토양 수분 센서가 알아야 할 모든 것을 알려주지 못하는 이유
정확하고 저렴한 토양 수분 센서로 인해 토양 VWC는 매우 인기 있는 측정법이지만, 여러분의 용도에 적합한 측정법일까요?
잎의 습도 및 식물 질병 연구 분야의 리더들이 수행한 많은 연구에 따르면 정확한 측정을 위해 잎의 습도 센서를 페인트칠하고 보정해야 한다고 합니다(예: Gillespie and Duan, 1987; Lau et al., 2000; Sentelhas et al., 2004).
표준 저항 그리드 잎 습도 센서는 물방울이 그리드에서 두 손가락 사이의 간격을 메우고 유효 저항을 낮출 수 있을 만큼 충분히 큰 경우에만 습기가 감지됩니다. 연구원들은 이 사실을 오래 전에 인지하고 센서가 이슬이 맺힐 때 나타나는 작은 물방울을 감지할 수 있는 방법을 고안하려고 노력해 왔습니다. 센서 위에 천을 깔아놓는 방법부터 현재의 표준 방법인 라텍스 페인트로 센서 표면을 칠하는 방법까지 다양했습니다. 물이 실제로 흔적을 연결하는 대신 라텍스 페인트 자체의 저항이 젖었을 때 변화하여 프로브의 출력이 달라집니다.
하지만 이 방법에는 많은 연구자들이 인지하지 못하는 한 가지 큰 결함이 있습니다. 라텍스 페인트가 물을 흡수하여 저항 변화를 일으키기 위해서는 본질적으로 흡습성이 있어야 합니다. 대부분의 흡습성 재료와 마찬가지로 라텍스 페인트는 물의 상태와 무관하며 액체 물처럼 수증기를 쉽게 흡수합니다. Gillespie와 Duan(1987)과 Sentelhas 등(2004)은 라텍스 페인트를 구워 일부 흡습성 요소를 제거하여 센서가 수증기에 덜 민감하게 만들면 이러한 효과를 최소화할 수 있다고 제안했습니다. 그러나 이러한 특수 프로토콜로도 수증기의 영향을 완전히 제거할 수는 없습니다.
표준 저항 그리드 잎 습도 센서를 라텍스 페인트로 칠하고 Gillespie와 Duan(1987)에 따라 구워 현장 데이터를 수집했습니다. 공기 온도와 상대 습도(RH)는 잎 습도 센서에 인접하여 측정했으며, 잎 습도 센서 자체의 온도는 센서 표면의 상대 습도(RH)를 계산할 수 있도록 미세 와이어 열전대를 사용하여 측정했습니다. 그림 1은 RH에 대한 센서 저항을 그래프로 나타낸 것입니다. 이 특정 센서의 경우 건식 저항은 약 7000kΩ이며, 일반적으로 이 기준값보다 낮은 저항은 습식 센서로 간주됩니다. 이 그래프를 보면 조심스럽게 처리하고 구운 센서도 상대 습도 약 70% 이상에서는 오탐 결과를 내기 시작한다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 실제로 그림 1을 보면 상대 습도가 90% 이상일 때 항상 페인트 프로브에 의해 오탐지가 등록되는 것을 알 수 있습니다.
일부 연구자들은 그림 1에서 보이는 흡습성 효과에 대응하기 위해 각 페인트 센서를 개별적으로 보정합니다. 일반적인 보정 방법 중 하나는 물 웅덩이 위에 있는 등온 용기에 각 센서를 밀봉한 후 100% RH 조건에서 평형 상태의 센서 저항을 기록하는 것입니다. 그런 다음 이 값을 새로운 기준값으로 삼습니다. 상상할 수 있듯이 이 작업은 지루하고 시간이 많이 걸리는 작업입니다.
최근에 개발된 잎 습도 센서(PHYTOS 31, METER)는 표면 습도를 측정하는 다른 방법을 사용합니다. 이 센서는 금속 그리드 핑거 사이의 저항을 측정하는 대신 센서 표면의 유전 상수를 측정합니다. 유전체 방식을 사용하면 물방울이 인접한 흔적을 연결할 만큼 충분히 클 필요가 없으므로 물방울의 크기에 관계없이 프로브 표면에 있는 액체 물의 양을 측정할 수 있습니다. 따라서 센서를 페인팅할 필요가 없습니다.
광범위한 테스트 결과 약 98.5% RH 이하에서는 흡습 효과가 나타나지 않으며, 98.5%와 포화도 사이에서는 오탐으로 등록될 만큼 충분히 크지 않은 것으로 나타났습니다. 또한 유전체 잎 습도 센서는 공장 출고 전에 개별적으로 조정되어 각 센서가 정확히 동일한 판독값을 나타내므로 사용자가 보정할 필요가 없습니다. 그림 2와 그림 3은 일반적인 야간 이슬 이벤트가 시작되는 동안 각각 페인트 저항 그리드 센서와 유전체 잎 습도 센서로 수집한 데이터를 보여줍니다. 그림 2를 보면 페인트 칠한 센서의 흡습성 반응으로 인해 페인트 칠 후 센서를 개별적으로 보정하지 않으면 잎의 습도 지속 시간(이 경우 1.5시간 이상)이 상당히 과대평가될 수 있음을 알 수 있습니다. 그림 3은 사용자가 페인팅하거나 보정하지 않은 유전체 잎 습도 센서로 수집한 동일한 이슬 이벤트의 데이터를 보여줍니다. 유전체 잎 습도 센서는 잎의 습도 지속 시간을 5분 정도 과소평가합니다.
위에 제시된 데이터는 새로운 유전체 잎 습도 센서가 도장하지 않거나 도장하고 보정하지 않은 저항 그리드 잎 습도 센서보다 더 정확한 결과를 제공하며 도장 및 굽기 또는 개별 보정의 번거로움이 없다는 설득력 있는 주장을 뒷받침합니다.
저희 과학자들은 수십 년 동안 연구자와 재배자들이 토양-식물-대기 연속체를 측정할 수 있도록 지원해 온 경험을 가지고 있습니다.
Gillespie, T. J., and R-X. Duan. "표면 습도 지속 시간에 대한 원통형 및 평판 센서의 비교." 농업 및 산림 기상 학 40, 1 호 (1987): 61-70. 기사 링크.
라우, 유와 F., 마크 L. 글리슨, 나르제스 쯔리바, S. 엘윈 테일러, 폴 N. 힌츠. "이슬 기간 동안 전자 습도 센서의 성능에 대한 코팅, 배치 각도 및 나침반 방향의 영향." 식물 질병 84, 2 호 (2000): 192-197. 기사 링크 (오픈 액세스).
센텔하스, P. C., J. E. B. A. 몬테레이로, T. J. 길레스피. "전자 잎 습도 지속 시간 센서 : 페인트해야하는 이유." 국제 생물 기상학 저널 48, no. 4 (2004): 202-205. 기사 링크.
고유한 응용 분야에서 잎의 습도를 측정하는 방법에 대해 자세히 알고 싶으신가요? 100년 이상 토양-식물-대기의 연속체를 연구하는 데 도움을 준 경험이 있는 METER 과학자들이 있습니다. 전문가와 상담하기
정확하고 저렴한 토양 수분 센서로 인해 토양 VWC는 매우 인기 있는 측정법이지만, 여러분의 용도에 적합한 측정법일까요?
TDR, FDR, 커패시턴스, 저항: 일반적인 토양 수분 감지 방법과 그 장단점, 고유한 응용 분야를 비교합니다.
수위 측정의 과학적 원리를 종합적으로 살펴보세요.
정기적으로 최신 콘텐츠를 받아보세요.