因为有许多不同类型的土壤含水量传感器可供选择，为您的应用选择*好的一种可能看起来很困难，甚至令人困惑。为了帮助您做出选择，重要的是要了解土壤含水量传感器实际测量的内容、什么是好的土壤含水量传感器以及如何理解制造商的规格。在本文中，我将介绍这些主题以帮助您进行传感器选择过程。

　　土壤含水量传感器实际测量什么？

　　您可能会惊讶地发现，市面上没有直接测量水的土壤含水量传感器。相反，传感器所做的是以可预测的方式检测与含水量相关的其他一些土壤特性的变化。随含水量变化且易于测量的常见土壤特性包括介电常数、热导率和中子通量密度。本文介绍测量介电常数的传感器。

　　介电常数传感器是市场上*常见的土壤含水量传感器。这些传感器使用不同的技术来测量周围土壤的介电常数，包括：

• 时域反射计

• 时域透射率

• 频域反射仪

• 充电时间电容

• 传输线振荡

• 同轴阻抗介质反射法

• 同轴差幅反射仪

　　无论采用何种技术，都使用相同的原理：土壤的体积介电常数随体积含水量而变化。

　　考虑介电常数的*简单方法是存储电能。传感器在土壤中产生电场，由于水分子是极性的，土壤中未结合的水分子旋转以与电场线对齐。

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　　未结合的水分子的旋转需要能量，该能量作为势能存储在对齐的水分子中。土壤中的水越多，储存的能量就越多，土壤的体积介电常数就越高。

　　土壤的其他成分——矿物质和有机固体以及空气——也储存电能，但水的储存量是土壤其他部分的十倍以上。因此，进出传感器测量体积的水运动是介电常数变化的主要因素。

　　土壤含水量传感器设计为具有随介电常数变化的电信号，因此也随含水量变化。一些传感器确定介电常数，然后将其转换为含水量，而另一些传感器只需一步即可将传感器的电输出转换为体积含水量。无论使用哪种方法，土壤中的水分都会影响体介电常数，进而影响传感器的电输出。当您比较精度规格时，记住这一点很重要。

　　什么是好的土壤含水量传感器？

　　理想的高性能土壤含水量传感器具有以下所有特性：

　　1.它满足您对准确性和分辨率的要求。

　　2.只要您需要，它就会持续多久。

　　3.它需要*少的校准，并且不需要重新校准。

　　4.它满足您的预算要求。

　　5.您可以轻松安装和测量。

　　正如您可能想象的那样，这些属性可以相互竞争。例如，与精度较低的不太耐用的传感器相比，耐用的高精度传感器可能更昂贵。传感器制造商试图在这些竞争因素之间找到适当的平衡。要确定哪种传感器*适合您的应用，请确定其中哪些因素对您*重要，然后寻找*符合您的*高优先级的传感器。 

　　制造商规格是什么意思？

　　要真正了解土壤含水量传感器的规格，考虑含水量、介电常数和随介电常数变化的电信号之间的关系会很有帮助。这三件事之间的关系将决定含水量值的准确性和分辨率以及传感器的工作范围。

　　准确性

　　体积含水量测量的准确性取决于几件事：

• 电气测量精度

• 温度对测量电子设备的影响

• 温度对水介电常数和土壤电导率的影响

• 传感器估计不同介电常数值的准确性

• 将电测量或介电常数值转换为体积含水量的函数的精度

• 传感器周围土壤与校准函数匹配的程度

　　如果所有土壤含水量传感器都提供了测量介电常数的准确度规范，我们将更容易比较不同传感器的性能。不幸的是，许多用户并不理解介电常数和体积含水量之间的关系，以及可能给*终的含水量估计增加误差的不同条件。

　　由于没有适用于所有土壤的单一校准功能，制造商通常会选择一种或几种“代表性”土壤，并根据该选择提供含水量精度规格。那么，例如，诸如“±1% 体积含水量”之类的准确度规范究竟意味着什么？此规格表示在进行校准工作的条件下为 ±1%。这些条件很可能是在室内，温度变化很小，只有一种或几种具有代表性的土壤类型。

• 如果您的环境具有相同的条件，则传感器精度将符合规范。

• 当您将传感器放在自然环境中时（变化更多），除非您执行自己的校准，否则其精度可能不符合规范。

　　另一个重要的考虑因素是介电土壤含水量传感器的精度会随着土壤变得非常干燥而降低。当土壤中的水量非常低时，其对土壤整体电容率的贡献较小，并且可能低于传感器检测变化的能力。在干燥的土壤中，温度对传感器输出的影响通常大于含水量的变化。

　　提示：对于保证在低含水量水平下具有高精度的规格，请务必谨慎。

　　注意：准确度可以指定为*准确度（% 水/% 干土）或读数的百分比。要将读数百分比转换为*精度，请乘以操作范围的上限和下限。

　　例如：对于溶液电导率 ≤ 8 dS/m，Campbell   Scientific 的土壤介电常数的 CS655 精度规格为从 1 到 40 的 ±（读数的 3% + 0.8）。如果传感器介电常数读数为 1（在空气中），则该读数的精度为 ±(1 x 0.03 + 0.8) = ±0.83。如果传感器介电常数读数为 40，则该读数的精度为 ±(40 x 0.03 + 0.8) = ±2。

　　关于准确性的*后一句话：制造商编写其规格以涵盖比安装后传感器体验更广泛的条件。如果您执行自己的土壤特定校准，您通常可以获得比规范指示的更好的精度。

　　解析度

　　分辨率规范描述了土壤含水量需要改变多少，传感器才能检测到这种变化。它主要取决于传感器电气输出的测量质量。（此测量可能发生在传感器电子设备内部或数据记录器等外部设备中。）分辨率也可能受到来自数学处理和数字数据格式的舍入误差的影响。性能*高的土壤含水量传感器将具有高精度和高分辨率。

　　范围

　　当您比较不同土壤含水量传感器的工作范围时，重要的是要了解范围是如何定义的以及介电方法的局限性。

　　体积含水量范围可以用不同的方式表示：

• 0 到 *：这通常意味着传感器响应从空气到水的介电常数变化。

• 干燥至饱和：没有给出数字，但传感器在比任何土壤中发现的更广泛的介电常数范围内进行了校准。它将响应每种土壤在整个范围内的含水量变化。

• 0 到 XX%：这通常意味着传感器在从干燥到饱和的土壤条件下进行了测试。

• X% 到 XX%：这指定了传感器表现*佳的范围。与竞争产品相比，这可能会使传感器看起来更差，但由于介电常数传感器在干燥土壤中的准确度较低，因此该规范更准确地表示了您可以预期的性能。

　　注意：体积含水量有时表示为分数而不是百分比。要将分数（体积水/体积干土）转换为百分比，只需乘以 *。

　　例如：Delta-T 的 ML3 ThetaProbe 水含量范围规范为 0 到 0.5 m 3 /m 3。将该范围的两端乘以   * 得到 0 到 50%   的范围。

　　如果传感器的测量范围从空气干燥到土壤中的饱和条件，那就足够了。大多数矿质土壤的*大含水量为 40% 至 50%。一些粘土和有机土壤的含水量可高达 60% 至 70%。确保选择范围适合您的土壤类型的传感器。