WSPÓŁTWÓRCY

Wiele badań przeprowadzonych przez liderów w dziedzinie badań nad wilgotnością liści i chorobami roślin sugeruje, że należy malować i kalibrować czujniki wilgotności liści w celu uzyskania dokładnych pomiarów (np. Gillespie i Duan, 1987; Lau i in., 2000; Sentelhas i in., 2004).

W przypadku standardowego czujnika wilgotności liści z siatką rezystancyjną, wilgotność jest wykrywana tylko wtedy, gdy krople wody są wystarczająco duże, aby wypełnić lukę między dwoma palcami w siatce i obniżyć efektywną rezystancję. Naukowcy zauważyli ten fakt już dawno temu i próbowali opracować metody, które pozwoliłyby czujnikom wykrywać małe kropelki wody, które są typowe dla początku rosy. Metody te obejmowały zarówno układanie tkaniny na czujniku, jak i obecnie standardową metodę: malowanie powierzchni czujnika farbą lateksową. Zamiast wody faktycznie mostkującej ścieżki, rezystancja samej farby lateksowej zmienia się, gdy jest mokra, powodując zmianę wyjścia sondy.

Metoda malowania daje fałszywe wyniki pozytywne

Istnieje jednak jedna poważna wada tej metody, której wielu badaczy może nie być świadomych. Aby farba lateksowa mogła wchłonąć wodę i osiągnąć zmianę rezystancji, musi mieć charakter higroskopijny. Podobnie jak w przypadku większości materiałów higroskopijnych, farba lateksowa jest obojętna na to, w jakim stanie znajduje się woda i będzie absorbować parę wodną równie łatwo jak wodę w stanie ciekłym. Gillespie i Duan (1987) oraz Sentelhas et al. (2004) zasugerowali, że efekt ten można zminimalizować poprzez wypalanie farby lateksowej w celu usunięcia niektórych elementów higroskopijnych, dzięki czemu czujnik jest mniej wrażliwy na parę wodną. Jednak nawet ten specjalistyczny protokół nie usuwa w pełni wpływu pary wodnej.

Zebraliśmy dane terenowe za pomocą standardowego czujnika wilgotności liści z siatką oporową, pomalowanego farbą lateksową i wypalonego zgodnie z Gillespie i Duan (1987). Temperatura powietrza i wilgotność względna (RH) zostały zmierzone w sąsiedztwie czujnika wilgotności liści, a temperatura samego czujnika wilgotności liści została zmierzona za pomocą termopary z cienkiego drutu, aby umożliwić obliczenie wilgotności względnej powierzchni czujnika (_RHs). Rysunek 1 przedstawia rezystancję czujnika w funkcji wilgotności _względnej. W przypadku tego konkretnego czujnika rezystancja w stanie suchym wynosi około 7000 kΩ, a każda rezystancja poniżej tej wartości bazowej byłaby ogólnie uważana za wskazującą na wilgotny czujnik. Z wykresu wyraźnie widać, że nawet starannie obrobiony i wypalony czujnik zaczyna dawać fałszywie dodatnie wyniki powyżej około 70% wilgotności względnej. W rzeczywistości z rysunku 1 wynika, że przez cały czas, gdy wilgotność _względna przekracza 90%, pomalowana sonda rejestruje wynik fałszywie dodatni.

Niektórzy badacze zwalczają efekty higroskopijne widoczne na rysunku 1 poprzez indywidualną kalibrację każdego pomalowanego czujnika. Jedną z powszechnych metod kalibracji jest uszczelnienie każdego czujnika w izotermicznym pojemniku nad basenem z wodą i zarejestrowanie rezystancji czujnika w stanie równowagi w warunkach 100% wilgotności względnej. Wartość ta jest następnie traktowana jako nowa wartość bazowa. Jak można sobie wyobrazić, jest to żmudna i czasochłonna czynność.

Nowa metoda eliminuje potrzebę malowania lub kalibracji

Niedawno opracowany czujnik wilgotności liści (PHYTOS 31, METER) wykorzystuje inną metodę pomiaru wilgotności powierzchni. Zamiast mierzyć rezystancję między metalowymi palcami siatki, czujnik mierzy stałą dielektryczną powierzchni czujnika. Dzięki metodzie dielektrycznej krople nie muszą być wystarczająco duże, aby połączyć sąsiednie ścieżki, więc mierzona jest każda ilość ciekłej wody na powierzchni sondy, bez względu na rozmiar kropli. Eliminuje to konieczność malowania czujnika.

Szeroko zakrojone testy wykazały, że poniżej 98,5% _wilgotności względnej nie występują żadne efekty higroskopijne, a wartości pomiędzy 98,5% a nasyceniem nie są wystarczająco duże, aby zarejestrować się jako wartości fałszywie dodatnie. Dielektryczne czujniki wilgotności liści są również indywidualnie dostrajane przed opuszczeniem fabryki, dzięki czemu każdy czujnik odczytuje dokładnie to samo, eliminując w ten sposób potrzebę kalibracji przez użytkownika. Rysunki 2 i 3 przedstawiają dane zebrane za pomocą pomalowanego czujnika siatki rezystancyjnej i dielektrycznego czujnika wilgotności liści odpowiednio podczas wystąpienia typowej nocnej rosy. Z rysunku 2 wynika, że reakcja higroskopijna pomalowanego czujnika może prowadzić do znacznego przeszacowania czasu trwania zwilżenia liści (w tym przypadku ponad 1,5 godziny), jeśli czujnik nie zostanie indywidualnie skalibrowany po pomalowaniu. Rysunek 3 przedstawia dane z tego samego zdarzenia rosy zebrane za pomocą dielektrycznego czujnika wilgotności liści bez malowania lub kalibracji przez użytkownika. Dielektryczny czujnik wilgotności liści zaniża czas trwania wilgotności liści o pięć minut.

Przedstawione powyżej dane stanowią przekonujący argument, że nowy dielektryczny czujnik wilgotności liści zapewni dokładniejsze wyniki niż niepomalowany lub pomalowany i nieskalibrowany czujnik wilgotności liści z siatką rezystancyjną, bez żadnych kłopotów związanych z malowaniem i wypalaniem lub indywidualną kalibracją.

Pytania?

Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.

Porozmawiaj z ekspertem

Poproś o wycenę

Referencje

Gillespie, T. J., i R-X. Duan. "Porównanie cylindrycznych i płaskich czujników do pomiaru czasu trwania wilgotności powierzchni". Agricultural and Forest Meteorology 40, nr 1 (1987): 61-70. Link do artykułu.

Lau, Yewah F., Mark L. Gleason, Narjess Zriba, S. Elwynn Taylor i Paul N. Hinz. "Wpływ powłoki, kąta rozmieszczenia i orientacji kompasu na działanie elektronicznych czujników wilgotności w okresach rosy". Plant Disease 84, nr 2 (2000): 192-197. Link do artykułu (otwarty dostęp).

Sentelhas, P. C., J. E. B. A. Monteiro i T. J. Gillespie. "Elektroniczny czujnik czasu trwania wilgotności liści: dlaczego należy go malować". International Journal of Biometeorology 48, no. 4 (2004): 202-205. Link do artykułu.

Uzyskaj poradę eksperta

Chcesz dowiedzieć się więcej o pomiarze wilgotności liści w swoim unikalnym zastosowaniu? Naukowcy METER mają ponad 100-letnie doświadczenie w pomaganiu badaczom w kontinuum gleba-roślina-atmosfera. Porozmawiaj z ekspertem