CS655 Sonde réflectométrique de teneur en eau du sol (12 cm)

Aperçu

Le CS655 est un capteur multiparamètre intelligent, utilisant 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. Cette sonde a des tiges plus courtes (12 cm) que la sonde CS650, pour des sols plus difficiles à instrumenter.

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Avantages et caractéristiques

  • 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 CS655 est constituée de deux tiges en acier inoxydable de 12 cm de long, 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 CS655 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 ≤8 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 effectuées Conductivité électrique du sol (EC), permittivité diélectrique relative, teneur en eau volumétrique (VWC) et température du sol
Équipement requis Centrale de mesure
Type de sol Les tiges courtes sont faciles à installer dans un sol dur. Convient pour les sols avec une conductivité électrique plus élevée.
Tiges Non remplaçable
Capteurs Non interchangeable
Volume mesuré 3600 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 (2000 ft) 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 120 mm (4.7 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 240 g (8.5 oz) sans câble

Consommation en courant

Active (3 ms) 45 mA typical (@ 12 Vdc)
Au repos 135 µA typical (@ 12 Vdc)

Conductivité électrique

Gamme pour solution CE 0 à 8 dS/m
Gamme CE globale ou volumique 0 à 8 dS/m
Exactitude de mesure ±(5% de lecture + 0,05 dS/m)
Fidélité de mesure 0,5% de la CEV (CE volumique)

Permittivité diélectrique relative

Gamme de mesure 1 à 81
Exactitude de mesure
  • ±(3% de lecture + 0,8) Pour une solution de 1 à 40 de conductivité électrique ≤ 8 dS/m.
  • ±2 (Pour une solution de 40 à 81 de conductivité électrique ±2.8 dS/m)
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 du sol) où la solution CE < 3 dS/m
  • ±3% VWC (typique dans un sol minéral, ou la conductivité électrique de la solution ±10 dS/m.)
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 température de sol [0°C à 40°C] lorsque la sonde est enterré 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 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000 (obsolète)
CR1000X
CR200X (obsolète)
CR216X (obsolète)
CR300
CR3000 (obsolète)
CR310
CR350
CR5000 (obsolète)
CR6
CR800
CR850
CR9000X (obsolète)

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

De multiples sondes CS655 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) CS655: 54

Développer toutRéduire tout

  1. The CWS655 is a wireless sensor with measurement electronics, radio, and power supply all integrated in a single device. The CWS655, however, requires the use of a CWB100 base station radio connected to a datalogger. Only the rods of the CWS655 should be buried in the soil; burying the body of the CWS655 will prevent the sensor from communicating with the CWB100.

    The CS655 is a cabled multiparameter smart sensor that sends data by RS-232 serial or SDI-12 communication through a direct connection to a datalogger. The CS655 is suitable for burial at any depth.

  2. 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. The CS650 has rods that are 30 cm long, and the CS655 has rods that are 12 cm long. The difference in rod length causes some changes in specifications. For example, the CS650 is slightly more accurate in its permittivity and water content readings, but the CS655 works over a larger range of electrical conductivity. In addition, the CS650 handles a larger measurement volume and provides good accuracy in low EC (electrical conductivity) sand and sandy loam. The CS655 is typically more accurate in soil, works well over a wide range of soil textures and EC, and is easier to install because of its shorter rods.

  4. 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.

  5. 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.  

  6. Oui. Garder les tiges du capteur parallèles pendant l'installation est particulièrement difficile dans du gravier, mais cela peut être fait. Le gravier a de gros espaces poreux qui s'écoulent rapidement, de sorte que les lectures de la teneur en eau montrent probablement des changements rapides entre la saturation et le très sec. Si de petits changements de teneur en eau à l'extrémité sèche sont intéressants, un étalonnage spécifique du sol peut être nécessaire pour convertir la moyenne de la période directement en eau volumique.

  7. 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.

  8. 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 for organic soils. In organic soils, the standard equations in the firmware will overestimate water content.

    When using a CS650 or a CS655 in organic 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.

  9. 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.

  10. 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.

Applications

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