diesem Projekt wird - nach Abwägung der Vor- und Nachteile bestehender Messprinzipien - ein kapazitives Messverfahren angewendet. Das heißt, Wasser in der Umgebung eines Kondensators beeinflusst die Durchlässigkeit für ein elektrisches Feld (sog. Permittivität, bei Wasser mit dem Faktor 80 gegenüber Luft). Diese je nach Wassergehalt unterschiedliche Permittivität der Erde kann man sich zu Nutze machen, indem man einen Kondensator in die selbige einbringt und die Kapazität misst.

Bei der letzten Teilnahme war das Produkt ein Sensor, der einem Plattenkondensator ähnelte. Bei einer Kalibrationsmessung wurden die Permittivitätswerte bei verschiedenen Feuchten mit theoretisch erwarteten Werten verglichen. Dabei wichen Theorie und Praxis stark voneinander ab, was nicht erklärt werden konnte.

In der vorliegenden Arbeit wird an dieser Stelle angeknüpft und zunächst nach einer besseren Isolation für die Kondensatorelektroden gesucht. Der Aufbau ist nämlich kein reiner Kondensator, sondern besitzt parasitäre induktive und resistive Anteile, die bei unterschiedlich frequenten Wechselspannungen einen unterschiedlichen Widerstand (Impedanz) haben. Dadurch wird die kapazitive Auswerteelektronik und damit die Messwerte gestört. Deshalb wird ein verbesserter Aufbau, bestehend aus einer Platine mit Leiterbahnen, die wie ein Kamm ineinander greifen, entwickelt. Bei diesem stellt sich zunächst ein altbekanntes Isolationsproblem, denn: der kapazitive Sensor muss sehr gut gegen Feuchtigkeit isoliert sein, weil sonst die Leitfähigkeit der Erde gemessen wird. Verschiedene Isolationsmaterialien unterscheiden sich hinsichtlich Dicke, Zuverlässigkeit und Wasseraufnahme. Die Wahl fällt letztlich auf eine Schweißverpackung mit Kunststofffolie. Der neue Sensor wird hinsichtlich der Impedanz untersucht. Das Ergebnis ist, dass die alte Kapazitätsmessung beibehalten werden kann und dass die parasitären Größen vermindert werden konnten. Abschließend werden mit dem Sensor einige Praxistests durchgeführt.