土壤湿度传感器的工作原理

并非所有土壤湿度传感器方法都是一样的，TDR、FDR、电容、电阻：今天的互联网搜索提供了数千种测量土壤湿度的选项，从使用刻度盘指示湿度的传感器到使用简单微处理器进行电子监控的传感器。当您只想找出哪个传感器提供最可靠、稳健、准确和可发布的数据时，市场上的传感器数量之多令人困惑和沮丧。十多年来，科学家们花费了数千小时来安装土壤湿度传感器并监测、解释和发布来自现场实验的数据。随着时间的推移，我们学到了很多关于如何获得高质量土壤水分数据的知识。在本文中，我们将与您分享这些专业知识。以下是常用土壤传感方法的比较、每种方法的科学测量理论、优缺点以及哪些技术可能适用于不同类型的实地研究。还了解为什么现代土壤湿度传感不仅仅是传感器。
 
你想测量什么？
在互联网上搜索土壤传感器的一个困难是术语“土壤湿度传感器”不够具体。土壤中的水分可以指两种不同的东西：含水量（土壤中水的数量或百分比）或水势（土壤中水的能量状态）。一个是广泛变量，另一个是密集变量（在此处了解这些变量）。使用术语“土壤湿度传感器”进行搜索将找到两种类型的传感器。含水量是指土壤中按重量或体积计算的水量。 含水量有时与水势混淆
水势不同于含水量。它是指土壤中水的能量状态。通常，这取决于水分子对土壤颗粒的表面附着力。显示了土壤颗粒周围的水边界层。随着土壤水分的减少，该边界层变得更薄。发生这种情况时，剩余的水分子与土壤颗粒的表面结合得更紧密。这种结合降低了水的势能，使其更难以用于植物或运动。如果您想测量或预测植物水分可用性或土壤水分运动，请使用术语“水势传感器”或“基质势传感器”。所有这些技术都非常有用，但在本文中，我们将比较在地块、处理或田地中的单个位置进行测量的原位技术。其中包括四种基本方法： 到目前为止，这些传感技术中最常见的是电阻和电介质（TDR 传感器、FDR 传感器、电容传感器），这些将是我们比较的重点。但是，您可以在下面的网络研讨会中找到有关这些方法和其他方法的信息：土壤湿度水含量测量、方法和应用。
 
由于水是一种非常差的导体，水中的离子将电流从一个电极传送到另一个电极。从理论上讲，这个想法很好。随着土壤中水量的增加，阻力会下降是有道理的。然而，在实践中，这种方法背后的假设存在挑战。原因如下：显示了两个电极之间存在电压差。 电阻传感器允许少量电流在电极之间流动，由带正电和带负电的离子携带显示了两个电极之间存在电压差。电阻传感器允许少量电流在电极之间流动，由带正电和带负电的离子，说明了当正极板和负极板带电并且离子在土壤中移动时会发生什么。要使电阻法起作用，一个关键假设是土壤中的离子数量保持相对恒定。如果土壤中的离子数量不是恒定的，或者我们在不同的土壤中使用传感器，则精度变得不可能，因为随着孔隙水中离子数量的变化，电流流动的能力会改变，即使水没有变。
 
这个想法可以用一个简单的例子来说明。对于不仅仅用于湿/干测量的传感器，它需要有一个校准，将传感器输出（在这种情况下，它的电阻或其简单的倒数：电导率）与体积含水量相关联。 电阻传感器在四种不同土壤饱和度提取电导率下的校准，电阻传感器在四种不同土壤饱和度提取电导率 (EC ) 下的校准。对于 EC的适度变化，传感器校准变化十倍。饱和提取电导率的简单模型（水从饱和土壤中拉出后的电导率）。它表明传感器校准可以改变一个数量级以上。因此，尽管电阻传感器价格低廉，可对含水量的变化做出反应，并且易于集成到 DIY 项目中，但它们唯一真正的用途是用于家庭园艺和科学博览会项目。在任何科学追求中，他们根本无法产生可靠的体积含水量测量值。