Por que pintar e calibrar o sensor de umidade das folhas não funciona

Why painting and calibrating your leaf wetness sensor won’t work

Em todos os momentos em que a umidade relativa da superfície do sensor (RHs) estiver acima de 90%, um falso positivo é registrado pelos sensores de umidade das folhas pintadas.

CONTRIBUINTES

Um conjunto significativo de pesquisas realizadas por líderes em pesquisas sobre umidade das folhas e doenças de plantas sugere que você deve pintar e calibrar os sensores de umidade das folhas para obter medições precisas (por exemplo, Gillespie e Duan, 1987; Lau et al., 2000; Sentelhas et al., 2004).

Com o sensor de umidade da folha de grade de resistência padrão, a umidade só é detectada quando as gotas de água são grandes o suficiente para preencher a lacuna entre dois dedos na grade e diminuir a resistência efetiva. Os pesquisadores reconheceram esse fato há muito tempo e tentaram criar métodos que permitissem que os sensores detectassem pequenas gotas de água, típicas do início do orvalho. Os métodos variavam desde a colocação de um pano sobre o sensor até o método padrão atual: pintar a superfície do sensor com tinta látex. Em vez de a água realmente atravessar os traços, a resistência da própria tinta látex muda quando molhada, fazendo com que a saída da sonda seja alterada.

O método de pintura produz falsos positivos

Há, no entanto, uma falha importante nesse método que muitos pesquisadores talvez não conheçam. Para que a tinta látex absorva água e obtenha uma mudança de resistência, ela precisa ser higroscópica por natureza. Como acontece com a maioria dos materiais higroscópicos, a tinta látex é indiferente ao estado em que a água se encontra e absorverá o vapor de água tão prontamente quanto a água líquida. Gillespie e Duan (1987) e Sentelhas et al. (2004) sugeriram que esse efeito pode ser minimizado pelo cozimento da tinta látex para remover alguns dos elementos higroscópicos, tornando o sensor menos sensível ao vapor de água. Entretanto, mesmo esse protocolo especializado não remove totalmente os efeitos do vapor de água.

Coletamos dados de campo com um sensor de umidade foliar de grade de resistência padrão pintado com tinta látex e cozido de acordo com Gillespie e Duan (1987). A temperatura do ar e a umidade relativa (UR) foram medidas ao lado do sensor de umidade das folhas, e a temperatura do próprio sensor de umidade das folhas foi medida com um termopar de fio fino para permitir o cálculo da umidade relativa da superfície do sensor (URs). A Figura 1 mostra o gráfico da resistência do sensor em relação à URs. Com esse sensor específico, a resistência seca é de cerca de 7000 kΩ, e qualquer resistência menor do que esse valor de linha de base geralmente seria considerada como indicação de um sensor úmido. O gráfico mostra claramente que mesmo o sensor cuidadosamente tratado e cozido começa a dar resultados falsos positivos acima de aproximadamente 70% de umidade relativa. Na verdade, a Figura 1 mostra que em todos os momentos em que a UR está acima de 90%, um falso positivo é registrado pela sonda pintada.

A graph showing grid resistance of a painted, baked resistance type leaf wetness sensor as a function of sensor surface relative humidity (RHs)
Figura 1. Resistência da grade de um sensor de umidade foliar do tipo resistência pintada e cozida em função da umidade relativa (URs) da superfície do sensor. Os dados foram coletados durante um período de 60 dias no verão e no outono de 2005. Os períodos durante e após os eventos de chuva e orvalho foram cuidadosamente removidos do conjunto de dados, de modo que qualquer resistência menor que o nível de linha de base de 7000 kΩ são falsos eventos de água líquida.

Alguns pesquisadores combatem os efeitos higroscópicos aparentes na Figura 1 calibrando individualmente cada sensor pintado. Um método comum de calibração é vedar cada sensor em um recipiente isotérmico sobre uma piscina de água e registrar a resistência do sensor em equilíbrio nas condições de 100% de UR resultantes. Esse valor é então considerado como o novo valor de linha de base. Como se pode imaginar, essa é uma atividade tediosa e demorada.

Um novo método elimina a necessidade de pintura ou calibração

Um sensor de umidade das folhas desenvolvido recentemente (PHYTOS 31, METER) usa um método diferente para medir a umidade da superfície. Em vez de medir a resistência entre os dedos da grade de metal, o sensor mede a constante dielétrica da superfície do sensor. Com o método dielétrico, as gotículas não precisam ser grandes o suficiente para atravessar os traços adjacentes, portanto, qualquer quantidade de água líquida na superfície da sonda é medida, independentemente do tamanho da gota. Isso elimina a necessidade de pintar o sensor.

Testes extensivos mostraram que nenhum efeito higroscópico está presente abaixo de aproximadamente 98,5% de UR e que aqueles entre 98,5% e a saturação não são grandes o suficiente para serem registrados como valores falsos positivos. Os sensores dielétricos de umidade da folha também são ajustados individualmente antes de sair da fábrica para que cada sensor faça exatamente a mesma leitura, eliminando assim a necessidade de calibração pelo usuário. As Figuras 2 e 3 mostram dados coletados com um sensor de grade de resistência pintada e um sensor dielétrico de umidade da folha, respectivamente, durante o início de um evento típico de orvalho noturno. A partir da Figura 2, fica evidente que a resposta higroscópica do sensor pintado pode levar a uma superestimativa significativa da duração da umidade das folhas (nesse caso, mais de 1,5 hora) se o sensor não for calibrado individualmente após a pintura. A Figura 3 mostra dados do mesmo evento de orvalho coletados com um sensor dielétrico de umidade das folhas sem pintura ou calibração pelo usuário. O sensor dielétrico de umidade das folhas subestima a duração da umidade das folhas em cinco minutos.

A graph showing grid resistance and surface relative humidity of a painted, baked resistance grid leaf wetness sensor over the onset of evening dew
Figura 2. Resistência da grade e umidade relativa da superfície de um sensor de umidade foliar de grade de resistência pintada e cozida durante o início do orvalho da noite. A linha horizontal tracejada indica a resistência seca do sensor, sendo que qualquer valor inferior a esse limite indica umidade na superfície. A linha vertical sólida indica o momento em que 100% de UR está presente e quando o orvalho começa a se formar na superfície do sensor. A zona cinza entre as linhas verticais tracejadas e sólidas indica o período de tempo em que o sensor de grade indica a presença de água líquida (umidade na superfície), mas não há nenhuma presença.
A graph showing sensor output and surface relative humidity of an out-of-the-box dielectric leaf wetness sensor over the onset of evening dew
Figura 3. Saída do sensor e umidade relativa da superfície de um sensor dielétrico de umidade foliar pronto para uso durante o início do orvalho da noite. A linha horizontal tracejada indica a saída de linha de base seca do sensor, sendo que qualquer valor superior a esse limite indica umidade na superfície. A linha vertical sólida indica o momento em que 100% de UR está presente e quando o orvalho começa a se formar na superfície do sensor. A zona cinza entre as linhas verticais tracejadas e sólidas indica o período de tempo em que o sensor dielétrico indica a presença de água líquida (umidade na superfície), mas não há nenhuma presença.

Os dados apresentados acima são um argumento convincente de que o novo sensor dielétrico de umidade da folha fornecerá resultados mais precisos do que um sensor de umidade da folha de grade de resistência não pintado ou pintado e não calibrado, sem nenhum dos problemas de pintura e cozimento ou calibração individual.

Dúvidas?

Nossos cientistas têm décadas de experiência em ajudar pesquisadores e produtores a medir o contínuo solo-planta-atmosfera.

Fale com um especialista

Solicite uma cotação

Referências

Gillespie, T. J. e R-X. Duan. "A comparison of cylindrical and flat plate sensors for surface wetness duration." Agricultural and Forest Meteorology 40, no. 1 (1987): 61-70. Link do artigo.

Lau, Yewah F., Mark L. Gleason, Narjess Zriba, S. Elwynn Taylor e Paul N. Hinz. "Effects of coating, deployment angle, and compass orientation on performance of electronic wetness sensors during dew periods." Plant Disease 84, no. 2 (2000): 192-197. Link do artigo (acesso aberto).

Sentelhas, P. C., J. E. B. A. Monteiro e T. J. Gillespie. "Sensor eletrônico de duração da umidade da folha: por que ele deve ser pintado." International Journal of Biometeorology 48, no. 4 (2004): 202-205. Link do artigo.

Obtenha orientação de especialistas

Deseja saber mais sobre a medição da umidade das folhas em sua aplicação exclusiva? Os cientistas da METER têm mais de 100 anos de experiência combinada ajudando os pesquisadores no contínuo solo-planta-atmosfera. Fale com um especialista

Insights de medição

Ver todos os artigos

Por que os sensores de umidade do solo não podem lhe dizer tudo o que você precisa saber

Sensores de umidade do solo precisos e baratos tornam o VWC do solo uma medida justificadamente popular, mas será que é a medida certa para sua aplicação?

LER INSIGHT DE MEDIÇÃO

Sensores de umidade do solo - Como eles funcionam. Por que alguns não são adequados para pesquisa

TDR, FDR, capacitância, resistência: Uma comparação dos métodos comuns de detecção de umidade do solo, seus prós e contras e suas aplicações exclusivas.

LER INSIGHT DE MEDIÇÃO

Por que medir o potencial hídrico?

Uma visão abrangente da ciência por trás da medição do potencial da água.

LER INSIGHT DE MEDIÇÃO

Estudos de caso, webinars e artigos que você vai adorar

Receba o conteúdo mais recente regularmente.

ângulo do ícone Barras de ícones ícone-times