低成本EC-5 土壤水分传感器的校准和评估
农业和草坪的灌溉调度需要精确、可靠和低成本的土壤水分传感器。许多传感器在其中一个方面存在不足，因而受到限制。直到现在
土壤湿度：ECH2O vs.TEROS- 哪个更好？
体积含水量定义
要评估任何含水量传感器的性能，首先需要了解其技术。为此，有必要了解如何测量体积含水量 (VWC)。体积含水量是水的体积除以土壤的体积（等式 1），从而得出土壤样本中水的百分比。
因此，举例来说，如果一定体积的土壤（图 1）由以下成分组成：50%的土壤矿物质、35%的水和 15%的空气，那么该土壤的体积含水量为 35%。
水的质量百分比（wm可直接用重力法测量，即减去烘干土壤质量（md得出水的质量mw除以md(公式 2）。
将得出的重力含水量乘以土壤的干容重（⍴b），即可转换成体积含水量。b）（公式 3）。
电容技术为何有效
体积含水量也可以间接测量：即测量与体积含水量相关的参数，并通过校准将其转换为体积含水量。所有 METER土壤水分传感器都使用一种称为电容技术的间接方法。简单来说，电容技术使用两个金属电极（探针或针头）来测量它们之间的电荷储存能力（或表观介电常数）。
表 1 说明，每种常见的土壤成分都有不同的电荷储存能力。在土壤中，大多数这些成分的体积会随着时间的推移而保持不变，但空气和水的体积则会波动。
| 材料 | 表观介电常数 |
|---|---|
| 空气 | 1 |
| 土壤矿物质 | 3 - 16 |
| 有机物质 | 2 - 5 |
| 冰 | 5 |
| 水 | 80 |
由于空气几乎不储存电荷，而水储存大量电荷，因此可以测量土壤电荷储存能力的变化，并将其与土壤中的水量（或 VWC）联系起来。(有关电容技术的更详细解释，请观看土壤湿度 201）。
如今的电容精度很高
20 世纪 70 年代，当电容技术首次用于测量土壤湿度时，科学家们很快意识到，电磁场的充放电速度对成功与否至关重要。低频会对读数产生较大的土壤盐度影响。随着时间的推移，这种新的认识与电子技术速度的进步相结合，使最初的电容方法得以调整，从而取得成功。现代电容传感器（如 METER 传感器）使用高频率（70 MHz），以尽量减少土壤盐度对读数的影响。
电容传感器中的电路可用于分辨体积含水量的极微小变化，以至于 NASA 使用 METER 的电容技术来测量火星上的含水量。电容式土壤水分传感器易于安装，而且功耗低。通过数据记录器中的小型电池组供电，它们可以在野外使用数年。
TEROS 和ECH2O：同样值得信赖的技术
TEROS 和ECH2O土壤水分传感器都采用了同样值得信赖的高频（70 MHz）电容技术，该技术已在数千篇同行评审论文中发表。图 3 显示了ECH2O5TE 和TEROS 12 的校准数据。
新的TEROS 系列则利用校准技术的进步、安装工具和更好的原材料，生产出更耐用、更精确、安装更方便快捷、更稳定的传感器，并与功能强大、直观的近实时数据记录和可视化系统相连接（图 4）。
以下是TEROS 新含水量传感器系列的一些变化：
传感器之间的差异最小： TEROS 11/12传感器采用全新的校准程序，在保持传感器成本合理的同时，最大限度地提高了精度，并将传感器之间的差异最小化。因此，您可以放心，您安装的每个传感器的读数都会与下一个传感器一模一样。
影响体积大： TEROS 11/12 传感器的影响体积为一升（而大多数传感器的典型影响体积为 200 毫升）。
传感器性能可靠，使用寿命长： 经过改良的优质不锈钢针头即使在坚硬的土壤中也能轻松滑入，而耐用的环氧树脂填料意味着传感器在野外可使用长达 10 年之久。在TEROS 12 中，我们将温度传感器完美地安装在中间的测针内，因此测针既坚固耐用，又对土壤温度变化极为敏感。
减少安装错误： 新 TEROS Borehole Installation Tool可防止安装错误，在任何土壤类型（即使是硬粘土）中都能稳定无误地插入，同时最大限度地减少对现场的干扰。传感器的安装完全垂直于侧壁，压力均匀，然后轻轻松开，防止出现空气间隙。
验证标准：TEROS 传感器的重复性可通过精度验证标准进行检查。其他土壤湿度传感器都不具备这种功能。只需将验证夹子滑到传感器上，然后插入记录仪即可。如果读数在正确的范围内，传感器就可以使用了。
无缝数据采集： 要轻松可靠地收集数据，可将TEROS 传感器与新的 ZL6在这里，所有数据都将近实时地通过 cloud.
TEROS 获胜的原因
我们创建了新的TEROS 传感器系列，以消除实现良好精度的障碍，如安装不一致、传感器之间的可变性和传感器验证。TEROS 土壤水分传感器使用同样可靠的ECH2O技术，但超越了ECH2O系列，优化了整个数据集的精度。 它们结合了一致、完美的安装、极其坚固的结构、最小的传感器间差异、大量的影响和先进的数据记录，以您可以承受的价格提供最佳的性能、精度、易用性和可靠性。
想要了解更多详情？在下面的视频中，土壤湿度专家利奥-里维拉（Leo Rivera）解释了为什么我们花了 20 年时间创建了全新的TEROS 传感器系列。
仪表传感器开发历史年表
看看电容技术和 METER 传感器是如何随着时间的推移不断改进和发展的。
| 年份 | 传感器 | 发展历程 |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | 1999 年，土壤湿度测量系统价格昂贵。西悉尼大学的一名学生设想了一种低成本、低功耗、可连接的传感器，种植者可以用它来管理灌溉。他请盖伦-坎贝尔（Gaylon S. Campbell）博士开发了这项技术，由此产生的传感器以 6 MHz 的频率测量土壤的电容，开创了全新的经济型土壤水分传感技术。ECH2O探头的电路包覆成型，电极密封在电路板材料中，因此制造成本低廉，而且可以埋入土壤中。经验表明，该传感器在盐度较低的天然土壤中工作良好，但在中高盐度水平下就会失去精度。 |
| 2002 | ECH2O10 | 我们收到了许多缩短ECH2O的请求，尤其是温室种植者，他们希望传感器短到可以插入盆栽容器中。新型ECH2O10 在这些新应用中非常有用，但是温室和苗圃中使用的富含营养的灌溉水所带来的挑战促使我们的科学家想方设法将导电率的影响降至最低。 |
| 2005 | EC-5 | 2003 年，我们开始尝试更高的测量频率，最终确定采用 70 MHz 频率，从而最大限度地降低了对盐度的敏感度，提高了传感器的整体性能，使新的EC-5 几乎可以在任何土壤或无土栽培介质中准确测量。棱形设计使其更易于安装，而且传感器成本低、功耗小，非常适合在大型网络中使用。它已成为我们最受欢迎的含水量传感器之一。 |
| 2007 | ECH2O TE | EC-5 一经发布，我们就收到了大量要求在传感器中添加温度和导电率（EC）的请求，这些种植者将土壤或无土栽培介质的导电率作为植物所需养分的替代物。我们制造了ECH2OTE，它通过电路板材料表面的金电极测量导电率。 |
| 2007 | ECH2O TM | 推出ECH2OTE 后不久，我们又设计了一款配套传感器ECH2OTM，它只能测量含水量和温度。对于许多研究应用来说，这是一款非常重要的传感器，因为在测量土壤剖面时，土壤温度通常与含水量结合在一起。 |
| 2008 | 10HS | 尽管EC-5很受欢迎，但仍有一些客户对已退役的ECH2O10 和 20 传感器的长度表示遗憾。10HS 带有 10 厘米的棱线，以扩大其影响范围，并将更多的土壤容积纳入 VWC 测量（1.3 升，而EC-5 测量的是 0.24 升）。 |
| 2009 | 5TE | 尽管ECH2OTE 能精确测量导电率，但金测量电路上的小针孔会让水渗入下面的铜，腐蚀表面。5TE 将长长的金表面改为小巧的不锈钢螺旋电极，这样就不会受到腐蚀，可在土壤中使用数年。 |
| 2010 | 5TM | 5TM 是作为 5TE 的配套产品推出的，因此它们都可以更新为更坚固的新设计。 |
| 2012 | GS3 | 2013 年，我们将钢针与环氧树脂包覆成型工艺相结合，延长了传感器的使用寿命。我们实现了环氧树脂包覆成型工艺的自动化，使坚固耐用的 GS3 传感器变得非常经济实惠。钢针扩大了传感器的表面积，优化了导电率测量，同时最大限度地减少了插入过程中对基底的干扰。温度通过板载热敏电阻测量，电导率通过不锈钢电极阵列测量。 |
| 2014 | GS1 | 我们的商业农业客户需要的是一种不花哨、防弹、影响范围大、可在恶劣环境中测量的含水量传感器。因此，在环氧树脂包覆成型工艺方面取得进步后，我们设计了一个硬壳，并填充了环氧树脂，推出了我们最坚固耐用的体积式含水量传感器。 |
| 今天 | TEROS 系列 | 全新的TEROS 系列土壤水分传感器将 METER 成熟的高频电容技术与超坚固外形、安装工具和全新的校准程序相结合，提供了最精确、最易用、性价比最高的传感器（见图 4）。 |
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测量见解
土壤湿度传感器：哪种土壤传感器最适合您？
在数以千计使用 METER 土壤传感器发表的同行评议文章中，没有哪种类型是最受欢迎的。因此，传感器的选择应基于您的需求和应用。利用这些考虑因素来帮助确定最适合您研究的传感器。
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