一、FJA-10型壓電式水勢(shì)變送器結(jié)構(gòu)與連接
FJA-10型壓電式水勢(shì)變送器可對(duì)水勢(shì)傳感器進(jìn)行供電和信號(hào)變送，它由恒流源、測(cè)量放大器和電源等組成。它能提供水勢(shì)傳感器中壓電傳感器的恒流源,并把壓電傳感器產(chǎn)生的小信號(hào)加以放大，輸出0-5V電壓供數(shù)字電壓表讀數(shù)或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集。它是水勢(shì)數(shù)據(jù)采集和農(nóng)田節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)必需部件。
詳見(jiàn)：www.kew.cn
二、使用與注意事項(xiàng)
壓電式水勢(shì)傳感器使用、安裝時(shí)主要掌握好用無(wú)氣水和將陶土管中的空氣排除干凈這兩個(gè)環(huán)節(jié)。除氣瓶中的空氣不僅影響儀器測(cè)量精度和產(chǎn)生遲后現(xiàn)象，而且嚴(yán)重的還會(huì)影響儀器的正常使用。
使用時(shí)先將張力計(jì)的陶土頭部分放入水中，待讀數(shù)平衡后，調(diào)節(jié)零位；用標(biāo)準(zhǔn)壓力表校正時(shí)，調(diào)節(jié)斜率，使讀數(shù)與相應(yīng)讀數(shù)一致。
1. 水勢(shì)傳感器中注入無(wú)氣水(冷開(kāi)水)直到加滿為止，將傳感器直立10-20分鐘(不要加蓋子)，讓水把陶土管濕潤(rùn)，并見(jiàn)水從陶土管表面滴出。再將傳感器注滿無(wú)氣水，加蓋子密封，并將儀器直立，讓陶土管在空氣中蒸發(fā)。約二小時(shí)后，此時(shí)從陶土管、壓電傳感器、有機(jī)玻璃管中，會(huì)有埋藏的氣泡逸出，輕輕敲打傳感器，使氣泡集中到上部。再將陶土管浸入無(wú)氣水中，此時(shí)變送器讀數(shù)回到零附近，打開(kāi)蓋子，重新充滿無(wú)氣水，加蓋子密封，并將儀器直立，讓陶土管在空氣中蒸發(fā)。上述操作反復(fù)2-3次。反復(fù)做幾次除氣處理，在除氣的同時(shí)，傳感器中的空氣自動(dòng)排出而為水充滿。
2. 零位的調(diào)節(jié)：傳感器除氣后在空氣中蒸發(fā)，使負(fù)壓升至一定值(約為滿度值的1/4)時(shí)，將陶土管的一半浸入水中，靜候變送器慢慢回零，直止不變，此時(shí)調(diào)節(jié)變送器的零位調(diào)節(jié)器，顯示0.000。用標(biāo)準(zhǔn)壓力表校正傳感器(含變送器)的靈敏度。詳見(jiàn)"壓電式土壤濕度計(jì)"說(shuō)明書(shū)。
3. 按照上圖所示的輸入、輸出接線圖正確接線，否則不能正常工作，甚至損壞器件。
4. 用專用取土器預(yù)先在埋設(shè)水勢(shì)傳感器的地上鉆一個(gè)孔,將傳感器輕輕插入,以防損壞傳感器。
5. 儀器在濕土中使用，測(cè)量由濕變干的過(guò)程，水勢(shì)傳感器可以從飽和時(shí)開(kāi)始測(cè)量；若需要在較干的土壤中作用，測(cè)量由干變濕的過(guò)程，干土的初始含水量須在水勢(shì)傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)(〈0.85巴)，先將水勢(shì)傳感器風(fēng)干達(dá)到被測(cè)干土的吸力值，然后插入土壤中使用。
6. 在室外使用時(shí)，由于溫度變化大，以及使用周期長(zhǎng)，就要對(duì)水勢(shì)傳感器和變送器采取一些保護(hù)措施.如在水勢(shì)傳感器上外罩避免日光趨勢(shì)照射.為減少溫差波動(dòng)對(duì)傳感器的影響，可將傳感器埋入土中.為了防止土壤中的水氣滲入,做一個(gè)塑料管密封套保護(hù)傳感器。
7. 一般來(lái)講，如埋設(shè)前傳感器內(nèi)部的空氣基本除凈，且土壤的濕度在傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)，則可連續(xù)維持20-25天不必重新加水。當(dāng)氣溫降到冰點(diǎn)前，應(yīng)將傳感器撤離。
8. 陶土頭切忌油污，以免堵塞細(xì)孔，傳感器失靈。
9. 儀器通常在5-45℃溫度范圍內(nèi)使用。同時(shí)應(yīng)注意避免其他電、磁場(chǎng)的干擾。
10. 水勢(shì)傳感器的校正請(qǐng)參閱壓電式土壤濕度計(jì)說(shuō)明書(shū)或其它資料。
壓電式土壤濕度計(jì)
通常負(fù)壓式土壤濕度計(jì)的土壤水吸力(水勢(shì))值，采用U型玻璃管中水銀柱高低或真空表讀數(shù)。顯然，這樣的負(fù)壓式土壤濕度計(jì)不能連續(xù)地記錄土壤濕度的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。而壓電式土壤濕度計(jì)能將測(cè)得的土壤吸力值轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，供二次儀表測(cè)量顯示，或連續(xù)記錄這個(gè)電壓值。這為研究者提供田間土壤水吸力的動(dòng)態(tài)資料，可以進(jìn)行土壤水分模型試驗(yàn)，土壤持水曲線和滲透速度等測(cè)定，這些大量的動(dòng)態(tài)資料對(duì)數(shù)字模擬研究尤為必要。另外由于自動(dòng)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的測(cè)量和讀數(shù)時(shí)間。在微機(jī)日益普及的今天，將壓電式土壤濕度計(jì)的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與接口電路輸入微型計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可作為數(shù)據(jù)庫(kù)或進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算，或與灌溉系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制的閉環(huán)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。
一 原理與結(jié)構(gòu)
利用固態(tài)壓力傳感器將土壤濕度計(jì)測(cè)得的土壤吸力值轉(zhuǎn)換為電壓值，供二次儀表(數(shù)字儀表或自動(dòng)記錄儀)測(cè)量和顯示。
壓電式土壤濕度計(jì)的結(jié)構(gòu)由張力計(jì)、壓力傳感器、顯示儀表及電源等部分組成(www.kew.cn)。

1． 張力計(jì)：張力計(jì)的構(gòu)造與一般張力計(jì)相同，通過(guò)一個(gè)多孔陶土體與被測(cè)土壤緊密接觸，使陶土管中水的張力與土壤水的吸力達(dá)到平衡，張力計(jì)內(nèi)部便產(chǎn)生與土壤吸力相應(yīng)的負(fù)壓力，它通過(guò)水傳遞給壓力傳感器。
2． 壓力傳感器：壓力傳感器是采用擴(kuò)散硅壓力傳感器。采用集成電路工藝在硅膜片上制成一個(gè)惠斯登電橋，當(dāng)硅片受到壓力時(shí)，電橋失去平衡，產(chǎn)生一個(gè)電位差。這就是壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的原理。在土壤水吸力為零至一個(gè)大氣壓時(shí)，輸出電壓值為0-100毫伏。土壤水吸力值與電壓值之間呈良好的線性關(guān)系。
3． 顯示儀表：顯示儀表可以采用數(shù)字電壓表或電子電位差計(jì)(記錄儀)。根據(jù)使用要求不同選擇不同的分辨率和精度。可選用分辨率為10微伏，精度為0.05%的高精度五位數(shù)字電壓表；在作為普通測(cè)量時(shí)，可用數(shù)字萬(wàn)用表，分辨率為0.1mV，精度為0.5%±2個(gè)字。傳感器的信號(hào)還可以由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，經(jīng)I/O接口，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，由計(jì)算機(jī)顯示屏顯示和打印機(jī)打印輸出。

4． 電源：壓力傳感器是用直流電源供電，通常有恒壓源和恒流源供電方式兩種。在近距離測(cè)量時(shí)，可以用恒壓源或恒流源供電，若測(cè)量傳輸距離較遠(yuǎn)
時(shí)，且精度要求較高時(shí)，要用恒流源供電。無(wú)論是恒壓源供電，還是恒流源供電，一個(gè)電源只能對(duì)一個(gè)傳感器供電，否則會(huì)產(chǎn)生交叉干擾。
二 安裝與校正
1． 安裝：將電壓式濕度傳感器的插頭插入變送器的插座中，變送器上的信號(hào)線接到數(shù)字電壓表(或電子電位差計(jì)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器)的輸入端，然后將電源變換器插入220V交流電源插座中。這時(shí)數(shù)字電壓表上的讀數(shù)為土壤水吸力轉(zhuǎn)換為電壓的值。
2． 校正：濕度傳感器的校正裝置如圖2所示。采用標(biāo)準(zhǔn)水銀壓力表或標(biāo)準(zhǔn)真空表(0.4級(jí))的壓力值為比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。將已經(jīng)作除氣處理的待校正張力計(jì)插入盛水的密封的容器中，使陶土管的中部與水面平衡，陶土管中部受的負(fù)壓就是該處土壤水的吸力大小，開(kāi)始時(shí)，容器通氣大，水面張力為零，調(diào)節(jié)儀器讀數(shù)為零。然后接通抽氣機(jī)，使容器內(nèi)達(dá)到接近-684毫米汞柱，也即-0.9大氣壓時(shí)，調(diào)整傳感器的靈敏度，使輸出電壓為90mV。或者采用計(jì)算的方法的來(lái)得到測(cè)定結(jié)果，如在-684毫米汞柱(也即-0.9大氣壓)時(shí)，壓電傳感器的輸出為80mV，在實(shí)際應(yīng)用測(cè)量時(shí)壓電傳感器的輸出為70 mV，則這時(shí)的大氣壓為：
P=(-684/80)×70=-598.5毫米汞柱
或 P=(-0.9/80)×70=-0.7875大氣壓。在用Kpa來(lái)表示大氣壓時(shí)，則P= -598.5×0.133322=-79.7932 Kpa。
再使容器通大氣，水面張回到零，這樣反復(fù)二、三次調(diào)節(jié)，就可以確定下來(lái)。
三 使用中注意事項(xiàng)
壓電式土壤濕度計(jì)使用、安裝時(shí)要求掌握好用無(wú)氣水和將陶土管中的空氣排除干凈這兩個(gè)環(huán)節(jié)，除氣瓶中的空氣不僅影響儀器測(cè)量精度和產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，而且嚴(yán)重的還會(huì)影響儀器的正常使用。具體需要注意以下事項(xiàng)：
1． 張力計(jì)中注入無(wú)氣水，反復(fù)做幾次除氣處理，在除氣的同時(shí)，傳感器中的空氣自動(dòng)排出而為水充滿。
2． 變送器上的信號(hào)輸出線紅線為正，黑線為負(fù)，分別接到二次儀表的輸入端。
3． 儀器在濕土中使用，測(cè)量由濕變干的過(guò)程，張力計(jì)可以從飽和時(shí)開(kāi)始測(cè)量；若需在較干的土壤中使用，測(cè)量由干變濕的過(guò)程，干土的初始含水量須在張力計(jì)測(cè)量的范圍內(nèi)(〈0.85巴)，先將張力計(jì)風(fēng)干達(dá)到被測(cè)干土的吸力值，然后插入土壤中使用。
4． 在室外使用時(shí)，由于日溫度變化大，以及使用周期長(zhǎng)，就要對(duì)儀器的傳感器部分采取一些保護(hù)措施。如在傳感器上加外罩避免日光直接照射；為減少溫差波動(dòng)以傳感器的影響，可將傳感器埋入土中；為了防止土壤中的水氣滲入，做一個(gè)塑料管密封套保護(hù)傳感器。
5． 儀器通常在5-45℃溫度范圍內(nèi)使用。同時(shí)應(yīng)注意避免其他電、磁場(chǎng)的干擾。

真空表式張力計(jì)
真空表式張力計(jì)的原理與壓電式水勢(shì)傳感器的原理一樣，差別在于它是用機(jī)械真空表來(lái)顯示水勢(shì)的大小，其外形如照片見(jiàn)www.kew.cn







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