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1.
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General Description
El sensor de suelo mide la temperatura del suelo, la humedad del suelo, la conductividad eléctrica del suelo, la permitividad dieléctrica compleja del suelo y la conductividad eléctrica de los "poros de agua" contenidos en el agujero de suelo. Tanto la conductividad del suelo como del agua de los poros se compensan automáticamente por la temperaturaThe soil sensor measures soil temperature, soil moisture, soil bulk electrical conductivity, complex dielectric permittivity of soil, and electrical conductivity of the "water pores" contained in the soil hole. Both soil conductivity and pore water are automatically compensated for temperature.
El sensor de suelo basa sus medidas en la física y el comportamiento de una onda de radio electromagnética reflejada en el suelo. Basándose en la medición de la impedancia del suelo a través de la reflectometría en el dominio de la frecuencia, la sonda determina la permitividad dieléctrica. La compleja permitividad dieléctrica permite al sensor calcular simultáneamente la humedad del suelo y la conductividad eléctrica del suelo. El sensor utiliza una frecuencia de 50 MHz, que minimiza los efectos de textura y salinidad, lo que hace que las mediciones sean precisas en la mayoría de los sustratos hidropónicos.
La conductividad eléctrica del "agua de poro" se calcula utilizando algoritmos basados en la humedad del suelo y los valores de conductividad eléctrica del suelo.
2. Componentes Estructurales
Este sensor está diseñado para que permanezca durante muchos años enterrado en el suelo. La sonda está formada por tres componentes principales:
- Conjunto de dientes de acero inoxidable de grado marino.
- Nailon. La carcasa exterior está compuesta por este material.
- Resina epoxi. Brinda protección electrónica interna así como un diseño de robusta construcción para las sondas.
3. Especificaciones
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Volumen de agua
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Apparent dielectric permittivity: 1 (air) to 80 (water)
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0 to 25 dS/m (bulk) (0 to 25 mS/cm)
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-40 to 60 ºC
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0.1 units (unitless) from 1 to 20, < 0.75 (unitless) from 20 to 80
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0.01 dS/m from 0 to 10 dS/m, 0.05 dS/m from 10 to 25 dS/m
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0:0008 m3/m3 (0.08% VWC) from 0 to 50% VWC
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+/-1 units (unitless) from 1 to 40 (soil range), +/-20% from 40 to 80 (VWC)
- Using Topp equation: 0:03 m3=m3(3% VWC) typical in mineral soils that have solution electrical conductivity < 10 dS/m
- Using medium specifc calibration, 0:01 to 0:02 m3=m3(1to 2% WC) in any porous medium.
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10% from 0 to 10 dS/m, user calibration required above 10 dS/m.
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+/-1 ºC
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1s (seconds)
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RS 485
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4. Comunicación del sensor de suelo
La sonda está disponible en una versión digital RS-485. El sensor incorpora un microprocesador para procesar la información de la sonda en datos útiles. Los datos se transmiten entonces digitalmente a un instrumento receptor con comunicación RS-485. El formato de comunicación RS-485 tiene dos cables de datos y tiene un protocolo de comunicación personalizado.
4.1 Direccionamiento y programación
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La siguiente tabla proporciona información sobre la configuración.
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Además, esta configuración hará que el programa sea más fácil de usar. En Hyperterminal, esta configuración se encuentra en Archivo / Propiedades / Configuración / Configuración ASCII / Envío de ACSII:
- Marque "Envia final de línea con avances de línea". Todos los comandos enviados a una versión RS-485 del sensor deben finalizar con un par "Retorno de carro" "Avance de línea".
- Marque "Echo caracteres escritos localmente". El sensor no repite ningún comando. Marcar esto permite ver lo que has escrito.
La siguientes tablas ilustran el formato de los comandos empleados:
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3 byte address (0-999)
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Carriage return character (ASCII 13)
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Linefeed character (ASCII 10)
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3 byte address
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2 byte year
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4 byte serial number
La siguientes tablas ilustran los comandos empleados:
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El sensor reduce el consumo de corriente en sensores con software antiguo
(antes de V400). Reducir de 50mA a 20mA en espera.
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///SN=?<CR><LF>
...
<addr>CL<CR><LF>
...
<addr>TR<CR><LF>
...
<newAddr><CR><LF>
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<addr>CLOK<CR><LF>
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000CL
000CLOK
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Muestra de lectura*: La repuesta <addr><STC>,<STF>,<M>,<Ltg>,<CPWtc>,<Er>,<ErTC>,<Ei>,<EiTC>,<CStc>,<TElec>,<CR><LF> se detalla a continuación:
<STC> : temperatura del suelo en Celsius
<STF> : temperatura del suelo en Fahrenheit
<M> : Humedad (de 0 a 1 equivale de 0 a 100%)
<Ltg> : complex dielectric permittivity loss tangent
<CPWtc> : conductividad de la temperatura "poro de agua" compensada (S/m)
<Er> : parte real de la permitividad dieléctrica
<ErTC> : temperatura real corregida de la permitividad dieléctrica
<Ei> : Parte imaginaria de la permitividad dieléctrica
<EiTC> : temperatura imaginaria corregida de la permitividad dieléctrica
<CStc> : temperatura de la conductividad media compensada (S/m)
<TElec> : temperatura de la electrónica interna.
5. Mediciones, Parámetros e Interpretación de Datos
5.1 Temperatura del suelo
El usuario puede observar la temperatura del suelo tanto en Celsius como Fahrenheit. La temperatura del suelo varía en un rango de -20ºC a +65ºC.
5.2 Humedad del suelo
El sensor de suelo proporciona medidas de humedad del suelo en unidades de fracción de agua por volumen (wfv o m3m-3), es decir, un porcentaje de agua en el suelo que se muestra en forma decimal. Por ejemplo, un contenido de agua de 0.20 wfv quiere decir que un litro de muestra de suelo contiene 200ml de agua. Mediciones precisas de la humedad del suelo en un rango de 0 a 0.5 wfv. Fuera de este rango los valores no son precisos.
5.3 Conductividad eléctrica del suelo
La sonda mide la conductividad eléctrica in situ en unidades de milisiemens por centímetro en un rango de 0 a 15 mS/cm. Esta conductividad eléctrica se compensa con la temperatura del suelo. El rango se puede ampliar con calibraciones específicas.
5.4 Conductividad eléctrica del "poro de agua"
El sensor de suelo proporciona las mediciones de conductividad eléctrica del "poro de agua" que se encuentra en agujero del suelo. De esta manera, el usuario puede obtener la conductividad eléctrica del agua que se encuentra en la zona de la raíz después de irrigar el suelo. Esta medida depende de la humedad del suelo y la conductividad eléctrica del suelo, de acuerdo con el algoritmo utilizado. Esta conductividad eléctrica también se compensa con la temperatura.
6. Conexión
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VIN: 12VCC
CONSUMPTION: 20mA (Standby) – 100mA (Measuring)
7. Instalación
El sensor de suelo debe instalarse horizontalmente. Se entierra a unos 15 centímetros bajo la superficie y a una distancia de unos 5 centímetros del tallo aproximadamente. Este sensor analiza la tierra por lo que es muy importante su colocación para obtener los valores esperados. Una vez instalado se debe conectar el sensor a la estación introduciendo el conector en su posición y roscando la pieza para ajustarlo.
NOTA: Si el sensor de suelo está justo debajo del riego, se puede girar para que no quede totalmente paralelo a las raíces y perpendicular al suelo permitiendo así una mejor detección de la humedad.
7.1 Advertencias al instalar el sensor
NO retire el sensor del suelo tirando del cable.
NO utilice una fuerza excesiva para conducir la sonda en el suelo ya que los dientes podrían doblarse. Si la sonda tiene dificultades para entrar en el suelo debido a las rocas, simplemente reubique la sonda en un área ligeramente adyascente.
Si bien el cable de enterramiento directo es muy duradero, es susceptible a la abrasión y los cortes producidos por las palas. El usuario debe tener mucho cuidado de NO dañar el cable o la sonda si es necesario excavar la sonda para su reubicación.
NO instale las sondas en un lugar donde puedan ser atropelladas por tractores u otros equipos agrícolas. El sensor puede ser lo suficientemente resistente como para sobrevivir al atropello de un tractor si está enterrado; sin embargo, la compactación de la columna de suelo por el peso del vehículo afectará la hidrología y, por lo tanto, los datos de humedad del suelo.
NO coloque más de una sonda en un cubo de arena húmeda mientras registra datos. Más de un sensor en el mismo compartimiento mientras está alimentado puede crear un efecto de electrólisis que puede dañar la sonda.
8. Mantenimiento. Cómo verificar el sensor
Antes de ponerse en contacto con el fabricante por un mal funcionamiento del sensor, siga los pasos de solución de problemas:
- Asegúrese de que las conexiones al registrador de datos sean correctas y seguras.
- Asegúrese de que las baterías de su registrador de datos no estén agotadas o debilitadas.
- Revise los cables del sensor para detectar muescas o cortes que puedan causar un mal funcionamiento.
- Si parece que una sonda no funciona correctamente, utilice un recipiente de plástico limpio lleno de agua destilada y asegúrese de que la sonda esté completamente sumergida.
- Si no hay agua destilada disponible, el usuario puede usar agua mineral embotellada para esta prueba.
- Si la sonda produce un valor de humedad del suelo de 80 +/- 5 en agua destilada (o agua mineral embotellada), la sonda NO está funcionando mal.
9. Calibración
9.1 VWC
Cada sonda se calibra en fábrica para medir la permitividad dieléctrica con precisión en el rango de 1 (aire) a 80 (agua). Numerosos investigadores han estudiado la relación entre la permitividad dieléctrica y el contenido volumétrico de agua (VWC) en el suelo. Como resultado, numerosas ecuaciones de transferencia que predicen VWC a partir de la permitividad dieléctrica medida. La sonda utiliza la ecuación de Topp (Topp et al. 1980) que encaja en la mayor parte del suelo mineral. Pero el usuario es libre de usar cualquiera de las ecuaciones de transferencia para convertir la permitividad dieléctrica sin procesar a VWC.The soil sensor bases its measurements on the physics and behavior of an electromagnetic radio wave reflected off the ground. Based on the measurement of the ground impedance through frequency domain reflectometry, the probe determines the dielectric permittivity. The complex dielectric permittivity allows the sensor to simultaneously calculate soil moisture and soil electrical conductivity. The sensor uses a frequency of 50 MHz, which minimizes the effects of texture and salinity, making measurements accurate on most hydroponic substrates.
The electrical conductivity of "pore water" is calculated using algorithms based on soil moisture and soil electrical conductivity values.
2. Structural Components
This sensor is designed to remain buried in the ground for many years. The probe is made up of three main components:
- Marine grade stainless steel sticks set.
- Nylon. The outer shell is made of this material.
- Epoxy resin. It provides internal electronic protection as well as a ruggedly constructed design for the probes.
3. Specs
MEASUREMENT | ACCURACY | RANGE |
|---|---|---|
Real dielectric permittivity | 土1.5% or 0.2 | 1 to 80 where 1 = air, 80 = distilled water |
Soil moisture for mineral soil | 土0.03 max | From completely dry to fully saturated |
Bulk electrical conductivity | 土2.0 % or 0.02 S/m | 0.1 to 15 mS/cm |
Temperature | 土0.3ºC | -10º to +55ºc |
4. Measurements, Parameters and Data Interpretation
4.1 Soil temperature
The user can observe the soil temperature in both Celsius and Fahrenheit. The soil temperature varies in a range from -10ºC to +55ºC.
5.2 Soil moisture
The soil sensor provides soil moisture measurements in units of water fraction by volume (wfv or m3m-3), that is, a percentage of water in the soil that is displayed in decimal form. For example, a water content of 0.20 wfv means that one liter of soil sample contains 200ml of water. Accurate measurements of soil moisture in the range of 0 to 0.5 wfv. Outside this range the values are not accurate.
5.3 Soil bulk electrical conductivity
The probe measures in situ electrical conductivity in units of millisiemens per centimeter in a range of 0 to 15 mS / cm. This electrical conductivity is compensated by the temperature of the soil.
5.4 "Pore water" electrical conductivity
The soil sensor provides electrical conductivity measurements of the "water pore" found in the soil pores. In this way, the user can obtain the electrical conductivity of the water in the root zone after irrigating the soil. This measurement depends on the humidity of the soil and the electrical conductivity of the soil, according to the algorithm used. This electrical conductivity is also compensated for by temperature.
6. Installation
The soil sensor must be installed horizontally. It is buried about 15 centimeters below the surface and at a distance of about 5 centimeters from the stem. This sensor analyzes the soil so its placement is very important to obtain the expected values. Once installed, the sensor must be connected to the station by inserting the connector in its position and threading the piece to adjust it.
6.1 Warnings when installing the sensor
DO NOT remove the sensor from the ground by pulling the cable.
DO NOT use excessive force to drive the probe into the ground as the sticks could bend. If the probe has difficulty entering the ground due to rocks, simply relocate the probe to a slightly adjacent area.
While direct bury cable is very durable, it is susceptible to abrasion and shovel cuts. The user must be very careful NOT to damage the cable or probe if it is necessary to excavate the probe for relocation.
DO NOT install the probes where they can be run over by tractors or other agricultural equipment. The sensor may be tough enough to survive being hit by a tractor if it is buried; however, the compaction of the soil column by the weight of the vehicle will affect the hydrology and therefore the soil moisture data.
DO NOT place more than one probe in a bucket of wet sand while recording data. More than one sensor in the same compartment while powered can create an electrolysis effect that can damage the probe.
7. Maintenance. How to check the sensor
Before contacting the manufacturer for a sensor malfunction, perform the following the troubleshooting steps:
- Make sure the connections to the data logger are correct and secure.
- Make sure the batteries in your data logger are not dead or weak.
- Check the sensor cables for nicks or cuts that may cause a malfunction.
- If a probe appears to be malfunctioning, use a clean plastic container filled with distilled water and make sure the probe is completely submerged (If distilled water is not available, the user can use bottled mineral water for this test)
- If the probe produces a soil moisture value of 80 +/- 5 in distilled water (or bottled mineral water), the probe is NOT malfunctioning.
8. Calibration
8.1 VWC
Each probe is factory calibrated to measure dielectric permittivity accurately in the range of 1 (air) to 80 (water). Numerous researchers have studied the relationship between dielectric permittivity and volumetric water content (VWC) in soil. As a result, numerous transfer equations that predict VWC from the measured dielectric permittivity. The probe uses the Topp equation (Topp et al. 1980) that fits most of the mineral soil.
Reference
Topp, G.C., J.L. David, and A.P. Annan 1980. Electromagnetic, Determination of Soil Water Content: Measurement in Coaxial Transmission Lines. Water Resources Research 16:3. p. 574-582.
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8.2
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Pore water and electrical conductivity
The probe measures in situ electrical conductivity in units of siemens per meter. Soil electrical conductivity is indicative of dissolved salts, dissolved solids, and fertilizers (McBride 1994). Para muchas aplicaciones, es ventajoso conocer la conductividad eléctrica de la solución contenida en los poros del suelo, lo cual es un buen indicador de la concentración de soluto en el suelo. La sonda estima la conductividad de la solución contenida en los poros del suelo de acuerdo con el trabajo de For many applications, it is advantageous to know the electrical conductivity of the solution contained in the soil pores, which is a good indicator of the solute concentration in the soil. The probe estimates the conductivity of the solution contained in the soil pores according to the work of Hilhorst (2000).
Reference
Hilhorst, M.A. 2000. A pore water conductivity sensor. Soil Science Society of America Journal 64:6 1922-1925.
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