Hoe capacitieve bodemvochtigheidssensoren werken

Inzicht in het volumetrisch watergehalte (VWC)

Om te begrijpen hoe deze apparaten werken, moeten we eerst begrijpen wat ze meten, dus laten we een stapje terug doen en kijken naar bodemvocht - meer bepaald het Volumetrisch Watergehalte (VWC).

VWC is een maat voor de hoeveelheid water aanwezig in een volume grond, uitgedrukt als percentage van het volume. Bijvoorbeeld als 1m³ bestaat voor 0,15m³ lucht, 0,35m³ water en 0,50m³ bodemmineralen, dan is de VWC 35%.

VWC is een fundamentele parameter in de bodemkunde en hydrologie, omdat hij een cruciale rol speelt bij de bepaling van de fysische, chemische en biologische eigenschappen van de bodem en de beweging van water door het bodemprofiel. Het meten van de VWC is belangrijk voor diverse toepassingen, waaronder landbouw, bosbouw, milieukunde en civiele techniek. Het kan worden gemeten met verschillende technieken, waarvan capacitieve sensoren een van de meest efficiënte zijn.

De wetenschap achter capacitatieve bodemvochtigheidssensoren

Om VWC te meten maken deze sensoren gebruik van de polariteit van water. De polariteit van water verwijst naar de scheiding van elektrische ladingen binnen een watermolecuul. Een watermolecuul bestaat uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom, en de elektronen in het molecuul zijn niet gelijkmatig verdeeld. Het zuurstofatoom heeft een hogere elektronegativiteit dan de waterstofatomen, wat betekent dat het de gedeelde elektronen sterker aantrekt. Dit resulteert in een gedeeltelijk negatieve lading op het zuurstofatoom en een gedeeltelijk positieve lading op de waterstofatomen.

Als gevolg van deze ongelijke verdeling van ladingen zijn watermoleculen polair, dat wil zeggen dat ze een positief uiteinde hebben (de waterstofatomen) en een negatief uiteinde (het zuurstofatoom).

Wanneer een elektromagnetisch veld op de bodem wordt toegepast, worden de watermoleculen daarin gevoelig voor deze polariteit. Dit betekent dat wanneer de polariteit van het veld wordt veranderd, de watermoleculen in reactie daarop hun oriëntatie veranderen. Door een elektromagnetisch veld aan te brengen met een watergehaltesensor wordt het mogelijk om de invloed van water op het veld te detecteren en te meten. Als de bodem meer water bevat, zal het effect op het veld groter zijn, waardoor een indirecte meting van het watergehalte van de bodem mogelijk wordt.

Capaciteitssensoren gebruiken twee sondes (één met een positieve lading en één met een negatieve lading) om een elektromagnetisch veld te vormen, zoals hierboven vermeld. Hierdoor kunnen ze het ladingsopslagvermogen van het materiaal tussen de sondes (de bodem) meten, dat dan gerelateerd kan worden aan de hoeveelheid water in de bodem die gemeten wordt.

Samengevat is de wetenschap achter capacitieve bodemvochtsensoren gebaseerd op het vermogen van de bodem om elektrische lading op te slaan, en de sensoren zijn ontworpen om de verandering in capaciteit te meten tussen twee geleidende platen in de bodem als functie van het bodemvochtgehalte.

Waarom capacitieve bodemvochtigheidssensoren gebruiken?

De VWC van de bodem is een belangrijke factor in de productiviteit van de landbouw. Hij wordt gebruikt om te bepalen hoeveel en wanneer irrigatie nodig is om de bodemvochtigheid voor de gewassen optimaal te houden. Overbevloeiing kan leiden tot waterverzadiging, uitspoeling van voedingsstoffen en bodemerosie, terwijl onderbevloeiing kan leiden tot verminderde opbrengst en kwaliteit van de gewassen.

Door deze apparaten te gebruiken is het mogelijk om een constante stroom van bodemgegevens in de tijd te verzamelen, wat een krachtig hulpmiddel is om inzicht te krijgen in het gedrag van de bodem en bijzonder waardevol is voor het nemen van op feiten gebaseerde beslissingen in de precisielandbouw.