【摘要】：針對(duì)當(dāng)前土壤含水量測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)、成本造價(jià)高以及傳感器間一致性差等問(wèn)題,對(duì)土壤水分蒸發(fā)過(guò)程與土壤含水量之間的關(guān)系進(jìn)行了理論分析�；趯�(duì)近土壤區(qū)域空氣相對(duì)濕度的測(cè)量,在彭曼蒙特斯公式基礎(chǔ)上提出了一種土壤含水率估計(jì)模型,并設(shè)計(jì)制作了集溫度、光照強(qiáng)度及土壤含水量測(cè)量為一體的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,測(cè)試結(jié)果與稱重法得到的實(shí)際含水量具有較高的一致性,且該測(cè)試具有響應(yīng)速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)。
【圖文】：

2584儀器儀表學(xué)報(bào)第37卷通過(guò)上述分析，可以使用式(12)作為土壤蒸發(fā)的基本數(shù)學(xué)模型，且該模型中的σ直接表征了土壤的含水量。當(dāng)通過(guò)對(duì)土壤內(nèi)部及其表面的光照強(qiáng)度、溫度、水分?jǐn)U散速率等的測(cè)量確定模型中的其他參數(shù)時(shí)，便可根據(jù)σ的大小來(lái)間接描述土壤的含水量。2．2模型建立與分析基于上述理論分析，設(shè)計(jì)如圖1所示的土壤含水量測(cè)量裝置，其中主要包括一個(gè)濕敏電阻傳感器、兩個(gè)溫度傳感器和一個(gè)光照傳感器。此外，為減少空氣濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，U形管一端增加干燥劑和恒速風(fēng)扇，且中間一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成細(xì)密網(wǎng)孔，便于土壤水分?jǐn)U散至管道內(nèi)。該測(cè)量可以同時(shí)完成對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中土壤溫濕度和光照強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)。圖1土壤濕度測(cè)量裝置示意圖Fig．1Schematicdiagramofsoilmoisturemeasurementdevice對(duì)于式(12)所描述的土壤蒸發(fā)數(shù)學(xué)模型，σ是表征土壤水分含量M的參數(shù)，因此當(dāng)其他參數(shù)確定時(shí)就可以間接測(cè)得土壤的含水量。下面將通過(guò)對(duì)每個(gè)參數(shù)的分析建立本文所設(shè)計(jì)傳感器的土壤含水量模型。2．2．1濕度計(jì)常數(shù)γ與飽和比濕-溫度斜率s在低速和自然通風(fēng)條件下，影響濕度計(jì)常數(shù)的主要因素是通風(fēng)速度υ，其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為γ=(65+6．75/υ)×10－5Pa/℃。因此，考慮通風(fēng)速度為2．5m/s時(shí)，溫濕度計(jì)常數(shù)通過(guò)計(jì)算為γ=0．677×10－3Pa/℃。比濕-溫度曲線斜率s只與溫度有關(guān)，，分別取土壤表面及其上方2m處的溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓來(lái)進(jìn)行計(jì)算，即:s=e*s－e*a=2Ts－Ta=2(14)例如，當(dāng)土壤表面及其上方2m處的溫度分別為20℃和23℃時(shí)，所對(duì)應(yīng)水的飽和蒸汽壓分別為2339．4Pa和2810．2Pa，通過(guò)計(jì)算可以得到s=157Pa/℃。2．2．2土壤熱通量密度Qs和凈輻射通量密度ＲN土壤熱通量密度Qs表示單位時(shí)間單位面?

對(duì)上式進(jìn)行一元二次方程求解，便可得到式(20)所示的土壤含水量M的估計(jì)模型，其中k1、k2、k3均為常系數(shù)，且S、T1、T2、G分別是濕敏電阻、兩個(gè)溫度傳感器及光照傳感器測(cè)得的值。M=k2G20－25．9k3()S1k1T1－T2+538．8k3S－1．04k2GT1－T()22－15．17568k1k3SeT1－eTi

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