저비용 토양 수분 센서( EC-5 )의 교정 및 평가
농업 및 잔디밭의 관개 일정을 관리하려면 정확하고 신뢰할 수 있으며 비용이 저렴한 토양 수분 센서가 필요합니다. 많은 센서가 이 중 한 가지 영역에서 부족하기 때문에 한계가 있습니다. 지금까지는 말이죠.
토양 수분: ECH2O 대 TEROS- 어느 쪽이 더 낫나요?
체적 수분 함량 정의
수분 함량 센서의 성능을 평가하려면 먼저 해당 센서의 기술을 이해해야 합니다. 이를 위해서는 용적 수분 함량(VWC)이 어떻게 측정되는지 이해해야 합니다. 용적 수분 함량은 물의 부피를 토양의 부피로 나눈 값으로(방정식 1), 토양 샘플에서 물이 차지하는 비율을 나타냅니다.
예를 들어 한 부피의 토양(그림 1)이 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있다고 가정해 보겠습니다: 토양 미네랄 50%, 물 35%, 공기 15%라면 이 토양의 체적 수분 함량은 35%입니다.
질량 대비 물의 비율(wm)은 오븐에서 건조한 토양 질량(m)을 빼는 중량 측정법을 사용하여 직접 측정할 수 있습니다.d)에서 습한 토양의 질량(물의 질량, mw)를 빼고 md 로 나눕니다(방정식 2).
결과 중량 측정 수분 함량은 토양의 건조 부피 밀도(⍴)를 곱하여 부피로 변환할 수 있습니다.b)를 곱하면 됩니다(방정식 3).
커패시턴스 기술이 작동하는 이유
체적 수분 함량은 간접적으로 측정할 수도 있습니다. 즉, VWC와 관련된 파라미터를 측정하고 보정을 통해 그 양을 VWC로 변환하는 것입니다. 모든 METER 토양 수분 센서는 커패시턴스 기술이라는 간접적인 방법을 사용합니다. 간단히 설명하자면, 정전 용량 기술은 두 개의 금속 전극(프로브 또는 바늘)을 사용하여 그 사이에 있는 전하 저장 용량(또는 겉보기 유전 유전율)을 측정합니다.
표 1은 일반적인 토양 구성 요소마다 전하 저장 용량이 다르다는 것을 보여줍니다. 토양에서 이러한 대부분의 구성 성분의 부피는 시간이 지나도 일정하게 유지되지만 공기와 물의 부피는 변동합니다.
| 재료 | 겉보기 유전 유전율 |
|---|---|
| Air | 1 |
| 토양 미네랄 | 3 - 16 |
| 유기 물질 | 2 - 5 |
| 얼음 | 5 |
| 물 | 80 |
공기는 전하를 거의 저장하지 않고 물은 전하를 많이 저장하므로 토양의 전하 저장 능력의 변화를 측정하고 이를 해당 토양의 물(또는 VWC)의 양과 연관시킬 수 있습니다. (커패시턴스 기술에 대한 자세한 설명은 토양 수분 201을 참조하세요.)
오늘날의 커패시턴스는 매우 정확합니다.
1970년대에 정전용량 기술을 토양 수분 측정에 처음 사용했을 때 과학자들은 전자기장이 얼마나 빨리 충전되고 방전되는지가 성공에 매우 중요하다는 사실을 곧 깨달았습니다. 주파수가 낮으면 토양 염분이 측정값에 큰 영향을 미쳤기 때문입니다. 시간이 지남에 따라 이러한 새로운 이해와 전자 장치의 속도 발전이 결합되어 기존의 커패시턴스 방식을 성공적으로 조정할 수 있게 되었습니다. METER 센서와 같은 최신 커패시턴스 센서는 고주파(70MHz)를 사용하여 토양 염분이 판독값에 미치는 영향을 최소화합니다.
정전용량 센서의 회로는 극히 작은 부피의 수분 함량 변화도 해결하도록 설계할 수 있어 NASA가 화성에서 수분 함량을 측정하는 데 METER의 정전용량 기술을 사용했을 정도입니다. 정전용량식 토양 수분 센서는 설치가 쉽고 전력 요구 사항이 낮은 경향이 있습니다. 데이터 로거의 소형 배터리 팩으로 현장에서 수년 동안 사용할 수 있습니다.
TEROS ECH2O: 신뢰할 수 있는 동일한 기술
TEROS 및 ECH2O토양 수분 센서 모두 수천 편의 동료 검토 논문에서 발표된 신뢰할 수 있는 고주파(70MHz) 정전 용량 기술을 사용합니다. 그림 3은 ECH2O5TE 및 TEROS 12의 보정 데이터를 보여줍니다.
그러나 새로운 TEROS 라인은 캘리브레이션 기술, 설치 도구, 더 나은 원자재의 발전을 활용하여 내구성과 정확성, 설치가 더 쉽고 빠르며 일관성이 높고 강력하고 직관적인 실시간 데이터 로깅 및 시각화 시스템과 연결된 센서를 생산합니다(그림 4).
다음은 새로운 수분 함량 센서( TEROS ) 제품군에서 변경되는 몇 가지 사항입니다:
센서 간 변동성 최소화: TEROS 11/12 센서는 정확도를 극대화하고 센서 간 변동성을 최소화하는 동시에 센서 비용을 합리적으로 유지하는 완전히 새로운 보정 절차를 사용합니다. 따라서 설치하는 모든 센서가 다음 센서와 정확하게 판독될 것이라고 확신할 수 있습니다.
대량의 영향력: TEROS 11/12 센서는 1리터의 영향력을 제공합니다(대부분의 센서가 일반적으로 200mL인 것에 비해).
신뢰할 수 있고 수명이 긴 센서 성능: 날카롭게 개선된 고품질 스테인리스 스틸 바늘은 딱딱한 토양에도 쉽게 삽입되며, 내구성이 뛰어난 에폭시 충전재를 사용하여 현장에서 최대 10년 동안 센서의 수명을 유지할 수 있습니다. TEROS 12는 중간 바늘 안쪽에 온도 센서를 완벽하게 배치하여 바늘이 견고하면서도 토양 온도 변화에 매우 민감하게 반응합니다.
설치 오류 감소: 새로운 TEROS Borehole Installation Tool 설치 실수를 방지하고 모든 토양 유형(단단한 점토 포함)에 일관되고 완벽하게 삽입하는 동시에 현장 교란을 최소화합니다. 센서는 균일한 압력으로 측벽에 완벽하게 수직으로 설치한 다음 공극을 방지하기 위해 부드럽게 풀어줍니다.
검증 표준: TEROS 정확도 검증 표준을 통해 센서 반복성을 확인할 수 있습니다. 다른 토양 수분 센서에는 이 기능이 없습니다. 검증 클립을 센서에 끼우고 로거에 연결하기만 하면 됩니다. 올바른 범위 내에서 판독되면 센서가 정상인 것입니다.
원활한 데이터 수집: 쉽고 안정적인 데이터 수집을 위해 TEROS 센서와 새로운 ZL6를 통해 모든 데이터가 거의 실시간으로 전달되는 cloud.
왜 TEROS 이길까요?
새로운 TEROS 센서 라인은 설치 불일치, 센서 간 변동성, 센서 검증과 같은 정확도 저해요소를 제거하기 위해 개발되었습니다. TEROS 토양 수분 센서는 신뢰할 수 있는 동일한 ECH2O기술을 사용하지만, 전체 데이터 세트의 정확도를 최적화하기 위해 ECH2O라인을 뛰어넘습니다. 일관되고 완벽한 설치, 매우 견고한 구조, 센서 간 변동성 최소화, 대량의 영향력, 고급 데이터 로깅을 결합하여 경제적인 가격으로 최고의 성능, 정확성, 사용 편의성, 신뢰성을 제공합니다.
더 자세히 알고 싶으신가요? 아래 동영상에서 토양 수분 전문가인 레오 리베라가 새로운 TEROS 센서 라인을 개발하는 데 20년의 시간을 투자한 이유를 설명합니다.
미터 센서 개발 이력 타임라인
커패시턴스 기술과 미터 센서가 시간이 지남에 따라 어떻게 개선되고 발전했는지 알아보세요.
| 연도 | 센서 | 개발 역사 |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | 1999년 당시 토양 수분 측정 시스템은 고가였습니다. 한 WSU 학생은 재배자들이 관개 관리에 사용할 수 있는 저비용, 저전력, 커넥티드 센서를 구상했습니다. 그는 게일런 캠벨 박사에게 기술 개발을 의뢰했고, 그 결과 6MHz에서 토양의 커패시턴스를 측정하는 센서가 개발되어 완전히 새로운 종류의 저렴한 토양 수분 감지 기술이 시작되었습니다. ECH2O프로브의 오버몰딩 회로와 회로 기판 재료로 밀봉된 전극은 제조 비용이 저렴하고 토양에 매립할 수 있었습니다. 경험에 따르면 이 센서는 염분이 낮은 자연 토양에서는 잘 작동했지만 중간에서 높은 염분 수준에서는 정확도가 떨어졌습니다. |
| 2002 | ECH2O10 | 특히 화분 용기에 삽입할 수 있을 만큼 짧은 센서를 원하는 온실 재배자들로부터 ECH2O의길이를 줄여달라는 요청을 많이 받았습니다. 새로운 ECH2O10은 이러한 새로운 애플리케이션에 유용했지만, 온실과 종묘장에서 사용되는 영양분이 풍부한 관개수에 대한 문제로 인해 과학자들은 전기 전도도의 영향을 최소화할 수 있는 방법을 찾아야 했습니다. |
| 2005 | EC-5 | 2003년부터 더 높은 측정 주파수를 실험하기 시작했고, 마침내 염분에 대한 민감도를 최소화하고 전반적인 센서 성능을 개선하여 거의 모든 토양 또는 토양이 없는 매체에서 정확도를 높인 새로운 EC-5 을 개발했습니다. 프롱은 설치가 훨씬 쉬워졌고, 센서 비용이 저렴하고 전력 소비가 최소화되어 대규모 네트워크에서 사용하기에 이상적이었습니다. 이 센서는 가장 인기 있는 수분 함량 센서 중 하나가 되었습니다. |
| 2007 | ECH2O TE | EC-5 이 출시된 후, 토양 또는 토양이 없는 배지의 EC를 식물이 사용할 수 있는 영양분의 대리물로 사용하는 재배자로부터 센서에 온도와 전기전도도(EC)를 추가해 달라는 요청이 쇄도했습니다. 우리는 회로 기판 재료의 표면에 금 전극을 부착하여 EC를 측정하는 ECH2OTE를 만들었습니다. |
| 2007 | ECH2O TM | ECH2OTE를 출시한 직후, 수분 함량과 온도만 측정하는 동반 센서인 ECH2OTM을 설계했습니다. 토양 프로파일에서 측정할 때 토양 온도가 수분 함량과 결합되는 경우가 많기 때문에 이 센서는 많은 연구 분야에서 중요한 센서였습니다. |
| 2008 | 10HS | EC-5의 인기에도 불구하고 일부 고객은 단종된 ECH2O10 및 20 센서의 길이를 그리워했습니다. 10HS 은 10cm 갈래로 출시되어 영향 범위를 넓히고 VWC 측정에 더 많은 토양 부피(0.24리터를 측정한 EC-5 에 비해 1.3리터)를 포함할 수 있게 되었습니다. |
| 2009 | 5TE | ECH2OTE는 EC를 정확하게 측정했지만 금 측정 회로의 작은 핀홀로 인해 물이 밑에 있는 구리에 도달하여 표면을 부식시킬 수 있었습니다. 5TE는 긴 금 표면을 부식에 영향을 받지 않고 토양에서 몇 년 동안 지속될 수 있는 작은 스테인리스 스틸 나사 전극으로 변경했습니다. |
| 2010 | 5TM | 5TM은 5TE와 함께 출시되어 두 제품 모두 새롭고 더욱 견고한 디자인으로 업데이트되었습니다. |
| 2012 | GS3 | 2013년에는 강철 바늘과 에폭시 오버몰딩 공정을 결합하여 센서 수명을 늘렸습니다. 에폭시 오버몰딩 공정을 자동화하여 견고한 GS3 센서를 매우 저렴하게 만들었습니다. 스틸 니들은 이 센서의 표면적을 확장하여 삽입 시 기판 방해를 최소화하면서 EC 측정을 최적화했습니다. 온도는 온보드 서미스터로 측정하고 전기 전도도는 스테인리스 스틸 전극 어레이를 사용하여 측정했습니다. |
| 2014 | GS1 | 당사의 상업용 농업 고객은 열악한 환경에서도 측정할 수 있는 대용량의 영향력을 가진 견고하고 방탄 처리된 수분 함량 센서를 원했습니다. 그래서 에폭시 오버몰딩 공정을 발전시킨 후 하드 쉘을 설계하고 에폭시로 채워 가장 견고한 체적 수분 함량 센서를 출시했습니다. |
| 오늘 | TEROS 시리즈 | 새로운 토양 수분 센서( TEROS ) 라인은 이미 잘 알려진 METER의 고주파 정전용량 기술과 매우 견고한 형태, 설치 도구, 새로운 교정 절차를 결합하여 가장 정확하고 사용하기 쉬운 센서와 뛰어난 가격 대비 성능 비율을 제공합니다(그림 4 참조). |
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진화한 토양 수분 감지
TEROS 센서는 내구성이 뛰어나고 정확하며 설치가 더 쉽고 빠르며 일관성이 높고 강력하고 직관적인 실시간 데이터 로깅 및 시각화 시스템과 연결됩니다.
토양 수분 센서: 어떤 토양 센서가 나에게 적합할까요?
METER 토양 센서를 사용한 수천 개의 동료 검토 간행물 중에서 가장 선호하는 유형은 없습니다. 따라서 센서는 필요와 용도에 따라 선택해야 합니다. 다음 고려 사항을 참고하여 연구에 적합한 센서를 찾아보세요.
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