Cảm biến độ ẩm đất trong nông nghiệp (Soil Moisture Sensors)

 Cảm biến đo độ ẩm đất hay còn được gọi là máy đo độ ẩm đất. Nó chủ yếu được sử dụng để đo hàm lượng thể tích nước của đất, theo dõi độ ẩm của đất, tưới tiêu nông nghiệp và bảo vệ lâm nghiệp.

Phù hợp với nhiều ứng dụng: 

• Đo nhiệt độ đất, đo độ ẩm đất Nhà kính.
• Đo dữ liệu độ ẩm đất, nhiệt độ đất giúp nhà nông giám sát chất lượng vườn cây trồng.
• Tích hợp các hệ thống tưới thông minh.
• Các ứng dụng phù hợp giám sát đo độ ẩm đất, nhiệt độ đất cần độ chính xác cao, ổn định và tiện lợi.
• ...

Nhiệt độ đất và độ ẩm đất đóng vai trò quan trọng như thế nào trong sự phát triển của cây trồng?

• Nhiệt độ cao và thấp sẽ ảnh hưởng đến vi sinh vật trong đất phân hủy các chất hữu cơ trong phân.
• Độ ẩm đất cao sẽ làm cho đất kém thoáng khí, độ ẩm đất thấp không thể đáp ứng được sự phát triển của cây trồng.
• Sự nhiễm mặn sẽ làm cứng đất và tạo nhiều vết nứt, làm chết rễ cây.

Muốn gieo trồng tốt trước hết phải hiểu môi trường sinh trưởng.

Vì vậy việc giám sát đo nhiệt độ đất, độ ẩm đất là rất quan trọng trong việc trồng trọt.

Các loại cảm biến độ ẩm của đất

Các loại cảm biến độ ẩm đất phổ biến nhất bao gồm: tensiometer, capacitance, dielectric method, gypsum blocks, volumetric, and neutron probes.

Cảm biến độ ẩm đất cho nông nghiệp

Cảm biến độ ẩm đất là thiết bị đo độ ẩm hiện tại của đất. Cảm biến được tích hợp vào hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp giúp bố trí nguồn nước cấp hiệu quả. Máy đo giúp giảm hoặc tăng cường tưới tiêu để đạt được sự phát triển tối ưu của cây trồng.

Capacitance

Sử dụng tính chất điện môi của đất để đo độ ẩm của đất cũng là một phương pháp hiệu quả, nhanh chóng, đơn giản và đáng tin cậy.

Đối với cảm biến độ ẩm đất điện dung có cấu trúc hình học nhất định, điện dung của nó tỷ lệ với hằng số điện môi của vật liệu đo được giữa hai cực.

Vì hằng số điện môi của nước lớn hơn nhiều so với các vật liệu thông thường, khi độ ẩm trong đất tăng lên, hằng số điện môi của nó cũng tăng tương ứng và giá trị điện dung do cảm biến độ ẩm đưa ra trong quá trình đo cũng tăng lên. Mối quan hệ tương ứng giữa điện dung của cảm biến và độ ẩm của đất có thể đo độ ẩm của đất.

Cảm biến độ ẩm đất điện dung được sử dụng phổ biến bởi độ chính xác cao, phạm vi rộng, nhiều loại vật liệu có thể đo lường và tốc độ phản hồi nhanh, có thể được áp dụng để giám sát trực tuyến.

Sản phẩm: https://epcb.vn/products/cam-bien-do-do-am-nhiet-do-dat-es-sm-th-01

Tensiometer

Cảm biến đo độ ẩm đất Tensiometer là một loại cảm biến được sử dụng rộng rãi và thành công trong một số phép đo độ ẩm của đất. Dụng cụ này có một đầu bằng sứ xốp, được kết nối với một máy đo chân không thông qua một đường ống chứa đầy nước. Thiết bị được đưa vào lỗ khoan trong đất. Đầu sứ xốp được gắn chặt vào đất, chân không được đặt trên mặt đất. Đây là một sự phát triển lớn trong việc sử dụng máy đo Tensiometer để đo độ ẩm của đất.

Ưu điểm của nó là: cấu tạo và nguyên lý tương đối đơn giản, nó có thể được đo trực tuyến trong thời gian thực, có thể xác định được hướng dòng chảy và độ sâu xâm nhập của nước trong đất.

Nhưng nhược điểm của cảm biến:  Phạm vi đo của nó phần lớn bị ảnh hưởng bởi chất lượng đất.

Đối với đất sét, do tính thấm khí tốt, ngay cả khi áp suất âm của độ ẩm đất thấp hơn 0-8Pa, độ ẩm của đất có thể được đo bằng máy đo Tensiometer.

Phương pháp này đo lực hút nước của đất cần chuyển thành hàm lượng nước trong đất theo đường cong đặc tính đất - nước. Bởi vì mối quan hệ giữa nước và năng lượng của đất rất phức tạp, phi tuyến và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều tính chất vật lý và hóa học của đất.

Neutron

Phương pháp xác định độ ẩm Neutron. Nguồn neutron được đưa vào đất để thử nghiệm thông qua ống thăm dò, và các neutron liên tục phát ra va chạm với các phần tử khác nhau trong đất và mất năng lượng, do đó làm chậm lại.

Trong số đó, khi các neutron nhanh va chạm với nguyên tử hydro, chúng mất nhiều năng lượng nhất và dễ bay chậm hơn. Do đó, hàm lượng nước trong đất càng cao, tức là càng nhiều nguyên tử hydro, thì mật độ mây của neutron chậm càng lớn.

Bằng cách đo mối tương quan giữa mật độ của đám mây neutron chậm và độ ẩm của đất, có thể xác định được độ ẩm trong đất, và sai số đo là khoảng ± 1%.

Phương pháp thiết bị neutron có thể đo định kỳ và lặp lại ở các độ sâu khác nhau ở vị trí ban đầu, nhưng độ phân giải thẳng đứng của thiết bị kém, và phép đo bề mặt gây ra sai số lớn do dễ dàng phân tán neutron nhanh trong không khí.

Do đó, một loại đặc biệt được thiết kế là dụng cụ Neutron, hoặc sử dụng tấm chắn, hoặc sử dụng các phương pháp khác để hiệu chuẩn.

FDR và TDR

Máy đo FDR (frequency domain type) và loại TDR (time-domain type) đề cập đến phương pháp tính độ ẩm của đất bằng cách đo hằng số điện môi của đất, được viết tắt là phương pháp TDR.

Vì hằng số điện môi của nước trong đất lớn hơn nhiều hằng số điện môi của các hạt rắn và không khí trong đất nên khi độ ẩm của đất tăng lên thì trị số hằng số điện môi tăng và tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong môi trường đó tỉ lệ thuận với nhau đến hằng số điện môi.

Căn bậc hai tỉ lệ nghịch nên thời gian truyền sóng điện từ dọc theo thanh ống dẫn sóng cũng kéo dài. Bằng cách đo tốc độ lan truyền của xung điện từ tần số cao trong đất dọc theo thanh dẫn sóng, có thể xác định được độ ẩm của đất.

Phương pháp cảm biến độ ẩm đất frequency domain type được viết tắt là FDR. Nó sử dụng nguyên lý xung điện từ để đo điện trở biểu kiến (ε) của đất theo tần số lan truyền của sóng điện từ trong môi trường để thu được hàm lượng nước thể tích trong đất (θv).

Sau khi đất được hiệu chỉnh, độ chính xác của phép đo cao và hình dạng của đầu dò không bị giới hạn và có thể đo nhiều độ sâu cùng một lúc, giúp việc thu thập dữ liệu dễ dàng hơn.

Nguồn bài viết: https://epcb.vn/blogs/news/cam-bien-do-am-dat-trong-nong-nghiep-soil-moisture-sensors