Емкостные датчики влажности почвы являются одним из наиболее распространенных методов современного измерения влажности почвы (обычно относятся к типу рефлектометрии в частотной области (FDR)). Основной принцип заключается в косвенном определении объемной влажности почвы путем измерения ее диэлектрической постоянной. Поскольку диэлектрическая постоянная воды (около 80) значительно выше, чем у других компонентов почвы (около 1 для воздуха и около 3-5 для почвенной матрицы), общее изменение диэлектрической постоянной почвы в основном зависит от содержания влаги.
Ниже перечислены его основные характеристики:
I. Основные сильные стороны и преимущества
1. Низкая стоимость и простота распространения.
По сравнению с высокоточными датчиками рефлектометрии во временной области (TDR), емкостные датчики имеют более низкие электронные компоненты и производственные затраты, что позволяет широко применять их в сценариях, требующих крупномасштабного развертывания, таких как интеллектуальное сельское хозяйство и орошение садов.
2. Чрезвычайно низкое энергопотребление
Сами по себе емкостные измерительные схемы обладают очень низким энергопотреблением и отлично подходят для долговременного полевого мониторинга и приложений Интернета вещей, работающих от батарей и солнечных панелей. Они могут непрерывно работать в течение месяцев или даже лет.
3. Его можно непрерывно контролировать в течение длительного времени.
В отличие от метода сушки, требующего ручного управления, емкостные датчики могут быть закопаны в почву для проведения автономного, непрерывного и автоматического сбора данных, что позволяет фиксировать динамические изменения влажности почвы, такие как влияние орошения, осадков и испарения.
4. Компактный размер и простота установки.
Датчики обычно проектируются в виде зондов. Достаточно просверлить отверстие в месте измерения и вертикально вставить зонд в грунт, что практически не повреждает его структуру.
5. Хорошая стабильность и отсутствие радиоактивности.
В отличие от нейтронометров, емкостные датчики не связаны с какими-либо радиоактивными источниками, безопасны в использовании и не требуют специального разрешения или защиты.
6. Интегрируемый и интеллектуальный
Система очень легко интегрируется с устройствами сбора данных и модулями беспроводной передачи (такими как 4G/LoRa/NB-IoT) для формирования полноценной сети мониторинга влажности почвы. Пользователи могут удаленно просматривать данные в режиме реального времени через мобильные телефоны или компьютеры.
II. Ограничения и проблемы
На точность измерений влияет множество факторов.
Влияние текстуры почвы: калибровочные кривые для глинистых, суглинистых и песчаных почв различаются. Датчики обычно калибруются с использованием стандартного песка и почвы при выходе с завода. Непосредственное использование в почвах с различной текстурой приведет к ошибкам.
Влияние электропроводности почвы (солености): это один из основных источников погрешности для емкостных датчиков. Ионы соли в почве могут взаимодействовать с электромагнитными полями, вызывая завышение измеренных значений. В засоленной почве точность измерений значительно снижается.
Уплотнение и пористость почвы влияют на точность результатов измерений: плотность контакта зонда с почвой, а также наличие в почве крупных пор или камней.
Влияние температуры: диэлектрическая постоянная изменяется с температурой. В высококачественных датчиках встроены температурные датчики для компенсации, но эффект компенсации ограничен.
2. Требуется калибровка на месте.
Для получения высокоточных результатов измерений, особенно для конкретных типов почв, обычно требуется калибровка на месте. То есть, отбираются образцы почвы, измеряется фактическое содержание влаги стандартным методом сушки, а затем эти данные сравниваются с показаниями датчика для установления локального калибровочного уравнения. Это важный шаг для обеспечения точности данных, но он также увеличивает стоимость использования и технический порог.
3. Диапазон измерений относительно локальный.
Диапазон измерения датчика ограничен конечным объемом почвы вокруг зонда (т.е. «чувствительной зоной» датчика). Эта зона обычно очень мала (несколько кубических сантиметров), поэтому результат измерения представляет информацию о «точечной» области. Для понимания условий влажности почвы на всем поле необходимо установить несколько точек измерения.
4. Долгосрочная стабильность и дрейф
При длительном нахождении в грунте металл зонда может стареть из-за электролитической коррозии или химического воздействия, что приводит к изменению показаний измерений. Необходимы регулярный осмотр и повторная калибровка.
III. Применимые сценарии и рекомендации по выбору
Очень подходящие сценарии
«Умное» сельское хозяйство и точное орошение: мониторинг динамики влажности почвы, определение времени и объема полива, обеспечение водосбережения и повышение урожайности.
Озеленение ландшафта и уход за полями для гольфа: основные датчики автоматизированных систем орошения.
Научные исследования: Исследования в таких областях, как экология, гидрология и метеорология, требующие долгосрочного и непрерывного мониторинга влажности почвы.
Система раннего предупреждения о геологических катастрофах: мониторинг влажности почвы на склонах и дорожном полотне для предупреждения о риске оползней.
Сценарии, требующие осторожного использования:
В районах с высокой засоленностью и щелочностью почв: без использования специально разработанных и откалиброванных моделей надежность данных низка.
В сценариях метрологической сертификации с чрезвычайно высокими требованиями к абсолютной точности: в этом случае может потребоваться рассмотреть более дорогие датчики TDR или непосредственно использовать метод сушки.
Проще говоря, емкостные датчики влажности почвы — это «экономически выгодный» вариант. Хотя они могут не обеспечивать абсолютно точные значения на лабораторном уровне, они вполне способны отражать относительные тенденции изменения влажности почвы от сухого состояния к влажному. Для подавляющего большинства решений в области производства и управления это уже имеет большое значение. Ключ к эффективному использованию таких датчиков — правильное понимание их характеристик и качественная калибровка.
Для получения более подробной информации о почвенных датчиках, пожалуйста, свяжитесь с компанией Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Веб-сайт компании:www.hondetechco.com
Дата публикации: 01.12.2025