1试验方法
取广州地区的典型红壤和雷州半岛的典型砖红壤，将其风干、捣碎、除杂及1mm过筛后，通过兑水配制成一系列相应含水率的待测土样，分别从4个方面对传感器的性能进行测试与验证，并将测试结果与在土壤等效溶液中的测试结果比较，分析3种待测介质中的测试结果是否具有一致性。试验时，对于每个配制的土样需先密封静置48h，以使水分在土样中渗透均匀；而且对于每个土样，将传感器置于土样中的3个不同方位进行测量，每个方位测量3次，取其平均值作为该土样中的最终测试结果。
2结果与分析
2.1传感器的电气特性
以等效土壤体积含水率为25.6%的介电溶液、含水率为25.6%的红壤土样和砖红壤土样作为待测介质，分别在2.7，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0V工作电压下对传感器进行测试，试验结果如图2所示。由图2知，传感器在介电溶液中的测试结果，与在红壤和砖红壤中的测试结果是一致的，3种介质中的测试结果均表明：其输出电压和工作电流对工作电压有显著的依赖性，与工作电压呈线性正相关，且相关系数R2均大于0.99；在相同工作电压下，3种介质中测试的传感器输出电压、工作电流略有差异。
2.2传感器输出与土壤含水率的关系
以3.0V为工作电压，分别在土壤﹙等效﹚体积含水率为0.9%~51.8%的待测介电溶液、红壤土样和砖红壤土样中，测试传感器输出电压与土壤含水率的关系。试验过程中，用离心管盛装待测溶液，用玻璃烧杯盛装待测土样，并分别将它们置于25oС的恒温水浴锅﹙恒温精度为±0.2oС﹚内，同时用数字温度计﹙精度为±0.1oС﹚监测待测介质的温度，当其温度维持在﹙25±0.2﹚oС时，将传感器置于待测介质中进行测试。试验结果如图3所示。从图3可以看出：在介电溶液、红壤和砖红壤3种待测介质中测试时，传感器的输出电压均与土壤体积含水率呈线性负相关关系，其相关系数R2分别为0.979，0.96和0.981；土壤体积含水率相同时，3种待测介质中测试的传感器输出电压略有差异，介电溶液略小于红壤﹙最大相差0.119V﹚，红壤中略小于砖红壤﹙最大相差0.192V﹚，出现差异现象的主要原因为，传感器依据待测介质的介电常数进行测量，而土壤颗粒的成分较为复杂，即使含水率相同其介电常数也可能不尽相同。
2.3传感器的稳定性
传感器置于同一个待测介质中长时间连续测量时，其输出电压是随着时间发生漂移或波动的幅度越小则说明传感器的稳定性越好，反之，稳定性越差。分别以土壤﹙等效﹚体积含水率为25.6%的介电溶液、红壤土样和砖红壤土样作为待测介质，在3.0V工作电压下，将传感器置于其中并连续72h监测传感器的输出电压，每5min测量1次数据。试验过程中，待测介质密封置于25oС电子恒温箱中，试验结果如表2所示。由表2可知，传感器分别在3种待测介质中的72h连续测量过程中，输出电压均表现为很稳定，在介电溶液、红壤和砖红壤中测试的输出电压的最大波动比例分别为0.22%，0.27%和0.33%；若考虑电源稳定性和数据采集系统的测量误差对测试结果的影响，传感器输出电压的波动范围会更小一些。由此可见，传感器在土壤等效介电溶液中的稳定性测试结果与2种土样中的稳定性测试结果是基本一致的。
3结论
本文对传感器在介电溶液中的性能测试结果进行了验证试验，试验结果表明：在介电溶液、红壤和砖红壤3种介质中的测试结果基本上一致：传感器的输出电压和工作电流均与工作电压呈线性正相关，且相关系数R2均大于0.99；输出电压均与土壤体积含水率呈线性负相关关系，其相关系数R2均大于0.96；输出电压的变异性与温差﹙试验温度与25oС的差值﹚呈线性正相关，其相关系数R2均大于0.995；输出电压的最大波动比例分别为0.22%，0.27%和0.33%；相同条件下3种介质中对同一指标的测试值的差异很小。因此，可以利用土壤等效溶液替代土样进行传感器的性能测试与评估。但土壤的成分复杂，不同类型、地区的土壤虽含水率相同但其介电常数不一定相同，在实际应用时应对传感器进行重新标定，以减小测量误差。
作者：李加念 洪添胜 倪慧娜 单位：昆明理工大学 华南农业大学
