CS650 Sonde réflectométrique de teneur en eau du sol (30 cm)

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1. Les tiges du CS650 peuvent-elles être raccourcies ?

   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. La CS650 et la CS655 peuvent-elles détecter l'érosion d'un cours d'eau ?

   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.

3. Comment les lectures CS650 ou CS655 doivent-elles être corrigées pour la température ?

   Le manuel des CS650/CS655 donne une correction en température qui fonctionne dans du sable grossier, mais elle doit être utilisée avec précaution avec d'autres types de sol. Si une correction de température est nécessaire, il est préférable de déterminer une correction de température spécifique au sol.

   Lors de la correction de la température, les effets suivants contribuent à la sortie du capteur :

   • L'effet de la température sur l'électronique de mesure à l'intérieur de la tête du capteur. Il s'agit d'un effet relativement faible par rapport aux autres effets de température.
   • La variation de la permittivité diélectrique de l'eau avec la température. À 0°C, la permittivité de l'eau est d'environ 88, à 20°C, elle est d'environ 80 et à 70°C, elle est d'environ 64. Si le capteur est dans un sol à n'importe quelle teneur en eau donnée, la perméabilité changeante de l'eau entraînera une moyenne de la période à 0°C supérieure à celle de 20°C. Le même sol aura une moyenne inférieure à 70°C qu'à 20°C. En d'autres termes, le capteur surestime le contenu de l'eau à des températures plus froides et le sous-estime à des températures plus chaudes. Cependant, cela ne s'applique que si la conductivité électrique est négligeable.
   • La variation de la teneur en eau comme eau liée est capturée et relâchée. Dans les sols à forte teneur en argile, une partie de l'eau est partiellement ou totalement immobilisée par des charges électriques à la surface des minéraux argileux. La quantité d'eau liée dépend de la température et peut avoir un faible effet sur les lectures du capteur.
   • L'effet de la température sur la conductivité électrique (EC) sur la moyenne de la période. La conductivité électrique augmente avec la température; À mesure qu'elle augmente, elle diminue la moyenne de la période.

   L'interaction de ces effets peut être compliquée. Par exemple, pendant l'augmentation de la température, deux choses se produisent en même temps: la baisse de la permittivité de l'eau diminue la moyenne de la période et l'EC croissante augmente la moyenne de la période. Le résultat net est de savoir si la moyenne de la période augmente ou diminue en fonction de la conductivité du sol et des contributions des autres effets de température.

4. Quand est-il plus approprié d'utiliser un CS655 plutôt qu'un CS650 ?

   Dans un sol qui a une fraction importante de loam, terreau, loam limoneux, limono-argileux, loam argileux, argile, le CS655 est une option appropriée parce que ces sols ont tendance à être plus électriquement conducteur, et le CS655 fonctionne sur une plus grande plage de la conductivité électrique que le CS650. Dans les applications où un plus petit volume de mesure est souhaitée, tels que des pots de fleur de grande taille, les tiges de 12 cm de long du CS655 sont préférables aux tiges de 30 cm de long du CS650.

5. With the CS650 and the CS655, where is the soil temperature measurement made?

   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.

6. Can the CS650 and the CS655 measure water content between 0 and 0.05?

   Probably not. The principle that makes these sensors work is that liquid water has a dielectric permittivity of close to 80, while soil solid particles have a dielectric permittivity of approximately 3 to 6. Because the permittivity of water is over an order of magnitude higher than that of soil solids, water content has a significant impact on the overall bulk dielectric permittivity of the soil. When the soil becomes very dry, that impact is minimized, and it becomes difficult for the sensor to detect small amounts of water. In air dry soil, there is residual water that does not respond to an electric field in the same way as it does when there is enough water to flow among soil pores. Residual water content can range from approximately 0.03 in coarse soils to approximately 0.25 in clay. In the natural environment, water contents below 0.05 indicate that the soil is as dry as it is likely to get. Very small changes in water content will likely cause a change in the sensor period average and permittivity readings, but, to interpret those changes, a very careful calibration using temperature compensation would need to be performed.  

7. À quelle distance de la surface du sol, une CS650 ou une CS655 peut-elle être installée ?

   La CS650 et la CS655 peuvent détecter l'eau aussi loin que 10 cm de sable humide. Cette distance diminue lorsque le sol sèche jusqu'à environ 4 cm de sable sec. En pratique, une profondeur de 5 cm donnera une lecture de la teneur en eau qui se trouve dans la spécification de précision du capteur, même si une petite quantité d'air près de la surface du sol est détectée et calculée en moyenne dans la lecture.

   Note : Campbell Scientific ne recommande pas d'installer le capteur à une profondeur inférieure à 5 cm.

8. Can the CS650 measure permittivity and electrical conductivity of sea water and sea ice?

   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.

9. How can it be determined if soil is out-of-bounds for a CS650 or a CS655?

   If information is available on soil texture, organic matter content, and electrical conductivity (EC) from soil surveys or lab testing of the soil, it should be possible to tell if the soil conditions fall outside the range of operation of the sensor. Without this information, an educated guess can be made based on soil texture, climate, and management:

   • Soil that is coarse textured (such as sand, loamy sand, or sandy loam) works well with a CS650 if the EC is low.
   • If the soil is located in an arid or semiarid region, it may have high EC.
   • If the soil is frequently fertilized or irrigated with water that has higher EC, it may have high EC.
   • If the climate provides enough rain to flush accumulated salts below the root zone, the EC is expected to be low and suitable for a CS650.

   When in doubt about soil texture and electrical conductivity, Campbell Scientific recommends using a CS655 because of the sensor’s wider range of operation in electrically conductive soils, as compared with the CS650.

10. With regard to the CS650 and the CS655, is there a generic calibration equation for artificial soil?

    No. The equation used to determine volumetric water content in the firmware for the CS650 and the CS655 is the Topp et al. (1980) equation, which works for a wide range of mineral soils but not necessarily for artificial soils that typically have high organic matter content and high clay content. In this type of soil, the standard equations in the firmware will overestimate water content.

    When using a CS650 or a CS655 in artificial soil, it is best to perform a soil-specific calibration. For details on performing a soil-specific calibration, refer to “The Water Content Reflectometer Method for Measuring Volumetric Water Content” section in the CS650/CS655 manual. A linear or quadratic equation that relates period average to volumetric water content will work well.