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土壤水分測試儀是如何進行校準工作

來源: http://m.askacustomsbroker.com/  類別:技術(shù)文章  更新時間:2013-09-22  閱讀

      進行農(nóng)業(yè)種植,需要了解自家耕地里面土壤的水分含量,以前科技不發(fā)達的時候,一般是借助肉眼觀察,手觸摸這些簡單的感官方式,隨著社會發(fā)展,一些精密儀器相繼被研發(fā)出來,土壤分析儀,土壤水分測試儀等,被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)做出來巨大貢獻。這些儀器在研究的時候,碰到很多難題,不過都被我們的科學家一一解決,尤其是在進行儀器校準方面方案的解決,下面為大家詳細介紹一下土壤水分測試儀是如何進行校準工作。
  土壤水分測試儀的原理和組成:土壤水分測試儀是利用FDR原理,使用穩(wěn)定可靠的高精度傳感器,根據(jù)探測器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中的反射不同,計算出被測物含水量,F(xiàn)在市場上該設(shè)備的測量范圍一般為0~100%,準確度一般為±2%。
  土壤水分測試儀包含探頭(傳感器)、探測系統(tǒng)、手持信號處理與顯示系統(tǒng)、通訊電纜、配套軟件系統(tǒng)等4個部分,如圖1。

圖1 土壤水分測試儀組成框圖


  土壤水分探頭(傳感器)工作原理,土壤水分探頭由一個內(nèi)含電子器件的防水室和與之一端相連的4個不銹鋼針的成型探針組成,這些探針直接插入土壤。探頭尾部的電纜線連接適宜的電壓源和輸出模擬信號。水分探頭是一種采用模擬信號處理的設(shè)備,不斷產(chǎn)生電信號和以電壓比表示的土壤性質(zhì)。特殊設(shè)計的傳輸線產(chǎn)生高頻信號,測量土壤參數(shù)。傳輸線的阻抗隨土壤阻抗變化而變化。阻抗包括表觀介電常數(shù)和離子傳導率。選用電信號的頻率使離子傳導率的影響最小,以使傳輸線阻抗變化幾乎僅依賴于土壤介電常數(shù)的變化。這些變化產(chǎn)生一個電壓駐波,駐波隨探針周圍介質(zhì)的變化增加或減小晶體振蕩器產(chǎn)生的電壓。輸出電壓在0~1V(DC)表示土壤介電常數(shù)在1~32之間。這一范圍代表一般礦質(zhì)土壤的容積含水量0.5m3/m-3。
  信號處理與顯示系統(tǒng)采用微處理器進行控制、運算、存儲。16位精度的AD變換器,使測量顯示精度提高,并由一個32位的液晶顯示器顯示測量結(jié)果。在對土壤水分進行測量時,儀表可以直接顯示容積含水量。濕度探頭采用高頻技術(shù)對被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)Ka進行測量。根據(jù)不同含水率土壤對應(yīng)探頭檢測的不同模擬信號(毫伏電壓信號),對無機土壤進行了嚴格的標定,然后把制作的標準曲線(含水率-毫伏電壓信號)作為標準曲線,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后,直接把含水率顯示出來。
  土壤水分測試儀的校準原理,從該設(shè)備的組成及工作原理聯(lián)想到,可以用校準該設(shè)備的電量變化準確性來校準該設(shè)備的準確性。但是,設(shè)備電量信號的準確性只能說明該設(shè)備內(nèi)部信號處理方法的準確性,不能完全說明該電量信號是否真實地反應(yīng)了相應(yīng)變化的實際土壤水分的準確性,所以用校準電量來校準該設(shè)備的方法不完全正確。那么,只好把該設(shè)備測定的土壤含水率與用干燥法測定的含水率進行比較,也就是采用比較法對該設(shè)備進行校準,從而確定該設(shè)備測量結(jié)果的準確性。
  土壤水分測試儀校準數(shù)據(jù)的處理,采用比較法對設(shè)備的校準,首先考慮的是該數(shù)據(jù)是否線性相關(guān),如果是線性相關(guān)就可以計算出一條修正曲線和修正公式。
  相關(guān)關(guān)系是一種非確定性的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r是研究變量之間線性相關(guān)程度的量。相關(guān)系數(shù)的性質(zhì)為|r|≤1,即相關(guān)系數(shù)r取值在-1到1之間。r=0時,稱x,y兩變量不相關(guān);|r|=1時,稱x,y完全相關(guān),此時,x,y之間具有線性函數(shù)關(guān)系;|r|<1時,x的變動引起y的部分變動,r的絕對值越大,x的變動引起Y的變動就越大;|r|>0.8時稱為高度相關(guān),當|r|<0.3時,稱為低度相關(guān),其他為中度相關(guān)。相關(guān)系數(shù)的計算公式為:

相關(guān)系數(shù)的計算公式


  在本文中,取10個土壤標樣,先用土壤水分測試儀測定出結(jié)果(用x表示),然后把這些樣品再用干燥法進行測量,測出結(jié)果(用y表示),算出誤差。測量結(jié)果見表1。

表1 土壤水分測試儀測定結(jié)果和干燥法測定結(jié)果


把表1的數(shù)據(jù)代入公式(2)、(3)、(4),可以得出

x,y兩個變量間線性相關(guān)關(guān)系是屬于中度相關(guān)


      x,y兩個變量間線性相關(guān)關(guān)系是屬于中度相關(guān),但是很靠近低度相關(guān)。也就是說,用土壤水分測試儀與干燥法測定土壤水分,兩方法測定的結(jié)果相關(guān)性屬中等,所以對該設(shè)備的測量數(shù)據(jù)沒有辦法給出修正公式或修正直線。校準時,只能是選擇用戶最需要使用的范圍進行一系列數(shù)據(jù)校準,根據(jù)其誤差進行數(shù)據(jù)處理修正。
  通過對土壤水分測試儀原理和結(jié)構(gòu)組成的說明,同時通過從理論和實際測量結(jié)果對校準方法進行研究。對土壤水分測試儀的校準方法,就是將其測量結(jié)果與干燥法測量結(jié)果進行比較,計算出誤差,然后根據(jù)誤差的結(jié)果進行修正溯源。

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