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Stamm Hygrometer

Thermodrahthygrometer oder Psychrometer mit unterschiedlichen Designs werden seit Anfang der 50ger Jahre erfolgreich in der Pflanzenbauforschung eingesetzt. Meist werden die Messungen an entfernten Blättern durchgeführt.

Das Stamm Hygrometer wurde von Professor Mike Dixon, Universität von Guelph entwickelt. Es ist mit hervorragenden Ergebnissen gegen die Scholander-Hammel Bombe validiert worden und seit 1984 in wissenschaftlichen Veröffentlichungen zitiert. Dixon, M.A., & Tyree, M.T., 1984 A new stem hygrometer, corrected for temperature gradients and calibrated against the pressure bomb Plant, Cell and Environment 7, 693-697.

Stamm Hygrometer haben bedeutende Vorteile gegenüber den herkömmlichen Blatt Hygrometern, da sie sehr einfach an der Planze befestigt werden und dadurch die Unterbrechung der Energiebilanz minimalisiert wird, was die Genauigkeit der Messung wesentlich verbessert. Durch Schwierigkeiten mit der Verbindung des Sensors mit Standartgeräten, war die Annahme der Methodik recht langsam, obwohl sie tatsächlich sehr großes Potenzial aufweist. ICT International hat nun das Dixon Stamm Hygrometer mit Plug & Play Technologie vereint, so dass das Potenzial dieser Methode voll ausgenutzt werden kann.

Sensor Design

Das Stamm Hygrometer besteht aus zwei verschweißten Chromel-Konstantan Thermodrähten, die mit einem verchromten Messinggehäuse, welches eine wärmeisolierende Masse darstellt, verbunden sind. Innerhalb der Gehäusekammer ist der eine Thermodraht mit dem Stamm in Kontakt, während der andere gleichzeitig die Lufttemperatur innerhalb der Kammer und damit die Taupunkterniedrigung mißt. Ein dritter Thermodraht aus Kupfer-Konstantan ist mit dem Gehäuse verlötete, um die Instrumenttemperatur zum Temperaturausgleich zu messen. Gemeinsam werden diese Temperaturmessungen verwended, um das Wasserpotenzial der Pflanze zu betimmen.

Prinzip der Messung

Mit mäßigem Druck wird das Stamm Hygrometer mit einer Klammer am Stamm festgehalten. Einer der Thermodrähte wird aus der Kammer gezogen und in Kontakt mit dem Splintholz gebracht. Der andere Thermodraht bliebt in der Kammer, um deren innere Lufttemperatur zu messen.
Eine Peltier Kühlelementspannung wird an der Verbindung angelegt. Die Potenzialdifferenz zwischen den beiden Verbindungen ist ein Maß für den Temperaturgradienten zwischen der Probe und der Verbindung, die den Taupunkt misst. Es gibt hierbei die Möglichkeit, entweder den psychrometrischen (Feuchtkugeltemperatur) oder hygrometrischen Wert (Taupunkt) zu wählen. Durch zusätzliche Messung der Temperatur des Kammergehäuses, wird der Fehler durch Temperaturgradienten in der Kammer kommpensiert und genaue, wiederholbare Messungen des Pflanzenwasserpotenzials sind möglich.

Äquilibrierung und Halbwertzeiten

Die Halbwertzeiten, die zur Equilibrierung der Thermodrähte Hygrometer notwendig sind variieren stark. Sie schwanken zwischen ein paar Minuten bis zu etlichen Stunden und sind von der Konstruktion der Hygrometer abhängig. Diese Variabilität ist haupsächlich davon abhängig, wie genau the Differenzialtemperaturen gemessen werden können, ob die Ausgangstemperatur und Probentemperatur gemessen oder nur einfach geschätzt werden und wie gut das Hydrometer thermisch von Temparturgradienten isoliert ist. Das Dixon Stamm Hygrometer basiert auf genauen Temperturmessungen, ohne jegliche Schätzungen von unbekannten Messwerten. Mit einer guten Wärmeisolierung sind Halbwertzeiten zur Äquilibierung von weniger als 60 Sekunden möglich. Damit ist diese Art der Messung sehr schnell durchführbar und gibt wiederholbare und zuverlässige Resultate.

Plug & Play Technologie

Jedes Stamm Hygrometer enthält eine Smart Sensor Schnittstelle, die das micro-Volt Signal in einen kalibrierten Wert des Pflanzenwasserpotenzials in MPa umwandelt. Im Memory des Mikroprozessor’s sind die auswählbare Kalibrierungsfunktionen gespeichert, die Messungsfrequenz und die Regulierung des Peltier Kühlelementes. Dies beseitigt das Bedürfnis für komplizierte Programmierung und Schaltung des Stamm Hygrometers. Durch Zusammenschaltung des Stamm Hygrometers mit dem ICT Smart Loggers sind genaue und wirtschaftliche Messungen ohne große Kapitalausgaben machbar.

Anwendungsbezogene Kalibrierung

Jedes Stamm Hygrometer ist mit Standardwerten kalibriert, die spezifisch für die drei-dimensionale Ebene der Sensoren sind und zusammen mit den unaghängigen Messvariablen (Thermodrahtspannung und Temperatur) zur Bestimmung des Wasserpotenzials benutzt werden. Die Ausgabe der Messsignale der Sensoren kann direkt als Wasserpotenzial in MPa erfolgen, oder auch als Rohdaten in °C zusammen mit der Kammertemperatur in °C, so dass eine manuelle Auswertung und Berechnung der psychrometrischen Temperaturerniedrigung in Druck (MPa) zu berechnen.

Zukünftige Eichungsmöglichkeiten mit einem Benutzer bezogenen Menü:

Einpunkt-Eichung mit nur einer Temparturemessung durch Benuztung einer Natriumchloridlösung (0.05, 0.1, 0.2, 0.5 oder 1 normal). Der Benutzer wählt die passende NaCl-Lösung aus einem Einstellungsmenü. Der integrierte Mikroprozessor misst die dazugehörigen Spannungen in Microvolt and passt diese Messung der Kalibrierungsebene an.
Vielfachpunkt-Eichung mit zwei bis fünf verschiedenen NaCl Konzentrationen bei einer Temperatur
Vielfachpunkt-Eichung mit fünf verschiedenen NaCl Konzentrationen bei verschiedenen Temperaturen zwischen 5 und 35°C.

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