Ємнісні ґрунтові датчики є одним із найпоширеніших методів сучасного вимірювання вологості ґрунту (зазвичай належать до типу рефлектометрії в частотній області (FDR)). Основний принцип полягає в непрямому отриманні об'ємного вмісту вологи в ґрунті шляхом вимірювання його діелектричної проникності. Оскільки діелектрична проникність води (близько 80) набагато вища, ніж у інших компонентів ґрунту (близько 1 для повітря та приблизно 3-5 для ґрунтової матриці), загальна зміна діелектричної проникності ґрунту головним чином залежить від вмісту вологи.
Нижче наведено його основні характеристики:
I. Основні сильні сторони та переваги
1. Низька вартість та легкість популяризації
Порівняно з високоточними датчиками рефлектометрії в часовій області (TDR), ємнісні датчики мають нижчі електронні компоненти та виробничі витрати, що дозволяє їм широко застосовуватися в сценаріях, що потребують масштабного розгортання, таких як розумне сільське господарство та зрошення садів.
2. Надзвичайно низьке енергоспоживання
Ємнісні вимірювальні схеми самі по собі мають дуже низьке енергоспоживання та чудово підходять для довгострокового польового моніторингу та застосувань Інтернету речей, що живляться від батарей та сонячних панелей. Вони можуть працювати безперервно протягом місяців або навіть років.
3. Його можна безперервно контролювати протягом тривалого часу
Порівняно з методом сушіння, який вимагає ручного керування, ємнісні датчики можуть бути закопані в ґрунт для проведення безперервного автоматичного збору даних без нагляду, а також можуть фіксувати процес динамічної зміни вологості ґрунту, такий як вплив зрошення, опадів та випаровування.
4. Компактний розмір та легкість встановлення
Датчики зазвичай конструюються у вигляді зондів. Просто просвердліть отвір у точці вимірювання та вставте зонд вертикально в ґрунт, що майже не пошкодить структуру ґрунту.
5. Гарна стабільність та відсутність радіоактивності
На відміну від нейтронних вимірювачів, ємнісні датчики не використовують радіоактивні джерела, безпечні у використанні та не потребують спеціального дозволу чи захисту.
6. Інтегрований та інтелектуальний
Його дуже легко інтегрувати з колекторами даних та модулями бездротової передачі (такими як 4G/LoRa/NB-IoT) для формування повноцінної мережі моніторингу вологості ґрунту. Користувачі можуть дистанційно переглядати дані в режимі реального часу за допомогою мобільних телефонів або комп'ютерних платформ.
II. Обмеження та труднощі
На точність вимірювання впливає кілька факторів
Вплив текстури ґрунту: Калібрувальні криві для глинистого, суглинистого та піщаного ґрунту відрізняються. Датчики зазвичай калібруються зі стандартним піском та ґрунтом після виходу з заводу. Безпосереднє використання в ґрунтах різної текстури призведе до похибок.
Вплив електропровідності (солоності) ґрунту: це одне з основних джерел похибки для ємнісних датчиків. Іони солі в ґрунті можуть перешкоджати електромагнітним полям, через що виміряні значення будуть вищими. У засолоному ґрунті точність вимірювання значно знизиться.
Вплив ущільнення та пористості ґрунту: щільний контакт зонда з ґрунтом та наявність у ґрунті великих пор або каміння впливатимуть на точність результатів вимірювання.
Вплив температури: Діелектрична проникність змінюється з температурою. Високоякісні датчики мають вбудовані датчики температури для компенсації, але ефект компенсації обмежений.
2. Потрібне калібрування на місці
Для отримання високоточних результатів вимірювань, особливо на певних типах ґрунту, зазвичай потрібне калібрування на місці. Тобто, збираються зразки ґрунту, фактичний вміст вологи вимірюється стандартним методом сушіння, а потім порівнюється з показаннями датчика для встановлення локалізованого калібрувального рівняння. Це вирішальний крок для забезпечення точності даних, але він також збільшує вартість використання та технічний поріг.
3. Діапазон вимірювань є відносно локальним
Діапазон вимірювання датчика обмежений кінцевим об'ємом ґрунту навколо зонда (тобто «чутливою зоною» датчика). Ця площа зазвичай дуже мала (кілька кубічних сантиметрів), тому результат вимірювання являє собою інформацію з «точки». Щоб зрозуміти стан вологості ґрунту всього поля, необхідно встановити кілька точок.
4. Довгострокова стабільність та дрейф
Якщо зонд довго залишати в ґрунті, його метал може старіти через електролітичну корозію або хімічну дію, що призведе до дрейфу значень вимірювань. Необхідна регулярна перевірка та повторне калібрування.
Iii. Застосовувані сценарії та пропозиції щодо вибору
Дуже підходящі сценарії
Розумне сільське господарство та точне зрошення: моніторинг динаміки вологості ґрунту, визначення часу та кількості поливу, досягнення водозбереження та збільшення виробництва.
Озеленення ландшафтів та обслуговування полів для гольфу: основні датчики автоматизованих систем зрошення.
Наукові дослідження: дослідження в таких галузях, як екологія, гідрологія та метеорологія, що вимагають довгострокового та безперервного моніторингу вологості ґрунту.
Раннє попередження про геологічні катастрофи: моніторинг вологості ґрунту на схилах та дорожніх полотнах для попередження про ризик зсувів.
Сценарії, що вимагають обережного використання:
У районах з високим рівнем засоленості та високолужним ґрунтом: якщо не використовуються спеціально розроблені та калібровані моделі, достовірність даних низька.
У сценаріях метрологічної сертифікації з надзвичайно високими вимогами до абсолютної точності: у цей час може знадобитися розглянути дорожчі датчики TDR або безпосередньо використовувати метод сушіння.
Простіше кажучи, ємнісні ґрунтові датчики – це «економічно вигідний» варіант. Хоча вони можуть не забезпечувати абсолютно точні значення на лабораторному рівні, вони можуть дуже добре відображати відносну тенденцію зміни та характер вологості ґрунту від сухого до вологого. Для переважної більшості виробничих та управлінських рішень це вже має велику цінність. Правильне розуміння їх характеристик та якісне калібрування є ключами до їх ефективного використання.
Щоб отримати додаткову інформацію про датчики ґрунту, зверніться до Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Вебсайт компанії:www.hondetechco.com
Час публікації: 01 грудня 2025 р.