CS650 Sonde réflectométrique de teneur en eau du sol (30 cm)
Sonde innovante
Plus précise dans les sols à forte valeur de CE
météorologie : eau : energie : gas flux and turbulence : infrastructure : terre :

Aperçu

Le CS650 est un capteur intelligent multiparamètre qui utilise des techniques innovantes pour mesurer la teneur en eau volumétrique, la conductivité électrique et la température du sol. Il envoie un signal SDI-12 que beaucoup de nos centrales de mesure peuvent recevoir.

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Avantages et caractéristiques

  • Mesures de précision de la teneur en eau dans les sols jusqu'à une EC de 3 dS m -1 sans effectuer un étalonnage des sols spécifiques
  • Large volume de mesure pour réduire les erreurs
  • Mesures corrigées pour les effets de la texture du sol et de la conductivité électrique
  • Estimations de la teneur en eau du sol pour une large gamme de sols
  • Capteur polyvalent-mesure de la permittivité diélectrique, la conductivité électrique (EC) et de la température du sol

Images

Description technique

La sonde est constituée de deux tiges en acier inoxydable de 30 cm, connectées à un circuit imprimé. Le circuit imprimé est encapsulé dans de l'époxy et un câble blindé câblé à ce circuit, permet de connecter la sonde à une centrale de mesure.

La sonde CS650 mesure le temps de propagation, l’atténuation du signal et la température. La permittivité diélectrique, la teneur en eau volumétrique et la conductivité diélectrique sont ensuite déterminées à partir de ces valeurs brutes.

La mesure de l’atténuation du signal permet de corriger le temps pour lequel la réflexion de l’onde est détectée. Cette correction permet d’améliorer la mesure du temps de propagation. Par conséquent, il est possible de mesurer des teneurs en eau précises sans étalonnage préalable de la sonde dans des sols dont la conductivité ≤3 dS m-1. La conductivité électrique est également calculée par la mesure de l’atténuation du signal.

Une thermistance, en contact thermique avec une tige de la sonde placée, près de la surface de l'époxy, mesure la température. L'installation horizontale du capteur permet une mesure de température du sol et de la teneur en eau volumétrique précise pour la profondeur considérée. La mesure de température dans d'autres orientations sera celle de la région près de l'entrée de la tige située à proximité du boîtier en époxy.

Les abréviations suivantes sont utilisées dans le texte :
CE = Conductivité électrique
VWC = Teneur en eau volumique.
in. = pouce
ft = pied

 

Spécifications

Mesures réalisées Conductivité électrique du sol (EC), permittivité diélectrique relative, teneur en eau volumétrique, température du sol
Équipement requis Centrale de mesure
Type de sol Les tiges longues avec un grand volume de détection (> 6 L) conviennent aux sols avec une conductivité électrique faible à modérée.
Tiges Non remplaçable
Capteurs Non interchangeable
Volume mesuré 7800 cm3 (~7.5 cm de rayon autour de chaque tige et 4,5 cm en bout de tige)
Compatibilité Électromagnétique Conforme à la norme CE
(EN61326 vis à vis de la protection contre les décharges électrostatiques.)
Température de fonctionnement -50°C à +70°C
Sortie du capteur SDI-12; série RS-232
Temps de chauffage 3 s
Temps de mesure 3 ms pour la mesure ; 600 ms pour effectuer la commande SDI-12 complète
Tension d'alimentation requise 6 à 18 Vcc (a besoin de 45 mA @ 12 Vcc.)
Longueur de câble maximum 610 m en combinant jusqu’à 25 capteurs connectés au même port de contrôle d’une centrale de mesure.
Espacement entre les tiges 32 mm (1.3 in.)
Indice de protection IP68
Diamètre des tiges 3,2 mm (0.13 in.)
Longueur des tiges 300 mm (11.8 in.)
Dimensions de la tête de la sonde 85 x 63 x 18 mm (3.3 x 2.5 x 0.7 in.)
Poids du câble 35 g par m (0.38 oz par ft)
Poids de la sonde 280 g (9.9 oz) sans câble

Consommation en courant

Active (3 ms)
  • 45 mA typiquement (@ 12 Vcc)
  • 80 mA (@ 6 Vcc)
  • 35 mA (@ 18 Vcc)
Au repos 135 µA typiquement (@ 12 Vcc)

Conductivité électrique

Gamme pour solution CE 0 à 3 dS m-1
Gamme CE globale ou volumique 0 à 3 dS m-1
Exactitude de mesure ±(5% de lecture + 0,05 dS m-1)
Fidélité de mesure 0,5% de la CEV (CE volumique)

Permittivité diélectrique relative

Gamme de mesure 1 à 81
Exactitude de mesure
  • ±(2% de lecture + 0,6) de 1 à 40 pour une solution CE ≤ 3 dS m-1
  • ±1,4 (de 40 à 81 pour une solution
    CE ≤1 dS m-1)
Fidélité de mesure < 0,02

Teneur en eau volumique

Gamme de mesure 0 à 100% (avec la commande M4)
Exactitude de mesure de la teneur en eau
  • ±1% VWC (avec étalonnage spécifique au sol)
  • ±3% VWC (typique dans les sols minéraux, où la solution EC ≤ 3 dS m -1)
Fidélité de mesure < 0,05%

Température du sol

Gamme de mesure -50°C à +70°C
Résolution 0,001°C
Exactitude de mesure
  • ±0,1°C (pour des températures de sol typiques [0°C à 40°C] quand le corps de la sonde est enfoui dans le sol)
  • ±0,5°C (pour toute la plage de température)
Fidélité de mesure ±0,02°C

Compatibilité

Veuillez noter : Ce qui suit montre des informations de compatibilité générales. Ce n'est pas une liste complète de tous les produits compatibles.

Centrale de mesure

Produits Compatibilité Note
CR1000
CR1000X
CR200X (obsolète)
CR216X (obsolète)
CR300
CR3000
CR310
CR5000 (obsolète)
CR6
CR800
CR850
CR9000X

Informations de compatibilité supplémentaires

Considérations sur les interférences

Sources externes d'interférences

Une source extérieure d'interférences peut affecter le bon fonctionnement de la sonde. Ainsi la sonde doit être placée loin d’une source d'interférences, d’une ligne électrique ou d’un moteur.

Interférences entre les sondes

Plusieurs sondes CS650 peuvent être installées à 10 cm l'une de l'autre, à condition d'utiliser la commande standard "M" de l'instruction SDI-12 de la centrale de mesure. La commande "M" de l'instruction SDI-12 permet qu'à une seule sonde d'être activée à la fois.

Outil d'installation

CS650G

Le CS650G (référence 009746) rend l'insertion de la sonde dans le sol plus facile dans les sols compactes ou rocheux. Cet outil peut être martelé dans le sol avec une force qui pourrait endommager le capteur si le CS650G n'était pas utilisé. Il permet de réaliser des ''avant trous" dans lesquels les tiges des sondes peuvent ensuite être insérées. Le CS650G remplace le pilote et le guide d'insertion.

Téléchargements

CS650 / CS655 Firmware v.2 (429 KB) 02-12-2015

Current CS650 and CS655 firmware. 

Note:  The Device Configuration Utility and A200 Sensor-to-PC Interface are required to upload the included firmware to the sensor.

Historique des révisions

FAQ

Nombre de FAQ au sujet de(s) CS650: 51

Développer toutRéduire tout

  1. Campbell Scientific ne recommande pas expressement de raccourcir les tiges du capteur. L'électronique dans la tête du capteur a été optimisée pour fonctionner avec des tiges de 30 cm de long. Le raccourcissement de ces tiges changera la moyenne de la période. Par conséquent, les équations dans le firmware deviendront invalides et donneront des lectures inexactes.

  2. The volumetric water content reading is the average water content over the length of the sensor’s rods.

  3. The electrical conductivity (EC) of sea water is approximately 48 dS/m. The CS650 can measure permittivity in water with EC between 0 and 3 dS/m. EC readings become extremely unstable at conductivities higher than 3 dS/m and are reported as NAN or 9999999. Because EC is part of the permittivity equation, an EC reading of NAN leads to a permittivity reading of NAN as well. Thus, the CS650 cannot provide good readings in sea water.

    With regard to sea ice, the electrical conductivity drops significantly when sea water freezes and the permittivity changes from approximately 88 down to approximately 4, as the water changes from a liquid to a solid state. With both EC and permittivity falling to levels that are within the CS650 measurement range, the sensor is expected to give valid readings in sea ice. The sensor is rugged and can withstand the cold temperatures. However, as the ice melts, there will be a point at which the electrical conductivity becomes too high to acquire a valid reading for either permittivity or electrical conductivity.

  4. Yes. There is surge protection built into the sensor electronics. The sensor survives a surge of 2 kV at 42 ohm line-to-ground on digital I/O and 2 kV at 12 ohm line-to-ground on power. It also survives a surge of 2 kV at 2 ohm line-to-ground on the rods.

    If additional surge protection is required, consider using the SVP100 Surge Voltage Protector DIN Rail with Mounting Hardware

  5. The CS650-series sensors have several logical tests built into their firmware to ensure that the sensors do not report a number that is known to be erroneous. Erroneous readings are either outside the sensor’s operational limits or outside of published accuracy specifications.

    A reported value of NAN or 9999999 does not necessarily mean that there is a problem with the sensor hardware. The conditions outlined below can lead to a value of NAN or 9999999 for permittivity and volumetric water content.

    SDI-12 communications issue

    If all of the following are true, there is likely an issue with the SDI-12 communications between the sensor and the datalogger: the sensor is being polled with an M1! SDI-12 command, the permittivity value reported is NAN, and subsequent values are all zeroes or never change. Possible causes include the following:

    • The sensor is not powered. Check to make sure that the red wire is well connected to a 12 Vdc source and that the black wire is connected to datalogger ground.
    • The sensor signal wire is not connected properly. Ensure that the green wire is well connected to the control port specified in the datalogger program.
    • The sensor has an SDI-12 address that does not match the datalogger program.
    • The sensor has cable or lightning damage.

    Calculated permittivity is less than 0 or greater than 88

    The equation used to convert period average and electrical conductivity values to permittivity is a three-dimensional surface with two independent variables and eleven coefficients, plus an offset. Some rare combinations of period and electrical conductivity result in a permittivity calculation that is less than air (1) or greater than water at 0°C (88). These rare combinations are not expected when the sensor is in soil. 

    Bulk electrical conductivity (EC) is greater than 1.14 dS/m

    When bulk electrical conductivity is greater than 1.14 dS/m, the solution EC is greater than 3 dS/m, which is the upper limit for accurate readings with the CS650. When this occurs, the soil is considered out-of-bounds and will report a value of NAN or 9999999 for both permittivity and volumetric water content.

    Calculated permittivity is less than 80% of the permittivity limit

    A permittivity limit based on the bulk electrical conductivity (EC) reading is used to determine whether the bulk EC at saturation exceeds the sensor’s operational limit. That permittivity limit is calculated and compared to the permittivity reading. If the measured permittivity is more than 20% beyond the permittivity limit, both permittivity and volumetric water content are reported as NAN or 9999999. This is the most common cause of NAN values with the CS650-series sensors, and it occurs because of the soil properties and not because of a sensor malfunction.

  6. Si un système a plusieurs capteurs CS650 ou CS655, il sera nécessaire de connecter plusieurs fils à une alimentation 12 V et plusieurs fils à la terre. Le kit de montage sur rail DIN est utile pour fixer plusieurs fils à la même source de manière propre et organisée. Pour plus de détails, voir le manuel du kit rail DIN 5458.

    D'autres méthodes de connexion de plusieurs fils entre eux, comme les borniers ou des dominos à vis, pourraient également faire l'affaire.

  7. A thermistor is encased in the epoxy head of the sensor next to one of the stainless-steel rods. This provides an accurate point measurement of temperature at the depth where that portion of the sensor head is in contact with the soil. This is why a horizontal placement is the recommended orientation of the CS650 or CS655. The temperature measurement is not averaged over the length of the sensor rods.

  8. Non. Le principe qui permet à ces capteurs de fonctionner est que l'eau liquide a une permittivité diélectrique de près de 80, tandis que les particules solides du sol ont une permittivité diélectrique d'environ 3 à 6. Lorsque l'eau liquide gèle, sa permittivité diélectrique baisse à 3,8, comme les particules du sol. Une CS650 ou une CS655 installée dans un sol qui gèle montrera un déclin rapide de sa teneur en eau volumétrique avec des lectures de température correspondantes inférieures à 0°C. Au fur et à mesure que le sol gèle sous la plage de mesure du capteur, les valeurs de la teneur en eau cesseront de changer et resteront stables tant que le sol reste gelé.

  9. On s'attend à ce que la permittivité des sédiments saturés dans un cours d'eau soit comprise entre 25 et 42, tandis que la permittivité de l'eau est proche de 80. Une CS650 ou une CS655 installée dans des sédiments saturés pourrait être utilisée pour surveiller l'érosion des sédiments. Si la permittivité augmente continuellement au-delà de la lecture saturée initiale, cela indique que les sédiments autour des tiges du capteur ont été érodés et remplacés par de l'eau. Un étalonnage pourrait être effectué qui rapporte la permittivité à la profondeur des tiges encore dans le sédiment.

  10. The CS650 and the CS655 are not ideal sensors for measuring water level. However, these sensors do respond to the abrupt change in permittivity at the air/water interface. A calibration could be performed to relate the period average or permittivity reading to the distance along the sensor rods where the air/water interface is located. From that, the water level can be determined. The permittivity of water is temperature dependent, so a temperature correction would be needed to acquire accurate results.  

Applications

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