Промисловий датчик вологості та температури ґрунту (4-20 мА) LUTRON TRMS-701

Промисловий датчик вологості та температури ґрунту (4-20 мА) LUTRON TRMS-701

LUTRON TRMS-701 — стаціонарний датчик-трансмітер вологості та температури ґрунту від відомого тайванського виробника Lutron Electronic Enterprise. Прилад безперервно вимірює два параметри ґрунту одночасно — вологість у діапазоні 0–100 % і температуру 0–70 °C — та передає їх у вигляді двох незалежних аналогових сигналів 4–20 мА на ПЛК, SCADA-систему, IoT-платформу або безпосередньо на виконавчий механізм.

Головне призначення — автоматизація поливу, моніторинг кореневої зони та інтеграція в системи точного землеробства. На відміну від портативних ґрунтових вологомірів для польових обходів, TRMS-701 розрахований на тривале стаціонарне встановлення: штирі зонда занурюються у ґрунт кореневої зони і залишаються там на весь сезон вегетації (або постійно), забезпечуючи безперервний потік даних у систему управління.

Чому саме TRMS-701: якість Lutron

Lutron Electronic Enterprise — тайванський виробник вимірювальних приладів з понад 40-річною історією на ринку промислової і лабораторної метрології. Серія трансмітерів 4–20 мА (включно з TRMS-701, TRCD-431 для провідності/TDS, TRDO-501 для розчиненого кисню, TRPH-201 для pH) розроблена для побудови надійних вимірювальних систем у аграрному, промисловому і лабораторному секторах.

Ключові якісні характеристики TRMS-701:

• Промислова електроніка на базі LSI-мікроконтролера — стабільність показань у часі, низький дрейф, відсутність потреби у регулярному калібруванні
• 4-штирьовий зонд з нержавіючої сталі замість стандартних 2-штирьових конкурентів — більша активна зона вимірювання, стабільніші показники, краща повторюваність у неоднорідному ґрунті
• Довжина штирів 78 мм — оптимальна для кореневої зони більшості овочевих і декоративних культур
• Герметизований зонд з ступенем захисту IP67 — розрахований на постійний контакт з вологим ґрунтом, включно з зоною крапельного поливу
• Ізольоване живлення і лінійний токовий вихід — стандарт промислової автоматики, захищеність від електромагнітних завад на довгих кабельних трасах
• Два незалежні канали 4–20 мА — вологість і температура передаються окремо, можуть заходити на різні входи ПЛК або у різні підсистеми
• Автоматична температурна компенсація електроніки у діапазоні робочих температур 0–70 °C

За однакової архітектури з лабораторними аналогами Lutron, TRMS-701 має посилений промисловий корпус, розрахований на монтаж у теплицях, відкритому ґрунті під навісом або у шафі автоматики біля поливних вузлів.

Важливо: де можна занурювати, а де — ні

TRMS-701 має особливість конструкції, яку треба розуміти перед встановленням:

• Нижня частина — штирі зонда (4 × 78 мм з нержавіючої сталі) — повністю занурюється в ґрунт і залишається там стаціонарно. Захист IP67 дозволяє постійний контакт з вологим ґрунтом, переживає поливні цикли крапельної і дощової систем.
• Верхня частина — корпус трансмітера з електронікою — НЕ призначена для занурення у ґрунт або воду. Корпус має захист від пилу та атмосферних опадів (бризки, дощ), але не розрахований на повне занурення або постійне перебування нижче рівня ґрунту.

Правильне встановлення: штирі повністю у ґрунт, корпус трансмітера залишається над поверхнею (у теплиці — у вільному повітрі, у відкритому ґрунті — під навісом, захисним кожухом або у обсадній трубі — див. наступний розділ).

Як правильно встановити TRMS-701 у ґрунт

Якість даних з TRMS-701 на 80% визначається правильністю встановлення зонда. Нижче — дві перевірені польові методики: базова (поверхневий шар) і розширена (для кореневої зони будь-якої глибини з повним захистом корпусу).

Варіант 1. Базове встановлення (поверхневий шар 0–8 см)

Підходить для задач, де достатньо моніторингу поверхневого шару: газони, розсадники, поверхневий крапельний полив теплиць, моніторинг висихання верхнього горизонту.

1. Вибір місця. Точка встановлення має бути референсною для вашої задачі: у тепличній грядці — посередині ряду, на відстані ~20 см від коренів основної культури; у полі з крапельним зрошенням — поряд з крапельницею (15–20 см); у газоні — у представницькій зоні травостою.

2. Підготовка лунки. Садовим буром діаметром 50–60 мм викопайте вертикальну лунку на глибину 78 мм мінімум (повна довжина штирів). Не використовуйте лопату — вона створює нерівні стінки, ґрунт не щільно контактує зі штирями.

3. Встановлення зонда. Притисніть TRMS-701 строго вертикально, штирі рівномірно входять у дно лунки. Не розгойдуйте зонд з боку в бік — це утворює повітряні кишені, які спотворюють показник. Якщо ґрунт твердий — пом'якшіть невеликою кількістю води і зачекайте 15–30 хвилин.

4. Засипання. Засипайте просіяним ґрунтом пошарово (по 2–3 см), кожен шар злегка ущільнюйте. Корпус трансмітера залишається над поверхнею — рекомендовано встановити захисний козирок від прямого сонця і зливи.

Варіант 2. Встановлення з обсадною трубою (для кореневої зони 15–40 см з повним захистом)

Підходить для серйозних задач: поле з крапельним зрошенням плодових дерев, винограду, помідорів з глибокою кореневою зоною, стаціонарний моніторинг у теплиці, зимове залишення датчика у ґрунті. Методика базується на "access tube method" — польовому стандарті для стаціонарних ґрунтових датчиків преміум-класу.

Суть методу: замість того, щоб копати лунку лише під штирі, викопується лунка на потрібну глибину кореневої зони. На дні залишається неторкнутий ґрунт — штирі заглиблюються у нього. Бічні стінки лунки обкладаються обсадною трубою з пластику ПВХ або поліпропілену діаметром 50–60 мм. Корпус трансмітера з його IP63-захистом опиняється всередині труби, ізольований від поливної води, опадів і ультрафіолету. Зверху — герметична кришка з сальником для виведення кабелю.

Перевага: штирі вимірюють вологість саме на рівні активної кореневої зони (для томатів — 20–30 см, для винограду — 30–50 см, для плодових дерев — 40 см і глибше), а корпус трансмітера повністю захищений від навколишніх впливів. Сервісне обслуговування — витягнули трубу з приладом у зборі, промили штирі, повернули на місце.

Як зібрати таку установку:

1. Викопайте/пробуріть вертикальну лунку ґрунтовим буром (50–60 мм діаметр) на потрібну глибину плюс ~10 см запасу під штирі. Наприклад, для моніторингу на глибині 25 см — лунка глибиною 33–35 см. Стінки мають бути рівними і вертикальними.
2. Підготуйте обсадну трубу. Відрізок ПВХ- або ПП-труби внутрішнім діаметром трохи більшим за діаметр корпусу TRMS-701, висотою = глибина лунки + 5–10 см запасу над поверхнею. Нижній кінець залишається відкритим (штирі датчика будуть виходити назовні у ґрунт), верхній — під герметичну кришку.
3. Встановіть трубу у лунку. Вставте трубу у підготовлену лунку, залиште ~5 см над рівнем ґрунту. Ущільніть ґрунт навколо труби (без зайвого тиску — щоб не деформувати).
4. Вставте TRMS-701 у трубу. Обережно опустіть прилад у трубу штирями донизу. Штирі мають пройти крізь нижній відкритий торець і щільно увійти у неторкнутий ґрунт на дні лунки. Вертикальність — обов'язково.
5. Загерметизуйте верхню частину. Кришка труби з отвором під сальник (PG7 або PG9 — за діаметром кабелю). Кабель пропускається через сальник, сальник затягується, кришка встановлюється на трубу. Герметичність стику кришки з трубою — силіконовою прокладкою або ущільнювальною стрічкою.
6. Маркування на поверхні. На 5 см труби, що виступає з землі, рекомендовано нанести яскраве маркування (помаранчевий/червоний скотч, сигнальна фарба) — щоб при механічних роботах на полі не пошкодити установку мотокультиватором, газонокосаркою чи плугом.

Комплектуючі для установки (купуються окремо, доступні у будівельних магазинах):

• Труба ПВХ або ПП каналізаційна, Ø 50 мм, довжина за глибиною встановлення
• Кришка для труби (ПП-заглушка з ущільненням або технічна кришка з різьбою)
• Сальник кабельний PG7 або PG9 (залежно від діаметра кабелю датчика)
• Силіконовий герметик для ущільнення стиків
• Земляний бур 50–60 мм (багаторазовий, окрема покупка)

Важливо: обсадна труба не має закривати штирі знизу — штирі TRMS-701 повинні безпосередньо контактувати з ґрунтом, інакше вимірювання буде некоректним. Нижній торець труби закінчується на рівні, де починається зонд з штирями, а самі штирі виходять нижче труби у неторкнутий ґрунт на дні лунки.

Стабілізація після встановлення

Щойно встановлений зонд у перші 24–48 годин показує нестабільні значення — ґрунт навколо штирів ще не встиг відновити природну структуру. У перші 2–3 дні просто спостерігайте тренд, не настроюйте пороги автоматики. На 3–7 день проведіть контрольний "тест висихання": полийте рясно, спостерігайте, як падає показник, зафіксуйте значення, при якому рослина починає потребувати поливу. На основі цих спостережень встановіть у контролері пороги ВМИКНУТИ/ВИМКНУТИ полив, індивідуальні для вашої комбінації "ґрунт + культура + система зрошення".

Налаштування кількох датчиків у одній системі

Для великих площ (теплиці понад 500 м², поля з неоднорідним ґрунтом) рекомендується встановити 2–4 датчики TRMS-701 у референсних точках з контролем через один ПЛК. Типові сценарії:

• Теплиця з одним контуром поливу: 1 датчик на 100–200 м² у представницькій грядці
• Теплиця з кількома зонами: окремий датчик на кожну зону
• Поле з різнорідним ґрунтом: датчики у найсухішій і найвологішій зонах — полив за найсухішою точкою
• Профіль по глибині: 2 датчики в одній точці у різних обсадних трубах — один на 10 см (поверхнева волога), інший на 30 см (коренева зона) — дозволяє керувати поливом за реальною доступністю води для коренів

Сезонне обслуговування

• Початок сезону: витягнути зонд з труби, промити штирі чистою водою (без миючих засобів, без абразивів), перевірити цілісність кабелю і ущільнень, встановити знову
• У сезон: візуальний огляд раз на 2–4 тижні, особливо після сильних опадів або механічних робіт у зоні датчика
• Кінець сезону (осінь): у відкритому ґрунті при ризику промерзання — зонд ВИТЯГНУТИ (TRMS-701 не розрахований на від'ємні температури); теплична установка з постійним плюсовим режимом — залишається на місці

Принцип вимірювання вологості

TRMS-701 вимірює вагову вологість ґрунту (% by weight) кондуктометричним методом: електричний опір ґрунту між 4 штирями зонда залежить від кількості вологи, розчинених у ній іонів і щільності ґрунту. Заводське калібрування виконане за стандартним глинистим ґрунтом гравіметричним методом (золотий стандарт у ґрунтознавстві).

Що це означає на практиці:

• Тренди фіксуються точно — динаміка висихання і зволоження ґрунту в одній точці протягом днів, тижнів, місяців
• Абсолютні значення у різних типах ґрунту відрізняються — пісок, торф, чорнозем дають свою "нульову точку" (відхилення орієнтовно 5–15% від лабораторного еталона для глини)
• Ручне калібрування під тип ґрунту не передбачене — TRMS-701 працює з заводською калібровочною кривою
• Після внесення добрив показники тимчасово зростають на 7–14 днів — кондуктометричний метод реагує на підвищену провідність від розчинених солей

Для більшості агрономічних задач автоматизованого поливу це не є обмеженням: логіка автоматики будується на порогах спрацьовування (наприклад, "полив вмикається, коли показник падає нижче 35%"), які калібруються емпірично для конкретного поля і культури. Абсолютна точність ±1% за гравіметричним еталоном у системах автополиву не потрібна — потрібна повторюваність і стабільність, які TRMS-701 забезпечує.

Принцип вимірювання температури

Температура ґрунту вимірюється вбудованим термістором у діапазоні 0–70 °C з роздільною здатністю 0,5 °C і точністю ±1 °C. Це ключовий агрономічний параметр, що визначає:

• швидкість проростання насіння (для більшості овочевих культур — не менше +8…+10 °C)
• активність ґрунтової мікрофлори та процеси мінералізації
• поглинання поживних речовин корінням
• ризики промерзання або перегріву кореневої зони

Важливо про температурний діапазон. TRMS-701 вимірює лише додатні температури від 0 °C. Для вимірювання промерзання ґрунту (від'ємні температури) прилад непридатний — у холодний сезон трансмітер показуватиме "0" і сигналізуватиме лише про факт замерзання, без числового значення. Це обмеження треба врахувати при плануванні системи моніторингу у відкритому ґрунті в зимовий період.

Верхня межа 70 °C перекриває не тільки природні температури ґрунту, а й підвищені технологічні (теплиці з підігрівом ґрунту, компостні установки на стадії активного розкладу з екзотермічним нагрівом до 55–65 °C).

Вихідні сигнали 4–20 мА: відповідність значень

Обидва канали лінійні у межах своїх діапазонів:

Формули перерахунку у ПЛК:

• Вологість (%) = (I_вхід − 4) × 100 / 16
• Температура (°C) = (I_вхід − 4) × 70 / 16

Де I_вхід — вхідний струм у мА.

Схема підключення: 3-wire, 4 дроти у кабелі

TRMS-701 підключається через інтегрований кабель завдовжки 1,2 м з 4 провідниками. Схема 3-wire — спільна земля для живлення і обох сигналів.

Максимальний опір петлі навантаження — 50 Ω при 24 В DC. Для стандартного кабелю 0,5 мм² і ПЛК з вхідним імпедансом ≤ 50 Ω надійна робота забезпечується на відстанях до 20–30 м. Для більших відстаней (поля понад 50 м від шафи автоматики) рекомендується використовувати кабель більшого перерізу (0,75–1,0 мм²) або встановлювати польовий контролер / IoT-шлюз ближче до датчика.

Нарощування кабелю стандартним промисловим 4-жильним кабелем з дотриманням полярності дозволяється. Паяні з'єднання краще за клемні через ризик окиснення у вологому середовищі — шви ізолюються термоусадкою або герметиком.

Сфери застосування

Системи крапельного зрошення (сад, город, виноградник, ягідник):

• TRMS-701 вмонтовується у кореневу зону ключової культури (референсна точка поля), дані йдуть на контролер поливу
• Автоматика вмикає полив при падінні вологості нижче заданого порогу і зупиняє після досягнення цільового рівня
• Економить воду (полив лише за потребою, а не за таймером) і електроенергію (насос не працює марно)

Теплиці з автополивом:

• Моніторинг кореневої зони для томатів, огірків, перцю, зелені у ґрунтовій культурі
• Інтеграція з тепличними контролерами (Priva, Hoogendoorn, Galcon, українські аналоги)
• Окрема функція — моніторинг температури ґрунту для ранньовесняного висаджування розсади (гарантія, що ґрунт прогрівся до потрібного мінімуму)

Агро-IoT та точне землеробство:

• Датчик для IoT-платформ на базі ESP32, Arduino з промисловим шилдом 4–20 мА, Raspberry Pi з ADC-модулем
• Інтеграція у мережі LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox через відповідні шлюзи з аналоговими входами
• Передача у хмарні платформи (ThingsBoard, Node-RED, домашні MQTT-брокери) через польовий шлюз
• Накопичення історичних даних для побудови кривих висихання по сезонах, культурах, полях

Сади, розсадники, лісові господарства:

• Моніторинг декоративних розсадників, маточників, плодових саджанців першого року
• Контроль у дендрологічних колекціях, ботанічних садах
• Оцінка режиму водозабезпечення у лісовому господарстві при вирощуванні саджанців

Газони і спортивні об'єкти:

• Гольф-поля, футбольні газони, декоративні газони присадибних територій
• Автоматизація поливу з урахуванням реальної вологості, а не погоди
• Інтеграція з комерційними контролерами поливу (Rain Bird, Hunter) через IoT-мости 4–20 мА

Компостні установки і технологічне землеробство:

• Контроль вологості компостних буртів (оптимум 45–60 %) і їх температури (активна фаза 55–65 °C)
• Моніторинг субстратних котлів, ґрунтових теплообмінників, систем біотеплиць

Коли може знадобитися інший прилад

• Для разових польових обходів з картою вологості — стаціонарний трансмітер не підходить. Потрібен портативний вологомір з виносним щупом, з можливістю швидкого вилучення і перенесення: Lutron PMS-716 (базовий професійний) або Lutron MS-7004SD (розширений, з логером даних на SD-картці, одночасним вимірюванням температури, ручним режимом 99 позицій для обходу поля). Обидва прилади доступні у нашому асортименті як природне доповнення до стаціонарного TRMS-701.
• Для вимірювання глибоких горизонтів (20–40 см) однією точкою — штирі 78 мм TRMS-701 працюють у верхньому шарі 0–8 см. Для глибоких горизонтів без обсадної труби — стаціонарні зонди з подовжувачами або професійні ґрунтові датчики преміум-класу (METER TEROS 12, Sentek Drill & Drop, Campbell CS655) на окремому логері. Альтернативно — встановіть TRMS-701 з обсадною трубою на потрібну глибину (див. Варіант 2 у розділі встановлення).
• Для від'ємних температур — TRMS-701 не вимірює температуру нижче 0 °C. Для моніторингу промерзання ґрунту — профільні термометричні датчики з термопарами типу T або K з відповідним діапазоном.
• Для абсолютної точності під конкретний тип ґрунту — TRMS-701 працює на заводській калібровці під глинистий ґрунт. Для задач з вимогою високої абсолютної точності у вашому типі ґрунту — український METRINCO M142S з 2-точковим калібруванням і 4 комірками для збереження власних ґрунтових профілів (пісок, торф, чорнозем, суглинок). Для наукових досліджень і точного землеробства за стандартом ASABE — TDR/FDR-датчики з користувацьким калібруванням (Delta-T ThetaProbe, METER TEROS 12 з soil-specific calibration).

Технічні характеристики

Вимірювання вологості ґрунту

Вимірювання температури ґрунту

Струмові виходи 4–20 мА

Зонд

Загальні характеристики

Комплектація

У комплекті:

• Трансмітер TRMS-701 з виносним 4-штирьовим зондом (інтегрований кабель 1,2 м) — 1 шт.
• Інструкція користувача — 1 шт.

Часті запитання (FAQ)

Чи можна закопати TRMS-701 у ґрунт повністю?
Ні. У ґрунт занурюються тільки штирі зонда (нижня частина приладу). Корпус трансмітера з електронікою має ступінь захисту IP63 — витримує атмосферні опади (дощ, бризки), але не розрахований на занурення у воду чи ґрунт. Правильне встановлення: штирі повністю у ґрунт, корпус залишається над поверхнею у вільному повітрі або у захисній обсадній трубі (див. розділ "Як правильно встановити").

Чи можна калібрувати TRMS-701 під свій тип ґрунту (пісок, торф, чорнозем)?
Ні, функція ручного калібрування у приладі не передбачена. Заводське калібрування — за глинистим ґрунтом гравіметричним методом. Для більшості автоматизованих систем поливу це не обмеження: логіка автоматики будується на емпіричних порогах (наприклад, "полив вмикається при 35%"), які налаштовуються експериментально для конкретного поля і культури. Важлива повторюваність показань, а не їх відповідність лабораторному еталону.

Як поводиться TRMS-701 після внесення добрив або фертигації?
Кондуктометричний метод реагує на всі розчинені солі, тому після внесення мінеральних добрив показник вологості тимчасово завищується. Типовий період стабілізації — 7–14 днів (залежно від інтенсивності поливу і типу добрив). У системах автоматичного поливу це враховується двома способами: (1) у період після внесення добрив автоматика тимчасово переводиться на графічний таймер, (2) пороги спрацьовування коригуються під «фертилізаційний фон». Після рясного поливу або дощу (>30 мм) солі вимиваються у глибші шари і показник відновлюється.

Чи підходить прилад для гідропонічних субстратів (кокос, мінвата)?
Так, TRMS-701 стабільно працює з однорідними субстратами. Проте у гідропоніці зазвичай використовуються поживні розчини з високою EC, тому показник вологості сильно залежить від концентрації розчину. Це обмежує точність абсолютних значень. Для гідропонічних систем доцільніший комплексний підхід: TRMS-701 для моніторингу вологості субстрату + окремий EC-датчик (наприклад, TRCD-431) для контролю поживного розчину.

Чому два окремі дроти для двох струмових виходів?
TRMS-701 вимірює два незалежні параметри — вологість і температуру — і передає їх двома окремими каналами 4–20 мА. У ПЛК або IoT-контролер вони заходять на два різні аналогові входи, що дозволяє обробляти параметри незалежно (наприклад, одна підсистема керує поливом за вологістю, інша документує температурний режим для агрономічної звітності).

Яка максимальна довжина кабелю від датчика до контролера?
Залежить від опору петлі та перерізу кабелю. Для стандартного кабелю 0,5 мм² і ПЛК з вхідним імпедансом ≤ 50 Ω — надійна робота до 20–30 метрів. Для більших відстаней потрібно: збільшити переріз кабелю (0,75–1,0 мм²), вибрати ПЛК з нижчим вхідним імпедансом, або розміщувати польовий шлюз / контролер ближче до датчика і передавати у центральну систему вже цифровим каналом (LoRaWAN, RS-485, Modbus). Довжина інтегрованого кабелю зонда TRMS-701 — 1,2 м; її можна нарощувати стандартним промисловим кабелем з дотриманням полярності.

Чи потрібне регулярне технічне обслуговування зонда?
Прилад розрахований на мінімальне обслуговування. Раз на сезон рекомендується витягти зонд з ґрунту, промити штирі чистою водою (без миючих засобів і абразивів) для видалення мінеральних відкладень, перевірити цілісність кабелю і ущільнення корпусу. За дотримання умов монтажу (корпус не у воді, зонд не деформований) термін служби TRMS-701 складає багато років.

У чому різниця між TRMS-701 і портативними вологомірами Lutron PMS-716 або MS-7004SD?
Принципово різні призначення. TRMS-701 — стаціонарний датчик для автоматизації: встановлюється одноразово у кореневій зоні, безперервно передає дані у ПЛК / IoT, без оператора. PMS-716 — професійний портативний вологомір ґрунту для разових польових замірів: прийшов, встромив, записав, перейшов до наступної точки. MS-7004SD — розширений ручний прилад з логером даних на SD-картці і одночасним вимірюванням температури: для наукових досліджень, агрономічних обстежень, побудови карт вологості поля. У професійному агро часто використовують пару: TRMS-701 для постійного моніторингу референсних точок + PMS-716 або MS-7004SD для періодичних обходів з картуванням поля.