Video: Come calibrare i sensori di umidità del suolo METER
Guida passo-passo per l'esecuzione delle calibrazioni dei sensori di umidità del suolo METER
Come installare i sensori di umidità del suolo: più velocemente, meglio e con maggiore accuratezza
Se si desidera ottenere dati accurati, l'installazione corretta del sensore deve essere la priorità assoluta. Una cattiva installazione può potenzialmente causare una perdita di precisione superiore al 10%.
Perché l'installazione è fondamentale
Se si desidera ottenere dati accurati, la corretta installazione del sensore deve essere la priorità assoluta. Quando si misura nel terreno, le variazioni naturali di densità possono comportare una perdita di precisione del 2-3%, ma un'installazione inadeguata può potenzialmente causare una perdita di precisione superiore al 10%. La corretta installazione del sensore è la base dei dati raccolti. Una base inadeguata rende difficile l'interpretazione dei dati. In questo articolo troverete consigli utili su come installare i sensori di umidità del suolo in modo più veloce, migliore e con una maggiore precisione. Impara:
- A cosa fare attenzione quando si installano i sensori
- Come si presentano i problemi di installazione nei vostri dati
- Priorità di installazione per i sensori di umidità del suolo
- Come METER sta facendo progredire la scienza dell'installazione per ottenere dati di qualità superiore
Conoscere i sensori
Per capire perché una cattiva installazione dei sensori ha un impatto enorme sulla qualità dei dati, è necessario capire come funzionano i sensori di umidità del suolo.
I sensori di umidità del suolo (sensori di contenuto d'acqua) misurano il contenuto volumetrico d'acqua. Il contenuto volumetrico d'acqua (VWC) è il volume dell'acqua diviso per il volume del terreno (Equazione 1), che fornisce la percentuale di acqua in un campione di terreno.
Quindi, ad esempio, se un volume di terreno (Figura 1) è composto dai seguenti elementi: 50% di minerali del suolo, 35% di acqua e 15% di aria, il suolo avrebbe un contenuto volumetrico di acqua del 35%.
Perché i sensori capacitivi funzionano
Tutti i sensori di umidità del suolo METER utilizzano un metodo indiretto chiamato tecnologia capacitiva per misurare la VWC. "Indiretto" significa che viene misurato un parametro correlato alla VWC e che viene utilizzata una calibrazione per convertire tale valore in VWC. In parole povere, la tecnologia della capacità utilizza due elettrodi metallici (sonde o aghi) per misurare la capacità di immagazzinare carica (o la permittività dielettrica apparente) di ciò che si trova tra loro.
La Tabella 1 illustra che ogni comune componente del suolo ha una diversa capacità di immagazzinare carica. Nel suolo, il volume della maggior parte di questi costituenti rimane costante nel tempo, mentre il volume dell'aria e dell'acqua fluttua.
| Materiale | Permittività dielettrica apparente |
|---|---|
| Aria | 1 |
| Minerali del suolo | 3-16 |
| Materia organica | 2-5 |
| Ghiaccio | 5 |
| Acqua | 80 |
Tabella 1. Capacità di immagazzinare cariche (permittività dielettrica apparente) di comuni costituenti del suolo
Poiché l'aria non immagazzina quasi nessuna carica e l'acqua ne immagazzina una grande, è possibile misurare la variazione della capacità di immagazzinare carica di un terreno e metterla in relazione con la quantità di acqua (o VWC) presente nel terreno. (Per una spiegazione più dettagliata della tecnologia della capacità, vedere Soil Moisture 201).
Il volume di influenza influisce sui dati
Il volume di influenza (Figura 3) è l'area del terreno misurata dal campo elettromagnetico emesso dagli aghi del sensore. La Figura 2 (sopra) mostra un'approssimazione dell'intensità relativa del campo elettromagnetico. Si noti che la maggior parte della sensibilità del sensore si trova entro pochi millimetri dagli aghi della sonda. Tutto ciò che si trova all'interno di questo campo elettromagnetico influisce sull'uscita del sensore, ma la percentuale di acqua vicino agli aghi ha un'influenza maggiore sulla risposta del sensore rispetto all'area più lontana dagli aghi.
Evitare assolutamente i vuoti d'aria
Poiché il volume di influenza dei sensori di umidità del suolo dielettrici (TDR, FDR, tipi di capacità) è il più sensibile in prossimità dell'ago, evitare spazi d'aria con un buon contatto suolo-sensore è essenziale per ottenere dati di qualità sull'umidità del suolo. Inoltre, è importante creare il minor disturbo possibile al terreno durante l'installazione per ottenere una misura rappresentativa. Installare i sensori in un terreno disturbato (un mucchio di terreno estratto da una buca, per esempio) è raramente una buona idea, ma è un errore comune dei ricercatori inesperti.
Leggi "5 modi in cui la perturbazione del sito ha un impatto sui dati".
Come appaiono i vuoti d'aria nei dati
Scenario 1: vuoti d'aria in terreni umidi
La Figura 4 è un esempio di una buona installazione. Si tratta di un set di dati di una risaia che mostra tre diversi sensori di umidità del suolo installati a circa 7,5 cm nel terreno.
Sull'asse delle ordinate è riportato il contenuto volumetrico d'acqua in percentuale e sull'asse delle ascisse il numero di giorni. La traccia nera solida indica il punto in cui la risaia veniva continuamente inondata. La traccia grigia mostra il punto in cui il ricercatore ha essiccato il terreno fino al 35% di VWC. La traccia tratteggiata illustra l'essiccazione fino al 25% di VWC. Si noti che all'inizio la variabilità da sensore a sensore è di circa l'1%. Questo è ciò che si vuole vedere per le stesse condizioni idriche nello stesso tipo di terreno.
Tuttavia, questo ricercatore ha notato che durante le inondazioni successive, il livello di saturazione dei trattamenti era molto più alto rispetto al punto di partenza. Perché? I sensori sono stati installati in vertisuoli argillosi con un'elevata capacità di ritiro e rigonfiamento. In questo tipo di terreno, quando il suolo si asciuga possono aprirsi grandi crepe. Quando il terreno si apre e crea un varco per la presenza di acqua accanto agli aghi, la lettura sarà più alta perché l'acqua ha un dielettrico di 80, molto più alto di quello del terreno. Questo è anche un buon esempio di ciò che accade quando una cattiva installazione del sensore lascia dei vuoti d'aria nel terreno sul lato saturo.
Scenario 2: vuoti d'aria in terreni asciutti
La Figura 5 mostra una serie temporale per un impianto vicino alla superficie in un terreno altamente poroso e a substrato grossolano in Nevada, che diventa molto secco.
La traccia blu scuro mostra i sensori installati sotto la pianta, mentre le tracce blu chiaro sono sensori installati più lontano dalle piante. La Figura 5 mostra l'aspetto di un buon set di dati senza problemi di installazione in un terreno asciutto.
La Figura 6, una serie temporale proveniente da un sito vicino con lo stesso disegno sperimentale, illustra una storia diversa. Si noti il grande divario tra ciò che accade sotto la pianta e ciò che accade lontano dalla pianta. Questo è un segnale di allarme che indica che qualcosa non va. In alcuni punti, il VWC scende al di sotto dello 0%, che per definizione è il valore più basso che il suolo possa raggiungere. Ma ricordate che l'aria ha un dielettrico inferiore a quello del terreno. Quindi questo probabilmente significa che i sensori stanno subendo un'influenza dell'aria. Potrebbe trattarsi di un problema di calibrazione, ma è meno probabile perché gli stessi sensori installati nelle vicinanze hanno prestazioni leggermente diverse. Quindi questi dati sono indicativi di un vuoto d'aria vicino agli aghi del sensore, di un sensore troppo vicino alla superficie che sta emettendo il suo campo elettromagnetico nell'aria, oppure che un sensore è stato disturbato.
Come installare correttamente i sensori di umidità del suolo
L'ottenimento di dati di alta qualità inizia prima dell'installazione vera e propria. Di seguito sono riportati alcuni errori comuni che si commettono durante la progettazione di uno studio e che costano tempo e denaro e possono impedire l'utilizzo dei dati.
- Caratterizzazione del sito: Non si sa abbastanza sul sito, sulla sua variabilità o su altri fattori ambientali influenti che guidano l'interpretazione dei dati.
- Posizione dei sensori: I sensori sono installati in una posizione che non risponde agli obiettivi dello studio (ad esempio, nei suoli, sia la posizione geografica dei sensori che la posizione nel profilo del suolo devono essere applicabili alla domanda di ricerca).
- Installazione del sensore: I sensori non sono installati correttamente, causando letture imprecise.
- Raccolta dei dati: I sensori e il logger non sono protetti e i dati non vengono controllati regolarmente per mantenere una registrazione continua e accurata dei dati.
- Diffusione dei dati: I dati non possono essere compresi o replicati da altri scienziati.
Considerate questi aspetti quando progettate uno studio e utilizzate le seguenti best practice per evitare problemi futuri.
La preparazione pre-installazione consente di risparmiare tempo e denaro
Prima di andare sul campo, installate alcuni sensori in laboratorio ed eseguite letture su diversi tipi di terreno. Questo permette di capire quali sono i valori di umidità del terreno da aspettarsi in diversi scenari. Inoltre, vi aiuta a capire la corretta installazione, il tempo che potrebbe richiedere, gli strumenti necessari e gli eventuali problemi, come ad esempio un sensore che potrebbe leggere in modo errato. Preparate una cassetta degli attrezzi per l'installazione con strumenti importanti come fascette, pinze, pennarelli, torce e batterie. In questo modo si risparmiano ore di viaggi avanti e indietro per raggiungere il sito.
Se si utilizza un data logger che necessita di programmazione, imparare il linguaggio di programmazione con due settimane di anticipo per assicurarsi di capire come scrivere i programmi per il logger. Anche un data logger plug-and-play, come quello di cloud , ha bisogno di un lavoro di preparazione, come ad esempio assicurarsi che il sito di ricerca sia nel raggio di un ripetitore. ZL6 necessita di un lavoro di preparazione, come ad esempio assicurarsi che il sito di ricerca sia nel raggio d'azione di una torre cellulare.
Metadati: la chiave per la comprensione
Più metadati si registrano nel sito di ricerca, meglio si potranno comprendere i dati. Etichettate ogni sensore con il tipo di sensore, la profondità di installazione e qualsiasi altra informazione importante. Se si installano centinaia di sensori, è possibile acquistare un dispositivo elettronico per l'etichettatura dei sensori con codice a barre, ma vanno bene anche un nastro adesivo e un pennarello indelebile. Riporre le etichette all'interno del data logger per proteggerlo dalle intemperie.
Il data logger registra automaticamente metadati importanti come la posizione GPS e la pressione barometrica ZL6 registra automaticamente metadati importanti, come la posizione GPS, la pressione barometrica e il numero di serie del sensore e li salva sul sito cloud. ZENTRA Cloud consente anche di registrare i metadati inseriti dall'utente, come il tipo di suolo, la densità del suolo, i tipi di copertura, l'intervallo di misurazione, i dati grezzi e il tipo di calibrazione utilizzata, la profondità del sensore, le note sul motivo per cui è stato scelto il sito, ecc. Queste informazioni saranno importanti quando sarà il momento di pubblicarle, e inserirle in una posizione condivisa basata su cloud come ZENTRA Cloud risparmierà grattacapi.
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Inoltre, misure accessorie come la temperatura del suolo o il monitoraggio del microclima possono essere un'altra fonte di metadati. Una stazione meteorologica all-in-one come ATMOS 41 registra automaticamente gli eventi atmosferici e può essere un modo importante per effettuare un benchmark o una verifica di base dell'umidità del suolo, del potenziale idrico o di altri dati.
Il contatto tra suolo e sensore è il fattore più importante
La Figura 7 illustra i sensori installati correttamente (guardando il foro) in un profilo di terreno con un buon contatto tra terreno e sensore.
Il contatto tra il suolo e la sonda è la cosa più importante da ricordare per ottenere buoni dati sull'umidità del suolo perché, come detto, i primi millimetri vicino alla sonda influenzano maggiormente la lettura.
Un'installazione in foro eseguita con una piccola trivella a mano e METER's TEROS Borehole Installation Tool crea un foro di soli 10 cm di diametro, appena il 2-3% dell'area di una trincea. Poiché l'entità della perturbazione del sito è ridotta al minimo, vengono disturbati meno macropori, radici e piante, e il sito può tornare al suo stato naturale molto più rapidamente. Inoltre, quando lo strumento di installazione viene utilizzato all'interno di una piccola perforazione, è garantito un buon contatto tra suolo e sensore, anche in terreni duri. Un piccolo foro di trivellazione rende molto più facile separare gli strati di orizzonte e reimpostare il terreno alla densità corretta, perché c'è meno terreno da separare.
La protezione dei cavi è sinonimo di tranquillità
La Figura 7 mostra anche i cavi dei sensori raggruppati, interrati e rivestiti con guaine. Proteggere i sensori a tutti i costi è fondamentale per uno studio. È importante inguainare i cavi dei sensori esposti all'interno di un tubo in PVC, di una rete metallica o di una guaina elettrica flessibile e farli correre lungo il palo del data logger per circa 60 cm (2 piedi). In questo modo si eviteranno danni causati da roditori, trattori o pale. Legare ordinatamente i cavi al palo con fascette resistenti a UV, in modo che siano ben saldi ma non tirino contro il data logger (assicurarsi che ci sia uno scarico della trazione).
Controllare prima di seppellire
Dopo l'installazione del sensore, ma prima di chiudere la trivella o la trincea, controllate i sensori con un ZSC, un piccolo strumento che consente di effettuare letture istantanee sullo smartphone per assicurarsi che la lettura del sensore sia accurata. Sarà doloroso riesumare un sensore in un secondo momento, dopo aver raccolto una stagione di dati errati.
Nel corso del tempo, controllare i dati il più spesso possibile per risolvere i problemi e prevenire quelli che possono essere dannosi per il progetto di ricerca. ZENTRA Cloud e il ZL6 consentono di risolvere i problemi e di tracciare i grafici dei dati anche ogni giorno. Solo due o tre minuti spesi per individuare tendenze o scoprire errori possono salvare settimane di dati persi. È anche possibile impostare gli avvisi di ZENTRA Cloud per inviare notifiche quando le cose non vanno bene.
Cosa evitare durante l'installazione
La Figura 10 illustra cosa NON fare in un'installazione di sensori.
Si tratta di sensori installati in un foro di 10 cm (4 pollici) in un terreno roccioso, dove i sensori sono stati spinti a mano. In questo caso, il ricercatore ha avuto difficoltà a spingere il sensore in basso a destra, quindi c'è un vuoto d'aria di 2 cm (quasi un pollice). Questo avrà sicuramente un impatto sulla qualità dei dati. Ha provato a spostare il sensore in diversi punti, ma ogni volta si è scontrato con una roccia. Alla fine, ha messo del terriccio intorno al sensore: non è una situazione ideale, ma in questo caso era il meglio che potesse fare.
Osservate una buona installazione del sensore
Il video seguente mostra le migliori pratiche di installazione dei sensori di umidità del suoloTEROS .
ZENTRA sistema - dati di qualità superiore con meno sforzo
Abbiamo creato il sistema ZENTRA per ridurre il tempo e l'impegno necessari per ottenere dati di buona qualità sull'umidità del suolo. ZENTRA è un sistema completo di sensori, logger e software che si installa facilmente, richiede poca manutenzione e mette a disposizione dati quasi in tempo reale, in modo che possiate pubblicare di più e lavorare meno. Ecco come fare:
Strumento di installazione: installazione migliore e più rapida
Un buon contatto tra terreno e sensore, senza spazi d'aria, richiede che i sensori vengano spinti direttamente nella parete laterale, senza muoversi. METER rende questo compito molto più semplice con l'attrezzo per l'installazione in foro. L'attrezzo sfrutta il vantaggio meccanico per spingere i sensori di umidità del suoloTEROS direttamente nella parete laterale di terreni anche difficili, per ottenere il massimo contatto tra suolo e sensore in tempi molto più brevi.
Il sito ZSC semplifica il flusso di lavoro dell'installazione
Durante l'installazione dei sensori, la nuova interfaccia BluetoothZSC consente di monitorare la lettura di un sensore mentre viene installato.
Fornisce letture in tempo reale e senza fili tramite Bluetooth sul vostro smartphone. I valori di lettura vengono visualizzati in ZENTRA Utility Mobile per aiutarvi a individuare i problemi di installazione (scarso contatto del sensore con il terreno, sacche d'aria, rocce, ecc.
Il ZSC risolve anche i problemi di SDI-12. È possibile utilizzare l'opzione ZSC per scoprire esattamente dove si trovano i sensori problematici. Inoltre, ZSC consente all'utente di assegnare indirizzi SDI-12 ai sensori digitali, per una più facile programmazione SDI-12.
ZENTRA Cloud risoluzione dei problemi di velocità
ZENTRA Cloud funziona con il data loggerZL6 per consentirvi di gestire i vostri data logger, correggere gli errori di impostazione e riconfigurare i sensori da remoto, comodamente dal vostro ufficio, eliminando inutili visite sul campo e perdite di tempo.
È anche possibile utilizzare ZENTRA Cloud per assicurarsi che il tecnico abbia completato correttamente tutte le attività sul campo. Se uno studente lascia il vostro programma, non dovrete più preoccuparvi che i dati vadano via con lui. ZENTRA Cloud fornisce un luogo semplice dove archiviare tutti i dati per tutta la durata della ricerca.
Il sistema ZL6 registra automaticamente metadati importanti, come il tipo di sensore, il numero di serie, la versione del firmware e la posizione del logger, e li salva su cloud. Questi metadati, insieme a quelli inseriti dall'utente, come la profondità e l'altezza del sensore, diventano parti permanenti del record di dati, che non andranno mai persi. Inoltre, i dati in tempo reale di cloud rendono semplice la condivisione dei dati con diversi soggetti interessati.
TEROS I sensori eliminano le barriere di precisione
Abbiamo creato la nuova linea di sensori TEROS come parte del sistema ZENTRA per eliminare le barriere che impediscono una buona precisione, come l'incoerenza dell'installazione, la variabilità da sensore a sensore e la verifica del sensore.
TEROS I sensori di umidità del suolo lavorano insieme all'intero sistema ZENTRA per superare i loro predecessori e ottimizzare l'accuratezza non solo del sensore, ma dell'intero set di dati. Combinano un'installazione coerente e impeccabile con uno strumento di installazione, una struttura estremamente robusta, una variabilità minima da sensore a sensore, un ampio volume di influenza, uno standard di verifica e una registrazione avanzata dei dati per offrire le migliori prestazioni, accuratezza, facilità d'uso e affidabilità a un prezzo accessibile.
| TEROS 12 | TEROS 11 | TEROS 10 | |
|---|---|---|---|
| Misure | Contenuto volumetrico d'acqua, temperatura, conducibilità elettrica | Contenuto volumetrico di acqua, temperatura | Contenuto volumetrico di acqua |
| Volume di influenza | 1010 mL | 1010 mL | 430 mL |
| Accuratezza del grado di ricerca | ±3% VWC typical in mineral soils that have solution EC <8 dS/m | ±3% VWC typical in mineral soils that have solution EC <8 dS/m | ±3% VWC typical in mineral soils that have solution EC <8 dS/m |
| Durata di vita del campo | 10+ anni | 10+ anni | 10+ anni |
| Uscita di misura | SDI-12 digitale | SDI-12 digitale | Analogico |
| Durata | Il più alto | Il più alto | Il più alto |
| Installazione | Strumento di installazione per un'elevata precisione | Strumento di installazione per un'elevata precisione | Strumento di installazione per un'elevata precisione |
| Ripetibilità | Standard di verifica della precisione | Standard di verifica della precisione | Standard di verifica della precisione |
| Costo | Basso | Basso | Il più basso |
| Garanzia | 3 anni | 3 anni | 3 anni |
Tabella 1. Confronto tra i sensori di TEROS
Guardate il video qui sotto per vedere l'esperto di umidità del suolo Leo Rivera spiegare in dettaglio perché abbiamo impiegato 20 anni per creare la nuova linea di sensori del contenuto d'acqua TEROS .
Ottenere di più a meno
La linea di sensoriTEROS sfrutta i progressi nelle tecniche di calibrazione, uno strumento di installazione e migliori materie prime per produrre sensori più duraturi, precisi, più facili e veloci da installare, più coerenti e collegati a un sistema di registrazione e visualizzazione dei dati potente e intuitivo, quasi in tempo reale, denominato ZENTRA Cloud.
Vedere tutti i sensori TEROS
Come interpretare i dati sull'umidità del suolo
Fate un'immersione profonda nella conoscenza dell'umidità del suolo. Nel webinar qui sotto, il dottor Colin Campbell spiega come interpretare dati sorprendenti e problematici sull'umidità del suolo. Inoltre, insegna cosa aspettarsi in diverse situazioni di terreno, sito e ambiente.
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Tutto quello che c'è da sapere sulla misurazione dell'umidità del suolo: tutto in un unico posto.
- Scarica la guida completa del ricercatore sull'umidità del suolo
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Partecipate al nostro corso sull'umidità del suolo
Sei brevi video vi insegnano tutto quello che c'è da sapere sul contenuto d'acqua del suolo e sul potenziale idrico del suolo, e perché dovreste misurarli insieme. Inoltre, imparate a conoscere le basi della conducibilità idraulica del suolo.
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I nostri scienziati hanno decenni di esperienza nell'aiutare ricercatori e coltivatori a misurare il continuum suolo-pianta-atmosfera.
Biblioteca di competenze
Video: TEROS Video sulle migliori pratiche di installazione dei sensori di umidità del suolo
Imparate le migliori pratiche per l'installazione di un sensore di umidità del suolo in foro, utilizzando i sensori di umidità del suolo TEROS Borehole Installation Tool e TEROS .
Umidità del suolo: 6 comuni sviste che potrebbero compromettere la vostra precisione
Anche una piccola svista, come una cattiva installazione, può compromettere l'accuratezza fino al +/-10%. Come potete assicurarvi che i vostri dati rappresentino ciò che accade realmente nel vostro sito?
