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t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8h~10h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。该湿度仪测量土壤湿度与“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，其外形如图1所示。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。
图1
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。
侧量电路
土壤湿度仪电路如图2所示，其外形如图3所示。电路由信号发生器、测量电路、整流籍位输出、电压表及负压发生器5部分组成。
图2(点击查看大图)
图3
信号发生器由LM324中IC-2, IC1-3, IC1-4三个运算放大器组成。IC1-2和电桥网络(R1、C1、R2、C2)组成文氏电桥正弦波振荡器，产生12Hz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，采用了场效应管稳幅，电路由IC1-3, VD1. VT1等组成。IC1-4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，采用了高输人阻抗的运算放大器CA3140。SA2为测量换挡开关，分为2k、20k、200k2M四挡。
整流电路是由运算放大器IC1-1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可选稳压值在1.5V~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0V~2V。
负压发生器由六反相器CD4096等组成。CD4096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, R134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挡测量)。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) 把换挡开关SA2拨置2k挡，输人端( INPUT)接入1kΩ或2kΩ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) 短接输人端(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挡时，电压表的满刻度值对应2kΩ;当拨置kΩ挡时，满刻度值对应2kΩ。
使用方法
(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) 侧定传感器的参数a
等传感器与土壤水分状态达到平衡后(一般在灌水后1天~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)测量土壤的湿度为W1，即W=W1、R=R1。将W1、R1分别代人湿度公式，则该传感器的参数可由下式求得
a=W1×R10.23
(3) 侧量土壤湿度
测量土壤湿度时，只需把参数a以及侧蛋传感器所得到的电阻值代人湿度公式换算成湿度，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。
