Torpaqdakı Suyu Elektriklə Ölçmək: Dielektrik Sabiti, Su və TDR Texnologiyası
Kənd təsərrüfatında düzgün suvarma qərarları qəbul etməyin təməlində torpaqda nə qədər su olduğunu bilmək dayanır. Lakin torpaqdakı suyu birbaşa görmək mümkün deyil. Buna baxmayaraq suyun, elektrik sahələri ilə qarşılıqlı əlaqəsi son dərəcə güclüdür. Məhz müasir torpaq rütubət sensorları tam da bu nöqtədə dövrəyə girir.
Bu yazıda;
- suyun niyə “xüsusi” bir maddə olduğunu,
- dielektrik sabiti (nisbi keçiricilik) anlayışını,
- bu fiziki xüsusiyyətin TDR (Time Domain Reflectometry) texnologiyası ilə necə ölçülə bilən vəziyyətə gəldiyini
və bütün bunların ESULAR Smart-soil TDR Torpaq Rütubət Sensoru ilə necə həllə çevrildiyini nəzərdən keçirəcəyik.
Su Dielektrik Deyildir (Lakin Dielektrik Sabiti Vardır)
Tez-tez edilən bir anlayış xətası ilə başlayaq:
Su “dielektrik” deyildir.
Lakin suyun dielektrik sabiti vardır. Müasir və texniki cəhətdən doğru termin “nisbi keçiricilik (relative permittivity, εr)” olsa da, bu yazıda geniş yayılmış istifadəsi səbəbindən “dielektrik sabiti” ifadəsini istifadə edəcəyik. Dielektrik sabiti, hər bir maddənin elektrik sahəsi altında nə qədər polyarlaşa bildiyini göstərən, ölçüsüz bir rəqəmdir. Müqayisə referansı vakuumdur (εr = 1).
Dielektrik Sabiti Nədir?
İki paralel metal lövhədən ibarət bir kondensator təsəvvür edin. Bu kondensatorun tutumu, lövhələr üzərində toplanan yük miqdarının tətbiq olunan gərginliyə nisbətidir:
Kapasitans = Q / E
Bu tutum, lövhələr arasına qoyulan materialdan asılıdır:
- Vakuum → Referans
- Hava → Çox az artım
- PTFE (Teflon) → ε ≈ 2,1
- Saf su → ε ≈ 80
Bu nə deməkdir?
Eyni elektrik sahəsi altında:
- PTFE, vakuuma görə 2 qatdan çox,
- Saf su isə təxminən 80 qat daha çox elektrik enerjisi depolaya bilər.
Buna görə də su, elektrik sahələri ilə son dərəcə güclü şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olur.
Niyə Su Bu Qədər Yüksək Dielektrik Sabitinə Malikdir?
Bunun cavabı su molekulunun quruluşunda gizlidir.
Su Molekulu (H₂O):
- Oksigen (O): δ– (qismən mənfi yük)
- Hidrogen (H): δ+ (qismən müsbət yük)
Oksigenin elektroneqatibliyi hidrogendən daha yüksəkdir. Bu səbəbdən rabitə elektronlarını özünə çəkir və molekul polyar hala gəlir.
Bu quruluş sayəsində su:
- Polyar bir molekuldur
- Hidrogen rabitəsi yaradır
- Elektrik sahəsi altında çox güclü şəkildə polyarlaşır
- Yüksək dielektrik sabitinə malikdir
- Bir çox ionlu maddəni asanlıqla həll edir
İonların suda asanlıqla həll olmasının səbəbi də budur: Yüklü hissəciklər suda vakuuma nisbətən təxminən 1/80 nisbətində daha az qüvvə ilə bir-birlərini çəkirlər.
Dielektrik Sabiti Sabit Deyildir: Temperatur və Tezlik Təsiri
Suyun nisbi keçiriciliyi həm temperaturdan həm də tezlikdən asılı olaraq dəyişir.
Statik (Aşağı Tezlikli) Qiymətlər:
- 0 °C → εr ≈ 88
- 20 °C → εr ≈ 80
- 25 °C → εr ≈ 78
- 100 °C → εr ≈ 55–57
Tezlikdən Asılılıq (Təxmini):
- DC – MHz → Statik qiymətlər keçərlidir
- 2,45 GHz (mikrodalğa) → εr ≈ 70–78
- 10 GHz civarı → εr ≈ 60–70
- İnfraqırmızı / görünən işıq → εr ≈ 1,77
Bu səbəbdən:
- Elektrostatik və aşağı tezlikli tətbiqlərdə statik qiymətlər istifadə olunur
- RF, mikrodalğalı və optik tətbiqlərdə tezliyə spesifik dielektrik modelləri tələb olunur
Keçiricilik ilə Dielektrik Xüsusiyyət Eyni Şey Deyildir
Digər bir geniş yayılmış yanlış fikir:
“Su elektriki keçirir.”
Reallıqda:
- Çox saf su demək olar ki, izolyatordur
- Müqaviməti ≈ 18.000.000 Ohm·cm səviyyəsinə çata bilər
Suyun keçiriciliyi; duzlar, minerallar və hətta havadan həll olan CO₂ kimi qarışıqlardan asılıdır.
Torpaq rütubətinin ölçülməsində isə ölçülən şey:
- Cərəyan deyil
- Elektrik sahəsinin mühitlə qarşılıqlı əlaqəsidir
Yəni keçiricilik deyil, dielektrik xüsusiyyətlər əsasdır.
TDR (Time Domain Reflectometry) Nədir?
TDR, onilliklərdir ki, torpaq su tərkibinin ölçülməsində qızıl standart olaraq istifadə edilən bir üsuldur.
Əsas prinsip budur:
- Elektromaqnit impulsları metal çubuqlar (dalğa ötürücüləri) boyu göndərilir
- İmpulslar, mühitin elektriksel xüsusiyyətlərindən asılı olaraq yavaşlayır
- Əks olunan siqnalların hərəkət müddəti ölçülür
İmpuls nə qədər yavaş irəliləyərsə, ətrafında o qədər yüksək keçiriciliyə (yəni suya) malik bir mühit var deməkdir.
Keçiricilik – İmpulsun Hərəkət Müddəti Əlaqəsi
Dalğa ötürücülərini əhatə edən mühitin keçiriciliyi, impulsun hərəkət müddətinə birbaşa təsir göstərir.
Suyun keçiriciliyi ≈ 80
Torpaq mineralları ≈ 3–7
Hava ≈ 1
Bu böyük fərq səbəbindən, torpaqdakı su miqdarındakı kiçik dəyişikliklər belə TDR ölçümlərində aydın şəkildə qəbul edilir.
İmpulsun hərəkət müddətinin, dalğa ötürücülərinin havada olsaydı malik olacağı müddətə nisbəti görünən keçiricilik (Ka) olaraq ifadə edilir. Bu qiymətdən su tərkibini hesablayan çox sayda elmi model mövcuddur.
Torpaq rütubəti TDR ilə necə ölçülür?
TDR üsulu, torpağa göndərilən elektromaqnit impulslarının hərəkət müddətini ölçür. Suyun yüksək dielektrik sabiti səbəbindən, torpaqdakı su miqdarı artdıqca impuls daha yavaş irəliləyir. Bu müddət fərqi istifadə edilərək torpaq rütubəti yüksək dəqiqliklə hesablanır.
Real TDR Sistemlərinin Çətinlikləri
Klassik TDR sistemləri:
- Mürəkkəb və bahalıdır
- Təkmilləşdirilmiş siqnal emalı alqoritmləri tələb edir
- Küyə qarşı həssasdır
- Başlanğıc və bitiş nöqtələrinin doğru təyini kritikdir
Bu səbəbdən uzun müddət yalnız tədqiqat və laboratoriya tətbiqlərində istifadə edilmişdir.
ESULAR Smart-soil TDR: Elmi Sahəyə Daşıyan Həll
ESULAR Smart-soil TDR Torpaq Rütubət Sensoru, bu çətinlikləri aradan qaldırmaq üçün hazırlanmışdır.
- Zavod kalibrlənməsi ilə optimallaşdırılmış parametrlər
- Təmiz və ardıcıl impuls hərəkət müddəti analizi
- Çoxsaylı dərinlikdən rütubət ölçümü
- İnnovativ mexaniki dizayn
- Güclü elektron infrastruktur
Bütün sistem, istifadəçidən mürəkkəb tənzimləmələr gözləmədən doğru və təkrarlana bilən ölçüm yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Nəticə: Torpaq Rütubətini Ölçməyin Elmi Yolu
Su, yüksək dielektrik sabiti sayəsində elektrik sahələri ilə güclü şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olur. Bu xüsusiyyət, TDR texnologiyası ilə ölçülə bilən hala gəlir. TDR isə düzgün suvarma, məhsuldarlıq artımı və davamlı kənd təsərrüfatının təməlini təşkil edir. ESULAR Smart-soil TDR, bu fiziki reallığı sahədə etibarlı bir ölçümə çevirir.
Daha Çox Məlumat Üçün
Smart-soil məhsul səhifəmizi ziyarət edə bilər və esular torpaq rütubət sensorlarının kənd təsərrüfatında necə fərq yaratdığını görə bilərsiniz.
Esularsa edər.
Yorumlar