A simple experimental apparatus for testing soil heat flux plates = Un semplice apparato sperimentale per la valutazione del corretto funzionamento dei sensori per la misura del flusso di calore nel suolo

Soil heat flux plays an important role into the SVAT (Soil-Vegetation-ATmosphere) energy exchanges. Soil heat flux is usually measured by small plates located close to the soil surface. The evaluation of the correct functioning of the soil heat flux plates is generally performed by the manufacturers that in some cases refuse to test probes that have already been used in the field or which have been modified for specific experimental needs. In this paper we describe a simple apparatus that can be built in any laboratory and allows in the first place to check whether the heat flux sensors are working properly, considering the pattern of the heat flux measured in response to different thermal gradients imposed on the two sides of the plate. Secondly, the experimental apparatus allows to verify whether the sensitivity constants provided to the manufacturers (different for each sensor)are corrected , comparing the measured heat flux pattern with that obtained by applying the Fourier law, knowing the temperatures applied to the two plate faces and the thermal conductivity of the plate. The use of simple materials readily available in any laboratory make this apparatus easily reproducible, and the results show that experimental setup allows the achievement of the experimental objectives.

La misura del flusso di calore attraverso il suolo riveste un ruolo fondamentale nella determinazione degli scambi di energia nei sistemi SVAT (Suolo-Vegetazione-ATmosfera). La misura di tale flusso è generalmente affidata a piastre di piccole dimensioni che sono posizionate in prossimità della superficie del suolo con l’obiettivo di valutare il calore da esso accumulato o ceduto durante il ciclo giornaliero. La valutazione del corretto funzionamento delle piastre di flusso e la loro eventuale ricalibrazione è generalmente affidata alle case costruttrici che in alcuni casi si rifiutano di testare sonde che sono già state utilizzate in campo o delle quali sono stati modificati i cablaggi per esigenze sperimentali. In questo lavoro si descrive un semplice apparato sperimentale, che può essere costruito in qualunque laboratorio, e che permette in primo luogo di verificare se i sensori di flusso funzionino correttamente, valutando gli andamenti del flusso di calore misurati in risposta a differenti gradienti termici imposti alle due facce della piastra. In secondo luogo, l’apparato sperimentale consente di verificare se le costanti di sensitività fornite all’acquisto dalla casa madre (differenti per ciascun sensore)siano corrette , confrontando gli andamenti dei flussi di calore misurati dalla piastra con quello ottenuto applicando la legge di Fourier, note le temperature applicate alle facce e la conducibilità termica della piastra stessa.L’utilizzo di materiali semplici e facilmente reperibili in qualunque laboratorio rendono questo strumento facilmente riproducibile, e i risultati mostrati dimostrano che l’apparato sperimentale consente di raggiungere gli obiettivi prefissati.