Analýza vybraných senzorů pro měření vlhkosti porézního materiálu

Kryštof Bučok

Bachelor's thesis

Analysis of selected sensors for moisture measurement of porous material

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá analýzou deseti různých čidel určených pro měření vlhkosti porézního materiálu elektrickými nepřímými metodami. Pro testování byly vybrány skleněné kuličky o průměru 4 mm. Experimentální část bakalářské práce probíhala v laboratořích České Zemědělské univerzity. Čidla byla testována v pěti vlhkostních stupních (vzduch, suché skleněné kuličky, vlhké (odvodněné) skleněné kuličky, nasycené skleněné kuličky, demineralizovaná voda). K testování čidel bylo využívání skleněných nádob s výpustním zařízením pro plnění a prázdnění demineralizovanou vodou. Čidla se osazovala tak, aby nedocházelo ke kontaktu mezi jednotlivými čidly, či mezi čidlem a stěnou skleněné nádoby. U čidel byla hodnocena linearita vztahu měřeného signálu a vlhkosti s využitím lineární regrese a grafů v MS Excel. Nejlepších výsledků dosáhlo čidlo Trime – EZ fungující na principu TDR (prakticky čistý lineární vztah mezi měřeným signálem a referenční vlhkostí). Toto čidlo ve všech aspektech testování předčilo všechna ostatní čidla. Velmi dobrých výsledků dosáhla čidla BND – MT10 Bonad, SMT100 Treubner, dále čidla 5TM a Teros 12 Meter. Naopak nejhorších výsledků dosáhla čidla SoilWatch 10 (SW10) – PINO-TECH a VH400 – Vegetronic. Tato čidla nebyla schopna odlišit vyšší míru nasycení a vykazovala stejné hodnoty pro nasycené kuličky (vlhkost 37 %) a demineralizovanou vodu (vlhkost 100 %). V práci se prokázal předpoklad, že dražší a modernější čidla budou dosahovat lepších výsledků. Avšak výsledky naznačují, že i kvalitně zpracovaná levnější čidla se mohou kvalitativně blížit přesnější technologii TDR. Pro lepší výsledky je nezbytné provést testování s větším množstvím čidel od stejného výrobce a ve větším množství referenčních vlhkostech.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the analysis of ten different sensors designed to measure the water content of porous material by indirect electrical methods. Glass beads with 4 mm diameter were selected for testing. The experimental part of the bachelor thesis was carried out in the laboratories of the Czech University of Life Sciences in Prague. The sensors were tested at five moisture levels (air, dry glass beads, wet (frainaged) glass beads, saturated glass beads, demineralized water). The sensors were tested using glass containers with a draining device for filling and emptying of demineralised water. The sensors were installed in such a way that there was no contact between the sensors or between the sensor and the wall of the glass container. The sensors were evaluated for the linearity of the relationship between the measured signal and reference water content - using linear regression and MS Excel plots. The best results were achieved by the Trime - EZ sensor working on the TDR principle (practically pure linear relationship). This sensor surpassed all other sensors in all aspects of testing. Among the group of sensors working on SDI - 12 interface, the BND - MT10 Bonad sensor achieved the best results. On the other hand, SoilWatch 10 (SW10) - PINO-TECH and VH400 - Vegetronic achieved the worst results. These sensors could not distinguish between higher saturation levels and showed the same values for saturated beads (37%) and demineralised water (100%). The work confirmed the assumption that more expensive and modern sensors will perform better, but even well-made cheaper sensors, such as the BND - MT10 sensor, can qualitatively match state-of-the-art TDR technology. For stronger conclusions, it is necessary to perform testing with more sensors from the same manufacturer and also at more than only five moisture levels.

Keywords

testování vlhkostních senzorů, lineární regrese, referenční vlhkost, dielektrická konstanta

Keywords

moistures sensors testing, linear regression, reference water moisture, dielectric constant

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Lukáš Jačka, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme / field:
Landscaping / Water management