كيف تختار أفضل مستشعر لمحتوى مياه التربة لتطبيقك؟
يعد اختيار مستشعر محتوى مياه التربة خطوة حاسمة للعديد من التطبيقات مثل الزراعة، وإدارة المناظر الطبيعية، وأتمتة الري، والبحث، أو المراقبة البيئية. ومع ذلك، نظرًا لوجود العديد من أنواع المستشعرات في السوق، قد يبدو اختيار المستشعر الصحيح معقدًا من وقت لآخر.
في هذا المقال، سنتناول بالتفصيل ما يقيسه المستشعر بالفعل، والمبادئ التقنية التي تجعل المستشعر الجيد جيداً، وكيفية تفسير المواصفات الفنية للشركة المصنعة بناءً على أسس علمية.
الهدف هو جعل عملية اختيار المستشعر واعية وآمنة.
ماذا تقيس مستشعرات محتوى مياه التربة في الواقع؟
يعتقد العديد من المستخدمين أن مستشعرات محتوى مياه التربة تقيس الماء الموجود في التربة مباشرة. ومع ذلك، لا يوجد أي من المستشعرات التجارية يقيس الماء عن طريق "فصله فيزيائياً" وقياسه.
بدلاً من ذلك، تقيس المستشعرات الخصائص الفيزيائية الأخرى التي تتغير بوجود الماء في التربة. ومن أهم هذه الخصائص:
- النفاذية العازلة (Dielectric permittivity)
- الموصلية الحرارية (Isıl iletkenlik)
- كثافة تدفق النيوترونات
تأتي في المقدمة.
يركز هذا المقال على قياس النفاذية العازلة، وهي التقنية الأكثر استخداماً في العالم.
ما هي النفاذية العازلة؟
النفاذية العازلة (أو "ثابت العزل الكهربائي") هي قدرة المادة على تخزين الطاقة تحت تأثير المجال الكهربائي.
تحتوي التربة في مكوناتها على:
- الجزيئات المعدنية
- المادة العضوية
- الهواء
- الماء
ويختلف سلوك كل مكون تحت تأثير المجال الكهربائي.
يخزن الماء طاقة تزيد بنحو 10 أضعاف مقارنة بالمعادن والمواد العضوية تحت تأثير المجال الكهربائي.
وبالتالي، كلما زاد وجود الماء في منطقة القياس، ارتفع ثابت العزل الكهربائي.
لماذا يخزن الماء كل هذه الطاقة؟
لأن الماء جزيء قطبي. ماذا يعني هذا التعبير؟
جزيء الماء (H₂O)، يمتلك مراكز شحن موجبة وسالبة بسبب زاوية الرابطة بين ذرات الهيدروجين وذرة الأكسجين وتوزيع الإلكترونات.
لهذا السبب، عند تطبيق مجال كهربائي:
- تحاول جزيئات الماء الاصطفاف
- تستهلك طاقة لتغيير اتجاهها
- تصبح هذه الطاقة قابلة للتخزين كهربائياً
هكذا تستطيع المستشعرات قياس الماء بفضل هذا السلوك.
كيف تعمل مستشعرات النفاذية العازلة؟
يرسل المستشعر مجالاً كهربائياً إلى التربة ويقيس الاستجابة الكهربائية للتربة. تتغير الاستجابة الكهربائية بتغير ثابت العزل الكهربائي. بعد ذلك، يقوم المستشعر بإجراء التحويل التالي:
الإشارة الكهربائية ← ثابت العزل الكهربائي ← محتوى الماء الحجمي
التقنيات المستخدمة في هذه العملية مختلفة:
أبرز تقنيات مستشعرات العزل الكهربائي
TDR (Time Domain Reflectometry)
- يتم إرسال إشارة كهرومغناطيسية
- يتم قياس زمن الانعكاس
- يوفر دقة عالية
- شائع في الأبحاث
FDR (Frequency Domain Reflectometry)
- يتم إرسال إشارات بترددات مختلفة
- عالي الحساسية
- استهلاك الطاقة منخفض
المستشعرات السعوية (Kapasitif Sensörler)
- يتم قياس التغير في السعة بين قطبين كهربائيين
- اقتصادي
- شائع في التطبيقات الزراعية
طرق الاستكشاف المحوري (Koaksiyel Keşif)
- تستخدم في التصاميم الصناعية
- مقاومة للضوضاء
لكل تقنية مزايا مختلفة، لذا يجب الاختيار وفقاً للتطبيق.
لماذا تهم درجة الحرارة، والملوحة، وبنية التربة؟
لا تعتمد النفاذية العازلة على الماء فقط.
العوامل التالية يمكن أن تؤثر على القياس:
- تغير درجة الحرارة
- تغير الموصلية (خاصة إذا كان EC مرتفعاً)
- نسبة الطين
- كمية المادة العضوية
لذلك، تم الحصول على قيم الدقة من الشركات المصنعة في ظروف المختبر. في ظروف الحقل الحقيقية، عادة ما تكون الدقة أقل. يجب الانتباه لهذا الأمر عند اختيار المستشعر.
كيف يجب أن يكون مستشعر محتوى مياه التربة الجيد؟
الميزات التالية ذات أهمية حاسمة:
الدقة (Doğruluk)
- مهمة بشكل خاص في تحليلات السعة الحقلية ونقطة الذبول.
الوضوح/الدقة التمييزية (Çözünürlük)
- هو أصغر تغيير يمكن للمستشعر اكتشافه.
المدى (Aralık)
- القدرة على القياس في نطاق التربة الجافة – المشبعة.
المتانة (Dayanıklılık)
- يجب أن يقاوم الأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة، والتأثيرات الكيميائية والميكانيكية.
المعايرة (Kalibrasyon)
- تتطلب بعض المستشعرات معايرة خاصة لنوع التربة.
السعر
- يجب البحث عن توازن السعر/الأداء وفقاً لغرض التطبيق.
كيفية تفسير المواصفات الفنية للشركة المصنعة؟
تتأثر دقة المستشعر بالعناصر التالية:
- دقة القياس الكهربائي
- تعويض درجة الحرارة
- وظائف التحويل
- التوافق مع نوع التربة
- تحمل الملوحة
على سبيل المثال:
عبارة "±1% دقة الماء الحجمي" قد تصل عادةً إلى مستوى ±3%–5% في الحقل الحقيقي.
بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم المستشعرات تقوم بقياسات أقل دقة عند مستويات المياه المنخفضة.
ما هو الوضوح (Çözünürlük)؟
على سبيل المثال، إذا كان المستشعر:
يتمتع بوضوح 0.1%، فيمكنه اكتشاف ارتفاع نسبة الماء في التربة من 20% إلى 20.1%. كلما زاد الوضوح، كانت البيانات أكثر حساسية.
نطاق العمل
بعض الشركات المصنعة تعطي نطاقاً من 0% – 100%. هذا نظري. والبعض الآخر يقول: 0 – 0.5 م³/م³ (وهذا يعادل 0%–50% ماء). وفقاً لنوع التربة:
- التربة الرملية: 20%–30%
- التربة الطينية: 40%–60%
- التربة العضوية: 60%–70%
يمكن أن يصل محتوى الماء إليها.
يجب أن يكون نطاق المستشعر مناسباً لنوع التربة بالتأكيد.
ملخص
لا يوجد مستشعر مثالي. يوجد المستشعر الأكثر ملاءمة لتطبيقك. لاختيار المستشعر الأكثر دقة، يجب معرفة:
- تكنولوجيا القياس
- منطق العزل الكهربائي
- التأثيرات البيئية
- قيم الدقة
- الوضوح
- المعايرة
يجب معرفتها.
عند فهم هذه المعلومات، يصبح من السهل مقارنة المستشعرات ويصبح استثمارك أكثر أماناً.
اروِ تربتك بالقياس وليس بالتخمين
كل نوع تربة يحتفظ بالماء بشكل مختلف. لاتخاذ قرارات ري صحيحة، يجب قياس قيم السعة الحقلية ونقطة الذبول في الوقت الفعلي.
مستشعرات رطوبة التربة من Esular، توفر لك إمكانية الري في الوقت المناسب وبالكمية المناسبة من خلال المراقبة المستمرة لقيم الرطوبة الحجمية لتربتك.
