Princípio de funcionamento do sensor de temperatura e umidade do solo para monitoramento da umidade do solo

Princípio de funcionamento do sensor de temperatura e umidade do solo para monitoramento da umidade do solo

O solo é um dos recursos naturais essenciais para a sobrevivência humana, sendo a base para o crescimento e desenvolvimento das plantas. O estado do ambiente do solo está intimamente ligado à sobrevivência e reprodução da sociedade humana. Além das plantas hidropônicas, a umidade do solo é a principal fonte de absorção de água pelas plantas. A dissolução e absorção de diversos fertilizantes no solo, bem como a decomposição e transformação da matéria orgânica, também estão intimamente relacionadas ao teor de umidade do solo.

O padrão de medição da umidade do solo é o teor de umidade, ou seja, a porcentagem do peso do solo em relação ao peso da umidade. Medir o teor de água no solo e compreender as necessidades hídricas das culturas é de grande importância para a produção agrícola. Os métodos atuais para medir a umidade do solo incluem o método de secagem por pesagem, o método do tensiômetro, o método de resistência, o método de nêutrons, o método de raios gama, o método da razão de ondas estacionárias, o método óptico, a reflectometria no domínio do tempo (TDR) e o método de oscilação de alta frequência (FDR), entre outros. Dentre eles, os métodos mais comuns e simples são o método de secagem e o método de resistência.

Método de secagem:

O método de secagem é um método muito comum para medir a umidade do solo, sendo também um método padrão. Especificamente: obtém-se uma certa quantidade de solo do campo, coloca-se em uma estufa a 105°C e aguarda-se a secagem. O padrão de secagem consiste em pesar o solo duas vezes, mantendo a mesma quantidade antes e depois da secagem. A umidade perdida após a secagem corresponde ao teor de umidade do solo. A fórmula de cálculo é: teor de umidade do solo = (M / (M')) * 100%, onde M é o peso do solo antes da secagem e W é o peso do solo após a secagem, ou seja, a diferença entre M e o peso do solo após a secagem (M').

Método de resistência:

O método de resistência utiliza a resistência de materiais como gesso, náilon, fibra de vidro, etc., que está relacionada ao seu teor de água. Quando esses materiais intermediários, juntamente com eletrodos, são colocados em solo úmido, após um período de tempo, o teor de água desses materiais atinge o equilíbrio. Devido à relação entre resistência e teor de umidade, calibramos previamente uma determinada relação correspondente entre resistência e porcentagem, e então podemos usar esses componentes para obter leituras de umidade na faixa de sucção de 1 a 15 atmosferas.

O valor medido pelo método de secagem é preciso, mas apresenta a desvantagem de um desempenho ruim em tempo real. Se desejarmos uma medição rápida, podemos considerar o sensor de temperatura e umidade do solo. Os sensores de temperatura e umidade do solo utilizam dois princípios de monitoramento: reflectometria no domínio do tempo (TDR) ou método de oscilação de alta frequência (FDR), que podem fornecer um teor de umidade do solo mais preciso em tempo real.

Método TDR:

O nome chinês de TDR é Reflectometria no Domínio do Tempo, um método de medição de umidade do solo desenvolvido na década de 1980. Este método é muito comum em outros países. Na China, foi introduzido apenas nos últimos anos, mas já despertou a atenção de diversos departamentos desde então. A transmissão no domínio do tempo por TDR é uma forma comum de monitorar rapidamente a umidade do solo. O princípio é que a forma de onda em uma linha de transmissão desalinhada será transmitida, e a forma de onda em qualquer ponto da linha de transmissão é a superposição da forma de onda original com a forma de onda transmitida. O tempo de resposta do equipamento TDR é de cerca de 10 a 20 segundos, o que o torna adequado para medições móveis e monitoramento em pontos fixos.

A TDR possui grande independência e seus resultados praticamente não são afetados por fatores ambientais como tipo de solo, densidade e temperatura. Além disso, há outro ponto importante: a TDR pode medir a umidade do solo em condições de congelamento, algo que outros métodos não conseguem igualar. Ademais, a TDR pode monitorar simultaneamente o teor de água e sal no solo, e não há praticamente nenhuma diferença entre os resultados das duas medições. A precisão desse método de medição é evidente.

Método FDR:

O nome chinês do método FDR é método de oscilação de alta frequência, e seu surgimento foi um pouco posterior ao do TDR. Inicialmente, devido ao alto custo dos equipamentos TDR, empresas estrangeiras como a AquaSPY e a Sentek desenvolveram o FDR como uma alternativa mais simples para medir a constante dielétrica do solo. O FDR não só é mais barato que o TDR, como também apresenta um tempo de medição menor. Após uma calibração específica para o solo, a precisão da medição é alta, o formato da sonda não é limitado, múltiplas profundidades podem ser medidas simultaneamente e a aquisição de dados é facilitada.

O método FDR adota o princípio de funcionamento do pulso eletromagnético e mede a permissividade aparente do solo de acordo com a frequência de propagação da onda eletromagnética no meio, de forma a obter o teor volumétrico de água no solo.

O monitoramento da umidade do solo não se restringe mais à detecção da umidade em solos agrícolas. Em diversas obras de engenharia, como ferrovias, rodovias, usinas hidrelétricas, canais, residências, etc., o estado da umidade do solo também é uma informação indispensável. Quando precisamos de dados precisos e tempo suficiente, podemos optar pelo método tradicional de secagem. Mas se você deseja saber a umidade do solo em tempo real, pode escolher o sensor de umidade do solo. (TDR/FDR).

Ao longo dos anos, tornou-se muito popular, à medida que mais e mais pessoas o experimentam.

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