專討報告Soil Bulk Electrical Conductivity Measurement using

High-Dielectric Coated Time Domain Reflectometry Probes

利用高介電常數及時域反射計推求土壤電導度

姓名：林明毅學號： 79842009

Time Domain Reflectometry(TDR)

時間區域反射法 (TDR)進行量測，其基本原理和雷達相同。

利用傳輸通數上之阻抗不連續所造成之反射脈衝電壓改變，來量測傳輸通路上介質之電學性質。如： 介電常數 (εa) 體積含水量 (θ) 電導率 (σa)

但是在測量體積含水量 θ 時， TDR只能在低電導率 σa

下才能進行，且高導電物會讓反射的訊號變衰弱使介電常數難以測量，故發展出包覆絕緣物在 TDR上的測量方法。

此研究目的在實驗包覆 TDR的測量方式對不同電導度土壤的準確度，以找出適用此方法的電導度範圍。

上圖為 TDR紀錄飽和壤土在電導率為0.46和 4.72 dSm-1 時的波形其中 tL 為脈衝傳播一次的時間

實驗設計

探測器用 0.2㎜厚，具高相對電介常數 εr 的環氧樹脂包覆起來，再利用 Topp 、 Dalton法分別求出兩個不同濃度 NaCl水溶液在 UP、 CP狀態下的電導度值 (σa_T 、 σa_D_UP 、 σa_D_CP)再和細胞電導度法求出的 σ值比較。

(UP為 uncoating TDR probe)(CP為 coating TDR probe)

第二個實驗是在一個直徑 30公分，高度 40公分的圓柱體裝入深度 15公分的風乾沙，放入 UP 和 CP之後，從頂端開始滴灌浸溼土壤，並且重複做四個不同體積水分含量的土壤和五種不同濃度的 NaCl水溶液。

下頁為此次實驗土壤的性質

30 ㎝

40㎝

30 ㎝

40㎝

Sand：沙Loam soil：壤土Gypsum-silt loam soil：石膏泥壤土Silty clay loam soil：粉質黏壤土

最後一個實驗為運用下列六種不導電均勻流體來計算推估 TDR探測器和覆蓋探測器絕緣體的數值準確度。

cs

coatr

i

c

is

coatr

scpa

rr

rr

rr

0

0

_

lnln

ln

εs ： sample的介電常數γc ：覆蓋的半徑γi ：導體的半徑

右圖顯示 CP和 UP在濃度 5 、 7.5dsm-1

電導度 4.32、 4.72、 4.74的波形

圖中可看到電導度 σ 大約 4dsm-1 時， UP無法測量 tL 只能測量 εa 。

εa 在 NaCl水溶液中可達 10dsm-1

且電導度 σa>4dsm-1

虛線： uncoat實線： coat

結果

左圖為 CP長時間浸在不同濃度 NaCl水溶液中的波形

( 電導率在 0 ～ 15dsm-

1 間 )

其中， Air 和 σ=0時的差異很小，代表在低頻率傳導過程中的損失 (DC losses)，對於高 εr 就沒有什麼影響

證明 CP無法用 Topp法測定電導度

此實驗說明電導率不同的土壤，可以利用 Dolton法得到近似的結果。而在低鹽度條件下， Topp法搭配 uncoating TDR 探測器可以推估出介電常數和正確的電導度值。而之後應再研究不同類型和厚度覆蓋對反射脈衝衰減的影響及找出影響電纜損失和多方干擾電導度的測定。