Pojemnościowe czujniki glebowe to jedna z najpopularniejszych technik pomiaru wilgotności gleby (zazwyczaj należąca do rodzaju reflektometrii w dziedzinie częstotliwości (FDR)). Podstawową zasadą jest pośrednie określenie objętościowej zawartości wilgoci w glebie poprzez pomiar jej stałej dielektrycznej. Ponieważ stała dielektryczna wody (około 80) jest znacznie wyższa niż innych składników gleby (około 1 dla powietrza i około 3-5 dla matrycy glebowej), całkowita zmiana stałej dielektrycznej gleby zależy głównie od zawartości wilgoci.
Oto jego główne cechy:
I. Główne mocne strony i zalety
1. Niski koszt i łatwość popularyzacji
W porównaniu z czujnikami reflektometrii w dziedzinie czasu (TDR) o wysokiej precyzji, czujniki pojemnościowe mają mniej elementów elektronicznych i niższe koszty produkcji, co umożliwia ich szerokie zastosowanie w scenariuszach wymagających wdrożeń na dużą skalę, takich jak inteligentne rolnictwo i nawadnianie ogrodów.
2. Niezwykle niskie zużycie energii
Pojemnościowe układy pomiarowe same w sobie charakteryzują się bardzo niskim poborem mocy i doskonale nadają się do długotrwałego monitoringu w terenie oraz zastosowań w Internecie Rzeczy, zasilanych z baterii i paneli słonecznych. Mogą pracować nieprzerwanie przez miesiące, a nawet lata.
3. Można go monitorować nieprzerwanie przez długi czas
W porównaniu z metodą suszenia wymagającą obsługi ręcznej, czujniki pojemnościowe można zakopać w glebie, aby zbierać dane bez nadzoru, w sposób ciągły i automatyczny. Mogą one także rejestrować dynamiczne zmiany wilgotności gleby, takie jak wpływ nawadniania, opadów deszczu i parowania.
4. Kompaktowy rozmiar i łatwość montażu
Czujniki są zazwyczaj projektowane jako sondy. Wystarczy wywiercić otwór w miejscu pomiaru i włożyć sondę pionowo w glebę, powodując minimalne uszkodzenie struktury gleby.
5. Dobra stabilność i brak radioaktywności
W przeciwieństwie do mierników neutronowych, czujniki pojemnościowe nie zawierają żadnych źródeł radioaktywnych, są bezpieczne w użyciu i nie wymagają specjalnych zezwoleń ani zabezpieczeń.
6. Integrowalny i inteligentny
Można go bardzo łatwo zintegrować z modułami zbierającymi dane i bezprzewodowymi modułami transmisyjnymi (takimi jak 4G/LoRa/NB-IoT), tworząc kompleksową sieć monitorowania wilgotności gleby. Użytkownicy mogą zdalnie przeglądać dane w czasie rzeczywistym za pośrednictwem telefonów komórkowych lub komputerów.
II. Ograniczenia i wyzwania
Na dokładność pomiaru wpływa wiele czynników
Wpływ tekstury gleby: Krzywe kalibracji dla gleby gliniastej, ilastej i piaszczystej są różne. Czujniki są zazwyczaj kalibrowane fabrycznie przy użyciu standardowego piasku i gleby. Bezpośrednie użycie w glebach o różnej teksturze może powodować błędy.
Wpływ przewodnictwa elektrycznego gleby (zasolenia): Jest to jedno z głównych źródeł błędów czujników pojemnościowych. Jony soli w glebie mogą zakłócać pola elektromagnetyczne, powodując zawyżenie wartości pomiarowych. W glebie zasolonej dokładność pomiaru znacznie spada.
Wpływ zagęszczenia gleby i porowatości: Na dokładność wyników pomiarów wpływa to, czy sonda ma bliski kontakt z glebą, a także czy znajdują się w niej duże pory lub kamienie.
Wpływ temperatury: Stała dielektryczna zmienia się wraz z temperaturą. Wysokiej jakości czujniki mają wbudowane czujniki temperatury w celu kompensacji, ale efekt kompensacji jest ograniczony.
2. Wymagana jest kalibracja na miejscu
Aby uzyskać precyzyjne wyniki pomiarów, szczególnie w przypadku określonych rodzajów gleby, zazwyczaj wymagana jest kalibracja na miejscu. Oznacza to, że pobiera się próbki gleby, mierzy rzeczywistą zawartość wilgoci standardową metodą suszenia, a następnie porównuje ją z odczytami czujnika w celu ustalenia lokalnego równania kalibracji. Jest to kluczowy krok dla zapewnienia dokładności danych, ale jednocześnie zwiększa koszty użytkowania i próg techniczny.
3. Zakres pomiaru jest stosunkowo lokalny
Zakres pomiarowy czujnika jest ograniczony do skończonej objętości gleby wokół sondy (tj. „obszaru czułości” czujnika). Obszar ten jest zazwyczaj bardzo mały (kilka centymetrów sześciennych), dlatego wynik pomiaru reprezentuje informację o „punkcie”. Aby zrozumieć warunki wilgotności gleby na całym polu, konieczne jest ustawienie wielu punktów.
4. Długoterminowa stabilność i dryf
Długotrwałe zakopanie sondy w glebie może spowodować jej starzenie się z powodu korozji elektrolitycznej lub działania substancji chemicznych, co może prowadzić do dryftu wartości pomiarowych. Wymagana jest regularna kontrola i ponowna kalibracja.
III. Scenariusze mające zastosowanie i sugestie dotyczące wyboru
Bardzo odpowiednie scenariusze
Inteligentne rolnictwo i precyzyjne nawadnianie: monitorowanie dynamiki wilgotności gleby, ustalanie terminu nawadniania i ilości wody potrzebnej do jego przeprowadzenia, oszczędzanie wody i zwiększanie produkcji.
Zazielenianie krajobrazu i utrzymanie pól golfowych: kluczowe czujniki zautomatyzowanych systemów nawadniających.
Badania naukowe: badania w takich dziedzinach jak ekologia, hydrologia i meteorologia, wymagające długoterminowego i ciągłego monitorowania wilgotności gleby.
Wczesne ostrzeganie przed katastrofą geologiczną: Monitoruj wilgotność gleby na zboczach i podłożach dróg, aby ostrzegać o ryzyku osuwisk.
Scenariusze wymagające ostrożnego stosowania:
Na obszarach o dużym zasoleniu i wysokiej zasadowości gleby: Jeżeli nie zostaną użyte specjalnie zaprojektowane i skalibrowane modele, wiarygodność danych jest niska.
W scenariuszach certyfikacji metrologicznej z wyjątkowo wysokimi wymaganiami dotyczącymi dokładności absolutnej: W tym momencie może zaistnieć konieczność rozważenia zastosowania droższych czujników TDR lub bezpośredniego zastosowania metody suszenia.
Mówiąc wprost, pojemnościowe czujniki glebowe stanowią „opłacalną” opcję. Chociaż mogą nie zapewniać absolutnie precyzyjnych wartości na poziomie laboratoryjnym, mogą bardzo dobrze odzwierciedlać względny trend zmian i wzorzec wilgotności gleby z suchej na mokrą. W przypadku zdecydowanej większości decyzji produkcyjnych i zarządczych ma to już ogromną wartość. Prawidłowe zrozumienie jego właściwości i prawidłowa kalibracja to klucz do jego prawidłowego wykorzystania.
Aby uzyskać więcej informacji na temat czujnika glebowego, skontaktuj się z firmą Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Strona internetowa firmy:www.hondetechco.com
Czas publikacji: 01-12-2025