Um die Leistung eines Wassergehaltssensors beurteilen zu können, müssen Sie zunächst seine Technologie verstehen. Dazu ist es notwendig zu verstehen, wie der volumetrische Wassergehalt (VWC) gemessen wird. Der volumetrische Wassergehalt ist das Wasservolumen geteilt durch das Bodenvolumen (Gleichung 1), was den prozentualen Anteil des Wassers in einer Bodenprobe angibt.
Wenn ein Volumen Boden (Abbildung 1) beispielsweise aus den folgenden Bestandteilen besteht: 50 % Bodenmineralien, 35 % Wasser und 15 % Luft. Der volumetrische Wassergehalt des Bodens beträgt dann 35 %.
Der prozentuale Anteil von Wasser nach Masse(wm) kann direkt mit der gravimetrischen Methode gemessen werden, bei der die Masse des ofentrockenen Bodens abgezogen wird(md) von der Masse des feuchten Bodens subtrahiert wird (was die Masse des Wassers, mw) und dividiert durch md (Gleichung 2).
Der daraus resultierende gravimetrische Wassergehalt kann durch Multiplikation mit der trockenen Schüttdichte des Bodens(⍴) in einen volumetrischen Wert umgerechnet werden.b) (Gleichung 3).
Der volumetrische Wassergehalt kann auch indirekt gemessen werden: Das bedeutet, dass ein Parameter gemessen wird, der mit dem VWC zusammenhängt, und eine Kalibrierung verwendet wird, um diesen Wert in VWC umzurechnen. Alle METER-Bodenfeuchtesensoren verwenden eine indirekte Methode, die Kapazitäts-Technologie. Einfach ausgedrückt, werden bei der Kapazitätstechnologie zwei Metallelektroden (Sonden oder Nadeln) verwendet, um die Ladungsspeicherkapazität (oder scheinbare Dielektrizitätskonstante) des dazwischen liegenden Materials zu messen.
Tabelle 1 veranschaulicht, dass jeder gängige Bodenbestandteil eine andere Ladungsspeicherkapazität hat. Im Boden bleibt das Volumen der meisten dieser Bestandteile im Laufe der Zeit konstant, aber das Volumen von Luft und Wasser schwankt.
| Material | Scheinbare dielektrische Permittivität |
|---|---|
| Luft | 1 |
| Bodenmineralien | 3 - 16 |
| Organische Materie | 2 - 5 |
| Eis | 5 |
| Wasser | 80 |
Da Luft fast keine Ladung speichert und Wasser eine große Ladung speichert, ist es möglich, die Veränderung der Ladungsspeicherfähigkeit eines Bodens zu messen und sie mit der Wassermenge (oder VWC) in diesem Boden in Beziehung zu setzen. (Eine ausführlichere Erklärung der Kapazitätstechnologie finden Sie unter Bodenfeuchte 201).
Als die Kapazitätstechnologie in den 1970er Jahren zum ersten Mal zur Messung der Bodenfeuchtigkeit eingesetzt wurde, erkannten die Wissenschaftler bald, dass die Geschwindigkeit, mit der sich das elektromagnetische Feld auf- und entlädt, entscheidend für den Erfolg ist. Niedrige Frequenzen führten zu großen Auswirkungen des Salzgehalts im Boden auf die Messwerte. Im Laufe der Zeit ermöglichte dieses neue Verständnis in Verbindung mit Fortschritten bei der Geschwindigkeit der Elektronik eine Anpassung des ursprünglichen Kapazitätsansatzes, um erfolgreich zu sein. Moderne Kapazitätssensoren, wie die METER-Sensoren, verwenden hohe Frequenzen (70 MHz), um die Auswirkungen des Salzgehalts im Boden auf die Messwerte zu minimieren.
Die Schaltkreise in kapazitiven Sensoren können so ausgelegt werden, dass sie extrem kleine Änderungen des volumetrischen Wassergehalts auflösen können. So sehr, dass die NASA die kapazitive Technologie von METER zur Messung des Wassergehalts auf dem Mars eingesetzt hat. Kapazitive Bodenfeuchtesensoren sind einfach zu installieren und benötigen in der Regel nur wenig Strom. Sie können jahrelang im Feld mit einer kleinen Batterie in einem Datenlogger betrieben werden.
Sowohl der TEROS als auch der ECH2OBodenfeuchtesensor verwenden dieselbe bewährte Hochfrequenz (70 MHz) Kapazitäts-Technologie, die in Tausenden von Fachzeitschriften veröffentlicht wurde. Abbildung 3 zeigt die Kalibrierungsdaten für den ECH2O5TE und TEROS 12.
Die neue ProduktlinieTEROS nutzt jedoch Fortschritte bei den Kalibrierungstechniken, ein Installationswerkzeug und bessere Rohstoffe, um Sensoren herzustellen, die haltbarer, genauer, einfacher und schneller zu installieren und konsistenter sind und mit einem leistungsstarken, intuitiven System zur Datenprotokollierung und -visualisierung in nahezu Echtzeit verbunden sind (Abbildung 4).
Hier sind einige der Änderungen, die Sie in der neuen TEROS Wassergehaltssensorreihe sehen werden:
Minimale Variabilität von Sensor zu Sensor: TEROS 11/12 Sensoren verwenden ein völlig neues Kalibrierungsverfahren, das die Genauigkeit maximiert und die Variabilität von Sensor zu Sensor minimiert, während die Kosten für den Sensor angemessen bleiben. Sie können sich also darauf verlassen, dass jeder Sensor, den Sie installieren, genau wie der nächste gemessen wird.
Großes Einflussvolumen: Die TEROS 11/12 Sensoren liefern ein Einflussvolumen von einem Liter (im Gegensatz zu den für die meisten Sensoren typischen 200 ml).
Zuverlässige, langlebige Sensorleistung: Verbesserte, geschliffene Nadeln aus hochwertigem Edelstahl gleiten leicht in selbst verhärtete Böden, und eine haltbare Epoxidharzfüllung sorgt dafür, dass der Sensor bis zu 10 Jahre im Feld hält. Im TEROS 12 haben wir einen Temperatursensor perfekt in der mittleren Nadel positioniert, so dass die Nadeln robust sind und dennoch extrem empfindlich auf Temperaturänderungen im Boden reagieren.
Reduzierte Installationsfehler: Die neue TEROS Borehole Installation Tool macht die Installation fehlerfrei und sorgt für eine konsistente, fehlerfreie Einbringung in jede Bodenart (sogar in harten Lehm), während gleichzeitig die Störung der Baustelle minimiert wird. Die Sensoren werden perfekt senkrecht zur Seitenwand mit gleichmäßigem Druck installiert und dann sanft entlastet, um Luftspalten zu vermeiden.
Verifizierungsstandard: TEROS Die Wiederholbarkeit des Sensors kann mit einem Verifizierungsstandard überprüft werden. Kein anderer Bodenfeuchtesensor hat diese Möglichkeit. Schieben Sie einfach den Verifizierungsclip auf den Sensor und schließen Sie ihn an einen Logger an. Wenn der Messwert innerhalb des richtigen Bereichs liegt, ist Ihr Sensor einsatzbereit.
Nahtlose Datenerfassung: Für eine einfache und zuverlässige Datenerfassung kombinieren Sie TEROS Sensoren mit dem neuen ZL6, bei dem alle Daten nahezu in Echtzeit über das Internet übertragen werden. cloud.
Wir haben die neue Sensorlinie TEROS entwickelt, um Hindernisse zu beseitigen, die einer guten Genauigkeit im Wege stehen, wie z.B. Inkonsistenzen bei der Installation, Schwankungen von Sensor zu Sensor und die Überprüfung der Sensoren. TEROS Bodenfeuchtesensoren verwenden die gleiche zuverlässige ECH2O-Technologie, gehen aber über die ECH2O-Liniehinaus, um die Genauigkeit des gesamten Datensatzes zu optimieren. Sie kombinieren eine konsistente, fehlerfreie Installation, eine extrem robuste Konstruktion, minimale Sensor-zu-Sensor-Variabilität, ein großes Einflussvolumen und eine fortschrittliche Datenaufzeichnung, um die beste Leistung, Genauigkeit, Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit zu einem erschwinglichen Preis zu bieten.
Möchten Sie mehr Details erfahren? Im folgenden Video erklärt der Bodenfeuchtigkeitsexperte Leo Rivera, warum wir 20 Jahre in die Entwicklung der neuen Sensorlinie TEROS investiert haben.
Sehen Sie, wie sich die Kapazitäts-Technologie und die METER-Sensoren im Laufe der Zeit verbessert und weiterentwickelt haben.
| Jahr | Sensor | Entwicklungsgeschichte |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | Im Jahr 1999 waren Systeme zur Messung der Bodenfeuchtigkeit teuer. Ein WSU-Student stellte sich einen kostengünstigen, energiesparenden, angeschlossenen Sensor vor, mit dem Landwirte die Bewässerung steuern konnten. Er beauftragte Dr. Gaylon S. Campbell mit der Entwicklung der Technologie. Der daraus resultierende Sensor maß die Kapazität des Bodens bei 6 MHz und begründete damit eine völlig neue Klasse erschwinglicher Technologie zur Messung der Bodenfeuchtigkeit. Die umspritzten Schaltkreise der ECH2O-Sondeund die in Leiterplattenmaterial versiegelten Elektroden ermöglichten eine kostengünstige Herstellung und das Vergraben im Boden. Die Erfahrung zeigte, dass der Sensor in natürlichen Böden mit geringem Salzgehalt gut funktionierte, aber bei mittlerem bis hohem Salzgehalt an Genauigkeit verlor. |
| 2002 | ECH2O10 | Wir erhielten viele Anfragen zur Verkürzung des ECH2O, insbesondere von Gewächshauszüchtern, die einen Sensor wollten, der kurz genug ist, um ihn in ihre Pflanzgefäße einzusetzen. Der neue ECH2O10 war für diese neuen Anwendungen nützlich, doch die Herausforderungen des nährstoffreichen Bewässerungswassers, das in Gewächshäusern und Gärtnereien verwendet wird, zwangen unsere Wissenschaftler dazu, Wege zu finden, um den Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit zu minimieren. |
| 2005 | EC-5 | Im Jahr 2003 begannen wir mit höheren Messfrequenzen zu experimentieren und einigten uns schließlich auf 70 MHz, wodurch die Empfindlichkeit gegenüber dem Salzgehalt minimiert und die Gesamtleistung des Sensors verbessert wurde, so dass der neue EC-5 in fast allen Böden oder erdlosen Medien genau arbeitet. Die Kombination aus niedrigen Sensorkosten und minimalem Stromverbrauch machte ihn ideal für den Einsatz in großen Netzwerken. Er wurde zu einem unserer beliebtesten Wassergehaltssensoren. |
| 2007 | ECH2O TE | Nach der Veröffentlichung von EC-5 wurden wir mit Anfragen überschwemmt, den Sensor um Temperatur und elektrische Leitfähigkeit (EC) zu erweitern, und zwar von Landwirten, die den EC-Wert ihres Bodens oder ihres erdlosen Mediums als Ersatz für die der Pflanze zur Verfügung stehenden Nährstoffe verwenden. Wir haben den ECH2OTE gebaut, der den EC-Wert mit Goldelektroden auf der Oberfläche der Leiterplatte misst. |
| 2007 | ECH2O TM | Kurz nach der Markteinführung des ECH2OTE haben wir einen zusätzlichen Sensor entwickelt, den ECH2OTM, der nur den Wassergehalt und die Temperatur misst. Dies war ein wichtiger Sensor für viele Forschungsanwendungen, da die Bodentemperatur bei Messungen in einem Bodenprofil oft mit dem Wassergehalt kombiniert wird. |
| 2008 | 10HS | Trotz der Beliebtheit des EC-5vermissten einige Kunden die Länge der ausgemusterten ECH2O10 und 20 Sensoren. Der 10HS wurde mit 10 cm langen Zinken eingeführt, um seinen Einflussbereich zu vergrößern und mehr Bodenvolumen in die VWC-Messung einzubeziehen (1,3 Liter gegenüber dem EC-5 , der 0,24 Liter maß). |
| 2009 | 5TE | Obwohl der ECH2OTE den EC-Wert genau gemessen hat, konnte durch kleine Nadellöcher im Goldmesskreis Wasser auf das darunter liegende Kupfer gelangen und die Oberfläche korrodieren. Der 5TE tauschte die lange Goldoberfläche gegen kleine Schraubenelektroden aus Edelstahl aus, die unempfindlich gegen Korrosion sind und mehrere Jahre im Boden überdauern können. |
| 2010 | 5TM | Der 5TM wurde als Ergänzung zum 5TE eingeführt, damit beide auf das neue, robustere Design aktualisiert werden konnten. |
| 2012 | GS3 | Im Jahr 2013 kombinierten wir Stahlnadeln mit einem Epoxid-Umspritzverfahren, das die Lebensdauer des Sensors erhöht. Wir automatisierten den Epoxid-Umspritzprozess, wodurch der robuste GS3-Sensor extrem erschwinglich wurde. Durch die Stahlnadeln erhielt der Sensor eine größere Oberfläche, um die EC-Messungen zu optimieren und gleichzeitig die Störung des Substrats beim Einsetzen zu minimieren. Die Temperatur wurde mit einem eingebauten Thermistor gemessen und die elektrische Leitfähigkeit mit einer Elektrodenanordnung aus Edelstahl. |
| 2014 | GS1 | Unsere Kunden in der Landwirtschaft wollten einen schnörkellosen, kugelsicheren Wassergehaltssensor mit einem großen Einflussbereich, der auch in rauen Umgebungen messen kann. Also haben wir nach Fortschritten im Epoxidharz-Umspritzverfahren eine harte Schale entwickelt und mit Epoxidharz gefüllt und so unseren robustesten volumetrischen Wassergehaltssensor eingeführt. |
| Heute | TEROS Serie | Die neue TEROS Serie von Bodenfeuchtesensoren kombiniert die bewährte Hochfrequenz-Kapazitäts-Technologie von METER mit einer ultra-robusten Form, einem Installationswerkzeug und einem neuen Kalibrierverfahren, um unseren genauesten, einfach zu bedienenden Sensor mit einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis zu liefern (siehe Abbildung 4). |
Alles, was Sie über die Messung der Bodenfeuchtigkeit wissen müssen - alles an einem Ort.
Laden Sie den vollständigen Leitfaden des Forschers zur Bodenfeuchtigkeit herunter
In sechs kurzen Videos erfahren Sie alles, was Sie über den Wassergehalt und das Wasserpotenzial des Bodens wissen müssen - und warum Sie sie zusammen messen sollten. Außerdem lernen Sie die Grundlagen der hydraulischen Leitfähigkeit des Bodens kennen.
Unsere Wissenschaftler verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Unterstützung von Forschern und Landwirten bei der Messung des Kontinuums Boden-Pflanze-Atmosphäre.
Die Bewässerungsplanung in der Landwirtschaft und im Rasenbau erfordert einen Bodenfeuchtesensor, der genau, zuverlässig und kostengünstig ist. Viele Sensoren sind eingeschränkt, weil sie in einem dieser Bereiche nicht ausreichend sind. Bis jetzt.
TEROS Sensoren sind langlebiger, genauer, einfacher und schneller zu installieren, konsistenter und mit einem leistungsstarken, intuitiven System zur Datenprotokollierung und -visualisierung in nahezu Echtzeit verbunden.
Unter den Tausenden von begutachteten Veröffentlichungen, in denen METER-Bodensensoren verwendet werden, kristallisiert sich kein Typ als Favorit heraus. Die Wahl des Sensors sollte daher von Ihren Bedürfnissen und Ihrer Anwendung abhängen. Nutzen Sie diese Überlegungen, um den perfekten Sensor für Ihre Forschung zu finden.
Erhalten Sie regelmäßig die neuesten Inhalte.