Cảm biến điện dung trong đất là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất trong đo độ ẩm đất hiện đại (thường thuộc loại phản xạ miền tần số (FDR)). Nguyên tắc cốt lõi là gián tiếp thu được hàm lượng ẩm thể tích của đất bằng cách đo hằng số điện môi của nó. Vì hằng số điện môi của nước (khoảng 80) cao hơn nhiều so với các thành phần khác trong đất (khoảng 1 đối với không khí và khoảng 3-5 đối với ma trận đất), nên sự thay đổi tổng thể của hằng số điện môi trong đất chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng ẩm.
Sau đây là những đặc điểm chính của nó:
I. Những điểm mạnh và lợi thế cốt lõi
1. Chi phí thấp và dễ phổ biến
So với các cảm biến phản xạ miền thời gian (TDR) có độ chính xác cao, cảm biến điện dung có chi phí linh kiện điện tử và sản xuất thấp hơn, cho phép chúng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đòi hỏi triển khai quy mô lớn, chẳng hạn như nông nghiệp thông minh và tưới tiêu vườn.
2. Tiêu thụ điện năng cực thấp
Các mạch đo điện dung có mức tiêu thụ điện năng rất thấp và rất phù hợp cho việc giám sát hiện trường dài hạn và các ứng dụng Internet vạn vật (IoT) được cấp nguồn bằng pin và tấm pin mặt trời. Chúng có thể hoạt động liên tục trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm.
3. Nó có thể được giám sát liên tục trong thời gian dài.
So với phương pháp sấy khô cần thao tác thủ công, cảm biến điện dung có thể được chôn trong đất để thu thập dữ liệu liên tục, tự động và không cần giám sát, đồng thời có thể ghi lại quá trình thay đổi động của độ ẩm đất, chẳng hạn như ảnh hưởng của tưới tiêu, lượng mưa và sự bay hơi.
4. Kích thước nhỏ gọn và dễ lắp đặt
Cảm biến thường được thiết kế dưới dạng đầu dò. Chỉ cần khoan một lỗ tại vị trí cần đo và cắm đầu dò thẳng đứng vào đất, gây ra rất ít tổn hại đến cấu trúc đất.
5. Độ ổn định tốt và không có tính phóng xạ
Khác với máy đo neutron, cảm biến điện dung không sử dụng bất kỳ nguồn phóng xạ nào, an toàn khi sử dụng và không yêu cầu sự cho phép hoặc bảo vệ đặc biệt.
6. Có thể tích hợp và thông minh
Thiết bị này rất dễ tích hợp với các bộ thu thập dữ liệu và các mô-đun truyền dẫn không dây (như 4G/LoRa/NB-IoT) để tạo thành một mạng lưới giám sát độ ẩm đất hoàn chỉnh. Người dùng có thể xem dữ liệu từ xa theo thời gian thực thông qua điện thoại di động hoặc máy tính.
II. Những hạn chế và thách thức
Độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố.
Ảnh hưởng của kết cấu đất: Đường cong hiệu chuẩn cho đất sét, đất thịt và đất cát là khác nhau. Cảm biến thường được hiệu chuẩn bằng cát và đất tiêu chuẩn khi xuất xưởng. Sử dụng trực tiếp trong đất có kết cấu khác nhau sẽ gây ra sai số.
Ảnh hưởng của độ dẫn điện của đất (độ mặn): Đây là một trong những nguồn lỗi chính đối với cảm biến điện dung. Các ion muối trong đất có thể gây nhiễu trường điện từ, khiến các giá trị đo được cao hơn. Trong đất bị nhiễm mặn, độ chính xác của phép đo sẽ giảm đáng kể.
Ảnh hưởng của độ nén chặt và độ xốp của đất: Việc đầu dò có tiếp xúc sát với đất hay không, và liệu trong đất có chứa các lỗ rỗng lớn hoặc đá hay không đều ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo.
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Hằng số điện môi thay đổi theo nhiệt độ. Các cảm biến chất lượng cao có tích hợp cảm biến nhiệt độ để bù trừ, nhưng hiệu quả bù trừ bị hạn chế.
2. Cần phải hiệu chuẩn tại chỗ.
Để thu được kết quả đo có độ chính xác cao, đặc biệt là đối với một số loại đất nhất định, việc hiệu chuẩn tại chỗ thường là cần thiết. Nghĩa là, các mẫu đất được thu thập, hàm lượng ẩm thực tế được đo bằng phương pháp sấy khô tiêu chuẩn, sau đó so sánh với các chỉ số đo của cảm biến để thiết lập phương trình hiệu chuẩn cục bộ. Đây là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu, nhưng nó cũng làm tăng chi phí sử dụng và độ phức tạp về mặt kỹ thuật.
3. Phạm vi đo tương đối cục bộ.
Phạm vi đo của cảm biến bị giới hạn trong thể tích đất hữu hạn xung quanh đầu dò (tức là “vùng nhạy cảm” của cảm biến). Vùng này thường rất nhỏ (vài centimet khối), do đó kết quả đo chỉ thể hiện thông tin của một “điểm”. Để hiểu rõ điều kiện độ ẩm đất của toàn bộ cánh đồng, cần phải thiết lập nhiều điểm đo.
4. Tính ổn định và sự thay đổi dài hạn
Nếu chôn vùi trong đất quá lâu, kim loại của đầu dò có thể bị lão hóa do ăn mòn điện phân hoặc tác động hóa học, dẫn đến giá trị đo bị sai lệch. Cần kiểm tra và hiệu chuẩn lại thường xuyên.
III. Các trường hợp áp dụng và gợi ý lựa chọn
Những kịch bản rất phù hợp
Nông nghiệp thông minh và tưới tiêu chính xác: Giám sát động thái độ ẩm đất, hướng dẫn thời điểm và lượng nước tưới, đạt được mục tiêu tiết kiệm nước và tăng năng suất.
Công tác phủ xanh cảnh quan và bảo dưỡng sân golf: Các cảm biến cốt lõi của hệ thống tưới tự động.
Nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu trong các lĩnh vực như sinh thái học, thủy văn học và khí tượng học, đòi hỏi theo dõi độ ẩm đất liên tục và lâu dài.
Hệ thống cảnh báo sớm thiên tai địa chất: Giám sát độ ẩm đất trên các sườn dốc và lòng đường để cảnh báo nguy cơ sạt lở.
Các trường hợp cần sử dụng thận trọng:
Tại các khu vực có đất nhiễm mặn và kiềm cao: Trừ khi sử dụng các mô hình được thiết kế và hiệu chỉnh đặc biệt, độ tin cậy của dữ liệu sẽ thấp.
Trong các tình huống chứng nhận đo lường với yêu cầu cực kỳ cao về độ chính xác tuyệt đối: Lúc này, có thể cần phải xem xét các cảm biến TDR đắt tiền hơn hoặc trực tiếp sử dụng phương pháp sấy khô.
Nói một cách đơn giản, cảm biến đất điện dung là một lựa chọn “tiết kiệm chi phí”. Mặc dù có thể không cung cấp các giá trị chính xác tuyệt đối ở cấp độ phòng thí nghiệm, nhưng nó có thể phản ánh rất tốt xu hướng và mô hình thay đổi tương đối của độ ẩm đất từ khô đến ướt. Đối với phần lớn các quyết định sản xuất và quản lý, điều này đã có giá trị rất lớn. Hiểu đúng đặc điểm của nó và thực hiện hiệu chuẩn tốt là chìa khóa để sử dụng nó hiệu quả.
Để biết thêm thông tin về cảm biến đất, vui lòng liên hệ Công ty TNHH Công nghệ Honde.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Trang web công ty:www.hondetechco.com
Thời gian đăng bài: 01/12/2025