Sensori di umidità del suolo: come funzionano. Perché alcuni non sono adatti alla ricerca.

Soil moisture sensors—How they work. Why some are not research grade

TDR, FDR, capacità, resistenza: Un confronto dei comuni metodi di rilevamento dell'umidità del suolo, dei loro pro e contro e delle loro applicazioni specifiche.

CONTRIBUENTI

Non tutti i metodi di rilevamento dell'umidità del suolo sono uguali

TDR, FDR, capacità, resistenza: Una ricerca su Internet porta oggi a migliaia di opzioni per la misurazione dell'umidità del suolo, dai sensori che indicano l'umidità con un quadrante ai sensori monitorati elettronicamente con un semplice microprocessore. L'enorme numero di sensori presenti sul mercato crea confusione e frustrazione quando si vuole semplicemente scoprire quale sensore fornisce i dati più affidabili, robusti, precisi e pubblicabili.

Per oltre due decenni, gli scienziati METER hanno trascorso migliaia di ore a installare sensori di umidità del suolo e a monitorare, interpretare e pubblicare i dati degli esperimenti sul campo. Nel corso del tempo, abbiamo imparato molto su come ottenere dati di qualità sull'umidità del suolo. In questo articolo condividiamo con voi questa esperienza. Di seguito viene presentato un confronto tra i più comuni metodi di rilevamento del suolo, la teoria di misurazione scientifica di ciascun metodo, i pro e i contro e quale tecnologia può essere applicata a diversi tipi di ricerca sul campo. Scoprite anche perché il moderno rilevamento dell'umidità del suolo non si limita al sensore.

Cosa state cercando di misurare?

Una difficoltà nella ricerca di un sensore del terreno su Internet è che il termine "sensore di umidità del terreno" non è abbastanza specifico. L'umidità nel suolo può riferirsi a due cose diverse: il contenuto d'acqua (la quantità o la percentuale di acqua nel suolo) o il potenziale idrico (lo stato energetico dell'acqua nel suolo). Una è una variabile estensiva, l'altra è una variabile intensiva (per saperne di più su queste variabili, vedere qui). Una ricerca con l'espressione "sensore di umidità del suolo" consente di trovare entrambi i tipi di sensori.

Il contenuto d'acqua si riferisce alla quantità di acqua presente nel terreno in peso o in volume. La parte sinistra della Figura 1 illustra come calcolare il contenuto idrico del suolo in volume (contenuto idrico volumetrico o VWC). Tutte le misurazioni in situ sono basate sul volume.

An illustration explaining soil water content by volume
Figura 1. Contenuto d'acqua del suolo in volume

A destra della Figura 1 è riportata una rappresentazione grafica di come potrebbe apparire il VWC in termini di quantità (percentuale) di minerali del suolo, acqua e aria nel suolo. Se quello che vi interessa misurare è la percentuale di acqua nel suolo, utilizzate termini di ricerca più specifici come "sensore di contenuto idrico del suolo" o "sensore di contenuto idrico volumetrico".

Scarica la "Guida completa per il ricercatore sull'umidità del suolo".

Il contenuto d'acqua viene talvolta confuso con il potenziale idrico

Il potenziale idrico è diverso dal contenuto d'acqua. Si riferisce allo stato energetico dell'acqua nel suolo. In genere, dipende dall'adesione superficiale delle molecole d'acqua alle particelle del suolo.

An illustration of the adhesive quality of water molecules
Figura 2. La qualità adesiva delle molecole d'acqua la attrae verso la superficie delle particelle del suolo. Una maggiore superficie per unità di volume del suolo tende ad abbassare il suo stato energetico o potenziale idrico.

La Figura 2 illustra lo strato limite di acqua intorno alle particelle del suolo (in blu). Questo strato limite si assottiglia man mano che l'acqua del suolo diminuisce. In questo modo, le molecole d'acqua rimanenti si legano più strettamente alla superficie delle particelle del suolo. Questo legame riduce l'energia potenziale dell'acqua e la rende meno disponibile per le piante o per il movimento. Se si vuole misurare o prevedere la disponibilità idrica delle piante o il movimento dell'acqua nel suolo, si usano i termini "sensore di potenziale idrico" o "sensore di potenziale matrico".

Scarica la "Guida completa al potenziale idrico per i ricercatori".

TDR, FDR, capacità, metodi di resistenza a confronto

Il contenuto idrico del suolo può essere misurato a livello di campo, bacino idrografico o scala continentale utilizzando la tecnologia satellitare. Può anche essere misurato su vaste aree utilizzando neutroni cosmici down-welling.

An illustration showing water content can be measured at different scales
Figura 3. Il contenuto d'acqua può essere misurato a diverse scale

Tutte queste tecniche sono estremamente utili, ma in questo articolo confronteremo le tecniche in situ che misurano in un singolo punto di un appezzamento, di un trattamento o di un campo. Si tratta di quattro metodi di base:

  1. Resistenza
  2. Permeabilità dielettrica (TDR, FDR, capacità)
  3. Conducibilità termica
  4. Neutroni termalizzati

Le tecniche di rilevamento più comuni sono la resistenza e il dielettrico (sensori TDR, sensori FDR, sensori di capacità), che saranno al centro del nostro confronto. Tuttavia, è possibile trovare informazioni su questi e altri metodi nel webinar qui sotto: Umidità del suolo 201-Misure del contenuto d'acqua, metodi e applicazioni.

Quando si sceglie un metodo di rilevamento dell'umidità del suolo, è importante considerare l'applicazione. Per esempio, in un sito di ricerca nella Rush Valley, nello Utah, la sfida di un ricercatore è stata quella di confrontare l'uso dell'acqua tra trattamenti in cui le precipitazioni, i roditori e le bruciature prescritte cambiavano. La scelta della tecnologia giusta era fondamentale per dimostrare l'effetto di questi trattamenti sull'equilibrio tra specie autoctone e invasive in presenza di regimi di precipitazioni alterati.

Perché i sensori di umidità del suolo a resistenza non sono adatti alla ricerca

La Figura 4 è un esempio di due sensori di umidità del suolo trovati con una ricerca su Google. Entrambi i sensori misurano il contenuto d'acqua del suolo creando una differenza di tensione tra due elettrodi, facendo scorrere una piccola quantità di corrente tra di essi e producendo un valore di resistenza o conducibilità elettrica.

An illustration of two resistance sensors
Figura 4. Sensori di resistenza

Poiché l'acqua è un pessimo conduttore, sono gli ioni presenti nell'acqua a trasportare la corrente da un elettrodo all'altro. In teoria, l'idea è buona: è logico che la resistenza diminuisca all'aumentare della quantità d'acqua nel terreno. Tuttavia, nella pratica, le ipotesi alla base di questo metodo presentano delle difficoltà. Ecco perché:

An illustration of a diagram shows two electrodes with a voltage difference between them
Figura 5. Il diagramma mostra due elettrodi con una differenza di tensione tra loro. I sensori di resistenza consentono il passaggio di una piccola quantità di corrente tra gli elettrodi, trasportata dagli ioni con carica positiva e negativa (in questo caso, NaCl).

La Figura 5 illustra cosa accade quando una piastra positiva e una negativa vengono caricate e gli ioni si muovono nel terreno. Affinché il metodo della resistenza funzioni, un presupposto fondamentale è che il numero di ioni nel terreno rimanga relativamente costante. Se il numero di ioni nel terreno non è costante o se utilizziamo il sensore in un terreno diverso, l'accuratezza diventa impossibile perché, al variare del numero di ioni nell'acqua dei pori, si altera la capacità della corrente di fluire, anche se la quantità di acqua non è cambiata.

Questa idea può essere illustrata con un semplice esempio. Affinché un sensore possa essere utilizzato per misure diverse da quelle di bagnato/secco, è necessario che abbia una calibrazione che metta in relazione l'uscita del sensore (in questo caso, la sua resistenza o il suo semplice inverso: la conducibilità elettrica) con il contenuto volumetrico di acqua.

A graph of the calibration of a resistance sensor at four different soil saturation extract electrical conductivities (ECe)
Figura 6. Calibrazione di un sensore di resistenza a quattro diverse conducibilità elettriche (ECe) estratte dalla saturazione del suolo. Per una modesta variazione di ECe, la calibrazione del sensore cambia di dieci volte.

La Figura 6 è un semplice modello di conducibilità elettrica dell'estratto di saturazione (la conducibilità elettrica dell'acqua dopo che è stata estratta da un terreno saturo). Mostra che la calibrazione del sensore può cambiare più di un ordine di grandezza.

Quindi, anche se i sensori a resistenza sono poco costosi, reagiscono alle variazioni del contenuto d'acqua e sono semplici da integrare nei progetti fai-da-te, il loro unico vero utilizzo è per il giardinaggio domestico e per i progetti delle fiere scientifiche. In qualsiasi ambito scientifico, non sono in grado di produrre misure volumetriche affidabili del contenuto d'acqua.

Tabella 1. Panoramica e utilizzo del sensore di resistenza
Sensori di resistenza
Panoramica -Incredibilmente economico
-Reagire alle variazioni della quantità d'acqua
-Semplice da integrare
Utilizzo -Progetti per la fiera della scienza e della casa

Sensori dielettrici (TDR, FDR, capacità): un approccio più efficace

I sensori dielettrici (TDR, FDR, capacitivi) sono una categoria generale di sensori che misurano la capacità di accumulo di carica del terreno. Questo approccio di immagazzinamento della carica è molto più efficace di un approccio di resistenza, ed ecco perché.

A diagram of what happens to the ions with a resistance sensor and a dielectric sensor
Figura 7. Cosa succede agli ioni con un sensore a resistenza (a sinistra) e un sensore dielettrico (TDR, FDR, capacitivo) (a destra), oltre agli schemi dei circuiti elettrici di un resistore (in alto a sinistra) e di un condensatore (in alto a destra).

A sinistra della Figura 7 è riportato un diagramma di ciò che accade agli ioni con un sensore di resistenza. A destra è rappresentato ciò che accade agli ioni con un sensore dielettrico (TDR, FDR capacitivo). Il circuito elettrico ideale del sensore dielettrico sulla destra è quello che agisce semplicemente per polarizzare le molecole d'acqua tra due elettrodi. Le molecole d'acqua si allineano in quel campo molto brevemente, in modo da immagazzinare una piccola quantità di carica senza causare la polarizzazione degli ioni salini. Questa misura ideale è sensibile alle variazioni della quantità di acqua ma non a quelle della quantità di sale.

Sopra i disegni degli ioni nella Figura 7, sono riportati gli schemi dei circuiti elettrici di un resistore (a sinistra) e di un condensatore (a destra). Alcune misure dielettriche si comportano in modo più simile allo schema circuitale centrale, dove incorporano una certa resistenza nella misura e sono in qualche modo sensibili alle variazioni della concentrazione di sale.

Sensori TDR, sensori FDR, sensori di capacità: Perché funzionano

Perché il dielettrico (TDR, FDR, capacità) è una misura efficace dell'acqua in una matrice porosa del terreno?

A diagram of solids, liquids, and gases all have the capacity to store charge, called their dielectric constant
Figura 8. I solidi, i liquidi e i gas hanno tutti una capacità di immagazzinare carica, chiamata costante dielettrica. È specifica del materiale e varia in un'ampia gamma, come mostrato qui. Cambia anche in base alla frequenza con cui viene misurata, come si vedrà in seguito.

Ogni materiale presente nel suolo ha una capacità unica di immagazzinare carica elettrica, definita costante dielettrica. La scala dielettrica assegna arbitrariamente un valore di 1 all'aria e poi mette in relazione gli altri materiali con quel valore. Il suolo è una miscela di solidi, liquidi e gas. Ognuno di essi ha un dielettrico diverso, ma in generale tutti hanno valori dielettrici bassi rispetto all'acqua. Pertanto, quando la capacità di immagazzinare carica del terreno viene misurata da un sensore dielettrico, l'acqua e l'aria sono gli unici elementi che cambiano significativamente in base al volume, quindi possiamo rapportarla al contenuto volumetrico di acqua.

A graphic showing the mixture of solids, liquids, and gasses in soil
Figura 9. Il suolo è una miscela di solidi, liquidi e gas. Nello stesso terreno, il volume dei solidi (minerali del suolo) non cambia, mentre la frazione di acqua e aria cambia notevolmente. Qui sono mostrate le frazioni volumetriche dell'acqua nel suolo con il dielettrico approssimativo del suolo. L'acqua pura è mostrata a scopo di confronto.

La Figura 9 è la stessa scala che mostra le percentuali di volume di diverse miscele di terreno equiparate ai valori dielettrici con l'acqua pura tutta a destra (ovviamente questo non accadrebbe nel terreno perché non ci sarebbero minerali). Poiché i minerali sono spesso circa il 50% del volume totale del terreno, l'intervallo dielettrico effettivo del terreno minerale è solitamente compreso tra 2 e 30, anche se questa è solo una regola generale e può cambiare in situazioni specifiche del terreno.

Ovviamente, una caratteristica fondamentale di un utile sensore del contenuto idrico del suolo è la misurazione accurata del contenuto idrico volumetrico.

A graph and illustration of a predicted relationship between soil dielectric and volumetric water content using Topp et al. (1980)
Figura 10. Relazione prevista tra la dielettrica del suolo e il contenuto volumetrico d'acqua secondo Topp et al. (1980). Le due linee mostrano le variazioni di calibrazione dovute alle differenze di densità apparente del suolo.

La Figura 10 mostra una relazione tra il dielettrico del terreno e il suo contenuto volumetrico di acqua. Come la resistenza, i sensori dielettrici non sono perfetti nel prevedere il contenuto volumetrico di acqua. Tuttavia, con questi sensori, gli elementi che influenzano le prestazioni hanno un effetto molto minore. In questo grafico con il dielettrico sull'asse delle ascisse e il contenuto volumetrico d'acqua sull'asse delle ordinate, si noti come la differenza di densità apparente del terreno influisca sulla calibrazione. L'effetto c'è, ma è relativamente minore. La densità apparente non è l'unico fattore che modifica la calibrazione; anche fattori come il tipo di terreno, la salinità, la percentuale di argilla e il contatto tra il sensore e il terreno possono influire sulla precisione. Tuttavia, molti dei sensori di alta qualità disponibili sul mercato hanno sviluppato una tecnologia in grado di attenuare la maggior parte di questi problemi. Non è possibile evitare completamente questi problemi, ma è possibile ridurli al minimo.

A photograph of a researcher holding a TEROS 12 soil moisture sensor over a field of wheat
TEROS 12 sensore di contenuto idrico del suolo

I sensori dielettrici non hanno tutti le stesse prestazioni

Le tecniche di misurazione dielettrica (sensore TDR, sensore FDR, sensori di capacità) non sono tutte uguali. Infatti, alcune possono agire più come sensori di resistenza, a seconda della frequenza di misurazione e della progettazione del circuito. Il successo della polarizzazione delle molecole d'acqua, evitando di polarizzare gli ioni disciolti, dipende dalla velocità con cui avviene la polarizzazione, ovvero dalla frequenza di misurazione.

A diagram showing sensors that use higher measurement frequencies often cost more but can yield higher accuracy by avoiding the influence of dissolved ions or charged clay particles
Figura 12. I sensori che utilizzano frequenze di misurazione più elevate spesso costano di più, ma possono fornire una maggiore accuratezza evitando l'influenza degli ioni disciolti o delle particelle di argilla cariche.

Alle basse frequenze, i sensori dielettrici polarizzano l'acqua e i sali, rendendoli incredibilmente sensibili alla salinità del terreno. Tuttavia, con l'aumento della frequenza di misurazione (circa 50 Mhz e oltre) questa influenza si riduce. Quindi, se un sensore funziona nella gamma dei kHz (come un sensore dielettrico da 5 dollari su Amazon) non significa che possa evitare i numerosi fattori che ne compromettono la precisione. Inoltre, anche se un sensore funziona a una frequenza di misura elevata, non garantisce comunque il successo. Anche la corretta progettazione del sistema elettrico svolge un ruolo importante.

Esistono diversi tipi di sensori dielettrici e il webinar all'inizio di questo articolo (sopra) fornisce maggiori informazioni su ciascuna di queste tecnologie. I sensori di contenuto d'acqua per la ricerca più comuni sul mercato rientrano in tre categorie generali.

  • Capacitanza: un sensore capacitivo utilizza il terreno come elemento condensatore e sfrutta la capacità di accumulo di carica del terreno per calibrare il contenuto d'acqua.
  • Riflettometria nel dominio del tempo (TDR) Un sensore TDR misura il tempo di percorrenza di un'onda riflessa di energia elettrica lungo una linea di trasmissione. Il tempo di percorrenza è correlato alla capacità di immagazzinare carica del terreno e al contenuto volumetrico di acqua. È interessante notare che la TDR contiene una gamma di frequenze (non solo una singola frequenza) nel segnale, che può contribuire a ridurre gli errori dovuti alla salinità del suolo.
  • Anche i sensori nel dominio della frequenza (FDR) utilizzano il terreno come condensatore per misurare la massima frequenza di risonanza nel circuito elettrico e mettere in relazione la frequenza di risonanza con il contenuto d'acqua.

Tutte queste categorie contengono alcuni sensori che funzionano bene e altri che non funzionano. Molti studi hanno dimostrato che i seguenti sensori misurano bene il contenuto: METER (ex Decagon Devices) EC-5, 10HS, 5TE/TM (ora TEROS 10/11/12), nonché il CS655, il TDR 200 e il SoilVue 10 di Campbell Scientific, la sonda Theta e la serie SM di Delta T, la sonda Hydra di Stevens e la serie TrueTDR di Acclima. Tutti questi sensori possono richiedere una calibrazione da parte dell'utente a seconda del tipo di terreno e della conducibilità elettrica.

Vaz et al (2013) ha condotto uno studio accurato che mette a confronto diversi di questi sensori(leggi qui) e sarebbe utile per una revisione più approfondita. Questi tipi di studi sono un ottimo punto di partenza, ma ci sono ancora più fattori da considerare quando si sceglie un sensore di umidità del suolo per la propria applicazione. Nelle sezioni che seguono analizziamo questi fattori.

I due grafici seguenti mettono a confronto i metodi più comuni di rilevamento dell'umidità del suolo (sensori TDR, sensori FDR, sensori di capacità, sensori di resistenza, COSMOS, sonda a neutroni), i pro e i contro di ciascuno e il tipo di situazione in cui ciascun metodo può essere utile. Tutti i sensori di umidità del suolo METER utilizzano una tecnica di rilevamento capacitivo ad alta frequenza e uno strumento di installazione per facilitare l'installazione e garantire la massima precisione possibile. Per informazioni più approfondite su ciascun metodo di misurazione, guardate Umidità del suolo 201: misure, metodi e applicazioni.

Tipi di sensori di umidità del suolo

*Acclima e Campbell Scientific producono sensori/profili TDR con circuiti di misura a bordo, che superano la sfida della complessità della maggior parte dei sistemi TDR.
**La sensibilità dipende dalla frequenza di misura: maggiore è la frequenza, minore è la sensibilità.
Sensore Pro Contro Quando usare
Resistenza
Sonde
1. È possibile raccogliere misure continue con un data logger.
2. Prezzo più basso
3. Basso consumo energetico
1. Scarsa accuratezza: la calibrazione varia in base al tipo di terreno e al contenuto di sale nel suolo.
2. I sensori si degradano nel tempo
1. Quando si vuole solo sapere se il contenuto d'acqua è cambiato e non ci si preoccupa della precisione
Sonde TDR
(Dominio del tempo)
1. È possibile raccogliere misure continue con un data logger.
2. Accurato con la calibrazione specifica del suolo (2-3%)
3. Insensibile alla salinità fino a quando il segnale non scompare.
4. Rispettato dai revisori
1. Più complicato da usare rispetto alla capacità*.
2. L'installazione richiede tempo perché è necessario scavare una trincea anziché una buca.
3. Smette di funzionare in caso di salinità elevata
4. Utilizza molta energia (grandi batterie ricaricabili)
1. Se il laboratorio possiede già il sistema. Sono più costosi e complessi della capacità e gli studi dimostrano che sia il TDR che la capacità sono ugualmente precisi con la calibrazione.
Sensori di capacità 1. È possibile raccogliere misure continue con un data logger.
2. Alcuni tipi sono facili da installare
3. Accurato con la calibrazione specifica del terreno (2-3%)
4. Utilizza poca energia (piccole batterie con un pannello solare o meno).
5. Poco costoso, si possono ottenere molte più misurazioni per il denaro speso.
1. Diventa impreciso in caso di salinità elevata (oltre 8 dS/m di estratto di saturazione)**.
2. Alcune marche di bassa qualità producono una scarsa accuratezza e prestazioni.
1. Sono necessari molti punti di misura
2. Avete bisogno di un sistema semplice da implementare e da manutenere
3. È necessario un basso consumo energetico
4. Avete bisogno di più misure per ogni dollaro speso
Sonda neutronica 1. Grande volume di misura
2. Insensibile alla salinità
3. Rispettato dai recensori, poiché il metodo esiste da più tempo
4. Non è influenzato da problemi di contatto suolo-sensore
1. Costoso
2. Necessità di un certificato di radiazione per operare
3. Estremamente dispendioso in termini di tempo
4. Nessuna misurazione continua
1. Avete già una sonda di neutroni nel vostro programma con la certificazione e sapete già come interpretare i dati della sonda di neutroni.
2. State misurando terreni altamente salini o argillosi che si restringono, dove il mantenimento del contatto è un problema.
COSMOS 1. Volume d'influenza estremamente ampio (800 m)
2. Automatizzato
3. Efficace per la verifica a terra dei dati satellitari, in quanto attenua la variabilità su un'ampia area.
4. Non è influenzato da problemi di contatto suolo-sensore
1. Più costoso
2. Il volume di misurazione è poco definito e cambia con il contenuto d'acqua del suolo.
3. L'accuratezza può essere limitata da fattori confondenti come la vegetazione.
1. Quando è necessario ottenere una media del contenuto d'acqua su un'ampia area.
2. Si sta verificando la veridicità dei dati satellitari

Un confronto tra i benefici dei sensori

*Alcune marche di bassa qualità presentano una bassa accuratezza e prestazioni scadenti. I maggiori rischi per l'accuratezza dei sensori TDR e capacitivi sono i vuoti d'aria causati da una cattiva installazione, seguiti dall'attività argillosa del terreno (ad esempio le argille smectitiche) e dalla salinità.
Resistenza TDR Capacità Sonda neutronica COSMOS
Prezzo Il più basso Da moderato a elevato Da basso a moderato Alto Il più alto
Precisione Basso Alto*
(con calibrazione specifica del suolo)
Alto*
(con calibrazione specifica del suolo)
Basso (migliora con la calibrazione sul campo) Sconosciuto
Complessità Facile Da facile a intermedio Facile Difficile Difficile
Uso dell'energia Basso Da moderato a elevato Basso N/D Alto
Sensibilità alla salinità Estremo 1. Nessuna in condizioni di salinità medio-bassa
2. Sì in caso di salinità elevata
Sì in alta salinità No No
Durata Basso Alto Alto Alto Alto
Volume di influenza Area ridotta tra la sonda A e la sonda B Da 0,25 litri a 2 litri a seconda della lunghezza della sonda e della forma dell'elettrodo.

campo magnetico

Da 0,25 litri a 2 litri a seconda della lunghezza della sonda e della forma dell'elettrodo.

campo magnetico

Sfera di 20 cm di diametro quando il terreno è bagnato, sfera di 40 cm di diametro quando il terreno è asciutto 800 metri di diametro

 

La precisione non riguarda solo il sensore

Nel sito di ricerca di Rush Valley, menzionato in precedenza, sono stati effettuati quattro trattamenti ripetuti cinque volte con sensori a diverse profondità in ogni trattamento. L'obiettivo dello studio era quello di vedere come i roditori e le bruciature prescritte influiscono sulla diversità delle specie native e invasive al variare delle precipitazioni. Due degli aspetti più impegnativi del progetto sono stati la scelta di un sensore che garantisse un'installazione efficace e il modo di accumulare i dati e fornirli in modo efficiente ai numerosi soggetti coinvolti nel progetto.

Nel 2019 METER ha rilasciato un sistema di rilevamento dell'umidità del suolo completo che si è concentrato sulla semplicità di installazione e ha eliminato le tre barriere più comuni che impediscono una buona precisione: l'incoerenza dell'installazione, la variabilità da sensore a sensore e la verifica del sensore. Di seguito un video che mostra l'installazione del sensore di umidità del suolo TEROS 12 (un sensore dielettrico ad alta frequenza che utilizza la tecnologia della capacità) con il nuovo strumento di installazione in foro.

Con questo metodo, i sensori vengono installati rapidamente a diverse profondità, fino a due metri nel terreno. Lo strumento inserisce il sensore esattamente perpendicolare al terreno. Il vantaggio meccanico della leva e gli aghi affilati e di alta qualità del sensore garantiscono un'installazione quasi perfetta ogni volta, anche in terreni duri.

I sistemi IoT migliorano il rilevamento moderno

Oltre all'installazione, la raccolta e la visualizzazione affidabile dei dati sono considerazioni essenziali. L'introduzione della tecnologia IoT (ZENTRA Cloud) offre oggi l'opportunità di rendere il rilevamento moderno più efficiente ed efficace.

Il sistema ZENTRA di METER, ad esempio, è un sistema IoT completo di sensori, logger e software che si installa facilmente, richiede poca manutenzione e mette a disposizione dati quasi in tempo reale, in modo da poter pubblicare di più e lavorare meno. Il video qui sotto mostra una persona che controlla i problemi da remoto nel software ZENTRA Cloud .

Di seguito è riportato un tipico flusso di lavoro del ricercatore. Il colore rosso indica il lavoro superfluo eliminato o semplificato dal sistema ZENTRA .

A diagram showing the typical researcher workflow
Figura 14. Flusso di lavoro tipico del ricercatore

ZENTRA riduce i costi e il lavoro superflui, consentendovi di dedicare più tempo alla ricerca. Fate clic sui link nella tabella sottostante per scoprire come ogni parte del sistema lavora insieme per semplificare il processo di ricerca.

Tabella 4. Perché ZENTRA riduce il carico di lavoro
Problemi risolti da ZENTRA ZENTRA soluzione (cliccare sui link) Perché funziona
Installazione TEROS Borehole Installation Tool Velocizza l'installazione e la rende a prova di errore, eliminando gli errori che causano incertezza
Impostazione del data logger ZL6 logger Configurazione tramite Bluetooth o Cloud, plug/play con i sensori METER, GPS integrato, modifica delle impostazioni a distanza tramite ZENTRA Cloud
Complessità dei sensori, manutenzione, + assemblaggio di un sistema di sensori da più aziende Suite completa di sensori di facile utilizzo Sensori di qualità per la ricerca con semplice installazione e rapida messa a punto, lunga durata, poca manutenzione, linea di misura completa
Download manuale dei dati ZENTRA Cloud Scaricate facilmente i dati per utilizzarli con Excel, R, MatLab e così via, direttamente dal vostro browser.
Visite sul campo ZENTRA Cloud Modifica delle impostazioni da remoto, controllo dei problemi da remoto, visualizzazione rapida dei dati per decidere quando campionare, avvisi giornalieri via e-mail dei problemi
Controllo degli errori ZENTRA Cloud Visualizzazione istantanea dei dati, intervalli di obiettivi, avvisi giornalieri via e-mail, combinazione di dati provenienti da più organizzazioni
Memorizzazione perpetua dei dati ZENTRA Cloud Disponibile per tutti gli stakeholder invitati all'organizzazione, l'archiviazione dei dati rimane su cloud, i dati sono disponibili anche quando cambiano le persone nei progetti.
La necessità di combinare facilmente i dati provenienti da più siti ZENTRA Cloud cruscotti Auto-grafazione di più siti insieme
Condivisione dei dati ZENTRA Cloud Condivisione istantanea dei dati in tempo quasi reale, tutti gli stakeholder possono visualizzare i dati nel modo che desiderano

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Scegliere il sensore giusto è più facile di quanto sembri

Sebbene esista un numero impressionante di sensori di contenuto d'acqua (sensori TDR, sensori FDR, sensori di capacità, sensori di resistenza), la scelta di uno specifico per le vostre esigenze di misura può essere più semplice di quanto sembri. Affidarsi a una tecnica basata sulla resistenza non darà buoni risultati, nonostante il prezzo interessante e la semplice integrazione in un progetto di misura. Le variazioni di salinità nel terreno determinate dalla salinità, dai fertilizzanti e persino dal tipo di terreno, spesso danno luogo a letture del sensore perplesse e a frustrazione da parte dell'utente. I sensori basati sul dielettrico (TDR, FDR, capacitivi) sono una scelta migliore, ma devono essere considerati con attenzione, poiché non tutti i sensori dielettrici sono creati allo stesso modo. Sebbene esistano diversi approcci per misurare la capacità dielettrica o di accumulo di carica del terreno, gli studi dimostrano che le prestazioni sono più strettamente legate a una buona installazione e alle qualità individuali del sensore, come la frequenza di misurazione e il design del circuito, piuttosto che a una tecnologia di misurazione specifica, come la capacità, la FDR o la TDR. In generale, le misure a frequenza più elevata comportano una maggiore qualità dei dati, ma anche un maggiore costo del sensore. Si potrebbe dire che il vero valore di un sensore deriva dall'ottimizzazione dell'equilibrio tra prestazioni e prezzo.

Risorse

  • Valutazione delle funzioni di calibrazione standard per otto sensori elettromagnetici di umidità del suolo(link articolo)
  • Un sensore dielettrico complesso per la misurazione del contenuto d'acqua e della salinità nei mezzi porosi(link articolo)

Ecco i nostri nuovi sensori di umidità del suolo

Abbiamo creato la nuova linea di sensori TEROS per eliminare le barriere che ostacolano una buona accuratezza, come l'incoerenza dell'installazione, la variabilità da sensore a sensore e la verifica del sensore. I sensori di umidità del suoloTEROS 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 e una registrazione avanzata dei dati per offrire le migliori prestazioni, accuratezza, facilità d'uso e affidabilità a un prezzo accessibile.

Volete maggiori dettagli? Nel video qui sotto, l'esperto di umidità del suolo Leo Rivera spiega perché abbiamo impiegato 20 anni per creare la nuova linea di sensori TEROS .

Ottenere il quadro completo

Tutto quello che c'è da sapere sulla misurazione dell'umidità del suolo: tutto in un unico posto.

Scarica la "Guida completa per il ricercatore sull'umidità del suolo".

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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Sensore di umidità del suolo: Quale sensore del terreno è perfetto per voi?

Tra le migliaia di pubblicazioni peer-reviewed che utilizzano i sensori del suolo METER, nessun tipo emerge come il preferito. La scelta del sensore deve quindi basarsi sulle esigenze e sull'applicazione. Utilizzate queste considerazioni per identificare il sensore perfetto per la vostra ricerca.

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