一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置

本技术涉及传感器标定和测控，尤其涉及一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置。

背景技术：

1、水分传感器是一个高效且便捷的农业传感器设备，主要用于测量土壤、基质等作物种植介质中的水分含量。随着节水灌溉、智慧灌溉的兴起，水分传感器被广泛推广应用，显著提高了农业生产过程中的水分精确管理，然而，水分传感器采用介电常数或电导率来间接估计土壤中的水分含量，该方法反应灵敏、准确度高，但在不同类型土壤或基质中使用时类型常常会发生系统性偏差，尤其是在草炭、珍珠岩、岩棉等轻基质种植使用前应当进行校准和标定，才能保证传感器测量的精准度和稳定性。

2、称重法可以非常直观并且精确地测量出土壤或者基质的实际重量含水量，这个数值可以作为一个标准来检验水分传感器的准确性。水分传感器在出厂前会采用壤土通过称重法进行标定，高校等研究单位和大型农业生产企业在使用前，均会根据具体的种植介质通过称重法进行再次标定。标定方法为：通过持续测定土壤饱和至干燥过程中的土壤重量含水量和传感器的监测数据，将土壤的实际重量含水量数据和传感器监测的含水量进行回归分析并拟合出模型，现有的标定方法都是依据水分自然蒸发，时间漫长且繁琐，一般的农业生产者在使用前不会进行标定。

3、水势传感器是用于测量土壤、基质等作物种植介质中水势的设备，相比水分传感器，水势传感器在不同类型的基质中精确度和稳定性更高，但水势传感器的制作工艺远没有水分传感器成熟。在作物水分管理过程采用水势阈值作为标准更为科学，因为不同介质相同含水量对作物的有效性是不同的，而相同水势对作物的影响是一致的，为了表示土壤中的水势和含水量间的关系，研究人员提出了水分特征曲线这一原理。近年来，通过水势确定作物的水分管理阈值，在具体种植介质中转换为水分含量进行管理成为业内公认的标准，因此，测定作物种植介质中的水分特征曲线对农业水分精确管理尤为重要。水分特征曲线测定方法为：持续测定土壤水分饱和至干旱过程中的含水量和水势，其过程与水分传感器标定过程可以同时进行。

4、我国幅员辽阔，不同地区土壤性质存在较大差异，且随着温室农业的发展，轻基质栽培日益流行，各种基质配方致使作物栽培介质多种多样。因此，迫切需要一种装置可以高效、快速测定不同介质中的水分特征曲线，校准水分传感器，为我国的智慧灌溉、节水灌溉助力。

技术实现思路

1、实用新型目的：本实用新型目的是提供一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，旨在实现快速的水分传感器校准和水分特征曲线的测定。

2、技术方案：本实用新型包括样品容器、称重单元、加热单元和传感器单元，所述样品容器上方设有称重单元，样品容器内设有传感器单元；样品容器外侧壁设有加热单元；所述加热单元包括加热片和温控模块，加热片间隔设有多个，加热片底部设有温控模块；所述传感器单元包括水势传感器和水分传感器，所述水势传感器和水分传感器穿插设置在样品容器内。

3、所述称重单元包括拉力传感器、钢丝绳和数控一体箱，所述拉力传感器底部设有连接环，钢丝绳穿过连接环与样品容器连接。

4、所述称重单元采用悬挂式称重方法，通过称重得到基质的实际水分含量，基质实际水分含量包括基质质量含水量和体积含水量。

5、所述拉力传感器通过第一数据线与数控一体箱相连。

6、所述拉力传感器上方连接有固定环，用于将整个装置悬空。

7、所述加热片通过并联的方式置于样品容器外侧壁，并通过电源线与数控一体箱相连。

8、所述加热单元通过间断加热的模式，通过间断加热方式促进了基质水分蒸发，显著缩短了标定时间。

9、所述水势传感器和水分传感器分别通过第二数据线与数据采集器连接，通过水势传感器和水分传感器持续监测基质水分饱和至干旱过程的水分变化，根据基质实际水分含量和水分传感器数据校准水分传感器，根据基质实际水分含量和水势传感器数据得到基质的水分特征曲线。

10、所述样品容器底部设有排水孔。

11、有益效果：本实用新型通过悬挂式称重法测量基质的实际含水量，避免了基质水分积在底部难以流出的误差；通过间断加热方式促进了基质水分蒸发，显著缩短了标定时间；具有双用功能，可同时或分别进行水分传感器的校准和水分特征曲线的测定。

技术特征：

1.一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，包括样品容器、称重单元、加热单元和传感器单元，所述样品容器上方设有称重单元，样品容器内设有传感器单元；样品容器外侧壁设有加热单元；所述加热单元包括加热片和温控模块，加热片间隔设有多个，加热片底部设有温控模块；所述传感器单元包括水势传感器和水分传感器，所述水势传感器和水分传感器穿插设置在样品容器内。

2.根据权利要求1所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述称重单元包括拉力传感器、钢丝绳和数控一体箱，所述拉力传感器底部设有连接环，钢丝绳穿过连接环与样品容器连接。

3.根据权利要求2所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述称重单元采用悬挂式称重方法。

4.根据权利要求2所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述拉力传感器通过第一数据线与数控一体箱相连。

5.根据权利要求4所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述拉力传感器上方连接有固定环。

6.根据权利要求1所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述加热片通过并联的方式置于样品容器外侧壁，并通过电源线与数控一体箱相连。

7.根据权利要求6所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述加热单元通过间断加热的模式。

8.根据权利要求1所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述水势传感器和水分传感器分别通过第二数据线与数据采集器连接。

9.根据权利要求1所述的一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，其特征在于，所述样品容器底部设有排水孔。

技术总结本技术公开了一种水分传感器校准和水分特征曲线测定双用装置，包括样品容器、称重单元、加热单元和传感器单元，所述样品容器上方设有称重单元，样品容器内设有传感器单元；样品容器外侧壁设有加热单元；所述加热单元包括加热片和温控模块，加热片间隔设有多个，加热片底部设有温控模块；所述传感器单元包括水势传感器和水分传感器，所述水势传感器和水分传感器穿插设置在样品容器内；所述称重单元包括拉力传感器、钢丝绳和数控一体箱，所述拉力传感器底部设有连接环，钢丝绳穿过连接环与样品容器连接。本技术通过悬挂式称重法测量基质的实际含水量，避免了基质水分积在底部难以流出的误差；通过间断加热方式促进了基质水分蒸发，显著缩短了标定时间；具有双用功能，可同时或分别进行水分传感器的校准和水分特征曲线的测定。技术研发人员：管志勇,刘化毫,陈发棣,陈素梅,李莹莹,赵爽,房伟民,张飞,王利凯受保护的技术使用者：南京农业大学技术研发日：20240228技术公布日：2024/11/21