低コストEC-5 土壌水分センサーの校正と評価
農業や芝生の灌漑スケジューリングには、正確で信頼性が高く、低コストの土壌水分センサーが必要である。多くのセンサーは、これらの分野のいずれかが不十分であるため、限界があります。これまでは。
土壌水分：ECH2O vs.TEROS-どちらが良いか？
体積含水率-定義
水分センサーの性能を評価するには、まずその技術を理解する必要がある。そのためには、体積含水率（VWC）の測定方法を理解する必要がある。体積含水率とは、水の体積を土壌の体積で割ったものである（式1）。
つまり、例えば、ある体積の土壌（図1）が以下の成分で構成されているとする：50％が土壌鉱物、35％が水分、15％が空気で構成されている場合、その土壌の体積含水率は35％となる。
質量に対する水の割合（wm)は，重量法を用いて直接測定することができ る。dを差し引くことである。wで除算する。d(で割る（式2）。
得られた重量含水率は、土壌の乾燥嵩比重（⍴）を乗 じて体積含水率に変換することができる。bを乗じて体積に換算することができる（式 3）。
キャパシタンス技術が機能する理由
つまり、VWCに関連するパラメータが測定され、その量をVWCに変換するために校正が使用されます。すべてのMETER土壌水分センサーは キャパシタンス技術と呼ばれる間接的な方法を使用しています。簡単に言うと、キャパシタンス技術は2つの金属電極（プローブまたは針）を使用して、その間にあるものの電荷蓄積容量（または見かけの誘電率）を測定します。
表1は、一般的な土壌成分にはそれぞれ異なる電荷蓄積能があ ることを示している。土壌中では、これらの成分の大半の体積は時間の経過とともに一定に保たれるが、空気と水の体積は変動する。
| 素材 | 見かけ比誘電率 |
|---|---|
| 空気 | 1 |
| 土壌鉱物 | 3 - 16 |
| 有機物 | 2 - 5 |
| 氷 | 5 |
| 水 | 80 |
空気はほとんど電荷を蓄えず、水は大きな電荷を蓄えるので、土壌の電荷を蓄える能力の変化を測定し、その土壌の水分量（またはVWC）と関連付けることが可能である。(キャパシタンス技術のより詳細な説明については、土壌水分201を参照）。
今日のキャパシタンスは高精度
1970年代にキャパシタンス技術が土壌水分の測定に初めて使われたとき、科学者たちはすぐに、電磁場の充放電の速さが成功に不可欠であることに気づいた。周波数が低いと、土壌の塩分濃度が測定値に大きく影響した。時が経つにつれ、この新たな理解とエレクトロニクスの速度の進歩が相まって、当初の静電容量方式が成功するように調整されるようになった。METERセンサーのような最新の静電容量センサーは、土壌の塩分濃度の測定値への影響を最小限に抑えるため、高周波数（70MHz）を使用している。
静電容量センサーの回路は、体積含水率の極めて小さな変化を分解するように設計することができ、NASAが火星の含水率測定にMETERの静電容量技術を使用したほどである。静電容量式土壌水分センサーは設置が簡単で、必要な電力が少ない傾向にある。データロガーの小型バッテリーパックで駆動するため、現場で何年も使用できる。
TEROS とECH2O: 同じ信頼のテクノロジー
TEROS とECH2O土壌水分センサーはどちらも、何千もの査読付き論文で発表されている、信頼できる同じ高周波（70 MHz）静電容量技術を使用している。図3はECH2O5TEとTEROS 12の校正データを示している。
しかし、新しいTEROS のラインは、較正技術、設置ツール、より優れた原材料の進歩を活用し、より耐久性があり、正確で、設置がより簡単で速く、一貫性があり、パワフルで直感的なほぼリアルタイムのデータロギングと可視化システムにリンクしたセンサーを製造している（図4）。
TEROS 、新しい水分センサーのラインアップに見られる変更点のいくつかを紹介する：
センサー間のばらつきを最小化： TEROS 11/12センサーは、センサーコストをリーズナブルに抑えながら、精度を最大化し、センサー間のばらつきを最小化する全く新しい校正手順を採用しています。そのため、どのセンサーを設置しても、次のセンサーと同じように正確に読み取ることができます。
大容量の影響力： TEROS 11/12センサーの影響力は1リットル（一般的なセンサーは200mL）。
信頼性が高く、長寿命のセンサー性能： 研ぎ澄まされた高品質のステンレス製針は、硬くなった土壌にも容易に滑り込み、耐久性の高いエポキシ樹脂の充填により、センサーは現場で最長10年使用できます。TEROS 12では、温度センサーを真ん中の針の内側にぴったりと配置しているため、針は頑丈でありながら、土壌の温度変化に非常に敏感です。
インストールエラーの減少： 新しい TEROS Borehole Installation Toolは、設置ミスを防止し、あらゆる土質（硬い粘土質も含む）に一貫した完璧な挿入を実現すると同時に、現場の撹乱を最小限に抑えます。センサーは、均一な圧力で側壁に対して完全に垂直に設置され、エアギャップが生じないように静かに解放されます。
検証基準：TEROS センサーの再現性を精度検証基準でチェックできる。他の土壌水分センサーにはこの機能はありません。検証クリップをセンサーにスライドさせ、ロガーに差し込むだけです。正しい範囲内で読み取れれば、センサーは問題ありません。
シームレスなデータ収集： 簡単で信頼性の高いデータ収集のために、TEROS センサーを新しい ZL6を通じて、すべてのデータがほぼリアルタイムで配信されます。 cloud.
TEROS の勝因
TEROS TEROS 土壌水分センサーは、信頼性の高いECH2Oテクノロジーを使用していますが、ECH2Oセンサーの枠を超え、データセット全体の精度を最適化します。 一貫した完璧な設置、極めて堅牢な構造、センサー間のばらつきの最小化、影響力の大きさ、高度なデータロギングを組み合わせ、最高の性能、精度、使いやすさ、信頼性をお求めやすい価格で提供します。
もっと詳しく知りたいですか？以下のビデオでは、土壌水分の専門家であるレオ・リベラが、私たちが20年かけて新しいTEROS センサーラインを開発した理由を説明しています。
METERセンサー開発史年表
静電容量技術とMETERセンサーの改良と進歩をご覧ください。
| 年 | センサー | 開発の歴史 |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | 1999年当時、土壌水分測定システムは高価だった。WSUのある学生は、生産者が灌漑管理に使用できる低コスト、低電力の接続型センサーを構想した。彼はゲイロン・S・キャンベル博士に技術開発を依頼し、出来上がったセンサーは6MHzで土壌の静電容量を測定し、全く新しいクラスの手頃な土壌水分センシング技術を開始した。ECH2Oプローブのオーバーモールド回路と回路基板材料に封入された電極により、安価に製造でき、土中に埋めることができた。経験上、センサーは塩分濃度の低い自然土壌ではうまく機能したが、塩分濃度が中～高レベルになると精度が低下した。 |
| 2002 | ECH2O10 | ECH2Oを短くしたいという要望は、特に温室栽培農家から多く寄せられました。新しいECH2O10は、このような新しい用途に有用でしたが、温室や苗床で使用される栄養豊富な灌漑水に関する課題により、当社の科学者たちは、電気伝導率の影響を最小限に抑える方法を見つける必要に迫られました。 |
| 2005 | EC-5 | 2003年、私たちはより高い測定周波数の実験を開始し、最終的に70MHzに落ち着きました。これにより塩分濃度に対する感度が最小化され、センサー全体の性能が向上し、新しいEC-5 、ほとんどすべての土壌や土壌のない媒体で正確な測定ができるようになりました。プロングにより設置がより簡単になり、センサーの低コストと最小限の消費電力の組み合わせにより、大規模ネットワークでの使用に理想的なものとなった。このセンサーは、最も人気のある含水量センサーのひとつとなりました。 |
| 2007 | ECH2O TE | EC-5 がリリースされると、土壌や無肥料培地のECを植物に利用可能な栄養素の代用として使用する栽培農家から、センサーに温度と電気伝導度（EC）を追加したいという要望が殺到した。私たちは、回路基板材料の表面に金電極を設けてECを測定するECH2O TEを開発した。 |
| 2007 | ECH2O TM | ECH2OTEをリリースして間もなく、私たちは水分量と温度のみを測定するECH2OTMというセンサーを開発しました。土壌プロファイルを測定する際、土壌温度はしばしば含水量と組み合わされるため、これは多くの研究用途にとって重要なセンサーであった。 |
| 2008 | 10HS | EC-5の人気にもかかわらず、引退したECH2O 10および20センサーの長さを惜しむ顧客もいた。10HS 、その影響範囲を拡大し、VWC測定により多くの土壌体積（0.24リットルを測定したEC-5 に対して1.3リットル）を含めるために、10cmの突起が導入された。 |
| 2009 | 5TE | ECH2OTEはECを正確に測定していたが、金の測定回路に小さなピンホールがあったため、水が下の銅に到達し、表面を腐食させていた。5TEは、長い金電極の表面を、腐食に強く、土壌中で数年間使用できる小型のステンレス製スクリュー電極に変更した。 |
| 2010 | 5TM | 5TMは5TEのコンパニオンとして導入され、両者をより堅牢な新設計に更新することができた。 |
| 2012 | GS3 | 2013年には、スチール針とエポキシ樹脂のオーバーモールディング・プロセスを組み合わせ、センサーの寿命を延ばしました。エポキシ樹脂のオーバーモールド工程を自動化することで、堅牢なGS3センサーを極めて低価格で実現した。スチールニードルにより、このセンサーの表面積が拡大され、挿入時の基板の乱れを最小限に抑えながら、EC測定を最適化することができた。温度はオンボードのサーミスタで測定し、電気伝導度はステンレス鋼電極アレイで測定した。 |
| 2014 | GS1 | 当社の商業用農業のお客様は、過酷な環境でも測定できる、影響力の大きい、無装備で防弾仕様の含水量センサーを求めていました。そこで、エポキシ樹脂のオーバーモールドプロセスを進歩させた後、ハードシェルを設計し、エポキシ樹脂を充填して、最も頑丈な容積式含水率センサーを導入しました。 |
| 今日 | TEROS シリーズ | 土壌水分センサの新しいライン（TEROS ）は、METERの定評ある高周波キャパシタンス技術と、超堅牢な形状、設置ツール、新しい校正手順を組み合わせ、最も正確で使いやすいセンサを優れた価格性能比で提供します（図4参照）。 |
全体像を見る
土壌水分の測定に必要な情報がすべてここに。
土壌水分マスタークラス
6つの短いビデオで、土壌含水量と土壌水ポテンシャルについて知っておくべきこと、そしてなぜそれらを一緒に測定する必要があるのかをすべて学ぶことができます。 さらに、土壌の透水係数の基本もマスターしましょう。
質問は？
当社の科学者は、研究者や生産者が土壌-植物-大気の連続体を測定するのを何十年も支援してきた経験がある。
測定に関する洞察
進化した土壌水分センシング
TEROS センサーはより耐久性があり、正確で、設置がより簡単で速く、一貫性があり、パワフルで直感的なほぼリアルタイムのデータロギングと可視化システムにリンクしている。
土壌水分センサー：どの土壌センサーが最適か？
METER土壌センサーを使用した何千もの査読付き出版物の中で、どのタイプが最も好ましいというものはありません。したがって、センサーの選択はニーズとアプリケーションに基づいて行う必要があります。あなたの研究に最適なセンサを特定するために、これらの考察をお役立てください。
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