压电式水势变送器

一、FJA-10型压电式水势变送器结构与连接
FJA-10型压电式水势变送器可对水势传感器进行供电和信号变送，它由恒流源、测量放大器和电源等组成。它能提供水势传感器中压电传感器的恒流源,并把压电传感器产生的小信号加以放大，输出0-5V电压供数字电压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。
详见：www.kew.cn
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。
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(www.kew.cn)。

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。
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
真空表式张力计的原理与压电式水势传感器的原理一样，差别在于它是用机械真空表来显示水势的大小，其外形如照片见www.kew.cn







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