土壤水分速测仪研制原理

水分是天然土壤的一个重要组成部分，它不仅影响到土壤的物理性质，制约着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，而且是构成土壤肥力的一个重要因素，更是一切植物赖以生存的基本条件。因此测定土壤含水量，对实施精准农业，节水灌溉，提高农业生产效率有重要的意义。

目前测定土壤水分的方法归纳起来有两大类，一类是变动位置取样测定(如烘干称重法等)，另一类是原位取样测定(如中子法、γ射线法、时域反射仪法、频域发射仪法、传感器法等)。不同的方法各有优缺点，烘干称重法原理简单，精度高，但其操作烦琐，又不能在田间实时连续监测。中子法和γ射线法虽可在室外快速准确监测，但是存在放射性物质危害人体健康。时域反射仪法和频域发射仪法价格比较昂贵，而传感器法安全可靠、测定土壤水分快速直读，具有不必采土样，不破坏土壤结构，可连续监测并输出电信号，十分适合于监测田间土壤水分动态分布和变化情况，便于长期的观测和积累田间水势资料等，因此被广泛应用在田间监测土壤水分上。

土壤水分速测仪就是运用土壤水分传感器将土壤含水量的大小θ(%)转换为土壤水吸力的大小并作用于压阻传感器，压阻传感器将土壤水吸力转换为差动电压信号输出给双端输入单端输出差动放大器。此处采用差动放大器是由于其具有较好的抑制零漂和抗干扰的作用，同时可将双端输入信号转换为单端输出信号。由于差动放大器的输出与输入是反相的，故将此输出的信号再送给反相放大器，在放大信号的同时将输出再次反相，从而转变为与压阻传感器的输出同相的电压信号。为了根据需要调节反相放大器的放大倍数，在其反馈回路上串接一电位器，同时对信号进行调零和校正。最后将电路输出的信号送给电压表，显示最终的输出电压值，根据测试数据标定情况制做一土壤含水量表头，由此可直接读出土壤含水量的数值。

从测量结果可看出，用土壤水分速测仪与烘干称重法测量值的差值率均在5%以内，说明土壤水分速测仪测量准确度是比较高的。特别是利用土壤水分速测仪测量土壤含水量速度快(测量一次仅需几秒钟)，数值显示，非常直观，使用简单，体积小便于携带，可随时测量含水量的情况，很适合在田间、温室大棚、草坪等场合使用。由于压阻传感器是由半导体材料制做的，在测量精度要求比较高的场合，温度的影响是必须要考虑的。实验表明压阻传感器表现为负温度特性，当温度升高时压阻系数变小，当温度降低时压阻系数变大。为了减小温度的影响，一方面要尽可能采用恒流源供电，另一方面是采用正温度系数的材料作温度补偿电路并使其与压阻传感器尽量贴近，可达到较好的补偿效果。