编者按：为了进一步地促进科教兴农，促进电子技术在农业、农机上的不断推广和应用，应广大读者要求，本期特刊出几篇有关应用于农业、农机的小仪器的文章，以飨读者。
测定农田土壤湿度并进行合理的控制，是农业生产中的一项重要的增产措施。电阻法测定土壤湿度是国内外应用比较多的方法之一，本文介绍的是一种经过改进的“组合电阻式土壤湿度仪”。
测量原理
土壤湿度通常是指单位干土质量所含的水分质量的百分数，也叫绝对湿度。测量绝对湿度常用“土钻法”，即在田间钻取土样，经过称重，然后放在105℃烘烤箱内烘烤8～10小时，土壤样品恒重后，计算土壤样品烘烤前后的重量差（样品含水量）。取样品含水量与干土重量之比的百分数即为土壤的绝对湿度。本文介绍的温度仪测量土壤温度与“土钻法”相比，具有省时。省力、省电（不用取土、烘烤、称重），可以进行多点定位、连续监测等优点。
土壤通常是导电的，其电阻随水分含量变化而变化。为避免盐分以及电极与土壤接触状况不同的影响，通常用石膏和其它孔性物质做成湿度传感器。近来农科院气象研究所研究出一种测量土壤湿度的传感器，其外形见图1。它是将两种测量湿度范围不同的传感器，通过串、并联一个固定电阻，把它们组合在一起，并在外表包一层石膏，扩大湿度测量范围，减少了土壤盐分的干扰作用。
土壤湿度是在传感器与土壤处于水势平衡条件下进行测量的，通过测量传感器的电阻，再经湿度公式换算成土壤的绝对湿度。湿度公式为：
W＝a·R\(^{－}\)0.23
式中W为土壤的绝对湿度；R为传感器电阻；a为修正系数。
由公式可知，测量土壤的绝对湿度就转化为测量传感器电阻。由于土壤水是有极分子，如果用直流电测量传感器电阻，在恒定电场作用下，发生电介质极化，产生极化电荷，影响测量的稳定性和精度，所以测量传感器电阻不能用直流电，而应该采用交流电。
测量电路
信号发生器由LM324中IC1：B、IC1：C、IC1：D三个运算放大器组成。IC1：B和电桥网络（R1、C1、R2、C2）组成文氏电桥正弦波振荡器，产生120Hz振荡频率，其频率由电桥网络的参数决定，输出信号电压大小由RP1调节。为提高电路的稳定性，采用了场效应管隐幅，电路由IC1：C、VDl、V1等组成。IC1：D组成电压跟随器，起着与测量电路之间的隔离作用。
测量电路是由运算放大器IC2等组成的常用电阻一电压变换电路。为保证高阻测量的精度，采用了高输入阻抗的运算放大器CA3140。SA2为测量换档开关，分为2k、20k、200k、2M四档。
整流电路是由运算放大器IC1：A和整流二极管VD2、VD3等组成的线性半波整流电路。把二极管置于运算放大器的反馈回路中，大大削减了由二极管正向压降、非线性伏安特性和温度等引起的误差，提高了非线性电路的精度。箝位电路由VD6、VD7、R18等组成，限幅电压为VD7稳定电压和VD6正向电压降之和。VD7可造稳压值在1.5～1.8V之间的稳压二极管。VD6、R18组成反向电流泄漏通路，减少了二极管反向电流对放大器运算精度的影响。
电压表可选用指针式电压表或数字式电压表，测量电压为0～2V。
负压发生器由六反相器CD4069等组成。CD4069产生一方波信号，经C6、VD5、VD4、C7组成的倍压整流电路输出负压，作为电路的负电源。电路正电源由电池供电，由于整个电路耗电很小，电池可选用9V叠层电池。
电路中除对R10、R11、R12、R13四个电阻误差要求小于1％外，其它元器件没有特殊要求。电路安装完毕，检查无误后即可通电调试。
（1）首先调整RP1，使信号发生器输出信号为1.5V（可用万用表交流电压档测量）。信号频率没有严格要求，只要元件C1、C2、R1、R2按电路图标注值安装即可。
（2）把换档开并SA2拨置2k档，输入端（INPUT）接入1k或2k的标准电阻（最好用0.1级的电阻箱）， 调整RP3，使电压表显示为1V或2V。
（3）短接输入端（INPUT），调整RP2，使电压表显示值为0。
反复（2）、（3）两项调整。当采用指针式电压表时，应检测电压表的分度值，分度值误差过大时（一般是电压表线性误差过大引起），应更换电压表。调整完毕，仪器就可以使用了。当换档开关SA2拨置2k档时，电压表的满刻度值对应2kΩ；当拨置20k档时，满刻度值对应20kΩ。
使用
（1）埋设传感器
将传感器在水中浸泡约2分钟后，埋入需监测的土壤中，注意将传感器附近外围的土壤略加压实，有条件可进行一次灌水，使传感器与土壤接触良好，加快它们之间的平衡。
（2）测定传感器的参数a
等传感器与土壤水分状态达到平衡后（一般在灌水后1～2天），可进行传感器参数a的测定。用该仪器测量传感器的电阻为R1，同时在传感器附近取土，用“土钻法”（如前所述）测量土壤的温度为W1，即W=W1、R=R1。将W1、R1分别代入湿度公式，则该传感器的参数可由下式求得
a＝W1·R1\(^{0}\).23
（3）测量土壤湿度
测量土壤湿度时，只需把参数a以及测量传感器所得到的电阻值代入温度公式换算成温度，该湿度就是传感器附近土壤的湿度。本仪器对土壤水分变化的灵敏度较高，一般情况下，在农田土壤上层每隔24小时就能监测到土壤水分明显变化，在土壤水分变化大的季节，每隔一小时也能监测到土壤水分明显变化。
本仪器除了可进行农田土壤水分的监测外，还可以进行盆栽、温室土壤水分的监测。仪器稍加改进，还可以进行土壤水分的自动监测，实现自动灌溉。根据需要可多处埋设传感器，进行多点监测。（巫国栋）