CONTRIBUINTES

Por que a instalação é tudo

Se você deseja obter dados precisos, a instalação correta do sensor deve ser sua prioridade número um. Ao medir no solo, as variações naturais de densidade podem resultar em uma perda de precisão de 2 a 3%, mas a má instalação pode causar uma perda de precisão superior a 10%. A instalação correta do sensor é a base para os dados que você coleta. Se você tiver uma base ruim, a interpretação dos dados será difícil. Neste artigo, obtenha dicas privilegiadas sobre como instalar sensores de umidade do solo de forma mais rápida, melhor e com maior precisão. Aprenda:

• O que deve ser observado ao instalar sensores
• Como são os problemas de instalação em seus dados
• Prioridades de instalação para sensores de umidade do solo
• Como o METER está avançando na ciência da instalação para obter dados de maior qualidade

Entenda seus sensores

Para entender por que a má instalação do sensor tem um enorme impacto na qualidade dos seus dados, é preciso entender como funcionam os sensores de umidade do solo.

Os sensores de umidade do solo (sensores de conteúdo de água) medem o conteúdo volumétrico de água. O conteúdo volumétrico de água (VWC) é o volume de água dividido pelo volume de solo (Equação 1), que fornece a porcentagem de água em uma amostra de solo.

Assim, por exemplo, se um volume de solo (Figura 1) fosse composto dos seguintes constituintes: 50% de minerais do solo, 35% de água e 15% de ar, esse solo teria um conteúdo volumétrico de água de 35%.

Por que os sensores de capacitância funcionam

Todos os sensores de umidade do solo METER usam um método indireto chamado tecnologia de capacitância para medir o VWC. "Indireto" significa que um parâmetro relacionado ao VWC é medido, e uma calibração é usada para converter esse valor em VWC. Em termos simples, a tecnologia de capacitância usa dois eletrodos de metal (sondas ou agulhas) para medir a capacidade de armazenamento de carga (ou permissividade dielétrica aparente) do que estiver entre eles.

A Tabela 1 ilustra que cada constituinte comum do solo tem uma capacidade diferente de armazenamento de carga. No solo, o volume da maioria desses constituintes permanece constante ao longo do tempo, mas o volume de ar e água flutua.

Tabela 1. Capacidade de armazenamento de carga (permissividade dielétrica aparente) de constituintes comuns do solo

Como o ar não armazena quase nenhuma carga e a água armazena uma grande carga, é possível medir a mudança na capacidade de armazenamento de carga de um solo e relacioná-la à quantidade de água (ou VWC) nesse solo. (Para obter uma explicação mais detalhada da tecnologia de capacitância, assista ao vídeo Soil Moisture 201).

O volume de influência afeta os dados

O volume de influência (Figura 3) é a área do solo medida pelo campo eletromagnético emitido pelas agulhas do sensor. A Figura 2 (acima) mostra uma aproximação da força relativa do campo eletromagnético. Observe que a maior parte da sensibilidade do sensor está dentro de alguns milímetros das agulhas da sonda. Qualquer coisa dentro desse campo eletromagnético afetará a saída do sensor; no entanto, a porcentagem de água próxima às agulhas tem uma influência maior sobre a resposta do sensor do que a área mais distante das agulhas.

Evite a todo custo as lacunas de ar

Como o volume de influência nos sensores dielétricos de umidade do solo (tipos TDR, FDR e capacitância) é o mais sensível próximo à agulha, evitar espaços de ar com bom contato entre o solo e o sensor é essencial para obter dados de qualidade sobre a umidade do solo. Além disso, é importante gerar a menor quantidade possível de perturbação do solo durante uma instalação para obter uma medição representativa. A instalação de sensores em solo perturbado (uma pilha de solo retirada de um buraco, por exemplo) raramente é uma boa ideia, mas é um erro comum cometido por pesquisadores inexperientes.

Leia "5 maneiras pelas quais a perturbação do local afeta os dados"

Como são as lacunas de ar em seus dados

Cenário 1: Lacunas de ar em solos úmidos

A Figura 4 é um exemplo de uma boa instalação. É um conjunto de dados de um campo de arroz que mostra três sensores diferentes de umidade do solo instalados a cerca de 7,5 cm no solo.

No eixo y está o conteúdo volumétrico de água em porcentagem, e no eixo x está o número de dias. O traço preto sólido é o local onde o campo de arroz era continuamente inundado. O traço cinza sólido mostra onde o pesquisador estava secando o solo até 35% do VWC. E o traço pontilhado ilustra a secagem até 25% de VWC. Observe que, a princípio, a variabilidade de sensor para sensor está dentro de aproximadamente 1%. Isso é o que você deseja ver para as mesmas condições de água no mesmo tipo de solo.

No entanto, esse pesquisador notou que, durante as inundações posteriores, o nível de saturação dos tratamentos era muito mais alto do que no início. Por quê? Esses sensores foram instalados em vertisols de argila com alta capacidade de encolhimento e inchaço. Nesse tipo de solo, grandes rachaduras podem se abrir à medida que o solo seca. Quando os solos se abrem e criam um espaço para que mais água fique próxima às agulhas, a leitura será mais alta porque a água tem um dielétrico de 80, muito mais alto que o do solo. Esse também é um bom exemplo do que acontece quando uma instalação ruim do sensor deixa espaços de ar no solo na extremidade saturada.

Cenário 2: Lacunas de ar em solos secos

A Figura 5 mostra uma série temporal de uma instalação próxima à superfície em um solo de substrato grosso e altamente poroso em Nevada, que fica muito seco.

O traço azul escuro mostra os sensores instalados embaixo da planta, e os traços azuis claros são os sensores instalados mais longe das plantas. A Figura 5 mostra como é um bom conjunto de dados sem problemas de instalação em um solo seco.

A Figura 6, uma série temporal de um local próximo com o mesmo projeto experimental, ilustra uma história diferente. Observe a grande diferença entre o que está acontecendo embaixo da planta e o que está acontecendo longe da planta. Esse é um sinal de alerta de que algo está errado. Em alguns pontos, o VWC está caindo abaixo de 0%, que, por definição, é o nível mais baixo que os solos podem atingir. Mas lembre-se, o ar tem um dielétrico menor do que o do solo. Portanto, isso provavelmente significa que os sensores estão sofrendo alguma influência do ar. Poderia ser um problema de calibração, mas é menos provável porque os mesmos sensores instalados nas proximidades estão funcionando de forma ligeiramente diferente. Portanto, esses dados são indicativos de um espaço de ar próximo às agulhas do sensor, de um sensor muito próximo à superfície que está emitindo seu campo eletromagnético no ar ou de que um sensor foi perturbado.

Como instalar corretamente os sensores de umidade do solo

A obtenção de dados de alta qualidade começa antes da instalação propriamente dita. Abaixo estão alguns erros comuns que as pessoas cometem ao projetar um estudo que lhes custam tempo e dinheiro e podem impedir que seus dados sejam utilizáveis.

• Caracterização do local: Não se sabe o suficiente sobre o local, sua variabilidade ou outros fatores ambientais influentes que orientam a interpretação dos dados
• Localização do sensor: Os sensores são instalados em um local que não atende aos objetivos do estudo (ou seja, em solos, tanto a localização geográfica dos sensores quanto a localização no perfil do solo devem ser aplicáveis à questão da pesquisa)
• Instalação do sensor: Os sensores não estão instalados corretamente, causando leituras imprecisas
• Coleta de dados: Os sensores e o registrador não são protegidos, e os dados não são verificados regularmente para manter um registro de dados contínuo e preciso
• Divulgação de dados: Os dados não podem ser compreendidos ou replicados por outros cientistas

Considere essas questões ao projetar um estudo e use as práticas recomendadas a seguir para evitar problemas futuros.

A preparação para a pré-instalação economiza tempo e dinheiro

Antes de ir para o campo, configure alguns sensores no laboratório e faça leituras em diferentes tipos de solo. Isso proporciona uma sólida compreensão dos valores de umidade do solo que podem ser esperados em diferentes cenários. Além disso, ajuda a entender a instalação correta, quanto tempo pode levar uma instalação, quais ferramentas serão necessárias e quaisquer problemas, como um sensor que possa estar lendo incorretamente. Prepare uma caixa de ferramentas dedicada à instalação com ferramentas importantes, como abraçadeiras, alicates, marcadores, lanternas e baterias. Isso economiza horas de idas e vindas ao local.

Se estiver usando um registrador de dados que precise de programação, aprenda a linguagem de programação com duas semanas de antecedência para garantir que você entenda como escrever programas para o registrador. Mesmo um registrador de dados plug-and-play, cloud , como o ZL6 precisa de trabalho de preparação, como garantir que o local da pesquisa esteja ao alcance de uma torre de celular.

Metadados: a chave para o insight

Quanto mais metadados forem registrados no local de pesquisa, melhor será a compreensão dos dados. Rotule cada sensor com o tipo de sensor, a profundidade de instalação e qualquer outra informação importante. Se estiver instalando centenas de sensores, é possível comprar um dispositivo de etiquetagem eletrônica para colocar códigos de barras nos sensores, mas fita adesiva e um marcador permanente também funcionam. Coloque as etiquetas dentro do registrador de dados para protegê-lo das intempéries.

O ZL6 registra automaticamente metadados importantes, como localização GPS, pressão barométrica e número de série do sensor, e os salva no site cloud. ZENTRA Cloud O Data Logger também permite registrar metadados inseridos pelo usuário, como tipo de solo, densidade do solo, tipos de cobertura, intervalo de medição, dados brutos e tipo de calibração usada, profundidade do sensor, notas sobre o motivo da escolha do local etc. Essas informações serão importantes na hora da publicação, e colocá-las em um local compartilhado, baseado no site cloud, como ZENTRA Cloud , poupará dores de cabeça.

Faça o download gratuito de uma planilha de caracterização do local

Além disso, as medições auxiliares, como a temperatura do solo ou o monitoramento do microclima, podem ser outra fonte de metadados. Uma estação meteorológica multifuncional, como a ATMOS 41, registra automaticamente os eventos climáticos e pode ser uma forma importante de avaliar ou verificar a umidade do solo, o potencial hídrico ou outros dados.

O contato do solo com o sensor é o fator mais importante

A Figura 7 é uma ilustração de sensores instalados corretamente (olhando para um furo de sondagem) em um perfil de solo com bom contato entre o solo e o sensor.

O contato entre o solo e o sensor é a coisa mais importante a ser lembrada para obter bons dados de umidade do solo porque, como mencionado, os primeiros milímetros próximos à sonda têm a maior influência na leitura.

A instalação de um furo de sondagem realizada com um pequeno trado manual e a sonda METER TEROS Borehole Installation Tool cria um furo de apenas 10 cm de diâmetro - apenas 2 a 3% da área de uma trincheira. Como a escala de perturbação do local é minimizada, menos macroporos, raízes e plantas são perturbados, e o local pode retornar ao seu estado natural muito mais rapidamente. E quando a ferramenta de instalação é usada dentro de um pequeno furo de sondagem, o bom contato entre o solo e o sensor é garantido, mesmo em solos duros. Um furo de sondagem pequeno facilita muito a separação das camadas do horizonte e o reempacotamento para a densidade correta do solo, pois há menos solo para separar.

Proteção de cabos é sinônimo de tranquilidade

A Figura 7 também mostra cabos de sensores que são agrupados, enterrados e revestidos em conduítes. Proteger os sensores a todo custo é fundamental para um estudo. É importante embainhar os cabos dos sensores expostos dentro de um tubo de PVC, feixe de fios ou conduíte elétrico flexível e passá-los até a coluna do data logger por aproximadamente 60 cm (2 pés). Isso evitará danos causados por roedores, tratores ou pás. Amarre os cabos cuidadosamente ao poste com abraçadeiras resistentes a UV, de modo que fiquem bem presos, mas não puxando contra o data logger (certifique-se de que haja algum alívio de tensão).

Verifique antes de enterrar

Após a instalação do sensor, mas antes de fechar o furo do trado ou a vala, verifique os sensores com um ZSC, uma pequena ferramenta que permite leituras instantâneas em seu smartphone para garantir que a leitura do sensor seja precisa. Será doloroso desenterrar um sensor mais tarde, depois de coletar dados ruins durante uma temporada.

Com o tempo, verifique os dados com a maior frequência possível para solucionar problemas e evitar problemas que possam ser prejudiciais ao seu projeto de pesquisa. ZENTRA Cloud e o ZL6 permitem que você solucione problemas e faça gráficos dos dados com frequência diária. Apenas dois ou três minutos dedicados à identificação de tendências ou à descoberta de erros podem economizar semanas de dados perdidos. Você pode até mesmo configurar alertas do ZENTRA Cloud para enviar notificações quando algo não estiver certo.

O que evitar ao instalar

A Figura 10 é uma ilustração do que NÃO fazer em uma instalação de sensor.

Esses são sensores instalados em um furo de 10 cm em um solo rochoso, onde os sensores foram inseridos manualmente. Nesse caso, o pesquisador teve dificuldade em empurrar o sensor inferior direito para dentro, de modo que há um espaço de ar de 2 cm (quase uma polegada). Isso definitivamente afetará a qualidade dos dados. Ele tentou mover o sensor para diferentes lugares e sempre batia em uma pedra. No final, ele colocou terra ao redor do sensor, o que não é uma situação ideal, mas, nesse caso, foi o melhor que pôde fazer.

Assista a uma boa instalação do sensor

O vídeo a seguir mostra as práticas recomendadas de instalação dos sensores de umidade do soloTEROS .

ZENTRA sistema - dados de maior qualidade com menos esforço

Criamos o sistema ZENTRA para reduzir o tempo e o esforço necessários para obter dados de boa qualidade sobre a umidade do solo. O ZENTRA é um sistema completo de sensores, registradores e software que são facilmente implantados, exigem pouca manutenção e colocam dados quase em tempo real na ponta dos dedos para que você possa publicar mais e trabalhar menos. Veja como:

Ferramenta de instalação: instalação melhor e mais rápida

Um bom contato entre o solo e o sensor, sem espaços de ar, exige que os sensores sejam empurrados diretamente para a parede lateral, sem se moverem. A METER torna isso muito mais fácil com a ferramenta de instalação de furos de sondagem. A ferramenta utiliza a vantagem mecânica para inserir os sensores de umidade do soloTEROS diretamente na parede lateral, mesmo em solos difíceis, para obter o máximo contato entre o solo e o sensor em muito menos tempo.

O ZSC simplifica o fluxo de trabalho de instalação

Durante a instalação de sensores, a nova interface de sensor BluetoothZSC permite monitorar a leitura de um sensor à medida que ele é instalado.

Ele fornece leituras sem fio e em tempo real via Bluetooth em seu smartphone. Os valores de leitura são exibidos no site ZENTRA Utility Mobile para ajudá-lo a detectar problemas de instalação (mau contato do sensor com o solo, bolsas de ar, pedras etc.) antes de reaterrar o buraco ou a vala.

O ZSC também resolve os problemas de SDI-12. Você pode usar o ZSC para descobrir exatamente onde estão os sensores problemáticos. Além disso, o ZSC permite que o usuário atribua endereços SDI-12 a sensores digitais para facilitar a programação SDI-12.

ZENTRA Cloud solução de problemas de velocidade

ZENTRA Cloud funciona com o data loggerZL6 para permitir que você gerencie seus data loggers, corrija erros de configuração e reconfigure sensores remotamente, no conforto do seu escritório, eliminando visitas de campo desnecessárias e perda de tempo.

Você pode até mesmo usar o ZENTRA Cloud para garantir que o técnico tenha concluído corretamente todas as tarefas de campo necessárias. Se um aluno de graduação sair do seu programa, você não precisará mais se preocupar se os dados irão com ele. ZENTRA Cloud oferece um local simples para que todos os dados sejam armazenados durante a duração da pesquisa.

O ZL6 registra automaticamente metadados importantes, como tipo de sensor, número de série, versão do firmware e local do registrador, e os salva no cloud. Esses metadados, juntamente com os metadados inseridos pelo usuário, como profundidade e altura do sensor, tornam-se partes permanentes do seu registro de dados, que nunca serão perdidos. Além disso, os dados em tempo real do cloud facilitam o compartilhamento de dados com diversas partes interessadas.

TEROS sensores eliminam barreiras de precisão

Criamos a nova linha de sensores TEROS como parte do sistema ZENTRA para eliminar barreiras à boa precisão, como inconsistência na instalação, variabilidade de sensor para sensor e verificação do sensor.

TEROS Os sensores de umidade do solo trabalham em conjunto com todo o sistema ZENTRA para ir além de seus antecessores e otimizar a precisão não apenas do sensor, mas de todo o conjunto de dados. Eles combinam instalação consistente e perfeita com uma ferramenta de instalação, construção extremamente robusta, variabilidade mínima de sensor para sensor, um grande volume de influência, um padrão de verificação e registro de dados avançado para oferecer o melhor desempenho, precisão, facilidade de uso e confiabilidade a um preço acessível.

Tabela 1. TEROS comparação de sensores

Assista ao vídeo abaixo para ver o especialista em umidade do solo Leo Rivera explicar em detalhes por que passamos 20 anos criando a nova linha de sensores de teor de água TEROS .

Obtenha mais por menos

A linha de sensoresTEROS aproveita os avanços nas técnicas de calibração, uma ferramenta de instalação e melhores matérias-primas para produzir sensores mais duráveis, precisos, mais fáceis e mais rápidos de instalar, mais consistentes e vinculados a um sistema poderoso e intuitivo de registro e visualização de dados quase em tempo real chamado ZENTRA Cloud.

Veja todos os sensores do site TEROS

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