Aby ocenić wydajność dowolnego czujnika zawartości wody, należy najpierw zrozumieć jego technologię. Aby to zrobić, konieczne jest zrozumienie, w jaki sposób mierzona jest objętościowa zawartość wody (VWC). Objętościowa zawartość wody 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.
Procentowa zawartość wody w masie(wm) można zmierzyć bezpośrednio metodą grawimetryczną, która polega na odjęciu masy gleby wysuszonej w piecu(md) od masy wilgotnej gleby (co daje masę wody, mw) i podzielenie przez md (Równanie 2).
Wynikowa grawimetryczna zawartość wody może zostać przekształcona w objętościową poprzez pomnożenie przez gęstość nasypową gleby w stanie suchym(⍴b) (równanie 3).
Wolumetryczną zawartość wody można również mierzyć pośrednio: oznacza to, że mierzony jest parametr związany z VWC, a kalibracja służy do konwersji tej wartości na VWC. Wszystkie czujniki wilgotności gleby METER wykorzystują metodę pośrednią zwaną technologią pojemnościową. 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 |
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).
Kiedy technologia pojemnościowa została po raz pierwszy wykorzystana do pomiaru wilgotności gleby w latach 70-tych, naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że szybkość ładowania i rozładowywania pola elektromagnetycznego ma kluczowe znaczenie dla sukcesu. Niskie częstotliwości prowadziły do dużego wpływu zasolenia gleby na odczyty. Z biegiem czasu to nowe zrozumienie, w połączeniu z postępem w szybkości elektroniki, umożliwiło dostosowanie pierwotnego podejścia pojemnościowego do sukcesu. Nowoczesne czujniki pojemnościowe, takie jak czujniki METER, wykorzystują wysokie częstotliwości (70 MHz), aby zminimalizować wpływ zasolenia gleby na odczyty.
Obwody w czujnikach pojemnościowych można zaprojektować tak, aby rejestrowały bardzo małe zmiany objętościowej zawartości wody, do tego stopnia, że NASA wykorzystała technologię pojemnościową METER do pomiaru zawartości wody na Marsie. Pojemnościowe czujniki wilgotności gleby są łatwe w instalacji i mają niskie zapotrzebowanie na energię. Mogą działać przez lata w terenie, zasilane przez niewielki zestaw baterii w rejestratorze danych.
Zarówno czujniki wilgotności gleby TEROS , jak i ECH2Owykorzystują tę samą sprawdzoną technologię pojemnościową o wysokiej częstotliwości (70 MHz), która została opublikowana w tysiącach recenzowanych artykułów. Rysunek 3 przedstawia dane kalibracyjne dla czujników ECH2O5TE i TEROS 12.
Nowa liniaTEROS wykorzystuje jednak 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 (rysunek 4).
Oto kilka zmian, które można zauważyć w nowej linii czujników zawartości wody TEROS :
Minimalna zmienność między czujnikami: CzujnikiTEROS 11/12 wykorzystują całkowicie nową procedurę kalibracji, która maksymalizuje dokładność i minimalizuje zmienność między czujnikami, jednocześnie utrzymując rozsądny koszt czujnika. Dzięki temu można mieć pewność, że każdy zainstalowany czujnik będzie odczytywał dokładnie tak samo jak następny.
Duża objętość oddziaływania: Czujniki TEROS 11/12 zapewniają jednolitrową objętość oddziaływania (w porównaniu do 200 ml typowych dla większości czujników).
Niezawodna, długa żywotność czujnika: Ulepszone, naostrzone igły z wysokiej jakości stali nierdzewnej z łatwością wsuwają się nawet w stwardniałe gleby, a trwałe wypełnienie epoksydowe oznacza, że czujnik wytrzymuje do 10 lat w terenie. W czujniku TEROS 12 umieściliśmy czujnik temperatury idealnie wewnątrz środkowej igły, dzięki czemu igły są wytrzymałe, a jednocześnie niezwykle wrażliwe na zmiany temperatury gleby.
Zmniejszony błąd instalacji: Nowy system TEROS Borehole Installation Tool zabezpiecza przed błędami instalacji i zapewnia spójne, bezbłędne wprowadzenie do każdego rodzaju gleby (nawet twardej gliny) przy jednoczesnym zminimalizowaniu zakłóceń w miejscu instalacji. Czujniki są instalowane idealnie prostopadle do ściany bocznej z równomiernym naciskiem, a następnie delikatnie zwalniane, aby zapobiec powstawaniu szczelin powietrznych.
Standard weryfikacji: Powtarzalność czujnika TEROS można sprawdzić za pomocą standardu weryfikacji dokładności. Żaden inny czujnik wilgotności gleby nie ma takiej możliwości. Wystarczy nasunąć klips weryfikacyjny na czujnik i podłączyć go do rejestratora. Jeśli odczyt mieści się w odpowiednim zakresie, czujnik jest gotowy do pracy.
Bezproblemowe gromadzenie danych: W celu łatwego i niezawodnego gromadzenia danych, połącz czujniki TEROS z nową aplikacją ZL6gdzie wszystkie dane są dostarczane w czasie zbliżonym do rzeczywistego za pośrednictwem aplikacji cloud.
Stworzyliśmy nową linię czujników TEROS , aby wyeliminować bariery dla dobrej dokładności, takie jak niespójność instalacji, zmienność między czujnikami i weryfikacja czujników. Czujniki wilgotności glebyTEROS wykorzystują tę samą niezawodną technologię ECH2O, ale wykraczają poza linię ECH2O, aby zoptymalizować dokładność całego zestawu danych. Łączą w sobie spójną, bezbłędną instalację, wyjątkowo solidną konstrukcję, minimalną zmienność między czujnikami, duży wpływ i zaawansowane rejestrowanie danych, aby zapewnić najlepszą wydajność, dokładność, łatwość obsługi i niezawodność w przystępnej cenie.
Chcesz poznać więcej szczegółów? W poniższym filmie ekspert ds. wilgotności gleby Leo Rivera wyjaśnia, dlaczego poświęciliśmy 20 lat na stworzenie nowej linii czujników TEROS .
Zobacz, jak technologia pojemnościowa i czujniki METER poprawiły się i rozwinęły z biegiem czasu.
| Rok | Czujnik | Historia rozwoju |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | W 1999 roku systemy pomiaru wilgotności gleby były drogie. Jeden ze studentów WSU wyobraził sobie niedrogi, energooszczędny, połączony czujnik, którego hodowcy mogliby używać do zarządzania nawadnianiem. Poprosił dr Gaylona S. Campbella o opracowanie technologii, a powstały czujnik mierzył pojemność gleby przy częstotliwości 6 MHz, inicjując zupełnie nową klasę przystępnej cenowo technologii pomiaru wilgotności gleby. Obudowane obwody i elektrody sondy ECH2Ozamknięte w płytce drukowanej sprawiły, że była ona niedroga w produkcji i można ją było zakopać w glebie. Doświadczenie pokazało, że czujnik działał dobrze w naturalnych glebach o niskim zasoleniu, ale tracił dokładność przy średnich i wysokich poziomach zasolenia. |
| 2002 | ECH2O10 | Otrzymaliśmy wiele próśb o skrócenie ECH2O, zwłaszcza od hodowców szklarniowych, którzy chcieli czujnika wystarczająco krótkiego, aby można go było włożyć do pojemników doniczkowych. Nowy ECH2O10 był przydatny w tych nowych zastosowaniach, ale wyzwania związane z bogatą w składniki odżywcze wodą do nawadniania stosowaną w szklarniach i szkółkach zmusiły naszych naukowców do znalezienia sposobów na zminimalizowanie wpływu przewodności elektrycznej. |
| 2005 | EC-5 | W 2003 roku zaczęliśmy eksperymentować z wyższymi częstotliwościami pomiarowymi, ostatecznie decydując się na 70 MHz, co zminimalizowało wrażliwość na zasolenie i poprawiło ogólną wydajność czujnika, dzięki czemu nowy EC-5 jest dokładny w prawie każdej glebie lub podłożu bezglebowym. Zęby znacznie ułatwiły instalację, a połączenie niskiego kosztu czujnika i minimalnego zużycia energii uczyniło go idealnym do stosowania w dużych sieciach. Stał się on jednym z naszych najpopularniejszych czujników zawartości wody. |
| 2007 | ECH2O TE | Po opublikowaniu strony EC-5 zostaliśmy zasypani prośbami o dodanie do czujnika temperatury i przewodności elektrycznej (EC) od hodowców, którzy używają EC gleby lub podłoża bezglebowego jako surogatu składników odżywczych dostępnych dla rośliny. Zbudowaliśmy ECH2OTE, który mierzył EC za pomocą złotych elektrod na powierzchni płytki drukowanej. |
| 2007 | ECH2O TM | Wkrótce po wprowadzeniu na rynek czujnika ECH2OTE opracowaliśmy czujnik towarzyszący, ECH2OTM, który mierzył tylko zawartość wody i temperaturę. Był to ważny czujnik dla wielu zastosowań badawczych, ponieważ temperatura gleby jest często łączona z zawartością wody podczas pomiaru w profilu glebowym. |
| 2008 | 10HS | Pomimo popularności EC-5, niektórzy klienci tęsknili za długością wycofanych czujników ECH2O10 i 20. Czujnik 10HS został wprowadzony z 10-centymetrowymi zębami, aby zwiększyć jego strefę wpływu i uwzględnić większą objętość gleby w pomiarze VWC (1,3 litra w porównaniu do EC-5 , który mierzył 0,24 litra). |
| 2009 | 5TE | Chociaż ECH2OTE dokładnie mierzył EC, małe otwory w obwodzie pomiarowym złota pozwalały wodzie dotrzeć do miedzi pod spodem i powodować korozję powierzchni. W 5TE zmieniono długą złotą powierzchnię na małe elektrody śrubowe ze stali nierdzewnej, które byłyby odporne na korozję i mogłyby przetrwać kilka lat w glebie. |
| 2010 | 5TM | Model 5TM został wprowadzony jako uzupełnienie modelu 5TE, dzięki czemu oba mogły zostać zaktualizowane do nowej, bardziej wytrzymałej konstrukcji. |
| 2012 | GS3 | W 2013 roku połączyliśmy stalowe igły z procesem epoksydowania, zwiększając żywotność czujnika. Zautomatyzowaliśmy proces nakładania żywicy epoksydowej, dzięki czemu wytrzymały czujnik GS3 stał się niezwykle przystępny cenowo. Stalowe igły zapewniły temu czujnikowi rozszerzoną powierzchnię w celu optymalizacji pomiarów EC przy jednoczesnym zminimalizowaniu zakłóceń podłoża podczas wkładania. Temperaturę mierzono za pomocą wbudowanego termistora, a przewodność elektryczną mierzono za pomocą układu elektrod ze stali nierdzewnej. |
| 2014 | GS1 | Nasi komercyjni klienci z branży rolniczej potrzebowali prostego, kuloodpornego czujnika zawartości wody o dużym wpływie, który mógłby mierzyć w trudnych warunkach. Po dokonaniu postępów w procesie formowania epoksydowego zaprojektowaliśmy twardą powłokę i wypełniliśmy ją żywicą epoksydową, wprowadzając nasz najbardziej wytrzymały objętościowy czujnik zawartości wody. |
| Dzisiaj | TEROS Seria | Nowa linia czujników wilgotności gleby TEROS łączy w sobie dobrze znaną technologię pojemnościową METER o wysokiej częstotliwości z ultrawytrzymałą formą, narzędziem instalacyjnym i nową procedurą kalibracji, aby dostarczyć nasz najdokładniejszy, łatwy w użyciu czujnik o doskonałym stosunku ceny do wydajności (patrz rysunek 4). |
Wszystko, co musisz wiedzieć o pomiarze wilgotności gleby - w jednym miejscu.
Pobierz kompletny przewodnik badacza po wilgotności gleby
Sześć krótkich filmów wideo nauczy Cię wszystkiego, co musisz wiedzieć o zawartości wody w glebie i potencjale wody w glebie (ssaniu gleby) - i dlaczego należy je mierzyć razem. Ponadto opanuj podstawy przewodnictwa hydraulicznego gleby.
Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.
Planowanie nawadniania w rolnictwie i na murawach wymaga czujnika wilgotności gleby, który jest dokładny, niezawodny i tani. Wiele czujników jest ograniczonych, ponieważ nie radzą sobie w jednym z tych obszarów. Aż do teraz.
TEROS Czujniki 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.
Wśród tysięcy recenzowanych publikacji wykorzystujących czujniki gleby METER, żaden typ nie jest faworytem. Dlatego wybór czujnika powinien opierać się na potrzebach i zastosowaniu. Skorzystaj z poniższych wskazówek, aby wybrać idealny czujnik do swoich badań.
Regularne otrzymywanie najnowszych treści.
