Определение влажности с помощью прямого и косвенного метода

Терминология

Чтобы использование датчика влажности было полезным, нужно понять его конструкцию и действие. Многие пользователи не понимают его эффективности и принципа устройства, отсюда возникают сложности.

Влажность воздуха условно делится на абсолютную и относительную. Абсолютная соответствует измерению объема воды в воздушной массе. Существует предельный порог насыщения, который соответствует 100 %. От этого показателя начинается следующий процесс, именуемый конденсацией.

Относительная влажность воздуха измеряется соотношением влагоемкости к абсолютной влажности. Чем выше относительная влажность, тем выше “точка росы”, соответственно ближе к фактической температуре воздуха.

Определение влажности с помощью прямого и косвенного метода

Тензиометрический метод

Определение влажности с помощью прямого и косвенного метода

Самый известный метод измерения капиллярной или общей влагоемкости почвы базируется на способности последней впитывать воду. Приборы, использующие этот метод, способны фиксировать изменения влагоемкости почвы, что является следствием инфильтрации воды, полива, подъема грунтовых вод, испарения и транспирации. Ноль на шкале тензиометра означает, что почва полностью насыщена влагой. В то же время максимальный показатель тензиометра — 1 бар. Таким образом, диапазон влажности почвы, в котором тенизометр может работать, ограничен. И в почвах высокой потенциальной влагоемкости в очень сухих условиях тензиометры зашкаливали и ломались.
 
Тензиометр направления измеряет водопоглощающую способность почвы, но только косвенно — собственно влажность почвы. Чтобы понимать связь между влагоемкостью и влажностью, необходимо знать водные характеристики почвы.
 
Прямые измерения на поверхности почвы невозможны. Систему приборов легко сформировать, и она долго служит, если правильно настроена. При температурах около и ниже нуля можно использовать другие жидкости, например, этиленгликоль. Влажность мерзлой почвы система не измеряет.
 
Информацию о насыщенности почвы влагой можно получать почти в режиме реального времени. Реакция системы на изменения характеристик почвы очень быстрая. Приборы легко размещаются в почве.
 
При калибровке приборов необходимо понимать водопоглощающую способность различных типов почв. Стоимость системы приборов сравнительно низкая.

Электромагнитные методы

Сюда входят методы, основанные на воздействии влажности на электрические свойства почвы. С помощью этих методов возможны как контактный, так и дистанционный анализ влажности почвы. Разработан целый ассортимент встроенных сенсоров, которые реагируют на сопротивление, поляризацию или на обе эти характеристики. Эти сенсоры оказались очень перспективными в плане измерения влажности в поверхностном слое почвы. К сожалению, измерения датчиками электрических характеристик почвы глубже поверхностной зоны не показали четкой корреляции с влажностью. И, хотя определенные проблемы и остаются, в последние годы наблюдается заметный прогресс в разработке датчиков, расположенных непосредственно в почве, использующих эти методы. Впрочем, если отобрать пробу просто, то электроника, которая используется для снятия данных, остается дорогой.
 
Сопротивление почвы зависит от ее влажности. Однако неоднородность почвы мешает измерению сопротивления прямыми методами. Многие проблемы измерения электрического и термического сопротивления почвы решают пористые блоки. Эти однородные блоки, содержащие встроенные электроды, помещают в почву до достижения равновесной с почвой влажности. Тогда их электрические и тепловые характеристики принимают за однозначные с характеристиками почвы. Однако сопротивление таких пористых блоков зависит от концентрации электролита, поэтому электромагнитные методы не позволяют достичь точности измерения более 2% в ту или иную сторону, а иногда погрешность может составить и 100%.
 
Впрочем, в целом методика подходит для измерения абсолютных показателей влажности. Точность датчиков считается высокой, однако они не способны измерить содержание связанной воды, особенно на глинистых почвах. Кроме того, сложность калибровки может вызвать большие погрешности при измерении на поверхности почвы.
 
Оборудование и процесс отбора образцов достаточно просты. Но датчики следует устанавливать правильно, с минимальными нарушениями целостности почвы. Надежность калибровки в долгосрочной перспективе вызывает сомнения, поскольку концентрация ионов в почве меняется.
 
Датчики можно устанавливать на любую глубину, а их ассортимент достаточно широк — от маленьких до больших. Стоимость приборов и программного обеспечения для дистанционного сбора данных может быть высокой.

Термические методы

Базируются на связи тепловой инерции грунта и его влажности. Затрудняет связь снижение чистого поглощения солнечной энергии почвой в результате испарения с поверхности. Испарение также снижает суточную амплитуду колебаний температуры поверхности почвы. Таким образом, разница дневной и ночной температуры отражает влажность почвы и испарения с его поверхности.
 
Многочисленные исследования показали, что для определенных почв суточные колебания температуры поверхности является хорошим индикатором содержания влаги в верхнем (до глубины 4 см) слое почвы.
 
В то же время данный метод не подходит для полей, покрытых растительным покровом. Также он зависит от почвенно-климатических условий и в большинстве случаев работает только в поверхностном слое почвы. Датчики температуры поверхности портативные по размеру. Процедура отбора образцов сравнительно проста. Стоимость колеблется в широком диапазоне.

Микроволновые методы

Вода имеет уникально низкие электро- и теплопроводность. Соответственно, электрические и тепловые характеристики почвы, в частности, показатели излучения и отражения, зависят от ее влажности. Излучение тепла поверхностью почвы в микроволновом диапазоне можно определить дистанционно соответствующими измерительными приборами — пассивными (радиометрическими) или активными (радар) методами. Разрешение пассивных систем ограничено размерами антенны и на практике ограничивается 5-10 км. Работа активных систем базируется на том, что способность голой почвы рассеивать микроволновое излучение зависит от ее влажности, неровности поверхности и электропроводности. Растительный покров снижает мощность отраженного излучения до 40% по сравнению с голой почвой. Ограничивающим фактором является способность метода измерять влажность почвы только в верхнем слое: для активного метода — до 5-10 см, для пассивного — несколько сантиметров.
 
Таким образом, точность метода снижается при неровности поверхности или наличии растительного покрова. По точности метод уступает прямым методам измерения и ограничивается только верхним слоем почвы. По стоимости метод очень дорогой, поскольку часто требует задействования спутников или, по крайней мере, летательных аппаратов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

1 + 7 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector