سنسور دما و رطوبت خاک | رطوبت سنج خاک | سنسور رطوبت خاک

سنسور دما و رطوبت خاک نوعی سنسور هواشناسی است که میزان رطوبت، شوری، دما و سختی خاک را به صورت سیگنال الکتریکی به دیتالاگر یا دستگاه هواشناسی انتقال می‌دهد.

سنسور دما و رطوبت خاک چیست

کشاورزان در بسیاری از کشور ها به سیستم آبیاری اعتماد دارند که در زمان و اندازه مناسب آب محصولاتشان تامین شود. کم آبی گیاهان می تواند به سرعت بازدهی را برای کشاورزان کاهش دهد. سنسور رطوبت خاک می توانند با استفاده از فناوری خود تصویری کامل از سیستم آبیاری مفید به تولید کنندگان نشان دهند. سنسور رطوبت سنج خاک امکان برقرار کردن جریان آب، در هنگامی که به کم تر از آستانه ای مشخص رسید را دارد، و هم چنین بعد از رسیدن به ظرفیت آبیاری زمین، قطع می شود.

در صورت استفاده کردن از سنسور رطوبت خاک به عنوان یکی از اجزای دستگاه هواشناسی علاوه بر افزایش چشمگیر سود و بازده، از هزینه های مدیریت ورودی نیز کاسته خواهد شد.

سنسور رطوبت سنج خاک معمولا دارای خروجی‌های زیر می‌باشند:

• RS485
• 4 الی 20 میلی آمپر

شاخک های اندازه گیری این سنور ها از جنس استیل ضد زنگ می‌باشد و قابلیت ماندن در خاک مرطوب را دارد.

اهمیت اندازه‌گیری دما و رطوبت خاک در هواشناسی

نقش در مدل‌های اقلیمی

داده‌های دما و رطوبت خاک در مدل‌های عددی پیش‌بینی هوا  (NWP):

• • پیش‌بینی بارش
  • تحلیل خشکسالی
  • بررسی تبادل انرژی بین زمین و جو

مدیریت منابع آب

کمک به پایش رطوبت خاک در:

• زمان بهینه آبیاری
• جلوگیری از تنش آبی
• کاهش هدررفت آب

پیش‌بینی یخبندان

نقش مهم دمای خاک در عمق‌های مختلف در پیش‌بینی:

• یخ‌زدگی سطحی
• آسیب به ریشه گیاهان
• یخ‌زدگی لوله‌های انتقال آب

انواع سنسور دما و رطوبت خاک

سنسور های رطوبت خاک در ایستگاه هواشناسی دارای سه نوع اصلی می باشند که هر یک از آنها در تعیین سطح رطوبت و اندازه گیری میدانی متفاوت هستند. هر نوع دارای مزا و معایب خاص خود هستند و با توجه به آنها نیاز های بازار را برآورده می کنند.

سنسور حجمی

سنسور رطوبت خاک از نوع حجمی، به صورت مستقیم میزان آب موجود در خاک را اندازه گیری می کنند. این دسته بیشترین میزان سنسور های بازار را شامل می شود: سنسور های معمولی و اتلاف حرارت، پراب های رطوبت نوترونی و سنسور های دی الکتریک هستند. دی الکتریک خاک توسط سنسور های دی الکتریک ثابت اندازه گیری می شوند.ثابت دی الکتریک خاصیتی الکتریکی است که در سه نسخه تهیه می شود و به میزان رطوبت خاک وابسته هستند.

این سه نسخه شامل:

• سنسور رطوبت سنج خاک رفرکتومتری حوزه فرکانس (FDR) یا خازنی
• سنسورهای عبورسنج حوزه زمان (TDT)
• سنسورهای رفرکتومتری یا شکست‌سنجی حوزه زمان (TDR)

کشش‌سنج یا تنسیومتر

آب از طریق چسبندگی یا کشش، ذرات خاک را نگه می دارد. نوعی از سنسور رطوبت سنج خاک، کشش سنج ها هستند که آنها میزان کشش بین  مولکول های آب و ذرات خاک را اندازه گیری می کند. گیاهان برای به این آب دسترسی پیدا کنند می بایست بر کشش بین خاک  و آب غلبه کنند تا بتوانند مولکول های آب را از ذرات خاک دور کرده و به داخل ریشه بکشند. تنسیومتر لوله ای عمودی و پر از آب است که دارای نوکی متخلخل است و در عمق توصیه شده به خاک وارد می شود. از نوک متخلخل لوله مهر و موم شده آب، خاک خارج شده و باعث ایجاد خلاء می شود. هر چه خاک خشک تر باشد، خلاء بیشتری ایجاد می کند، به این دلیل که کشتن ذرات خاک توسط مولکول های آب سخت تر است.

سنسور رطوبت خاک حالت جامد

برای اندازه گیری میزان رطوبت خاک، سنسور های حالت جامد ارزان ترین گزینه هستند. سنسور های ماتریس گرانول و بلوک های گچی از انواع متداول سنسور های رطوبت سنج خاک حالت جامد هستند. آنها برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی در خاک با استفاده از دو الکترود کار می کنند. چون که جریامن الکتریکی راحت تر از آب عبور می کند، آب بیشتر در خاک باعث کاهش مقاومت الکتریکی می شود. همچنین کمتر باعث افزایش مقاومت می شود. بعد از اندازی گیری مقاومت الکتریکی، برای تعیین رطوبت خاک موجود در گیاه، کشش آب محاسبه می شود.

کاربرد رطوبت سنج خاک

کاربرد اصلی سنسور دما و رطوبت خاک به عنوان یکی از تجهیزات هواشناسی به شرح زیر است:

• پیش‌بینی خشکسالی
• مدل‌سازی تبخیر و تعرق
• تعیین شاخص تنش آبی
• پایش تغییرات اقلیم
• تحقیقات کشاورزی و محیط زیست
• پیش‌بینی سیلاب‌های ناشی از اشباع خاک
• کشاورزی
• دستگاه های هواشناسی پرتابل
• باغ های میوه
• گلخانه های صنعتی

مزایای استفاده از سنسور دما و رطوبت خاک

• صرفه‌جویی در مصرف آب: با اطلاع دقیق از میزان رطوبت خاک، آبیاری تنها در زمان مورد نیاز انجام می‌شود.
• افزایش راندمان محصولات: شرایط بهینه خاک موجب رشد بهتر گیاهان و افزایش کیفیت محصول خواهد شد.
• کاهش هزینه‌های عملیاتی: کاهش مصرف آب، انرژی و نیروی انسانی از مهم‌ترین مزایای این تجهیزات است.
• امکان مانیتورینگ آنلاین: بسیاری از مدل‌ها قابلیت اتصال به سیستم‌های اینترنت اشیا (IoT) و مانیتورینگ از راه دور را دارند.

عوامل مؤثر بر انتخاب سنسور رطوبت خاک

هنگام خرید سنسور دما و رطوبت خاک باید به موارد زیر توجه کنید:

• نوع خاک
• عمق نصب
• محدوده اندازه‌گیری
• دقت مورد نیاز
• نوع خروجی
• شرایط محیطی
• قابلیت اتصال به PLC یا RTU

جمع بندی

سنسور دما و رطوبت خاک یکی از اجزای کلیدی ایستگاه‌های هواشناسی کشاورزی و تحقیقاتی است. این سنسورها اطلاعات حیاتی برای مدل‌های پیش‌بینی اقلیم، مدیریت منابع آب و بهینه‌سازی تولید محصولات کشاورزی فراهم می‌کنند. با پیشرفت فناوری‌های دیجیتال و مخابراتی، استفاده از این سنسورها در شبکه‌های پایش اقلیمی گسترده‌تر شده و نقش مهمی در توسعه کشاورزی پایدار و مدیریت تغییرات اقلیمی ایفا می‌کنند.