Wideo: Jak skalibrować czujniki wilgotności gleby METER
Instrukcja krok po kroku przeprowadzania kalibracji czujnika wilgotności gleby METER
Jeśli chcesz uzyskać dokładne dane, prawidłowa instalacja czujnika powinna być priorytetem numer jeden. Podczas pomiarów w glebie naturalne zmiany gęstości mogą powodować utratę dokładności od 2 do 3%, ale niewłaściwa instalacja może potencjalnie spowodować utratę dokładności większą niż 10%. Prawidłowa instalacja czujnika jest podstawą gromadzonych danych. Słaba instalacja utrudnia interpretację danych. W tym artykule znajdziesz wskazówki, jak instalować czujniki wilgotności gleby szybciej, lepiej i z większą dokładnością. Dowiedz się:
Aby zrozumieć, dlaczego niewłaściwa instalacja czujnika ma ogromny wpływ na jakość danych, należy zrozumieć, jak działają czujniki wilgotności gleby.
Czujniki wilgotności gleby (czujniki zawartości wody) mierzą objętościową zawartość wody. Wolumetryczna zawartość wody (VWC) to objętość wody podzielona przez objętość gleby (równanie 1), co daje procentową zawartość wody w próbce gleby.
Na przykład, jeśli objętość gleby (rysunek 1) składa się z następujących składników: 50% minerałów glebowych, 35% wody i 15% powietrza, gleba ta miałaby 35% objętościowej zawartości wody.
Wszystkie czujniki wilgotności gleby METER wykorzystują do pomiaru VWC metodę pośrednią zwaną technologią pojemnościową. "Pośrednia" oznacza, że mierzony jest parametr związany z VWC, a do przeliczenia tej wartości na VWC używana jest kalibracja. Mówiąc prościej, technologia pojemnościowa wykorzystuje dwie metalowe elektrody (sondy lub igły) do pomiaru zdolności gromadzenia ładunku (lub pozornej przenikalności dielektrycznej) tego, co znajduje się między nimi.
Tabela 1 ilustruje, że każdy typowy składnik gleby ma inną pojemność magazynowania ładunku. W glebie objętość większości tych składników pozostaje stała w czasie, ale objętość powietrza i wody ulega wahaniom.
Materiał | Pozorna przenikalność dielektryczna |
---|---|
Powietrze | 1 |
Minerały glebowe | 3-16 |
Materia organiczna | 2-5 |
Lód | 5 |
Woda | 80 |
Tabela 1. Pojemność magazynowania ładunku (pozorna przenikalność dielektryczna) typowych składników gleby
Ponieważ powietrze nie przechowuje prawie żadnego ładunku, a woda przechowuje duży ładunek, możliwe jest zmierzenie zmiany zdolności gleby do przechowywania ładunku i odniesienie jej do ilości wody (lub VWC) w tej glebie. (Aby uzyskać bardziej szczegółowe wyjaśnienie technologii pojemnościowej, obejrzyj Wilgotność gleby 201).
Objętość oddziaływania (rysunek 3) to obszar gleby mierzony przez pole elektromagnetyczne emitowane przez igły czujnika. Rysunek 2 (powyżej) przedstawia przybliżenie względnego natężenia pola elektromagnetycznego. Należy zauważyć, że większość czułości czujnika znajduje się w odległości kilku milimetrów od igieł sondy. Wszystko, co znajduje się w tym polu elektromagnetycznym, będzie miało wpływ na wyjście czujnika, jednak procent wody tuż obok igieł ma większy wpływ na odpowiedź czujnika niż obszar bardziej oddalony od igieł.
Ponieważ objętość wpływu dielektrycznych czujników wilgotności gleby (typu TDR, FDR, pojemnościowych) jest najbardziej wrażliwa w pobliżu igły, unikanie szczelin powietrznych przy dobrym kontakcie gleby z czujnikiem ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości danych o wilgotności gleby. Ważne jest również, aby generować jak najmniejsze zakłócenia gleby podczas instalacji, aby uzyskać reprezentatywny pomiar. Instalowanie czujników w naruszonej glebie (na przykład stosie gleby wyjętej z dołka) rzadko jest dobrym pomysłem, ale jest częstym błędem popełnianym przez niedoświadczonych badaczy.
Przeczytaj "5 sposobów, w jakie zakłócenia na miejscu wpływają na dane"
Scenariusz 1: Szczeliny powietrzne w wilgotnych glebach
Rysunek 4 jest przykładem dobrej instalacji. Jest to zestaw danych z pola ryżowego przedstawiający trzy różne czujniki wilgotności gleby zainstalowane około 7,5 cm w glebie.
Na osi y znajduje się objętościowa zawartość wody w procentach, a na osi x liczba dni. Ciągły czarny ślad to miejsce, w którym pole ryżowe było stale zalewane. Ciągły szary ślad pokazuje, gdzie badacz suszył glebę do 35% VWC. Kropkowany ślad ilustruje suszenie do 25% VWC. Należy zauważyć, że na początku zmienność między czujnikami wynosi około 1%. To jest to, co chcesz zobaczyć dla tych samych warunków wodnych w tym samym typie gleby.
Jednak badacz ten zauważył, że podczas późniejszych powodzi poziom nasycenia zabiegów był znacznie wyższy niż na początku. Dlaczego? Czujniki te zostały zainstalowane w gliniastych wertykałach o dużej zdolności do kurczenia się i pęcznienia. W tym typie gleby duże pęknięcia mogą się otwierać, gdy gleba wysycha. Kiedy gleba otwiera się i zapewnia szczelinę dla większej ilości wody tuż obok igieł, odczyt będzie wyższy, ponieważ woda ma dielektryk 80, znacznie wyższy niż gleba. Jest to również dobry przykład tego, co dzieje się, gdy słaba instalacja czujnika pozostawia szczeliny powietrzne w glebie po nasyconej stronie.
Scenariusz 2: Szczeliny powietrzne w suchych glebach
Rysunek 5 przedstawia szereg czasowy dla instalacji przypowierzchniowej w wysoce porowatej, gruboziarnistej glebie w Nevadzie, która staje się bardzo sucha.
Ciemnoniebieski ślad pokazuje czujniki zainstalowane pod rośliną, a jasnoniebieskie ślady to czujniki zainstalowane dalej od roślin. Rysunek 5 pokazuje, jak wygląda dobry zestaw danych bez problemów z instalacją w suchej glebie.
Rysunek 6, seria czasowa z pobliskiej lokalizacji z tym samym projektem eksperymentalnym, ilustruje inną historię. Zwróć uwagę na dużą lukę między tym, co dzieje się pod rośliną, a tym, co dzieje się z dala od rośliny. To czerwona flaga, że coś jest nie tak. W niektórych miejscach VWC spada poniżej 0%, co z definicji jest najniższym możliwym poziomem dla gleby. Należy jednak pamiętać, że powietrze ma mniejszy dielektryk niż gleba. Prawdopodobnie oznacza to, że na czujniki ma wpływ powietrze. Może to być kwestia kalibracji, ale jest to mniej prawdopodobne, ponieważ te same czujniki zainstalowane w pobliżu działają nieco inaczej. Tak więc dane te wskazują albo na szczelinę powietrzną w pobliżu igieł czujnika, albo na czujnik zbyt blisko powierzchni, który emituje swoje pole elektromagnetyczne do powietrza, albo na to, że czujnik został zakłócony.
Uzyskanie wysokiej jakości danych rozpoczyna się przed faktyczną instalacją. Poniżej znajduje się kilka typowych błędów popełnianych podczas projektowania badania, które kosztują czas i pieniądze oraz mogą uniemożliwić wykorzystanie danych.
Rozważ te kwestie podczas projektowania badania i skorzystaj z poniższych najlepszych praktyk, aby uniknąć przyszłych problemów.
Przed udaniem się w teren należy skonfigurować kilka czujników w laboratorium i dokonać odczytów w różnych typach gleby. Zapewni to solidne zrozumienie, jakich wartości wilgotności gleby można oczekiwać w różnych scenariuszach. Pomaga to również zrozumieć prawidłową instalację, jak długo może ona potrwać, jakie narzędzia będą potrzebne i jakie problemy mogą wystąpić, np. nieprawidłowe odczyty czujnika. Przygotuj dedykowany zestaw narzędzi instalacyjnych wypełniony ważnymi narzędziami, takimi jak opaski zaciskowe, szczypce, markery, latarki i baterie. Zaoszczędzi to wielu godzin podróży tam i z powrotem na miejsce instalacji.
Jeśli korzystasz z rejestratora danych, który wymaga programowania, naucz się języka programowania dwa tygodnie wcześniej, aby upewnić się, że rozumiesz, jak pisać programy dla rejestratora. Nawet rejestrator danych typu plug-and-play, cloud , taki jak np. ZL6 wymaga prac przygotowawczych, takich jak upewnienie się, że miejsce badań znajduje się w zasięgu wieży komórkowej.
Im więcej metadanych zarejestrujesz w miejscu badań, tym lepiej zrozumiesz swoje dane. Oznacz każdy czujnik typem czujnika, głębokością instalacji i innymi ważnymi informacjami. W przypadku instalacji setek czujników można zakupić elektroniczne urządzenie do etykietowania w celu kodowania kreskowego czujników, ale taśma i trwały marker również się sprawdzą. Etykiety należy umieścić wewnątrz rejestratora danych w celu ochrony przed warunkami atmosferycznymi.
Rejestrator ZL6 Rejestrator danych automatycznie zapisuje ważne metadane, takie jak lokalizacja GPS, ciśnienie barometryczne i numer seryjny czujnika, a następnie zapisuje je na stronie cloud. ZENTRA Cloud Umożliwia również rejestrowanie metadanych wprowadzonych przez użytkownika, takich jak rodzaj gleby, gęstość gleby, rodzaje pokrywy, interwał pomiaru, surowe dane i rodzaj zastosowanej kalibracji, głębokość czujnika, notatki dotyczące wyboru miejsca itp. Informacje te będą ważne, gdy nadejdzie czas publikacji, a umieszczenie ich we współdzielonej lokalizacji opartej na cloud, takiej jak ZENTRA Cloud , pozwoli uniknąć bólu głowy.
Pobierz bezpłatny arkusz roboczy charakterystyki witryny
Ponadto pomiary pomocnicze, takie jak temperatura gleby lub monitorowanie mikroklimatu, mogą być kolejnym źródłem metadanych. Uniwersalna stacja pogodowa, taka jak ATMOS 41, automatycznie rejestruje zdarzenia pogodowe i może być ważnym sposobem na porównanie lub sprawdzenie wilgotności gleby, potencjału wody lub innych danych.
Rysunek 7 jest ilustracją prawidłowo zainstalowanych czujników (patrząc w dół odwiertu) w profilu glebowym z dobrym kontaktem gleby z czujnikiem.
Kontakt gleby z czujnikiem jest najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać, aby uzyskać dobre dane dotyczące wilgotności gleby, ponieważ, jak wspomniano, pierwsze kilka milimetrów obok sondy ma największy wpływ na odczyt.
Instalacja odwiertu wykonana przy użyciu małego świdra ręcznego i METER's TEROS Borehole Installation Tool tworzy otwór o średnicy zaledwie 10 cm - zaledwie 2-3% powierzchni wykopu. Ponieważ skala naruszenia terenu jest zminimalizowana, mniej makroporów, korzeni i roślin zostaje naruszonych, a teren może powrócić do swojego naturalnego stanu znacznie szybciej. A gdy narzędzie instalacyjne jest używane wewnątrz małego otworu, zapewniony jest dobry kontakt gleby z czujnikiem, nawet w twardych glebach. Mały otwór znacznie ułatwia oddzielenie warstw horyzontu i ponowne zagęszczenie gleby do odpowiedniej gęstości, ponieważ jest mniej gleby do oddzielenia.
Rysunek 7 pokazuje również kable czujników, które są połączone w wiązki, zakopane i osłonięte przewodem. Ochrona czujników za wszelką cenę ma kluczowe znaczenie dla badania. Ważne jest, aby osłonić odsłonięte kable czujników wewnątrz rury PCV, wiązki przewodów lub elastycznego przewodu elektrycznego i poprowadzić je w górę słupka rejestratora danych przez około 60 cm (2 stopy). Zapobiegnie to uszkodzeniom przez gryzonie, traktory lub łopaty. Starannie przywiąż kable do słupka za pomocą opasek zaciskowych UV, tak aby były mocno trzymane, ale nie ciągnęły się za rejestratorem danych (upewnij się, że jest jakieś odciążenie).
Po zainstalowaniu czujnika, ale przed zamknięciem otworu świdra lub wykopu, sprawdź czujniki za pomocą ZSC, niewielkiego narzędzia, które umożliwia natychmiastowe odczyty na smartfonie, aby upewnić się, że odczyt czujnika jest dokładny. Późniejsze wykopywanie czujnika po zebraniu złych danych przez cały sezon będzie bolesne.
Z biegiem czasu należy sprawdzać dane tak często, jak to możliwe, aby rozwiązywać problemy i zapobiegać problemom, które mogą być szkodliwe dla projektu badawczego. ZENTRA Cloud i ZL6 umożliwiają rozwiązywanie problemów i tworzenie wykresów danych nawet codziennie. Zaledwie dwie do trzech minut poświęconych na dostrzeżenie trendów lub wykrycie błędów może zaoszczędzić tygodnie utraconych danych. Można nawet skonfigurować alerty ZENTRA Cloud , aby wysyłać powiadomienia, gdy coś jest nie tak.
Rysunek 10 jest ilustracją tego, czego NIE należy robić podczas instalacji czujnika.
Są to czujniki zainstalowane w 10-centymetrowym (4-calowym) otworze w skalistej glebie, gdzie czujniki zostały wepchnięte ręcznie. W tym przypadku badacz miał trudności z wepchnięciem prawego dolnego czujnika, więc występuje szczelina powietrzna o szerokości 2 cm (prawie cala). To zdecydowanie wpłynie na jakość danych. Próbował przesuwać czujnik w różne miejsca i za każdym razem trafiał na kamień. Ostatecznie upakował ziemię wokół czujnika, co nie jest idealną sytuacją, ale w tym przypadku było to najlepsze, co mógł zrobić.
Poniższy film przedstawia najlepsze praktyki instalacji czujników wilgotności glebyTEROS .
Stworzyliśmy system ZENTRA , aby skrócić czas i wysiłek potrzebny do uzyskania dobrej jakości danych o wilgotności gleby. ZENTRA to kompletny system czujników, rejestratorów i oprogramowania, które są łatwe do wdrożenia, wymagają niewielkiej konserwacji i zapewniają dostęp do danych w czasie zbliżonym do rzeczywistego, dzięki czemu możesz publikować więcej i pracować mniej. Oto jak to zrobić:
Dobry kontakt czujnika z glebą, bez szczelin powietrznych, wymaga, aby czujniki były wciskane bezpośrednio w ścianę boczną, bez poruszania się. METER znacznie to ułatwia dzięki narzędziu do instalacji w otworach wiertniczych. Narzędzie wykorzystuje przewagę mechaniczną do wbijania czujników wilgotności glebyTEROS prosto w ścianę boczną nawet trudnych gleb, zapewniając maksymalny kontakt gleby z czujnikiem w znacznie krótszym czasie.
Podczas instalacji czujnika nowy interfejs czujnikaZSC Bluetooth umożliwia monitorowanie odczytu czujnika podczas jego instalacji.
Zapewnia bezprzewodowe odczyty w czasie rzeczywistym przez Bluetooth na smartfonie. Odczytane wartości są wyświetlane na stronie ZENTRA Utility Mobile, aby pomóc wykryć problemy z instalacją (słaby kontakt czujnika z glebą, kieszenie powietrzne, kamienie itp.
To ZSC rozwiązuje również problemy z SDI-12. Można użyć funkcji ZSC aby dowiedzieć się, gdzie dokładnie znajdują się problematyczne czujniki. Ponadto strona ZSC umożliwia użytkownikowi przypisanie adresów SDI-12 do czujników cyfrowych w celu łatwiejszego programowania SDI-12.
ZENTRA Cloud współpracuje z rejestratorem danychZL6 , umożliwiając zarządzanie rejestratorami danych, naprawianie błędów konfiguracji i rekonfigurację czujników zdalnie, w zaciszu własnego biura, eliminując niepotrzebne wizyty w terenie i stratę czasu.
Możesz nawet użyć ZENTRA Cloud , aby upewnić się, że Twój technik poprawnie wykonał wszystkie niezbędne zadania terenowe. Jeśli absolwent opuści program, nie musisz się już martwić, że dane zostaną przeniesione wraz z nim. ZENTRA Cloud zapewnia proste miejsce do przechowywania wszystkich danych przez cały czas trwania badań.
Strona ZL6 automatycznie rejestruje ważne metadane, takie jak typ czujnika, numer seryjny, wersja oprogramowania układowego i lokalizacja rejestratora, i zapisuje je na stronie cloud. Te metadane, wraz z metadanymi wprowadzonymi przez użytkownika, takimi jak głębokość i wysokość czujnika, stają się trwałymi częściami zapisu danych, które nigdy nie zostaną utracone. Ponadto dane w czasie rzeczywistym cloud sprawiają, że udostępnianie danych wielu różnym interesariuszom jest dziecinnie proste.
Stworzyliśmy nową linię czujników TEROS jako część systemu ZENTRA , aby wyeliminować bariery dla dobrej dokładności, takie jak niespójność instalacji, zmienność między czujnikami i weryfikacja czujników.
TEROS Czujniki wilgotności gleby współpracują z całym systemem ZENTRA , aby wykraczać poza ich poprzedników i optymalizować dokładność nie tylko czujnika, ale całego zestawu danych. Łączą w sobie spójną, bezbłędną instalację z narzędziem instalacyjnym, wyjątkowo solidną konstrukcję, minimalną zmienność między czujnikami, duży wpływ, standard weryfikacji i zaawansowane rejestrowanie danych, aby zapewnić najlepszą wydajność, dokładność, łatwość obsługi i niezawodność w cenie, na którą możesz sobie pozwolić.
TEROS 12 | TEROS 11 | TEROS 10 | |
---|---|---|---|
Środki | Objętościowa zawartość wody, temperatura, przewodność elektryczna | Objętościowa zawartość wody, temperatura | Objętościowa zawartość wody |
Wielkość wpływu | 1010 ml | 1010 ml | 430 ml |
Dokładność oceny badawczej | ±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 |
Żywotność w terenie | 10+ lat | 10+ lat | 10+ lat |
Wyjście pomiarowe | Cyfrowe SDI-12 | Cyfrowe SDI-12 | Analogowy |
Trwałość | Najwyższy | Najwyższy | Najwyższy |
Instalacja | Narzędzie instalacyjne zapewniające wysoką dokładność | Narzędzie instalacyjne zapewniające wysoką dokładność | Narzędzie instalacyjne zapewniające wysoką dokładność |
Powtarzalność | Standard weryfikacji dokładności | Standard weryfikacji dokładności | Standard weryfikacji dokładności |
Koszt | Niski | Niski | Najniższy |
Gwarancja | 3 lata | 3 lata | 3 lata |
Tabela 1. Porównanie czujników TEROS
Obejrzyj poniższy film, aby zobaczyć, jak ekspert ds. wilgotności gleby Leo Rivera wyjaśnia szczegółowo, dlaczego poświęciliśmy 20 lat na stworzenie nowej linii czujników zawartości wody TEROS .
Linia czujnikówTEROS wykorzystuje postępy w technikach kalibracji, narzędziu instalacyjnym i lepszych surowcach do produkcji czujników, które są trwalsze, dokładniejsze, łatwiejsze i szybsze w instalacji, bardziej spójne i połączone z potężnym, intuicyjnym systemem rejestracji i wizualizacji danych w czasie zbliżonym do rzeczywistego. ZENTRA Cloud.
Zobacz wszystkie czujniki TEROS
Zanurz się głęboko w wiedzę o wilgotności gleby. W poniższym webinarium dr Colin Campbell omawia, jak interpretować zaskakujące i problematyczne dane dotyczące wilgotności gleby. Uczy również, czego można się spodziewać w różnych sytuacjach związanych z glebą, terenem i środowiskiem.
Wszystko, co musisz wiedzieć o pomiarze wilgotności gleby - w jednym miejscu.
Sześć krótkich filmów wideo nauczy Cię wszystkiego, co musisz wiedzieć o zawartości wody w glebie i potencjale wodnym gleby - i dlaczego powinieneś mierzyć je razem. Ponadto opanuj podstawy przewodnictwa hydraulicznego gleby.
Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.
Instrukcja krok po kroku przeprowadzania kalibracji czujnika wilgotności gleby METER
Poznaj najlepsze praktyki dotyczące instalacji czujników wilgotności gleby w otworach wiertniczych przy użyciu czujników wilgotności gleby TEROS Borehole Installation Tool i TEROS .
Nawet jedno małe niedopatrzenie, takie jak zła instalacja, może pogorszyć dokładność nawet o +/-10%. Jak zapewnić, że dane odzwierciedlają to, co naprawdę dzieje się w Twojej lokalizacji?