Капацитивните почвени сензори са една от най-разпространените техники в съвременното измерване на почвената влажност (обикновено принадлежащи към вид рефлектометрия в честотна област (FDR)). Основният принцип е индиректно да се получи обемното съдържание на влага в почвата чрез измерване на нейната диелектрична константа. Тъй като диелектричната константа на водата (около 80) е много по-висока от тази на другите компоненти в почвата (около 1 за въздуха и около 3-5 за почвената матрица), общата промяна в диелектричната константа на почвата зависи главно от съдържанието на влага.
Следните са основните му характеристики:
I. Основни силни страни и предимства
1. Ниска цена и лесна за популяризиране
В сравнение с високопрецизните сензори за рефлектометрия във времева област (TDR), капацитивните сензори имат по-ниски електронни компоненти и производствени разходи, което им позволява да бъдат широко прилагани в сценарии, които изискват мащабно внедряване, като например интелигентно земеделие и напояване на градини.
2. Изключително ниска консумация на енергия
Самите капацитивни измервателни схеми имат много ниска консумация на енергия и са изключително подходящи за дългосрочно наблюдение на място и приложения на Интернет на нещата, захранвани от батерии и слънчеви панели. Те могат да работят непрекъснато в продължение на месеци или дори години.
3. Може да се наблюдава непрекъснато за дълго време
В сравнение с метода на сушене, който изисква ръчна работа, капацитивните сензори могат да бъдат заровени в почвата, за да извършват непрекъснато и автоматично събиране на данни без надзор и да улавят динамичния процес на промяна на почвената влажност, като например влиянието на напояването, валежите и изпарението.
4. Компактен размер и лесен за инсталиране
Сензорите обикновено са проектирани като сонди. Просто пробийте отвор на мястото на измерване и поставете сондата вертикално в почвата, причинявайки минимални повреди на структурата на почвата.
5. Добра стабилност и липса на радиоактивност
За разлика от неутронните измервателни уреди, капацитивните сензори не използват радиоактивни източници, безопасни са за употреба и не изискват специално разрешение или защита.
6. Интегрируем и интелигентен
Много лесно е да се интегрира с колектори на данни и модули за безжично предаване (като 4G/LoRa/NB-IoT), за да се формира цялостна мрежа за мониторинг на почвената влажност. Потребителите могат дистанционно да преглеждат данните в реално време чрез мобилни телефони или компютърни платформи.
II. Ограничения и предизвикателства
Точността на измерването се влияе от множество фактори
Влияние на текстурата на почвата: Калибровъчните криви за глинеста, глинеста и песъчлива почва са различни. Сензорите обикновено се калибрират със стандартен пясък и почва, когато напускат завода. Директната употреба в почви с различна текстура ще доведе до грешки.
Влияние на електрическата проводимост (соленост) на почвата: Това е един от основните източници на грешки за капацитивните сензори. Солените йони в почвата могат да повлияят на електромагнитните полета, което води до по-високи измерени стойности. В засолена почва точността на измерване ще намалее значително.
Влияние на уплътняването на почвата и порьозността: Дали сондата е в близък контакт с почвата и дали има големи пори или камъни в почвата, ще повлияе на точността на резултатите от измерването.
Влияние на температурата: Диелектричната константа се променя с температурата. Висококачествените сензори имат вградени температурни сензори за компенсация, но ефектът на компенсация е ограничен.
2. Необходимо е калибриране на място
За да се получат високоточни резултати от измерванията, особено при специфични типове почви, обикновено се изисква калибриране на място. Това означава, че се събират почвени проби, действителното съдържание на влага се измерва чрез стандартния метод на сушене и след това се сравнява с показанията на сензора, за да се установи локализирано уравнение за калибриране. Това е ключова стъпка за гарантиране на точността на данните, но също така увеличава разходите за използване и техническия праг.
3. Диапазонът на измерване е относително локален
Диапазонът на измерване на сензора е ограничен до крайния обем почва около сондата (т.е. „чувствителната зона“ на сензора). Тази зона обикновено е много малка (няколко кубически сантиметра), така че резултатът от измерването представлява информацията за една „точка“. За да се разберат условията на почвена влажност на цялото поле, е необходимо да се настроят множество точки.
4. Дългосрочна стабилност и дрейф
Ако е заровена в почвата за дълго време, металът на сондата може да старее поради електролитна корозия или химическо действие, което да доведе до отклонение на стойностите на измерването. Необходими са редовни проверки и повторно калибриране.
Iii. Приложими сценарии и предложения за избор
Много подходящи сценарии
Интелигентно земеделие и прецизно напояване: Мониторинг на динамиката на почвената влага, насочване кога да се напоява и колко вода да се напоява, постигане на пестене на вода и увеличено производство.
Озеленяване на ландшафта и поддръжка на голф игрища: Основни сензори на автоматизирани напоителни системи.
Научни изследвания: Изследвания в области като екология, хидрология и метеорология, които изискват дългосрочно и непрекъснато наблюдение на почвената влажност.
Ранно предупреждение за геоложки бедствия: Следете влажността на почвата по склоновете и пътните настилки, за да предупредите за рискове от свлачища.
Сценарии, които изискват предпазлива употреба:
В райони с висока соленост и високоалкална почва: Освен ако не се използват специално проектирани и калибрирани модели, надеждността на данните е ниска.
В сценарии за метрологично сертифициране с изключително високи изисквания за абсолютна точност: В този момент може да се наложи да се обмислят по-скъпи TDR сензори или директно да се използва методът на сушене.
Казано по-просто, капацитивните почвени сензори са „рентабилен“ вариант. Въпреки че може да не предоставят абсолютно точни стойности на лабораторно ниво, те могат много добре да отразят относителната тенденция и модел на промяна на влажността на почвата от суха към влажна. За по-голямата част от производствените и управленските решения това вече е от голяма полза. Правилното разбиране на техните характеристики и доброто калибриране са ключовете за доброто им използване.
За повече информация относно сензорите за почва, моля, свържете се с Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Уебсайт на компанията:www.hondetechco.com
Време на публикуване: 01.12.2025 г.