土壤水分速測儀研制原理

水分是天然土壤的一個重要組成部分，它不僅影響到土壤的物理性質，制約著土壤中養分的溶解、轉移和微生物的活動，而且是構成土壤肥力的一個重要因素，更是一切植物賴以生存的基本條件。因此測定土壤含水量，對實施精準農業，節水灌溉，提高農業生產效率有重要的意義。

目前測定土壤水分的方法歸納起來有兩大類，一類是變動位置取樣測定(如烘干稱重法等)，另一類是原位取樣測定(如中子法、γ射線法、時域反射儀法、頻域發射儀法、傳感器法等)。不同的方法各有優缺點，烘干稱重法原理簡單，精度高，但其操作煩瑣，又不能在田間實時連續監測。中子法和γ射線法雖可在室外快速準確監測，但是存在放射性物質危害人體健康。時域反射儀法和頻域發射儀法價格比較昂貴，而傳感器法安全可靠、測定土壤水分快速直讀，具有不必采土樣，不破壞土壤結構，可連續監測并輸出電信號，十分適合于監測田間土壤水分動態分布和變化情況，便于長期的觀測和積累田間水勢資料等，因此被廣泛應用在田間監測土壤水分上。

土壤水分速測儀就是運用土壤水分傳感器將土壤含水量的大小θ(%)轉換為土壤水吸力的大小并作用于壓阻傳感器，壓阻傳感器將土壤水吸力轉換為差動電壓信號輸出給雙端輸入單端輸出差動放大器。此處采用差動放大器是由于其具有較好的抑制零漂和抗干擾的作用，同時可將雙端輸入信號轉換為單端輸出信號。由于差動放大器的輸出與輸入是反相的，故將此輸出的信號再送給反相放大器，在放大信號的同時將輸出再次反相，從而轉變為與壓阻傳感器的輸出同相的電壓信號。為了根據需要調節反相放大器的放大倍數，在其反饋回路上串接一電位器，同時對信號進行調零和校正。最后將電路輸出的信號送給電壓表，顯示最終的輸出電壓值，根據測試數據標定情況制做一土壤含水量表頭，由此可直接讀出土壤含水量的數值。

從測量結果可看出，用土壤水分速測儀與烘干稱重法測量值的差值率均在5%以內，說明土壤水分速測儀測量準確度是比較高的。特別是利用土壤水分速測儀測量土壤含水量速度快(測量一次僅需幾秒鐘)，數值顯示，非常直觀，使用簡單，體積小便于攜帶，可隨時測量含水量的情況，很適合在田間、溫室大棚、草坪等場合使用。由于壓阻傳感器是由半導體材料制做的，在測量精度要求比較高的場合，溫度的影響是必須要考慮的。實驗表明壓阻傳感器表現為負溫度特性，當溫度升高時壓阻系數變小，當溫度降低時壓阻系數變大。為了減小溫度的影響，一方面要盡可能采用恒流源供電，另一方面是采用正溫度系數的材料作溫度補償電路并使其與壓阻傳感器盡量貼近，可達到較好的補償效果。