Pour évaluer les performances d'un capteur de teneur en eau, il faut d'abord comprendre sa technologie. Pour ce faire, il est nécessaire de comprendre comment la teneur en eau volumétrique (VWC) est mesurée. La teneur en eau volumétrique est le volume d'eau divisé par le volume du sol (équation 1), ce qui donne le pourcentage d'eau dans un échantillon de sol.
Ainsi, par exemple, si un volume de sol (figure 1) est composé des éléments suivants : 50 % de minéraux du sol, 35 % d'eau et 15 % d'air, ce sol aurait une teneur en eau volumétrique de 35 %.
Le pourcentage d'eau en masse(wm) peut être mesuré directement par la méthode gravimétrique, qui consiste à soustraire la masse du sol séché à l'étuve(md) de la masse de sol humide (ce qui donne la masse d'eau, mw) et en divisant par md (équation 2).
La teneur en eau gravimétrique obtenue peut être convertie en teneur volumétrique en la multipliant par la densité apparente sèche du sol(⍴b) (équation 3).
La teneur en eau volumétrique peut également être mesurée indirectement, c'est-à-dire qu'un paramètre lié à la teneur en eau volumétrique est mesuré et qu'un étalonnage est utilisé pour convertir cette quantité en teneur en eau volumétrique. Tous les capteurs d'humidité du sol METER utilisent une méthode indirecte appelée technologie de la capacité. En termes simples, la technologie de la capacité utilise deux électrodes métalliques (sondes ou aiguilles) pour mesurer la capacité de stockage des charges (ou la permittivité diélectrique apparente) de ce qui se trouve entre elles.
Le tableau 1 montre que chaque constituant commun du sol a une capacité de stockage de charges différente. Dans le sol, le volume de la plupart de ces constituants reste constant au fil du temps, mais le volume d'air et d'eau fluctue.
| Matériau | Permittivité diélectrique apparente |
|---|---|
| Air | 1 |
| Minéraux du sol | 3 - 16 |
| Matière organique | 2 - 5 |
| Glace | 5 |
| L'eau | 80 |
Étant donné que l'air ne stocke pratiquement aucune charge et que l'eau stocke une charge importante, il est possible de mesurer le changement dans la capacité de stockage de charge d'un sol et de le relier à la quantité d'eau (ou VWC) dans ce sol. (Pour une explication plus détaillée de la technologie de la capacitance, regardez Soil Moisture 201).
Lorsque la technologie de la capacitance a été utilisée pour la première fois pour mesurer l'humidité du sol dans les années 1970, les scientifiques se sont rapidement rendu compte que la vitesse à laquelle le champ électromagnétique était chargé et déchargé était déterminante pour le succès de la mesure. Les basses fréquences ont eu des effets importants sur la salinité du sol. Au fil du temps, cette nouvelle compréhension, combinée aux progrès de la vitesse de l'électronique, a permis d'ajuster l'approche capacitaire originale pour qu'elle soit couronnée de succès. Les capteurs capacitifs modernes, tels que les capteurs METER, utilisent des fréquences élevées (70 MHz) pour minimiser les effets de la salinité du sol sur les relevés.
Le circuit des capteurs capacitifs peut être conçu pour résoudre des variations extrêmement faibles de la teneur en eau volumétrique, à tel point que la NASA a utilisé la technologie capacitive de METER pour mesurer la teneur en eau sur Mars. Les capteurs capacitifs d'humidité du sol sont faciles à installer et consomment peu d'énergie. Ils peuvent durer des années sur le terrain, alimentés par une petite batterie dans un enregistreur de données.
Les capteurs d'humidité du sol TEROS et ECH2Outilisent tous deux la même technologie de capacitance haute fréquence (70 MHz) qui a fait ses preuves et qui a été publiée dans des milliers d'articles évalués par des pairs. La figure 3 montre les données d'étalonnage pour les capteurs ECH2O5TE et TEROS 12.
La nouvelle ligneTEROS , cependant, tire parti des progrès des techniques d'étalonnage, d'un outil d'installation et de meilleures matières premières pour produire des capteurs plus durables, plus précis, plus faciles et plus rapides à installer, plus cohérents et liés à un système puissant et intuitif d' enregistrement et de visualisation des données en temps quasi réel (figure 4).
Voici quelques-uns des changements que vous constaterez dans la nouvelle gamme de capteurs de teneur en eau TEROS :
Variabilité minimale d'un capteur à l'autre : les capteursTEROS 11/12 utilisent une procédure d'étalonnage entièrement nouvelle qui maximise la précision et minimise la variabilité d'un capteur à l'autre tout en maintenant le coût du capteur à un niveau raisonnable. Vous pouvez donc être sûr que chaque capteur que vous installez sera exactement comme le suivant.
Grand volume d'influence : Les capteurs TEROS 11/12 fournissent un volume d'influence d'un litre (contre 200 ml pour la plupart des capteurs).
Capteur fiable et à longue durée de vie : Les aiguilles en acier inoxydable de haute qualité, mieux affûtées, se glissent facilement dans les sols, même les plus durs, et un remplissage en époxy durable permet au capteur de durer jusqu'à 10 ans sur le terrain. Dans le TEROS 12, nous avons positionné un capteur de température parfaitement à l'intérieur de l'aiguille centrale, de sorte que les aiguilles sont robustes, mais extrêmement sensibles aux changements de température du sol.
Réduction des erreurs d'installation : Le nouveau TEROS Borehole Installation Tool évite les erreurs d'installation et permet une insertion cohérente et parfaite dans tout type de sol (même l'argile dure) tout en réduisant au minimum les perturbations du site. Les capteurs sont installés parfaitement perpendiculairement à la paroi latérale avec une pression uniforme, puis relâchés doucement pour éviter les trous d'air.
Norme de vérification: la répétabilité du capteur TEROS peut être vérifiée à l'aide d'une norme de vérification de la précision. Aucun autre capteur d'humidité du sol n'a cette capacité. Il suffit de glisser le clip de vérification sur un capteur et de le brancher sur un enregistreur. Si la lecture se situe dans la bonne plage, votre capteur est prêt à fonctionner.
Collecte de données sans faille : Pour une collecte de données facile et fiable, combinez les capteurs TEROS avec le nouveau système de gestion des données. ZL6Les données sont transmises en temps quasi réel par l'intermédiaire de l'interface utilisateur. cloud.
Nous avons créé la nouvelle gamme de capteurs TEROS pour éliminer les obstacles à une bonne précision tels que l'incohérence de l'installation, la variabilité d'un capteur à l'autre et la vérification du capteur. Les capteurs d'humidité du solTEROS utilisent la même technologie ECH2Ofiable, mais vont au-delà de la gamme ECH2Opour optimiser la précision de l'ensemble des données. Ils combinent une installation cohérente et sans faille, une construction extrêmement robuste, une variabilité minimale d'un capteur à l'autre, un grand volume d'influence et un enregistrement avancé des données pour offrir les meilleures performances, la meilleure précision, la plus grande facilité d'utilisation et la plus grande fiabilité à un prix abordable.
Vous voulez plus de détails ? Dans la vidéo ci-dessous, Leo Rivera, expert en humidité du sol, explique pourquoi nous avons passé 20 ans à créer la nouvelle gamme de capteurs TEROS .
Voyez comment la technologie de la capacité et les capteurs METER se sont améliorés et ont progressé au fil du temps.
| Année | Capteur | Historique du développement |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | En 1999, les systèmes de mesure de l'humidité du sol étaient coûteux. Un étudiant de la WSU a imaginé un capteur connecté, peu coûteux et peu gourmand en énergie, que les cultivateurs pourraient utiliser pour gérer l'irrigation. Il a demandé au Dr Gaylon S. Campbell de développer la technologie, et le capteur qui en a résulté a mesuré la capacité du sol à 6 MHz, lançant une toute nouvelle catégorie de technologie de détection de l'humidité du sol à un prix abordable. Le circuit surmoulé de la sonde ECH2Oet les électrodes scellées dans le matériau du circuit imprimé ont rendu sa fabrication peu coûteuse et ont permis de l'enfouir dans le sol. L'expérience a montré que le capteur fonctionnait bien dans les sols naturels à faible salinité, mais qu'il perdait en précision à des niveaux de salinité moyens ou élevés. |
| 2002 | ECH2O10 | Nous avons reçu de nombreuses demandes de raccourcissement de l'ECH2O, en particulier de la part de serristes qui souhaitaient un capteur suffisamment court pour être inséré dans leurs conteneurs de rempotage. Le nouvel ECH2O10 s'est avéré utile pour ces nouvelles applications, mais les défis posés par l'eau d'irrigation riche en nutriments utilisée dans les serres et les pépinières ont poussé nos scientifiques à trouver des moyens de minimiser l'influence de la conductivité électrique. |
| 2005 | EC-5 | En 2003, nous avons commencé à expérimenter des fréquences de mesure plus élevées, pour finalement opter pour 70 MHz, ce qui a permis de minimiser la sensibilité à la salinité et d'améliorer les performances globales du capteur, rendant le nouveau EC-5 précis dans presque tous les sols et milieux sans sol. Les broches ont facilité l'installation, et la combinaison du faible coût du capteur et de la consommation d'énergie minimale en a fait un outil idéal pour les grands réseaux. Il est devenu l'un de nos capteurs de teneur en eau les plus populaires. |
| 2007 | ECH2O TE | Une fois que le site EC-5 a été publié, nous avons été inondés de demandes d'ajout de la température et de la conductivité électrique (CE) au capteur de la part de cultivateurs qui utilisent la CE de leur sol ou de leur terreau comme substitut des nutriments disponibles pour la plante. Nous avons construit l'ECH2OTE, qui mesure la conductivité électrique à l'aide d'électrodes en or placées à la surface du circuit imprimé. |
| 2007 | ECH2O TM | Peu après le lancement de l'ECH2OTE, nous avons conçu un capteur complémentaire, l'ECH2OTM, qui mesure uniquement la teneur en eau et la température. Il s'agissait d'un capteur important pour de nombreuses applications de recherche, car la température du sol est souvent combinée à la teneur en eau lors de la mesure dans un profil de sol. |
| 2008 | 10HS | Malgré la popularité du EC-5, certains clients ont regretté la longueur des anciens capteurs ECH2O10 et 20. Le 10HS a été introduit avec des dents de 10 cm pour augmenter sa sphère d'influence et inclure plus de volume de sol dans la mesure du VWC (1,3 litre contre 0,24 litre pour le EC-5 ). |
| 2009 | 5TE | Bien que l'ECH2OTE ait mesuré la CE avec précision, de petits trous dans le circuit de mesure de l'or permettaient à l'eau d'atteindre le cuivre en dessous et de corroder la surface. Le 5TE a remplacé la longue surface en or par de petites électrodes à vis en acier inoxydable, imperméables à la corrosion et pouvant durer plusieurs années dans le sol. |
| 2010 | 5TM | Le 5TM a été introduit comme compagnon du 5TE afin qu'ils puissent tous deux être mis à jour avec la nouvelle conception plus robuste. |
| 2012 | GS3 | En 2013, nous avons combiné des aiguilles en acier avec un processus de surmoulage en époxy, ce qui a permis d'augmenter la durée de vie du capteur. Nous avons automatisé le processus de surmoulage de l'époxy, ce qui rend le capteur GS3 robuste extrêmement abordable. Les aiguilles en acier ont donné à ce capteur une surface étendue pour optimiser les mesures de la CE tout en minimisant les perturbations du substrat pendant l'insertion. La température a été mesurée à l'aide d'une thermistance embarquée et la conductivité électrique a été mesurée à l'aide d'un réseau d'électrodes en acier inoxydable. |
| 2014 | GS1 | Nos clients du secteur de l'agriculture commerciale voulaient un capteur de teneur en eau sans fioritures, à l'épreuve des balles, avec un grand volume d'influence et capable d'effectuer des mesures dans des environnements difficiles. Après avoir réalisé des progrès dans le processus de surmoulage époxy, nous avons conçu une coque dure et l'avons remplie d'époxy, introduisant ainsi notre capteur volumétrique de teneur en eau le plus robuste. |
| Aujourd'hui | TEROS Série | La nouvelle gamme de capteurs d'humidité du sol TEROS combine la technologie de capacitance à haute fréquence bien connue de METER avec une forme ultra-robuste, un outil d'installation et une nouvelle procédure d'étalonnage pour fournir notre capteur le plus précis et le plus facile à utiliser avec un excellent rapport prix/performance (voir Figure 4). |
Tout ce que vous devez savoir sur la mesure de l'humidité du sol - en un seul endroit.
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Six courtes vidéos vous apprennent tout ce que vous devez savoir sur la teneur en eau du sol et le potentiel hydrique du sol, et pourquoi vous devez les mesurer ensemble. De plus, vous maîtriserez les bases de la conductivité hydraulique du sol.
Nos scientifiques ont des dizaines d'années d'expérience pour aider les chercheurs et les cultivateurs à mesurer le continuum sol-plante-atmosphère.
La programmation de l'irrigation dans l'agriculture et le gazon nécessite un capteur d'humidité du sol qui soit précis, fiable et peu coûteux. De nombreux capteurs sont limités parce qu'ils sont insuffisants dans l'un de ces domaines. Jusqu'à présent.
TEROS sont plus durables, plus précis, plus faciles et plus rapides à installer, plus cohérents et reliés à un système puissant et intuitif d'enregistrement et de visualisation des données en temps quasi réel.
Parmi les milliers de publications évaluées par des pairs et utilisant les capteurs de sol METER, aucun type n'émerge comme étant le préféré. Le choix du capteur doit donc être basé sur vos besoins et votre application. Les considérations suivantes vous aideront à identifier le capteur idéal pour votre recherche.
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