Kapacitné pôdne senzory sú jednou z najbežnejších techník v modernom meraní pôdnej vlhkosti (zvyčajne patria do typu frekvenčnej reflektometrie (FDR)). Základným princípom je nepriamo získať objemový obsah vlhkosti v pôde meraním jej dielektrickej konštanty. Keďže dielektrická konštanta vody (približne 80) je oveľa vyššia ako u ostatných zložiek v pôde (približne 1 pre vzduch a približne 3 – 5 pre pôdnu matricu), celková zmena dielektrickej konštanty pôdy závisí hlavne od obsahu vlhkosti.
Jeho hlavné vlastnosti sú nasledovné:
I. Hlavné silné stránky a výhody
1. Nízke náklady a jednoduchá popularizácia
V porovnaní s vysoko presnými senzormi časovej reflektometrie (TDR) majú kapacitné senzory nižšie elektronické súčiastky a výrobné náklady, čo im umožňuje široké uplatnenie v scenároch, ktoré vyžadujú rozsiahle nasadenie, ako je inteligentné poľnohospodárstvo a zavlažovanie záhrad.
2. Extrémne nízka spotreba energie
Samotné kapacitné meracie obvody majú veľmi nízku spotrebu energie a sú veľmi vhodné pre dlhodobé monitorovanie v teréne a aplikácie internetu vecí napájané batériami a solárnymi panelmi. Môžu pracovať nepretržite mesiace alebo dokonca roky.
3. Dá sa dlhodobo nepretržite monitorovať
V porovnaní s metódou sušenia, ktorá vyžaduje manuálnu obsluhu, môžu byť kapacitné senzory zakopané do pôdy, aby vykonávali bezobslužný, nepretržitý a automatický zber údajov a dokázali zachytiť dynamický proces zmeny vlhkosti pôdy, ako je vplyv zavlažovania, zrážok a odparovania.
4. Kompaktné rozmery a jednoduchá inštalácia
Senzory sú zvyčajne navrhnuté ako sondy. Stačí vyvŕtať otvor v mieste merania a sondu vertikálne zasunúť do pôdy, čím sa len minimálne poškodí štruktúra pôdy.
5. Dobrá stabilita a žiadna rádioaktivita
Na rozdiel od neutrónových metrov kapacitné senzory neobsahujú žiadne rádioaktívne zdroje, sú bezpečné na používanie a nevyžadujú si špeciálne povolenie ani ochranu.
6. Integrovateľný a inteligentný
Integrácia so zberačmi údajov a bezdrôtovými prenosovými modulmi (ako napríklad 4G/LoRa/NB-IoT) je veľmi jednoduchá a vytvára tak kompletnú sieť na monitorovanie vlhkosti pôdy. Používatelia si môžu údaje prezerať na diaľku v reálnom čase prostredníctvom mobilných telefónov alebo počítačových platforiem.
Ii. Obmedzenia a výzvy
Presnosť merania je ovplyvnená viacerými faktormi
Vplyv textúry pôdy: Kalibračné krivky pre ílovité, hlinité a piesočnaté pôdy sú odlišné. Snímače sa zvyčajne kalibrujú so štandardným pieskom a pôdou pri opustení továrne. Priame použitie v pôdach s rôznou textúrou spôsobí chyby.
Vplyv elektrickej vodivosti pôdy (slanosti): Toto je jeden z hlavných zdrojov chýb kapacitných senzorov. Ióny soli v pôde môžu interferovať s elektromagnetickými poľami, čo spôsobuje, že namerané hodnoty sú vyššie. V zasolenej pôde sa presnosť merania výrazne zníži.
Vplyv zhutnenia pôdy a pórovitosti: Presnosť výsledkov merania ovplyvní, či je sonda v tesnom kontakte s pôdou a či sa v pôde nachádzajú veľké póry alebo kamene.
Vplyv teploty: Dielektrická konštanta sa mení s teplotou. Vysokokvalitné senzory majú zabudované teplotné senzory na kompenzáciu, ale kompenzačný účinok je obmedzený.
2. Vyžaduje sa kalibrácia na mieste
Na dosiahnutie vysoko presných výsledkov meraní, najmä v špecifických typoch pôdy, je zvyčajne potrebná kalibrácia na mieste. To znamená, že sa odoberú vzorky pôdy, skutočný obsah vlhkosti sa zmeria štandardnou metódou sušenia a potom sa porovná s údajmi zo senzora, aby sa stanovila lokalizovaná kalibračná rovnica. Toto je kľúčový krok na zabezpečenie presnosti údajov, ale zároveň zvyšuje náklady na používanie a technický prah.
3. Rozsah merania je relatívne lokálny
Rozsah merania senzora je obmedzený na konečný objem pôdy okolo sondy (t. j. „citlivá oblasť“ senzora). Táto oblasť je zvyčajne veľmi malá (niekoľko kubických centimetrov), takže výsledok merania predstavuje informáciu o „bode“. Na pochopenie podmienok vlhkosti pôdy na celom poli je potrebné nastaviť viacero bodov.
4. Dlhodobá stabilita a drift
Ak je sonda dlhodobo zakopaná v pôde, kovová časť môže starnúť v dôsledku elektrolytickej korózie alebo chemického pôsobenia, čo môže spôsobiť odchýlku nameraných hodnôt. Vyžaduje sa pravidelná kontrola a rekalibrácia.
Iii. Použiteľné scenáre a návrhy na výber
Veľmi vhodné scenáre
Inteligentné poľnohospodárstvo a presné zavlažovanie: Monitorovanie dynamiky pôdnej vlhkosti, určovanie, kedy a koľko vody zavlažovať, dosiahnutie úspory vody a zvýšenie produkcie.
Zelená záhrada a údržba golfových ihrísk: Základné senzory automatizovaných zavlažovacích systémov.
Vedecký výskum: Výskum v oblastiach ako ekológia, hydrológia a meteorológia, ktorý si vyžaduje dlhodobé a nepretržité monitorovanie pôdnej vlhkosti.
Včasné varovanie pred geologickou katastrofou: Monitorovanie vlhkosti pôdy na svahoch a vozovkách s cieľom varovať pred rizikom zosuvov pôdy.
Scenáre, ktoré vyžadujú opatrné používanie:
V oblastiach s vysokou slanosťou a vysokou zásaditosťou pôdy: Pokiaľ sa nepoužívajú špeciálne navrhnuté a kalibrované modely, spoľahlivosť údajov je nízka.
V scenároch metrologickej certifikácie s extrémne vysokými požiadavkami na absolútnu presnosť: V tomto prípade môže byť potrebné zvážiť drahšie TDR senzory alebo priamo použiť metódu sušenia.
Jednoducho povedané, kapacitné pôdne senzory sú „nákladovo efektívnou“ možnosťou. Hoci na laboratórnej úrovni nemusia poskytovať absolútne presné hodnoty, dokážu veľmi dobre odrážať relatívny trend a vzorec zmien vlhkosti pôdy zo suchej na vlhkú. Pre prevažnú väčšinu výrobných a manažérskych rozhodnutí má už teraz veľkú hodnotu. Správne pochopenie ich charakteristík a dobrá kalibrácia sú kľúčom k ich dobrému používaniu.
Pre viac informácií o pôdnych senzoroch kontaktujte spoločnosť Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Webová stránka spoločnosti:www.hondetechco.com
Čas uverejnenia: 1. decembra 2025