土壤湿度,即表示一定深度土层的土壤干湿度程度的物理量,又称土壤水分含量。土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。
土壤湿度传感器
土壤湿度传感器又名土壤水分传感器,土壤含水量传感器。土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成,可长期埋设于土壤和堤坝内使用,对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。
与数据采集器配合使用,可作为水分定点监测或移动测量的工具测量土壤容积含水量,主要用于土壤墒情检测以及农业灌溉和林业防护。
土壤湿度表示方法
土壤湿度,即土壤的实际含水量,可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示:土壤含水量=水分重/烘干土重×100%。也可以相当于土壤含水量与田间持水量的百分比,或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。
根据土壤的相对湿度可以知道,土壤含水的程度,还能保持多少水量,在灌溉上有参考价值。土壤湿度大小影响田间气候,土壤通气性和养分分解,是土壤微生物活动和农作物生长发育的重要条件之一。
土壤湿度受大气、土质、植被等条件的影响。在野外判断土壤湿度通常用手来鉴别,一般分为四级:
(1)湿,用手挤压时水能从土壤中流出;
(2)潮,放在手上留下湿的痕迹可搓成土球或条,但无水流出;
(3)润,放在手上有凉润感觉,用手压稍留下印痕;
(4)干,放在手上无凉快感觉,粘土成为硬块。
农业气象上土壤湿度常采用下列方法与单位表示:
①重量百分数。即土壤水的重量占其干土重的百分数(%)。此法应用普遍,但土壤类型不同,相同的土壤湿度其土壤水分的有效性不同,不便于在不同土壤间进行比较。
②田间持水量百分数。即土壤湿度占该类土壤田间持水量的百分数(%)。利于在不同土壤间进行比较,但不能给出具体水量的概念。
③土壤水分贮存量。指一定深度的土层中含水的绝对数量,通常以毫米为单位,便于与降水量、蒸发量比较。土壤水分贮存量W(毫米)的计算公式为:W=0.1·h·d·w。式中h是土层厚度,d为土壤容重(克/厘米3),0.1是单位换算系数,w为土壤湿度(重量百分数)。
④土壤水势或水分势是用能量表示的土壤水分含量。其单位为大气压或焦/克。为了方便使用,可取数值的普通对数,缩写符号为pF,称为土壤水的pF值。
土壤湿度测量方法
土壤既是一种非均质的、多相的、分散的、颗粒化的多孔系统,又是一个由惰性固体、活性固体、溶质、气体以及水组成的多元复合系统,其物理特性非常复杂,并且空间变异性非常大,这就造成了土壤水分测量的难度。
土壤水分测量方法的深入研究,需要一系列与其相关的基础理论支持,尤其是土壤作为一种非均一性多孔吸水介质对其含水量测量方法的研究涉及到应用数学、土壤物理、介质物理、电磁场理论和微波技术等多种学科的并行交叉。而要实现土壤水分的快速测量又要考虑到实时性要求,这更增加了其技术难度。
土壤的特性决定了在测量土壤含水量时,必须充分考虑到土壤容重、土壤质地、土壤结构、土壤化学组成、土壤含盐量等基本物理化学特性及变化规律。
①重量法。取土样烘干,称量其干土重和含水重加以计算。
②电阻法。使用电阻式土壤湿度测定仪测定。根据土壤溶液的电导性与土壤水分含量的关系测定土壤湿度。
③负压计法。使用负压计测定。当未饱和土壤吸水力与器内的负压力平衡时,压力表所示的负压力即为土壤吸水力,再据以求算土壤含水量。
④中子法。使用中子探测器加以测定。中子源放出的快中子在土壤中的慢化能力与土壤含水量有关,借助事先标定,便可求出土壤含水量。
⑤遥感法。通过对低空或卫星红外遥感图象的判读,确定较大范围内地表的土壤湿度。
传统的温度测量方式周期长、施工复杂,效率低,不便于管理,发生故障时要耗费大量的人力物理排查和重新铺设线缆。
而在特定场合下监测点分散、环境封闭或有高电压,很多测温方式无法实现测量工作。
无线温度监测预警系统是集先进传感技术、数字识别技术、无线通信技术、低功耗技术、抗干扰技术以及自动化控制技术为一体的高新技术产品,由无线温度显示仪、无线温度传感器、后台管理系统组成。
无线温度传感器可对多种恶劣环境条件下的设备温度变化情况实现现场、远程同时在线监测预警,方便维护人员全面及时掌握设备运行状况。
无线温度传感器多用于测量药品库的温度,因为药品一旦温度过高就会容易变质;
如果变质的药品卖出去,这将危害人的身体健康。
此时,如果采用人力进行温度调控的话,往往会造成不必要的资源浪费。
采用无线温度传感器,便可以针对不同要求的物品进行温湿度调控,无需消耗多少人力资源。
选择红外温度传感器主要从性能指标和环境和工作条件两方面来加以考虑。其中性能指标又包括温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等;环境和工作条件则包括环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等。其它你也可以将使用方便、维修和校准性能以及价格等方面因素进行综合比较。随着红外技术和不断发展,用户对红外传感器有很多种选择。
一、工作条件和使用环境
1、红外温度传感器的工作条件。环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等都是选购时需要考虑的问题。这些和仪器的保养、维修等密切相关。
2、传感器使用的环境也决定了你可以选择何种红外温度传感器。比如双色温度传感器更适用于烟雾、灰尘等环境下,而光纤双色温度传感器则更适用于噪声、电磁场、震动或难以接近环境中。
二、光学分辨率由D与S之比确定,是传感器到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果传感器由于环境条件限制必须安装在远离目标之处,而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的传感器。光学分辨率越高,即增大D:S比值,测温仪的成本也越高。
三、响应时间表示红外温度传感器对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。新型红外温度传感器响应时间可达1ms。这要比接触式测温方法,快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外温度传感器,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外温度传感器。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外温度传感器响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。
四、信号处理功能:
测量离散过程(如零件生产)和连续过程不同,要求红外温度传感器有信号处理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)。如测温传送带上的玻璃时,就要用峰值保持,其温度的输出信号传送至控制器内。
五、环境条件考虑
温度传感器所处的环境条件对测量结果有很大影响,应加以考虑、并适当解决,否则会影响测温精度甚至引起测温仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下,可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪,实现准确测温。在确定附件时,应尽可能要求标准化服务,以降低安装成本。调查烟雾、灰尘或其他颗粒降低测量能量信号,双色温度传感器是较佳选择。在噪声、电磁场、震动或难以接近环境条件下,或其他恶劣条件下,光纤双色温度传感器是较佳选择。
六、确定测温范围
测温范围是传感器重要的一个性能指标,每种型号的传感器都有自己特定的测温范围。因此,用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。根据黑体辐射定律,在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化,因此,测温时应尽量选用短波较好。
七、确定目标尺寸
红外温度传感器根据原理可分为单色温度传感器和双色温度传感器。对于单色温度传感器,在进行测温时,被测目标面积应充满传感器视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场,背景辐射能量就会进入传感器的视声符支干扰测温读数,造成误差。相反,如果目标大于测温仪的视场,测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。
八、确定波长范围
目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。在高温区,测量金属材料的较佳波长是近红外,可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的,红外能量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚,否则会透过)波长;测量玻璃内部温度选用5.0μm波长;测低区区选用8-14μm波长为宜;再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长,聚醋类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长;又如测火焰中的C02用窄带4.24-4.3μm波长,测火焰中的C0用窄带4.64μm波长,测量火焰中的N02用4.47μm波长。
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