1:系統(tǒng)介紹：
土壤水勢（soil water potential）指相對于純水自由水面，土壤水所具有的勢能。是勢能的一種形式。土壤水與自然界中其他物質(zhì)一樣，具有各種形式的能量，因流動(dòng)速度甚小，忽略其動(dòng)能，集中研究土壤水的勢能。當(dāng)水分進(jìn)入土壤孔隙中，受到吸附力、毛管力、重力和溶質(zhì)離子的引力等作用，分別產(chǎn)生基模勢（包括吸附勢、毛管勢）、重力勢、溶質(zhì)勢和壓力勢等。這些能量的總和稱“總土壤水勢”。每一項(xiàng)稱“分勢”。根據(jù)國際土壤學(xué)會土壤物理學(xué)術(shù)委員會（1963年）定義：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，從自由水面把無限少量的單位數(shù)量純水等溫、可逆地移動(dòng)到土壤中某一吸水點(diǎn)，使之成為土壤水所做的功。其大小可清楚表明土壤水對作物的有效程度、土壤水運(yùn)動(dòng)的方向和速度。是研究土壤水分運(yùn)動(dòng)和土一植一氣連續(xù)系統(tǒng)基本的概念。
土壤水勢是“土壤水分勢能值”的簡稱，亦稱“總土壤水勢”。土壤水由于受到各種力（如吸附力、彎月面力和重力等）的作用，其勢能值一般足降低的。土壤水勢就是土壤水與純自由水勢能的差值。壓力單位為帕（Pa）。土壤水勢反映了土壤水分的能量狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)的方向，以及對植物有效性的大小。
土壤水勢 （water potential）是在等溫條件下從土壤中提取單位水分所需要的能量，單位是巴（bar, 1 bar=100 kPa） 土壤水分 飽和，水勢為零； 含水量 低于飽和狀態(tài)，水勢為負(fù)值，土壤越干旱，負(fù)值越大。一般植物的生存范圍是0到-15pa（-1500 kPa）。
2：土壤水勢監(jiān)測系統(tǒng)組成：
數(shù)據(jù)采集單元:CR300，CR800，CR1000X采集器
土壤水勢傳感器：PF-Meter，TensioMark
機(jī)箱太陽能供電支架等輔助設(shè)備。
數(shù)據(jù)采集器選配：
| 性能特征 | CR200X系列 | CR300系列 | CR800/CR850 | CR1000X | CR3000 | CR6 | CR9000X系列 |
| *大掃描速率 | 1 Hz | 10 Hz | 100 Hz | 100 Hz | 100 Hz | 1000Hz | 100,000 Hz |
| 模擬輸入 | 5個(gè)單端（無差分） | 6個(gè)單端
或3對差分 | 6個(gè)單端
或3對差分 | 16 個(gè)單端
或8對差分 | 28個(gè)單端
或14對差分 | 12個(gè)單端或6個(gè)差分 | 每個(gè)CR9050/CR9051E/CR9055(E):
28個(gè)單端
或14對差分 |
| 脈沖計(jì)數(shù)器 | 2個(gè) | 2個(gè) | 2個(gè) | 2個(gè) | 4個(gè) | 16個(gè) | 每個(gè)CR9071含12個(gè) |
| 開關(guān)激發(fā)通道 | 2個(gè)電壓激發(fā) | 2個(gè)電壓激發(fā) | 2個(gè)電壓激發(fā) | *大16個(gè)電壓激發(fā) *大16個(gè)電流激發(fā) | 4個(gè)電壓激發(fā)
3個(gè)電流激發(fā) | *大12個(gè)電壓激發(fā) *大12個(gè)電流激發(fā) | 每個(gè)CR9060含10個(gè)
電壓激發(fā) |
| 數(shù)字控制端口 | 2個(gè)I/O | 2個(gè)I/O
或1個(gè)RS-232 接口 | 4個(gè)I/O
或2個(gè)RS-232 接口 | *大16個(gè)I/O，2 個(gè)RS232,2個(gè)RS485，8個(gè)SDI-12，8個(gè)RX/TX pair RS 232 | 3個(gè)SDM、8個(gè)I/O
或4個(gè)RS-232 | *大16個(gè)I/O，2 個(gè)RS232,2個(gè)RS485，8個(gè)SDI-12，8個(gè)RX/TX pair RS 232 | 每個(gè)CR9060含：1個(gè)SDM、8個(gè)I/O
或每個(gè)CR9071含16個(gè)I/O |
| 連續(xù)模擬輸出 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 每個(gè)CR9060含6個(gè) |
| 通訊/數(shù)據(jù)存儲端口 | 1個(gè)RS-232 | 1個(gè)USB,1個(gè)CSI/O, 1個(gè)10/100baseT（CR310） | 1個(gè)CS I/O
1個(gè)RS-232 | 1個(gè)USB,1個(gè)CSI/O,1個(gè)MicroSD,1個(gè)10/100baseT | 1個(gè)CS I/O
1個(gè)RS-232
1個(gè)并行外圍設(shè)備 | 1個(gè)USB,1個(gè)CSI/O,1個(gè)MicroSD,1個(gè)10/100baseT | 1個(gè)CS I/O
1個(gè)RS-232
1個(gè)10M/100M 以太網(wǎng) |
| 輸入電壓范圍 | 0≤V＜2.5Vdc | -0.1 to +2.5 Vdc | ±5Vdc | ±5Vdc | ±5Vdc | ±5Vdc | ±5Vdc （CR9050或CR9051E）
±50Vdc ( CR9055(E）)
±60Vdc （CR9058E） |
| 模擬電壓精度 | ±（0.25%讀數(shù)+1.2mV偏移量），-40℃～﹢50℃ | ±（0. 04%讀數(shù)+偏移量），0℃～﹢40℃ | ±（0. 06%讀數(shù)+1.2mV偏移量），0℃～﹢40℃ | ±（0.04% 測量值+偏移值） | ±（0. 04%讀數(shù)+偏移量），0℃～﹢40℃ | ±（0. 04%讀數(shù)+偏移量），0℃～﹢40℃ | ±（0. 07%讀數(shù)+4位A/D計(jì)數(shù)），-25℃～﹢50℃ |
| 模擬分辨率 | *小0.6mV | *小0.23μV | *小0.33μV | *小0.02μV | *小0.33μV | *小0.05μV | *小1.6μV |
| 模擬/數(shù)字
轉(zhuǎn)換位數(shù) | 12 | 24 | 13 | 24 | 16 | 24 | 16 |
| 標(biāo)準(zhǔn)工作溫度 | -40~50℃ | -40~70℃ | -25~50℃ | -40~70℃ | -25~50℃ | -40~70℃ | -25~50℃ |
| 擴(kuò)展工作溫度 | N/A | / | -55~85℃（CR800）
-30~80℃（CR850） | -55~85℃ | -40~85℃ | -55~85℃ | -40~70℃ |
| 內(nèi)存（字節(jié)） | 106K （操作系統(tǒng)）
512K (數(shù)據(jù)儲存) | 10M數(shù)據(jù)存儲，2M（操作系統(tǒng)）
5M (CPU、程序保存) | 128MB閃存和4MB帶內(nèi)置供電的靜態(tài)存儲器 | 2M（操作系統(tǒng)）
4M (數(shù)據(jù)儲存、CPU、程序保存) | 2M（操作系統(tǒng)）
4M (數(shù)據(jù)儲存、CPU、程序保存) | 6M（操作系統(tǒng)）
6M (數(shù)據(jù)儲存、CPU、程序保存) | 128K （程序）
128M (數(shù)據(jù)儲存) |
| 供電(Vdc) | 7~16 | 9.6~16 | 9.6~16 | 9.6~16 | 10~16 | 9.6~16 | 9.6~16 |
| 電流消耗（mA） | ~0.2(睡眠模式，無電臺)
~3(活動(dòng)，無電臺) | 1.5(睡眠模式)
5(1 Hz采樣速率，無RS-232通訊)
| ~0.6(睡眠模式)
1~16(無RS-232通訊)
17~28(有RS-232通訊) | <1 (睡眠模式)
55(20HZ掃描)
25(RS-232) 48（以太網(wǎng)） | 2 (睡眠模式)
3 (1 Hz采樣速率)
10 (100 Hz采樣速率) | ~0.8 (睡眠模式)
3 (1 Hz采樣速率)
67 (20 Hz采樣速率) | 750~1000（處理)
750~4000 (模擬測量) |
| 尺寸（厘米） | 13.2×17.6×4.8 | 5.5×3.0×2.0 | 24.1×10.4×5.1 | 23.8×10.1×6.2 | 24.1×17.8×9.7 | 8×4×2.4 | 40.0×24.8×20.3（實(shí)驗(yàn)室版機(jī)箱）
45.7×34.3×22.9（野外版機(jī)箱） |
| 重 量 | 227g（CR200X、CR295X）
272g（CR206X、CR211X、
CR216X） | 242g（CR300）；288g（CR310） | 660g | 860g | 1.6Kg（無電池） | 0.42 Kg（無電池） | ~13.6 Kg (實(shí)驗(yàn)室版)
~18 Kg (野外版)
~12 Kg (CR9000XC) |
| SDI-12 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 否 |
| PakBus支持 | 支持（僅葉節(jié)點(diǎn)） | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 否 |
| Modbus 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 否 |
| DNP3支持 | 否 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 否 |
| 數(shù)據(jù)存儲方法 | 表格 | 表格 | 表格 | 表格 | 表格 | 表格 | 表格 |
| 編程語言 | CRBasic | CRBasic | CRBasic | CRBasic | CRBasic | CRBasic | CRBasic |
| CE認(rèn)證 | CR200X、CR206X、
CR211X、CR216X | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
| 質(zhì) 保 | 3年 | 3年 | 3年 | 3年 | 3年 | 3年 | 3年 |
| 軟件支持 |
| Short Cut | 支持 | 3.2或更高 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 否 |
| PC200W | 支持 | 4.4或更高 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 否 |
| PC400 | 1.0或更高 | 4.4或更高 | 1.4或更高 | 1.2或更高 | 1.3或更高 | 4.3或更高 | 1.0或更高 |
| LoggerNet | 2.1或更高 | 4.4或更高 | 3.3或更高 | 3.0或更高 | 3.2或更高 | 4.3或更高 | 2.0或更高 |
| RTDAQ | 否 | 否 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
| PConnect | 3.0或更高 | 4.4或更高 | 3.3或更高 | 3.1或更高 | 3.2或更高 | 4.3或更高 | 否 |
| PConnect CE | 2.0或更高 | 4.4或更高 | 2.2或更高 | 2.0或更高 | 3.2或更高 | 4.3或更高 | 否 |
PF-Meter土壤水勢傳感器
該水勢傳感器采用特殊設(shè)計(jì)的陶瓷平衡系統(tǒng), 是基于摩爾熱容原理,通過直接測量熱容的變化，精度高,不需要標(biāo)定。以數(shù)字信號傳輸pF值或hPa值，數(shù)字信號傳輸可以避免測量值的傳輸誤差，所以電纜長度可以超過250米。與兼容的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連，可以組成一個(gè)由48個(gè)pF－Meter設(shè)備組成的dLOG網(wǎng)絡(luò)，也可以通過GSM/GPRS傳輸數(shù)據(jù)，便于在世界任何一個(gè)角落訪問。pF－Meter可以與個(gè)人電腦直接相連，在線使用。該傳感器同時(shí)具備模擬信號輸出，以方便用戶使用。
適用范圍：干旱地區(qū)、凍土、路基等其他特殊領(lǐng)域土壤水的研究。
技術(shù)參數(shù)：
大的測量范圍 (pF 0-7 = 1-10,000,000 hPa / mBar)
優(yōu)良的免維護(hù) 免除像傳統(tǒng)張力計(jì)需要注水的維護(hù)
快速響應(yīng)高精度 pF ± 0.05 pF
同時(shí)測量土壤溫度(精度,±0.2℃)
測量值不受土壤鹽分的影響
防霜凍
輸出信號:
數(shù)字信號SDI-12 總線(水文總線協(xié)議)
GP總線
模擬信號0-7 V = pF 0- pF 7
0-10V=10000mBar
注：模擬信號輸出沒有溫度輸出
供電電壓：10V-16V
TensioMark土壤水勢傳感器
該設(shè)備采用特殊設(shè)計(jì)的陶瓷平衡系統(tǒng), 基于摩爾熱容原理,直接測量熱容的變化，通過內(nèi)部微控制器MCU進(jìn)行轉(zhuǎn)換得出精度的水勢值,用戶不需要標(biāo)定。外形和注水張力計(jì)相似，但無需注水維護(hù)，測量值不受土壤鹽分的影響。該技術(shù)測量基質(zhì)勢范圍寬、安裝簡單快捷、免維護(hù)、精度高?？山M成穩(wěn)定可靠的土壤水勢測定系統(tǒng)。精準(zhǔn)地監(jiān)測田地中水分運(yùn)移情況，廣泛應(yīng)用于SPAC子系統(tǒng)、田間土壤水分特征曲線、水土侵蝕、土力學(xué)特性研究等領(lǐng)域土壤水的研究、作物需水控制等。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
分體式結(jié)構(gòu)，測量部位體積小，使用靈活
防霜凍
不受土壤鹽分影響
技術(shù)參數(shù)：
供電：7-15 VDC
輸出信號：SDI-12
水勢測量范圍：7pF - 0 pF (10,000,000 hPa - 0 hPa)
水勢分辨率：0.01 pF
水勢精度：± 0.35 pF
土壤溫度測量范圍：-40 °C to +80 °C
土壤溫度分辨率：0.1 °C
功耗：休眠：1.5mA，5秒工作頻率時(shí)：50mA
尺寸：23 mm x 15 mm x 125 mm
線纜長度：5米
3：參考文獻(xiàn)：
青藏鐵路路基下部土體水熱過程變化的監(jiān)測研究 李明永， 吳青柏， 劉永智
土壤水勢測定方法的選擇及準(zhǔn)確性研究 劉思春,高亞軍,王永一,馬愛生
太行山區(qū)典型植被對土壤水勢動(dòng)態(tài)的影響研究 王 鵬,宋獻(xiàn)方,侯士彬
土壤水勢溫度滯后效應(yīng)的研究 王國棟 張一平 張君常 傅志東
二種土壤含水量與水勢關(guān)系 吳沿友 胡林生 谷睿智 吳沿勝 黎明鴻
