Οι χωρητικοί αισθητήρες εδάφους είναι μια από τις πιο συνηθισμένες τεχνικές στη σύγχρονη μέτρηση της υγρασίας του εδάφους (συνήθως ανήκουν σε έναν τύπο ανακλασιμετρίας στο πεδίο συχνοτήτων (FDR)). Η βασική αρχή είναι η έμμεση μέτρηση της ογκομετρικής περιεκτικότητας σε υγρασία του εδάφους μετρώντας τη διηλεκτρική του σταθερά. Δεδομένου ότι η διηλεκτρική σταθερά του νερού (περίπου 80) είναι πολύ υψηλότερη από αυτή άλλων συστατικών του εδάφους (περίπου 1 για τον αέρα και περίπου 3-5 για τη μήτρα του εδάφους), η συνολική μεταβολή στη διηλεκτρική σταθερά του εδάφους εξαρτάται κυρίως από την περιεκτικότητα σε υγρασία.
Τα ακόλουθα είναι τα κύρια χαρακτηριστικά του:
I. Βασικά Δυνατά Σημεία και Πλεονεκτήματα
1. Χαμηλότερο κόστος και εύκολο στη διάδοση
Σε σύγκριση με τους αισθητήρες υψηλής ακρίβειας ανακλαθομετρίας χρονικού πεδίου (TDR), οι χωρητικοί αισθητήρες έχουν χαμηλότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και κόστος κατασκευής, γεγονός που τους επιτρέπει να εφαρμόζονται ευρέως σε σενάρια που απαιτούν ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας, όπως η έξυπνη γεωργία και η άρδευση κήπων.
2. Εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
Τα χωρητικά κυκλώματα μέτρησης έχουν πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για μακροπρόθεσμη παρακολούθηση πεδίου και εφαρμογές του Διαδικτύου των Πραγμάτων που τροφοδοτούνται από μπαταρίες και ηλιακούς συλλέκτες. Μπορούν να λειτουργούν συνεχώς για μήνες ή και χρόνια.
3. Μπορεί να παρακολουθείται συνεχώς για μεγάλο χρονικό διάστημα
Σε σύγκριση με τη μέθοδο ξήρανσης που απαιτεί χειροκίνητη λειτουργία, οι χωρητικοί αισθητήρες μπορούν να θαφτούν στο έδαφος για να διεξάγουν ανεπιτήρητη, συνεχή και αυτόματη συλλογή δεδομένων και μπορούν να καταγράψουν τη δυναμική διαδικασία αλλαγής της υγρασίας του εδάφους, όπως η επίδραση της άρδευσης, των βροχοπτώσεων και της εξάτμισης.
4. Συμπαγές σε μέγεθος και εύκολο στην εγκατάσταση
Οι αισθητήρες συνήθως σχεδιάζονται ως ανιχνευτές. Απλώς ανοίξτε μια τρύπα στη θέση μέτρησης και εισάγετε τον ανιχνευτή κάθετα στο έδαφος, προκαλώντας μικρή ζημιά στη δομή του εδάφους.
5. Καλή σταθερότητα και καμία ραδιενέργεια
Σε αντίθεση με τους μετρητές νετρονίων, οι χωρητικοί αισθητήρες δεν περιλαμβάνουν ραδιενεργές πηγές, είναι ασφαλείς στη χρήση και δεν απαιτούν ειδική άδεια ή προστασία.
6. Ενσωματώσιμο και έξυπνο
Είναι πολύ εύκολο να ενσωματωθεί με συλλέκτες δεδομένων και μονάδες ασύρματης μετάδοσης (όπως 4G/LoRa/NB-IoT) για να δημιουργηθεί ένα πλήρες δίκτυο παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους. Οι χρήστες μπορούν να βλέπουν τα δεδομένα από απόσταση σε πραγματικό χρόνο μέσω κινητών τηλεφώνων ή πλατφορμών υπολογιστών.
ΙΙ. Περιορισμοί και Προκλήσεις
Η ακρίβεια της μέτρησης επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες
Επίδραση της υφής του εδάφους: Οι καμπύλες βαθμονόμησης για αργιλώδες, πηλώδες και αμμώδες έδαφος είναι διαφορετικές. Οι αισθητήρες συνήθως βαθμονομούνται με τυπική άμμο και έδαφος κατά την έξοδο από το εργοστάσιο. Η άμεση χρήση σε εδάφη διαφορετικής υφής θα προκαλέσει σφάλματα.
Επίδραση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας (αλατότητας) του εδάφους: Αυτή είναι μια από τις κύριες πηγές σφάλματος για τους χωρητικούς αισθητήρες. Τα ιόντα αλάτων στο έδαφος μπορούν να επηρεάσουν τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, με αποτέλεσμα οι μετρούμενες τιμές να είναι υψηλότερες. Σε αλατισμένο έδαφος, η ακρίβεια της μέτρησης θα μειωθεί σημαντικά.
Επίδραση στη συμπύκνωση του εδάφους και το πορώδες: Το εάν ο αισθητήρας βρίσκεται σε στενή επαφή με το έδαφος και το εάν υπάρχουν μεγάλοι πόροι ή πέτρες στο έδαφος θα επηρεάσουν την ακρίβεια των αποτελεσμάτων μέτρησης.
Επίδραση θερμοκρασίας: Η διηλεκτρική σταθερά αλλάζει με τη θερμοκρασία. Οι αισθητήρες υψηλής ποιότητας διαθέτουν ενσωματωμένους αισθητήρες θερμοκρασίας για αντιστάθμιση, αλλά το αποτέλεσμα αντιστάθμισης είναι περιορισμένο.
2. Απαιτείται επιτόπια βαθμονόμηση
Για την απόκτηση αποτελεσμάτων μετρήσεων υψηλής ακρίβειας, ειδικά σε συγκεκριμένους τύπους εδάφους, συνήθως απαιτείται επιτόπια βαθμονόμηση. Δηλαδή, συλλέγονται δείγματα εδάφους, μετράται η πραγματική περιεκτικότητα σε υγρασία με την τυπική μέθοδο ξήρανσης και στη συνέχεια συγκρίνεται με τις μετρήσεις του αισθητήρα για να δημιουργηθεί μια τοπική εξίσωση βαθμονόμησης. Αυτό είναι ένα κρίσιμο βήμα για να διασφαλιστεί η ακρίβεια των δεδομένων, αλλά αυξάνει επίσης το κόστος χρήσης και το τεχνικό όριο.
3. Το εύρος μέτρησης είναι σχετικά τοπικό
Το εύρος μέτρησης του αισθητήρα περιορίζεται στον πεπερασμένο όγκο του εδάφους γύρω από τον αισθητήρα (δηλαδή, την «ευαίσθητη περιοχή» του αισθητήρα). Αυτή η περιοχή είναι συνήθως πολύ μικρή (μερικά κυβικά εκατοστά), επομένως το αποτέλεσμα της μέτρησης αντιπροσωπεύει τις πληροφορίες ενός «σημείου». Για να κατανοηθούν οι συνθήκες υγρασίας του εδάφους ολόκληρου του αγρού, πρέπει να ρυθμιστούν πολλά σημεία.
4. Μακροπρόθεσμη σταθερότητα και μετατόπιση
Εάν θαφτεί στο έδαφος για μεγάλο χρονικό διάστημα, το μέταλλο του αισθητήρα μπορεί να γεράσει λόγω ηλεκτρολυτικής διάβρωσης ή χημικής δράσης, προκαλώντας απόκλιση των τιμών μέτρησης. Απαιτείται τακτική επιθεώρηση και επαναβαθμονόμηση.
Iii. Εφαρμόσιμα σενάρια και προτάσεις επιλογής
Πολύ κατάλληλα σενάρια
Έξυπνη γεωργία και άρδευση ακριβείας: Παρακολούθηση της δυναμικής της υγρασίας του εδάφους, καθοδήγηση για το πότε και πόσο νερό πρέπει να ποτίζεται, επίτευξη εξοικονόμησης νερού και αυξημένης παραγωγής.
Πράσινο τοπίου και συντήρηση γηπέδων γκολφ: Αισθητήρες πυρήνα αυτοματοποιημένων συστημάτων άρδευσης.
Επιστημονική έρευνα: Έρευνα σε τομείς όπως η οικολογία, η υδρολογία και η μετεωρολογία που απαιτεί μακροπρόθεσμη και συνεχή παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους.
Έγκαιρη προειδοποίηση για γεωλογικές καταστροφές: Παρακολουθήστε την υγρασία του εδάφους στις πλαγιές και τα οδοστρώματα για να προειδοποιήσετε για κινδύνους κατολισθήσεων.
Σενάρια που απαιτούν προσεκτική χρήση:
Σε περιοχές με υψηλή αλατότητα και αλκαλικό έδαφος: Εκτός εάν χρησιμοποιούνται ειδικά σχεδιασμένα και βαθμονομημένα μοντέλα, η αξιοπιστία των δεδομένων είναι χαμηλή.
Σε σενάρια μετρολογικής πιστοποίησης με εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για απόλυτη ακρίβεια: Αυτή τη στιγμή, μπορεί να είναι απαραίτητο να εξεταστούν πιο ακριβοί αισθητήρες TDR ή να χρησιμοποιηθεί απευθείας η μέθοδος ξήρανσης.
Με απλά λόγια, οι χωρητικοί αισθητήρες εδάφους αποτελούν μια «οικονομικά αποδοτική» επιλογή. Παρόλο που μπορεί να μην παρέχουν απόλυτα ακριβείς τιμές σε εργαστηριακό επίπεδο, μπορούν να αντικατοπτρίζουν πολύ καλά τη σχετική τάση και το πρότυπο αλλαγής της υγρασίας του εδάφους από ξηρό σε υγρό. Για τη συντριπτική πλειοψηφία των αποφάσεων παραγωγής και διαχείρισης, αυτό έχει ήδη μεγάλη αξία. Η σωστή κατανόηση των χαρακτηριστικών του και η καλή δουλειά στη βαθμονόμηση είναι τα κλειδιά για την ορθή χρήση του.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τους αισθητήρες εδάφους, επικοινωνήστε με την Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Ιστότοπος εταιρείας:www.hondetechco.com
Ώρα δημοσίευσης: 01-12-2025