如何根据个人应用选择土壤水分传感器
发布者:精讯畅通上传时间:2023 年 3 月 6 日

用户经常不知如何针对个人需求选择合适的传感器。要做出恰到好处的选择,我们首先要明白不同土壤水分传感器测量的究竟是什么值、怎样才称得上是好的土壤水分传感器、如何理解生产商的技术参数等。在土壤水分传感器测量的究竟是什么?

我们发现,在目前市场上的土壤水分传感器中,并没有一种能够直接测量土壤水分。这些传感器通常测量的是土壤其他特性的变化,然后推测出土壤水分含量。通常,根据一些随土壤含水量变化而变化的特性, 包括介电常数、热导率、中子通量密度等,计算出土壤水分的含量。

介电常数传感器是目前市场上最常见的土壤水分传感器,测量周围土壤的介电常数。

常用的技术方法包括:● 时域反射方法(TDR);● 时域传播方法(TDT);● 频域反射法(FDR);● 电容充电时间方法;● 传输线振动方法;● 同轴阻抗介质反射方法;● 同轴微分振幅反射方法;以上无论何种技术,都应用同一原理:土壤的介电常数主要由土壤含水量决定。简单来讲,可将介电常数看作内存电能。传感器在土壤中生成电场,由于水分子具有极性,土壤中的游离水分子会发生旋转,直至与电场方向一致。

游离水分子在旋转的过程中需要能量,这种能量以势能的形式存在于对齐的水分子中。土壤中的含水量越高,势能也越大,土壤整体的介电常数也越大。土壤的其他组成成分,包括矿质离子、有机体、空气等,同样也带有电能,但水分中存储的电能约是其他成分电能的十几倍。因此,在传感器的量程范围内,水分含量主要决定了介电常数。

土壤水分传感器的电信号会随介电常数的变化而变化,因此,也会随水分含量的变化而变化。一些传感器测量介电常数,然后转化成水分含量;还有一些将传感器的输出电信号直接转换为土壤容积含水量,无论属于哪种,其基本原理都是土壤中的水分决定着土壤的介电常数,而介电常数决定传感器的电信号输出。

高性能土壤水分传感器应具备的特性
土壤水分传感器

● 可以满足用户对准确度和分辨率要求;

● 可持续正常工作的时间满足用户要求;

● 需要最少的标定、且不需要再次标定;

● 可以符合用户的预算要求;

● 易于安装和测量。

客户在选择合适的传感器时,要明确哪项特性对于自己最重要,然后选择最符合自己需求的传感器。以及如何理解生产商的技术参数要想真正清楚土壤水分传感器的技术参数,可以从了解含水量、介电常数、以及电信号随介电常数的变化,这三者之间的关系入手,以上三者的关系决定了传感器测量水分含量值的准确度、分辨率以及量程范围。

测量容积含水量的准确度取决因素:

● 电信号测量的准确度;

● 温度对电信号测量的影响;

● 温度对介电常数和土壤电导率的影响;

● 传感器测量不同介质介电常数的准确度;

● 传感器将测量的电信号或介电常数值转换为容积含水量的函数的准确度;

● 传感器周围土壤对校正函数的适用度。如果所有的厂家提供的都是测量介电常数的准确度参数,那么我们很容易对比不同传感器的性能。

● 如果用户的实验环境满足校正的环境,那传感器的准确度符合技术参数描述; 如果传感器在野外自然环境下使用,应用环境可能千差万别,那除非用户再次校正,否则其准确度可能会不符合技术参数描述。

另外一个重要问题需要注意:当土壤处于极端干燥状况时,介质土壤水分传感器的准确度会降低。当土壤中的含水量很低时,水分对于土壤总介电常数的贡献就会变小,甚至小到传感器监测不到水分含量的变化。在干燥土壤中,温度对最终测量值的影响甚至超过土壤水分含量的影响。

分辨率参数描述的是:当土壤水分改变多少时,传感器能够监测到这种变化,主要取决于传感器电信号测量的质量。仪器的分辨率还可能受信号的数学计算以及数字数据格式的舍入误差的影响。高品质的土壤水分传感器应同时具备高准确度和高分辨率。

总结事实上,对于不同用户,最好的传感器应该是,能够满足实验者最关注的要点。目前市场上有很多性能不错的传感器,如果用户真正理解了这些传感器到底测量的是什么,那么就很容易对这些传感器做出对比、然后选择出适合自己应用的传感器。

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