Para avaliar o desempenho de qualquer sensor de teor de água, é preciso primeiro entender sua tecnologia. Para fazer isso, é necessário entender como o conteúdo volumétrico de água (VWC) é medido. O conteúdo volumétrico de água 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%.
A porcentagem de água em massa(wm) pode ser medido diretamente usando o método gravimétrico, que envolve a subtração da massa do solo seco em estufa(md) da massa de solo úmido (obtendo-se a massa de água, mw) e dividindo por md (Equação 2).
O conteúdo gravimétrico de água resultante pode ser convertido em volumétrico multiplicando-se pela densidade aparente seca do solo(⍴b) (Equação 3).
O conteúdo volumétrico de água também pode ser medido indiretamente, ou seja, um parâmetro relacionado ao VWC é medido e uma calibração é usada para converter esse valor em VWC. Todos os sensores de umidade do solo METER usam um método indireto chamado tecnologia de capacitância. 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 permanecerá constante ao longo do tempo, mas o volume de ar e água flutuará.
| Material | Permissividade dielétrica aparente |
|---|---|
| Ar | 1 |
| Minerais do solo | 3 - 16 |
| Matéria orgânica | 2 - 5 |
| Gelo | 5 |
| Água | 80 |
Como o ar quase não armazena 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 a Umidade do solo 201).
Quando a tecnologia de capacitância foi usada pela primeira vez para medir a umidade do solo na década de 1970, os cientistas logo perceberam que a rapidez com que o campo eletromagnético era carregado e descarregado era fundamental para o sucesso. As baixas frequências causavam grandes efeitos de salinidade do solo nas leituras. Com o passar do tempo, essa nova compreensão, combinada com os avanços na velocidade da eletrônica, permitiu que a abordagem original da capacitância fosse ajustada para o sucesso. Os sensores de capacitância modernos, como os sensores METER, usam altas frequências (70 MHz) para minimizar os efeitos da salinidade do solo nas leituras.
O circuito dos sensores de capacitância pode ser projetado para resolver mudanças extremamente pequenas no conteúdo volumétrico de água, tanto que a NASA usou a tecnologia de capacitância da METER para medir o conteúdo de água em Marte. Os sensores de umidade do solo de capacitância são fáceis de instalar e tendem a exigir pouca energia. Eles podem durar anos no campo, alimentados por uma pequena bateria em um registrador de dados.
Os sensores de umidade do solo TEROS e ECH2Ousam a mesma tecnologia confiável de capacitância de alta frequência (70 MHz), publicada em milhares de artigos revisados por pares. A Figura 3 mostra os dados de calibração do ECH2O5TE e do TEROS 12.
A nova linhaTEROS , no entanto, 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 (Figura 4).
Aqui estão algumas das mudanças que você verá na nova linha de sensores de teor de água TEROS :
Variabilidade mínima de sensor para sensor: os sensoresTEROS 11/12 usam um procedimento de calibração completamente novo que maximiza a precisão e minimiza a variabilidade de sensor para sensor, mantendo o custo do sensor razoável. Portanto, você pode ter certeza de que cada sensor que instalar terá uma leitura exatamente igual à do sensor seguinte.
Grande volume de influência: Os sensores TEROS 11/12 fornecem um volume de influência de um litro (em comparação com os 200 mL típicos da maioria dos sensores).
Desempenho confiável e de longa duração do sensor: As agulhas de aço inoxidável de alta qualidade, com afiação aprimorada, deslizam facilmente até mesmo em solos endurecidos, e um preenchimento de epóxi durável significa que o sensor dura até 10 anos no campo. No TEROS 12, posicionamos um sensor de temperatura perfeitamente dentro da agulha central para que as agulhas sejam robustas, mas extremamente sensíveis às mudanças de temperatura do solo.
Redução do erro de instalação: O novo TEROS Borehole Installation Tool O novo sensor de nível de água é à prova de erros de instalação e proporciona uma inserção consistente e perfeita em qualquer tipo de solo (até mesmo em argila dura), minimizando a perturbação do local. Os sensores são instalados perfeitamente perpendiculares à parede lateral com pressão uniforme e, em seguida, são liberados suavemente para evitar espaços de ar.
Padrão de verificação: a repetibilidade do sensor TEROS pode ser verificada com um padrão de verificação de precisão. Nenhum outro sensor de umidade do solo tem essa capacidade. Basta deslizar o clipe de verificação em um sensor e conectá-lo a um registrador. Se a leitura estiver dentro da faixa correta, seu sensor está pronto para funcionar.
Coleta de dados perfeita: Para uma coleta de dados fácil e confiável, combine os sensores TEROS com o novo ZL6onde todos os dados são fornecidos em tempo quase real por meio do cloud.
Criamos a nova linha de sensores TEROS para eliminar as barreiras à boa precisão, como inconsistência na instalação, variabilidade de sensor para sensor e verificação do sensor. Os sensores de umidade do soloTEROS usam a mesma tecnologia confiável do ECH2O, mas vão além da linha ECH2Opara otimizar a precisão de todo o conjunto de dados. Eles combinam instalação consistente e impecável, construção extremamente robusta, variabilidade mínima de sensor para sensor, um grande volume de influência e registro avançado de dados para oferecer o melhor desempenho, precisão, facilidade de uso e confiabilidade a um preço acessível.
Deseja mais detalhes? No vídeo abaixo, o especialista em umidade do solo Leo Rivera explica por que passamos 20 anos criando a nova linha de sensores TEROS .
Veja como a tecnologia de capacitância e os sensores METER melhoraram e avançaram ao longo do tempo.
| Ano | Sensor | Histórico de desenvolvimento |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | Em 1999, os sistemas de medição da umidade do solo eram caros. Um estudante da WSU imaginou um sensor conectado de baixo custo e baixa potência que os produtores poderiam usar para gerenciar a irrigação. Ele pediu ao Dr. Gaylon S. Campbell que desenvolvesse a tecnologia, e o sensor resultante mediu a capacitância do solo a 6 MHz, dando início a uma classe totalmente nova de tecnologia de sensoriamento de umidade do solo acessível. O circuito sobremoldado da sonda ECH2Oe os eletrodos selados em material de placa de circuito tornaram sua fabricação barata e permitiram que ela fosse enterrada no solo. A experiência mostrou que o sensor funcionava bem em solos naturais com baixa salinidade, mas perdia a precisão em níveis de salinidade médios e altos. |
| 2002 | ECH2O10 | Recebemos muitas solicitações para encurtar o ECH2O, especialmente de produtores de estufas, que queriam um sensor curto o suficiente para ser inserido em seus recipientes de envasamento. O novo ECH2O10 foi útil nessas novas aplicações, mas os desafios com a água de irrigação rica em nutrientes usada em estufas e viveiros levaram nossos cientistas a encontrar maneiras de minimizar a influência da condutividade elétrica. |
| 2005 | EC-5 | Em 2003, começamos a fazer experimentos com frequências de medição mais altas, finalmente chegando a 70 MHz, o que minimizou a sensibilidade à salinidade e melhorou o desempenho geral do sensor, tornando o novo EC-5 preciso em praticamente qualquer solo ou meio sem solo. Os pinos facilitaram muito a instalação, e a combinação de baixo custo do sensor e consumo mínimo de energia o tornou ideal para uso em grandes redes. Ele se tornou um de nossos sensores de teor de água mais populares. |
| 2007 | ECH2O TE | Assim que o EC-5 foi lançado, recebemos uma enxurrada de solicitações para adicionar temperatura e condutividade elétrica (CE) ao sensor de produtores que usam a CE do solo ou de meios sem solo como substituto dos nutrientes disponíveis para a planta. Criamos o ECH2OTE, que mede a CE com eletrodos de ouro na superfície do material da placa de circuito. |
| 2007 | ECH2O TM | Logo após o lançamento do ECH2OTE, desenvolvemos um sensor complementar, o ECH2OTM, que mede apenas o teor de água e a temperatura. Esse foi um sensor importante para muitas aplicações de pesquisa, já que a temperatura do solo é frequentemente combinada com o teor de água durante a medição em um perfil de solo. |
| 2008 | 10HS | Apesar da popularidade do EC-5, alguns clientes sentiram falta do comprimento dos sensores ECH2O10 e 20, que foram aposentados. O 10HS foi introduzido com pinos de 10 cm para aumentar sua esfera de influência e incluir mais volume de solo na medição do VWC (1,3 litros em comparação com o EC-5 , que media 0,24 litros). |
| 2009 | 5TE | Embora o ECH2OTE medisse a CE com precisão, pequenos furos no circuito de medição de ouro permitiam que a água atingisse o cobre por baixo e corroesse a superfície. O 5TE trocou a longa superfície de ouro por pequenos eletrodos de parafuso de aço inoxidável que seriam imunes à corrosão e poderiam durar vários anos no solo. |
| 2010 | 5TM | O 5TM foi introduzido como um complemento do 5TE para que ambos pudessem ser atualizados para o novo design mais robusto. |
| 2012 | GS3 | Em 2013, combinamos agulhas de aço com um processo de sobremoldagem de epóxi, aumentando a vida útil do sensor. Automatizamos o processo de sobremoldagem de epóxi, tornando o robusto sensor GS3 extremamente acessível. As agulhas de aço deram a esse sensor uma área de superfície estendida para otimizar as medições de CE e, ao mesmo tempo, minimizar a perturbação do substrato durante a inserção. A temperatura foi medida com um termistor integrado, e a condutividade elétrica foi medida usando uma matriz de eletrodos de aço inoxidável. |
| 2014 | GS1 | Nossos clientes de agricultura comercial queriam um sensor de teor de água sem frescuras e à prova de balas, com um grande volume de influência que pudesse medir em ambientes adversos. Assim, depois de fazer avanços no processo de sobremoldagem de epóxi, projetamos um invólucro rígido e o preenchemos com epóxi, apresentando nosso sensor volumétrico de teor de água mais robusto. |
| Hoje | TEROS Série | A nova linha TEROS de sensores de umidade do solo combina a tecnologia de capacitância de alta frequência bem conhecida da METER com um formato ultrarresistente, uma ferramenta de instalação e um novo procedimento de calibração para oferecer nosso sensor mais preciso e fácil de usar com uma excelente relação preço/desempenho (consulte a Figura 4). |
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Seis vídeos curtos ensinam tudo o que você precisa saber sobre o conteúdo de água do solo e o potencial de água do solo - e por que você deve medi-los juntos. Além disso, domine os conceitos básicos da condutividade hidráulica do solo.
Nossos cientistas têm décadas de experiência em ajudar pesquisadores e produtores a medir o contínuo solo-planta-atmosfera.
A programação da irrigação na agricultura e no gramado exige um sensor de umidade do solo que seja preciso, confiável e de baixo custo. Muitos sensores são limitados porque ficam aquém em uma dessas áreas. Até agora.
TEROS são mais duráveis, precisos, mais fáceis e rápidos de instalar, mais consistentes e vinculados a um sistema poderoso e intuitivo de registro e visualização de dados quase em tempo real.
Entre as milhares de publicações revisadas por pares que utilizam os sensores de solo da METER, nenhum tipo emerge como o favorito. Portanto, a escolha do sensor deve se basear em suas necessidades e na aplicação. Use essas considerações para ajudar a identificar o sensor perfeito para sua pesquisa.
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