Dlaczego moja rezystywność termiczna jest tak wysoka?
Cząstki gleby mają szeroki zakres rezystywności (~15 do 700 °C-cm/W), podczas gdy woda (172 °C-cm/W) i powietrze (~4000 °C-cm/W) mają bardziej skończone wartości. Cząstki gleby, woda i mieszanina powietrza, które tworzą charakterystykę gleby, mają duży wpływ na oporność cieplną. Zwiększenie wilgotności gleby zazwyczaj zmniejsza jej oporność cieplną. Z drugiej strony, im więcej powietrza w mieszaninie gleby z powietrzem i wodą, tym wyższa rezystywność. Powietrze w porach gleby jest częścią naturalnego składu gleby, więc nie należy go eliminować z rozważań. Jeśli odczyty oporności cieplnej naturalnej gleby są wysokie z powodu obecności powietrza, warto rozważyć zastosowanie zasypki inżynieryjnej.
Czy małe igły "laboratoryjne" są delikatne?
Wszystkie sondy z podgrzewaną igłą mają wewnętrzną grzałkę i czujnik temperatury, który jest wypełniony żywicą epoksydową, ale wytrzymałość igły tkwi w "rurce" ze stali nierdzewnej. Wymuszenie igły może spowodować jej wygięcie, co może uszkodzić obwody w czujniku. W przypadku twardego podłoża możliwe jest użycie kołka prowadzącego lub wiertła do wykonania małego otworu pilotażowego. W takim przypadku należy upewnić się, że igła jest dobrze dopasowana. Jeśli nie, należy wykonać nowy otwór lub użyć smaru termicznego do wypełnienia szczelin powietrznych.
Czy strona TEMPOS firmy METER spełnia wymagania normy IEEE lub ASTM?
Sonda TEMPOS jest klasyfikowana jako sonda "laboratoryjna" w rozumieniu standardu IEEE 442. Jednak wiele się zmieniło od czasu napisania standardu IEEE w 1981 roku. Standard IEEE jest obecnie zmieniany, a mniejsze igły "laboratoryjne" są rozważane do pracy w terenie. O ile możliwy jest dostęp do gleby będącej przedmiotem zainteresowania, a użytkownik przestrzega środków ostrożności dotyczących pomiarów w terenie, sonda "laboratoryjna" może być w rzeczywistości dokładniejsza niż duża sonda terenowa. (Innymi słowy, nawet jeśli igła TEMPOS ma rozmiar sondy laboratoryjnej, można jej używać w terenie z dobrymi wynikami).
Uwaga: Norma ASTM nie wymaga określonych długości igieł do konkretnych zastosowań.
Czy obliczenia oporności cieplnej są trudne do wykonania?
Obliczenia matematyczne do obliczania rezystywności cieplnej gleby nie są zbyt skomplikowane, ale wykonywanie jakichkolwiek obliczeń ręcznie może prowadzić do błędów. Większość dostępnych na rynku przyrządów z podgrzewaną igłą wykonuje wszystkie obliczenia i podaje wartość rezystywności. To samo można powiedzieć o pomiarach zawartości wody w glebie.
Czy mogę przetestować zamarzniętą glebę za pomocą techniki podgrzewanej igły?
Zamarzniętą glebę można badać za pomocą podgrzewanej igły, o ile temperatura mieści się w zakresie specyfikacji przyrządu. Nie należy próbować mierzyć oporności cieplnej gleby tuż po zamarznięciu, ponieważ zmiana fazy unieważnia pomiar.
Jaki jest największy rozmiar ziarna, jaki mogę przetestować za pomocą małej podgrzewanej igły?
Mała (~100 mm długości, ~2,5 mm średnicy) podgrzewana igła może badać ziarna gleby do około 2 mm. W tym momencie szczeliny powietrzne zaczynają zapewniać większy opór cieplny niż sama gleba. Smar termiczny i dłuższy czas odczytu mogą pomóc przezwyciężyć błąd spowodowany przez szczeliny powietrzne. Nie należy jednak ignorować szczelin powietrznych w glebie, ponieważ metoda źródła ciepła linii, na której opiera się konstrukcja podgrzewanej igły, naśladuje rozpraszanie ciepła przez podziemny kabel zasilający. Jeśli w glebie znajdują się szczeliny powietrzne, wpłynie to na przepływ ciepła z kabla zasilającego.
Jak długo muszę czekać pomiędzy odczytami?
Traktuj każdy odczyt jak nowy test. Przed dokonaniem odczytu należy odczekać od 2 do 5 minut. W przypadku wykonywania wielu odczytów niektórzy użytkownicy stwierdzili, że korzystne jest użycie kilku igieł (odpowiednio rozmieszczonych), przesuwając kontroler od czujnika do czujnika.
Jak długo należy odczekać po wkłuciu igły, aby rozpocząć odczyt?
2 do 5 minut. Odpowiedź ta zależy jednak w dużej mierze od rozmiaru igły i różnicy temperatur między glebą/materiałem a igłą. Igły są zwykle wykonane ze stali nierdzewnej, a zatem mają wysoką przewodność cieplną i mogą bardzo szybko osiągnąć równowagę temperaturową z otoczeniem. Jednak dryft temperatury (inny niż nagrzewanie igły) podczas odczytu może powodować błędy. Najlepiej jest zachować bezpieczeństwo i odczekać 5 minut, aby upewnić się, że igła i próbka są w równowadze.
Czy mogę wykonywać pomiary w terenie za pomocą małej igły (np. o długości 100 mm)?
Małe sondy "laboratoryjne" mogą być używane w terenie, o ile gleba będąca przedmiotem zainteresowania jest dostępna. Traktuj to tak samo, jak pobranie próbki gleby i zabranie jej do laboratorium. Zaleca się wielokrotne pomiary w celu sprawdzenia zmienności w całej próbce będącej przedmiotem zainteresowania.
Jak mogę uzyskać dostęp do interesującej mnie gleby?
Dwa podstawowe sposoby uzyskania dostępu do gleby do badań to pobranie próbek rdzenia wiertniczego lub wykopanie dołu testowego. Próbki rdzeniowe pobrane z głębokości zainteresowania mogą być testowane na miejscu lub wysłane do laboratorium. Wykop testowy pozwala na przeprowadzenie testów w terenie lub pobranie próbek do wysłania do laboratorium. Dobrym pomysłem jest również obserwacja gleby, aby poszukać warstw i niespójności w glebie. Należy pamiętać, że testy terenowe nie dają pełnego obrazu oporności cieplnej gleby, tak jak testy laboratoryjne.
Jaka jest różnica między sondą "terenową" a sondą "laboratoryjną"?
W niektórych standardach sondy terenowe zostały opracowane i zaprojektowane do pomiaru rezystywności termicznej dużej reprezentatywnej próbki gleby. Sondy polowe to duże igły (~ 1 metr długości), które wydzielają dużo ciepła. Niestety, ich rozdzielczość temperaturowa jest raczej słaba. Dlatego pomiar wymaga dużej mocy i czasu, aby wytworzyć wystarczającą zmianę temperatury, aby uzyskać dokładne wyniki. Igły typu "laboratoryjnego" mają niesamowitą rozdzielczość temperaturową (0,0001 °C) i przy kilku 5-minutowych pomiarach mogą dokładnie scharakteryzować rezystywność termiczną większości gleb. Małe igły wymagają również znacznie mniej energii (4 baterie AA) niż sonda terenowa. Należy pamiętać, że pomiary terenowe podają jedynie oporność cieplną gleby przy jej aktualnej wilgotności. Aby uzyskać pełny obraz oporności cieplnej gleby, konieczne jest przeprowadzenie testów laboratoryjnych.
Jakie jest twoje doświadczenie w opracowywaniu czujników wilgotności gleby dla łazika Phoenix JPL NASA? Dlaczego czujnik rejestrował również przewodność cieplną? Czy były jakieś interesujące wyniki?
Nie każ nam zaczynać! Ogólnie doświadczenie było świetne. Zespół, z którym pracowaliśmy w JPL, to naprawdę dobrzy naukowcy i inżynierowie. Pomiary właściwości termicznych miały stanowić podstawę dla zdalnie mierzonych danych dotyczących właściwości termicznych regolitu, które są kluczowe dla zrozumienia głębokości penetracji ciepła słonecznego. Wszystkie funkcje pomiarowe TECP działały dobrze, a projekt jest uważany za bardzo udany. Być może najważniejszym odkryciem była migracja wody w fazie parowej do regolitu, gdy regolit ochładzał się wraz ze zbliżającą się marsjańską zimą. Wzrost przenikalności dielektrycznej zmierzony przez TECP był znacznie większy niż oczekiwano, prawdopodobnie z powodu interakcji wody z solami nadchloranowymi w fazie niezamrożonej. Jakiś czas temu nagraliśmy film z głównym badaczem JPL. Można go obejrzeć tutaj.
Jaka jest optymalna wielkość próby do wykorzystania z TEMPOS?
Istnieje kilka zmiennych, które należy wziąć pod uwagę, aby upewnić się, że wielkość próbki jest prawidłowa. Przeczytaj tę notę aplikacyjną, aby określić idealną wielkość próbki dla danego zastosowania.