Condenser Characteristics of Dielectric Soil Moisture Sensor

유전율 토양 수분 쎈서의 콘덴서 특성

RC oscillation method was applied to study the condenser characteristics of two metal sticks insulated by vinyl tube and used in the dielectric constant determinations of most soils. Its capacitance as influenced by the contacted ambient materials was measured as relative capacitance of the sensor sticks compared with the standard one on the RC oscillation circuit. According to the equivalent circuit of the sensor stick set, the measured capacitance was composed of a basic capacitance connected in parallel with sensor stick capacitance, which was composed of lineally connected vinyl tube capacitances and the sensing part capacitance. The dielectric constant (U) of the contacted ambient moist soil located in the sensing part around the sticks interrelated with the other parameters as following equation. $$\frac{1}{C-B}=\frac{k}{U}+Z$$ where C is the output total relative capacitance, B is the hidden and fixed basic relative capacitance, k is a constant related with U, and Z is a constant for the insulating vinyl tube capacitances determined by its thickness and dielectric constant. The constant k is determined by the spacing and length of sensor sticks. The Z value is theoretically an invariable constant, but it may become considerably bigger than the determined in lab if air tube is formed on the surface of sensor sticks by some shocks on them after their installation in soil. Due to the unstability of lab Z value, it may be better to revise it after sensor stick's installation in soil and no shaking shocks should be applied on them.

비닐 튜브로 절연한 센서 봉을 토양에 박아 콘덴서로 하고, RC 발전식으로 토양의 유전율을 측정하는 수분 센서의 반응 특성을 조사하였다. 출력은 표준 콘덴서에 비교된 상대 카피씨티, C였는데, 이 카파시티의 등가 회로는 병렬로 연결된 기본 카파씨티와 센서 봉 카파씨티인데, 센서봉 카파씨티는 다시 직렬로 연결된 센서봉 절연 튜브 카파씨티와 센서봉 사이 측정 부위 유전율, U에 따라 변하는 카파시티로 구성되어, 아래 반응 수식에 따라 작동하였다. $$\frac{1}{C-B}=\frac{k}{U}+Z$$는 기본 콘덴서에서 유래하는 상대 카파시티로서 불변 값이며, k은 측정부위 유전율에 따라 출력에 관여하는 상수로서, 토양과 접촉하는 센서봉의 외경과 센서봉 간격 및 길이 등의 기하학적 배치로 결정되는 값으로 거의 불변 값이고, Z은 비닐 튜브와 그 안에 금속봉 사이의 공기 층으로 결정되는 값으로 이론상으론 불변 값이나 만약 이 센서를 토양에 설치할 때 토양과 센서봉 사이에 틈이 생기면, 이 값에 변화가 온다. 따라서, 이 토양 수분 측정기는 현장 매설후 Z 값을 보정하여야 하며 그후 Z값이 변화하지 않도록 센서봉이 충격을 받지 않게 관리하여야 한다.