Triple Probe Heat Pulse (TPHP) Soil Moisture Content and Temperature Monitoring Digital System Using Nanomaterials based Sensor Elements for Precision Agriculture

材料科学 含水量 热敏电阻器 温度测量 热电堆 温度系数 光电子学 复合材料 电气工程 光学 红外线的 岩土工程 物理 量子力学 工程类
作者
Almaw Ayele Aniley
出处
期刊:Iete Journal of Research [Taylor & Francis]
卷期号:69 (11): 8337-8347
标识
DOI:10.1080/03772063.2022.2069161
摘要

I discuss the TPHP soil moisture content and temperature measuring digital system using Indium doped Tin Oxide nanopowder (ITO) electric heater and Nickel manganite (NiMn2O4)nanoceramic powder thermistor as a temperature sensor fabrication, characterization, calibration, and testing. The NiMn2O4 nanoceramic powder is synthesized using the wet chemical method and the ITO nanopowder-based heater is fabricated by a simple fill and press method. The heater, temperature sensor, Atmega328 microcontroller with its software, stainless steel cylindrical tubes, and 3D-printed package are used to fabricate the device. The distance between the heater and the temperature sensor is set to 0.006 m and heat pulse duration is set to 240 s. The heater consumes 3.587W electric power. The temperature sensor can measure the soil temperature up to 50°C. The system is capable of measuring volumetric soil moisture content from 3% to 37% efficiently with a strong correlation coefficient of 0.997 with respect to the standard. The test result shows that there is less than a 2.8% error which is the smallest among the category and the sensitivity of the sensor at volumetric soil moisture content (θv)=0.28m3m−3 becomes 3.14∘C per m3m−3. The developed system is simple to fabricate and operate highly precise, low cost, low power and light in weight.

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