南京传滴仪器设备有限公司 南京特爱得仪器设备有限公司
Nanjing Chuan-Di Instrument & Equipment CO., LTD. Nanjing Teai-de Instrument & Equipment CO., LTD.
(原中国科学院南京土壤研究所技术服务中心传感器、仪器设备部)

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真空表式张力计压电式水势传感器(压电式负压计)及其变送器、土壤溶液抽虑器
WT-11 型土壤水分 / 温度计 PC-09型一体化压电式水势变送器
WT-11 型土壤水分 / 温度计

一、概 述
WT-11 型土壤水分 / 温度计一种能直接测定土壤的含水量和土壤温度的仪器 . 如照片所示 .
土壤含水量的测量方法是采用 土壤含水率 时域反射法 (Timedomainreflectrometry,TDR), 它也是一种通过 测量土壤介电常数来获得土含水率的一种方法。 TDR 的原理是电磁波沿非磁性介质中的传输导线的传输到导线终点时,又有一部分电磁波沿导线反射回来,这样入射与反射形成了一个 时间差 T 。因此通过测量电磁波在埋入土壤中的导线的入射反射时间差 T 就可以求出土壤的介电常数,进而求出土壤的含水率。
土壤温度的测量是将 温度传感器直接插入土壤中 , 进行测量 .
这种仪器采用 TDR 测量方法、其优点是测量速度快,操作简便,精确度高,可连续测量,既可测量土壤表层水分,也可用于测量剖面水分既可用于手持式的时实测量,也可用于远距离多点自动监测,测量数据易于处理。因此 适用于科学试验、节水灌溉、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、污水处理、及各种颗粒物含水量的测量。
二、测量参数 1 、水分量程: 0 - 100% 单位:%( m3/m3 ); 满度值: 100.0% (用户可自已校正); 测量精度: ± 3% ;复测误差 : < 1%; 参数类型:土壤容积含水量
2 、温度 量 程 : -20℃-+100℃ ;特点:简单可靠,以 10mV/℃ 线性增加或减小,不需要校正;即当 25℃ 时,输出电位为 250mV; 分辩率: 0.1℃ , 在室温下精度为 ± 0.25℃ , 全量程 ± 0.75℃ ;
三、电路参数电源:仪器内装蓄电池供电,(附 8.4V 充电器);水分:静态电流 <30mA; 工作频率: 100MHz; 响应时间 < 1秒;测量稳定时间: 2 秒 ; 测量区域: 95% 的影响在以中央探针为中心,直径为7 cm 、高为 7cm 的园柱体内 . 工作温度范围: -20 ℃ -80 ℃

一、PC-09型一体化压电式水势变送器结构与连接
PC-09型一体化压电式水势变送器可对水势传感器进行供电和信号变送,它由压力变送器、测量放大器和V/A变送器等组成。它能将水势传感器产生的电压信号转达换成4-20mA电流输出,供数字表读数或计算机数据采集。它是水势数据采集和农田节水灌溉控制系统必需部件
一体化压传感器的测量范围为0到-100Kpa,相应输出电流为4-20mA,在智能表上的电压读数为1-5V。因此负压的结果为: -P=(智能表上的读数-1000)/40。
如读数为4200mV,则水势传感器的负压值 80Kpa。智能表上、下线控制输出的设置详见说明书。如果要求大于30Kpa时控制灌溉,则设置值=30X40+1000=2200mV
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真空表式与压电式张力计 在野外安装压电式水势传感器 WT-11型土壤水分-温度计 多种传感器变送器(pH/ORP/Do/EC/)
土壤溶液抽虑器使用时的连接
新型真空表式的真空表是可卸下来的,它靠O张力计圈密闭。一体化二线制压电变送器的螺纹(直径为10-1)与真空表的螺纹是一样的,因此主体件既可以做成真空表式张力计又可以做成压电式水势传感器,十分方便。也可以用SWP-100便携式土壤水势测定仪测定水势。
左图为一体化压电式水势传感器 性能:
1、二线制供电电压为12V-24V
2、压力范围:0- -100KPa
3、输出信号为4-20mA

4、将输出信号送到智能表,由智能表设置某种作 物灌溉值,组成一种简单、经济、实用的自动灌溉装置,实现自动灌溉。
二、使用与注意事项
压电式水势传感器使用、安装时主要掌握好用无气水和将陶土管中的空气排除干净这两个环节。除气瓶中的空气不仅影响仪器测量精度和产生迟后现象,而且严重的还会影响仪器的正常使用。
使用时先将张力计的陶土头部分放入水中,待读数平衡后,调节零位;用标准压力表校正时,调节斜率,使读数与相应读数一致。
1. 水势传感器中注入无气水(冷开水)直到加满为止,将传感器直立10-20分钟(不要加盖子),让水把陶土管湿润,并见水从陶土管表面滴出。再将传感器注满无气水,加盖子密封,并将仪器直立,让陶土管在空气中蒸发。约二小时后,此时从陶土管、压电传感器、有机玻璃管中,会有埋藏的气泡逸出,轻轻敲打传感器,使气泡集中到上部。再将陶土管浸入无气水中,此时变送器读数回到零附近,打开盖子,重新充满无气水,加盖子密封,并将仪器直立,让陶土管在空气中蒸发。上述操作反复2-3次。反复做几次除气处理,在除气的同时,传感器中的空气自动排出而为水充满。
2. 零位的调节:传感器除气后在空气中蒸发,使负压升至一定值(约为满度值的1/4)时,将陶土管的一半浸入水中,静候变送器慢慢回零,直止不变,此时调节变送器的零位调节器,显示0.000。用标准压力表校正传感器(含变送器)的灵敏度。详见"压电式土壤湿度计"说明书。
3. 按照上图所示的输入、输出接线图正确接线,否则不能正常工作,甚至损坏器件。
4. 用专用取土器预先在埋设水势传感器的地上钻一个孔,将传感器轻轻插入,以防损坏传感器。
5. 仪器在湿土中使用,测量由湿变干的过程,水势传感器可以从饱和时开始测量;若需要在较干的土壤中作用,测量由干变湿的过程,干土的初始含水量须在水势传感器的测量范围内(<0.85巴),先将水势传感器风干达到被测干土的吸力值,然后插入土壤中使用。
6. 在室外使用时,由于温度变化大,以及使用周期长,就要对水势传感器和变送器采取一些保护措施.如在水势传感器上外罩避免日光趋势照射.为减少温差波动对传感器的影响,可将传感器埋入土中.为了防止土壤中的水气渗入,做一个塑料管密封套保护传感器。
7. 一般来讲,如埋设前传感器内部的空气基本除净,且土壤的湿度在传感器的测量范围内,则可连续维持20-25天不必重新加水。当气温降到冰点前,应将传感器撤离。
8. 陶土头切忌油污,以免堵塞细孔,传感器失灵。
9. 仪器通常在5-45℃温度范围内使用。同时应注意避免其他电、磁场的干扰。
10. 水势传感器的校正请参阅压电式土壤湿度计说明书或其它资料。
附录:
100Kpa=1巴=1000毫巴=75.01厘米汞柱=1020厘米水柱。

土壤溶液抽虑器的连接与使用

用专用取土器预先在埋设土壤溶液抽虑器的地上钻一个孔,将土壤溶液抽虑器轻轻插入,以防损坏土壤溶液抽虑器。将手动真空泵与抽气管连接好,再将20mL抽液注射器与抽液管连接好,就可投入使用。
使用方法:
1、用手来回压动手动抽气泵,使压力表在80KPa以上,并自动保持负压。

2、待溶液进入抽虑管后,手按手动抽气泵上的进气按钮,解除负压,用注射器抽取土壤溶液。

 

SWP-100型便携式土壤水势测定仪
概述 测定土壤水势通常用真空表式张力计, 真空表式张力计虽然简单,但有几个弱点,如在使用前有较长的除气过程;真空表在较长时间处在高负压情况下灵敏度可能发生变化或回不到零点;在运输和使用过程中碰到有剧烈的振动真空表回不到零点;测定精度低,通常为2.5%等.所以对这种真空表式张力计的改进就势力在必行.   
  SWP-100型便携式土壤水势测定仪利用张力计原理结合一个或多个探头的方法,对传统技术进行了改进,可以只采购一台仪器,可完成上百个水势探头的测数任务,它既保证了水势测定的精度,又降低了多点观察的成本。。 适用于农田和盆栽土壤的水分测定,可将探头长期埋于地下不同的深度和不同的被测地块,这样如果想知道某个点位的水势就可以将仪器接到探头上即可读出数值。可以在田间定位检测和观测土壤水势,从而可进一步获取土壤水分、导水率等土壤水利性质参数。
二SWP-100型便携式土壤水势测定仪技术指标与特点:
1. 测量范围:0~100Kpa
2. 精度:精度为±1KPa。显示屏数显的单位为千帕斯卡(KPa)。
3. 环境温度:0~60 ℃.
4.仪器由二个数5号电池供电(电池电压从1.2伏-3伏变化仪器零点和灵敏度不变)。
5.用户可以根据自己的要求再采购不同数量的张力计探头. 价格合理(仪器加20支张力计的价格与20支真空表式张力计的价格相当。如果购买数量大于20支,就开始少化钱)。
   0-10 Kpa:表示潮湿,对多数作物湿度过高。
   10-30 Kpa:表示湿润,适宜多数作物生长。
   30-50 Kpa:表示干爽,喜湿作物已需灌水。
   >50 Kpa:表示干燥,多数作物需要灌水。

压电式土壤湿度计
通常负压式土壤湿度计的土壤水吸力(水势)值,采用U型玻璃管中水银柱高低或真空表读数。显然,这样的负压式土壤湿度计不能连续地记录土壤湿度的动态变化过程。而压电式土壤湿度计能将测得的土壤吸力值转变为电压信号输出,供二次仪表测量显示,或连续记录这个电压值。这为研究者提供田间土壤水吸力的动态资料,可以进行土壤水分模型试验,土壤持水曲线和渗透速度等测定,这些大量的动态资料对数字模拟研究尤为必要。另外由于自动连续记录数据,节省了大量的测量和读数时间。在微机日益普及的今天,将压电式土壤湿度计的电压信号经过A/D转换器与接口电路输入微型计算机,进行数据处理,可作为数据库或进行复杂的数值运算,或与灌溉系统联接起来,实现微机控制的闭环自动灌溉系统。

一 原理与结构
利用固态压力传感器将土壤湿度计测得的土壤吸力值转换为电压值,供二次仪表(数字仪表或自动记录仪)测量和显示。
压电式土壤湿度计的结构由张力计、压力传感器、显示仪表及电源等部分组成,如图1所示。

1. 张力计:张力计的构造与一般张力计相同,通过一个多孔陶土体与被测土壤紧密接触,使陶土管中水的张力与土壤水的吸力达到平衡,张力计内部便产生与土壤吸力相应的负压力,它通过水传递给压力传感器。
2. 压力传感器:压力传感器是采用扩散硅压力传感器。采用集成电路工艺在硅膜片上制成一个惠斯登电桥,当硅片受到压力时,电桥失去平衡,产生一个电位差。这就是压力传感器将压力转换为电信号的原理。在土壤水吸力为零至一个大气压时,输出电压值为0-100毫伏。土壤水吸力值与电压值之间呈良好的线性关系。
3. 显示仪表:显示仪表可以采用数字电压表或电子电位差计(记录仪)。根据使用要求不同选择不同的分辨率和精度。可选用分辨率为10微伏,精度为0.05%的高精度五位数字电压表;在作为普通测量时,可用数字万用表,分辨率为0.1mV,精度为0.5%±2个字。传感器的信号还可以由A/D转换器进行转换后,经I/O接口,供计算机进行数据采集和处理,由计算机显示屏显示和打印机打印输出。
4. 电源:压力传感器是用直流电源供电,通常有恒压源和恒流源供电方式两种。在近距离测量时,可以用恒压源或恒流源供电,若测量传输距离较远时,且精度要求较高时,要用恒流源供电。无论是恒压源供电,还是恒流源供电,一个电源只能对一个传感器供电,否则会产生交叉干扰。

二 安装与校正
1. 安装:将电压式湿度传感器的插头插入变送器的插座中,变送器上的信号线接到数字电压表(或电子电位差计,数据采集系统的A/D转换器)的输入端,然后将电源变换器插入220V交流电源插座中。这时数字电压表上的读数为土壤水吸力转换为电压的值。
2. 校正:湿度传感器的校正装置如图2所示。采用标准水银压力表或标准真空表(0.4级)的压力值为比对标准。将已经作除气处理的待校正张力计插入盛水的密封的容器中,使陶土管的中部与水面平衡,陶土管中部受的负压就是该处土壤水的吸力大小,开始时,容器通气大,水面张力为零,调节仪器读数为零。然后接通抽气机,使容器内达到接近-684毫米汞柱,也即-0.9大气压时,调整传感器的灵敏度,使输出电压为90mV。或者采用计算的方法的来得到测定结果,如在-684毫米汞柱(也即-0.9大气压)时,压电传感器的输出为80mV,在实际应用测量时压电传感器的输出为70 mV,则这时的大气压为:
P=(-684/80)×70=-598.5毫米汞柱
或 P=(-0.9/80)×70=-0.7875大气压。在用Kpa来表示大气压时,则P= -598.5×0.133322=-79.7932 Kpa。
再使容器通大气,水面张回到零,这样反复二、三次调节,就可以确定下来。
PC-09型一体化压电式水势变送器的压力与电压关系曲线如右图所示.
三 使用中注意事项
压电式土壤湿度计使用、安装时要求掌握好用无气水和将陶土管中的空气排除干净这两个环节,除气瓶中的空气不仅影响仪器测量精度和产生滞后现象,而且严重的还会影响仪器的正常使用。具体需要注意以下事项:
1. 张力计中注入无气水,反复做几次除气处理,在除气的同时,传感器中的空气自动排出而为水充满。
2. 变送器上的信号输出线红线为正,黑线为负,分别接到二次仪表的输入端。
3. 仪器在湿土中使用,测量由湿变干的过程,张力计可以从饱和时开始测量;

若需在较干的土壤中使用,测量由干变湿的过程,干土的初始含水量须在张力计测量的范围内(<0.85巴),先将张力计风干达到被测干土的吸力值,然后插入土壤中使用。
4. 在室外使用时,由于日温度变化大,以及使用周期长,就要对仪器的传感器部分采取一些保护措施。如在传感器上加外罩避免日光直接照射;为减少温差波动以传感器的影响,可将传感器埋入土中;为了防止土壤中的水气渗入,做一个塑料管密封套保护传感器。
5. 仪器通常在5-45℃温度范围内使用。同时应注意避免其他电、磁场的干扰。

真空表式张力计
土壤湿度计(见照片)由一个陶土管和一个真空表组成。陶土管是仪器的感应部件,具有许多细小的孔隙,陶土管被水浸润后,在孔隙中形成一层水膜。当充满水而且密封的土壤湿度计插入水份不饱和土壤时,水膜便与土壤水连结起来,使仪器内部的水产生负压。这样,真空表指示的负压,就是土壤水吸力。
土壤水吸力是土壤水势的强度指标,和土壤水的流动以及对植物的有效性有密切的关系,与土壤含水率的含义不同,它是在土壤水势的强弱上面不是在多寡上反映土壤的干湿程度,一般来说,土壤吸力愈大,含水量愈小;土壤吸力愈小,含水量愈多,所以土壤湿度计指标的资料也能大致反映出土壤的含水量状况。
仪器具有结构简单,灵敏度较高,使用方便等到优点,可以定点定位连续测定土壤水份的运行,及时反映土壤水份的纵横变化。为灌溉、排水,作物生长提供必要的科学根据。
土壤湿度计由集气管,真空表和陶土管组成,集气管上端为注水口,用密封盖盖紧。旁侧有一个接口与真空表联接,下端通过塑料管与陶土头相接。
仪器按长度分常用的为表以下长度300毫米,如使用单位需要特定的长度,可与我公司联系定制。
1、张力计的主体为聚炳烯(PPR)材料,较原来的PVC材料密封性更好,寿命更长;2、真空表用O型圈密封,用户可自行拆卸;3、不用橡皮塞密封,既方便,密封性又好。欢迎使用。

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