如何为您的应用选择最佳的土壤水分传感器？
选择土壤水分传感器是农业、景观管理、灌溉自动化、研究或环境监测等许多应用的关键步骤。然而，由于市场上有很多传感器种类，选择合适的传感器有时可能显得很复杂。
在本文中，我们将基于科学依据详细讨论传感器实际测量的内容、使优质传感器脱颖而出的技术原理，以及如何解读制造商的技术规范。
目的是让您的传感器选择过程变得明智且可靠。
土壤水分传感器实际测量的是什么？
许多用户认为土壤水分传感器直接测量土壤中的水。然而，市面上的传感器没有一种是“物理分离”并测量水的。
相反，传感器测量土壤中随水的存在而变化的其他物理特性。这些特性主要包括：
- 介电常数
- 热导率
- 中子通量密度
等。
本文重点讨论全球最常用的技术——介电常数测量。
什么是介电常数？
介电常数（或“介电恒数”）是物质在电场下存储能量的能力。
土壤成分包括：
- 矿物颗粒
- 有机质
- 空气
- 水
每种成分在电场下的行为各不相同。
水在电场下的能量存储能力约为矿物质和有机质的 10 倍。
因此，测量区域内的水越多，介电常数就越高。
为什么水能存储这么多能量？
因为水是极性分子。 这个表述是什么意思？
一个水分（H₂O）分子由于氢原子和氧原子之间的键角以及电子分布，具有正负电荷中心。
因此，当施加电场时：
- 水分子尝试定向排列
- 消耗能量来改变方向
- 这种能量在电学上变得可存储
正是由于这种行为，传感器才能测量水。
介电常数传感器是如何工作的？
传感器向土壤发送电场并测量土壤的电响应。 随着介电常数的变化，电响应也会发生变化。 随后传感器进行以下转换：
电信号 → 介电常数 → 容积含水量
这一过程中使用的技术各不相同：
主要介电传感器技术
TDR (时域反射技术)
- 发送电磁信号
- 测量反射时间
- 提供高精度
- 在研究中广泛应用
FDR (频域反射技术)
- 发送不同频率的信号
- 具有高灵敏度
- 能耗低
电容式传感器
- 测量两个电极之间的电容变化
- 经济实惠
- 在农业应用中广泛应用
同轴探针法
- 用于工业设计
- 抗噪性强
每种技术都有不同的优势，因此应根据应用进行选择。
为什么温度、盐度和土壤结构很重要？
介电常数不仅取决于水。
以下因素可能影响测量：
- 温度变化
- 电导率变化（尤其是当 EC 较高时）
- 粘土比例
- 有机质含量
因此，制造商提供的准确度值是在实验室条件下获得的。 在实际田间条件下，准确度通常较低。 选择传感器时必须注意这一点。
一个好的土壤水分传感器应该是怎样的？
以下特征至关重要：
准确度
- 在田间持水量和萎蔫点分析中尤为重要。
分辨率
- 传感器能检测到的最小变化。
范围
- 在土壤从干燥到饱和范围内的测量能力。
耐用性
- 必须耐紫外线、潮湿、化学和机械影响。
校准
- 某些传感器需要针对特定土壤类型进行校准。
价格
- 应根据应用目的寻求性价比平衡。
如何解读制造商的技术规范？
传感器的准确度受以下因素影响：
- 电测量准确度
- 温度补偿
- 转换函数
- 对土壤类型的适应性
- 盐度耐受性
例如：
“±1% 容积含水量准确度”的表述在实际田间通常可能达到 ±3%–±5% 的水平。
此外，大多数传感器在低水位时的测量准确度较低。
什么是分辨率？
例如，一个传感器：
如果具有 0.1% 的分辨率，当土壤中的含水量从 20% 增加到 20.1% 时，它就能感知到。分辨率越高，数据就越精确。
工作范围
一些制造商给出：0% – 100% 的范围。这是理论上的。 另一些则说：0 – 0.5 m³/m³（这相当于 0%–50% 的水分）。 根据土壤类型：
- 砂质土壤：20%–30%
- 粘性土壤：40%–60%
- 有机质土壤：可以达到 60%–70%
的水分含量。
传感器范围必须适合土壤类型。
总结
没有完美的传感器。 只有最适合您应用的传感器。 为了选择最准确的传感器，需要：
- 了解测量技术
- 了解介电逻辑
- 了解环境影响
- 了解准确度值
- 了解分辨率
- 了解校准
当您掌握了这些信息，比较传感器将变得更加容易，您的投资也将变得更加安全。
测量灌溉，而非猜测
每种土壤类型的持水能力不同。为了做出正确的灌溉决策，需要实时测量田间持水量和萎蔫点值。
Esular 土壤水分传感器持续监测土壤的容积湿度值，让您能够在正确的时间以正确的量进行灌溉。
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