使用我們的CS650/CS655或者TDR200系統(tǒng)測量土壤水分的用戶經(jīng)常會提出這樣一個(gè)問題：將傳感器放在水中，為何體積含水量（Volumetric Water Content, VWC）的輸出值不是100%（或者1.0 cm³/cm³，單位表示為體積含水量）？這是由于此類傳感器直接測量的是介質(zhì)的（相對）介電常數(shù)，進(jìn)而通過Topp經(jīng)驗(yàn)公式等介電模型來計(jì)算土壤體積含水量。如下圖所示，Topp經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ推溥m用條件為非飽和礦物質(zhì)土壤（下圖左半部分）。將常溫下水的介電常數(shù)（≈80）代入模型中得到此時(shí)VWC 約為0.96 cm³/cm³，并非100%。

此外，水的介電常數(shù)并非定值，不同溫度下水的介電常數(shù)可由下圖中的多項(xiàng)式表示，在20℃和25℃下水的介電常數(shù)分別為80.36和78.54。如果進(jìn)行上述測試時(shí)水溫為25℃，那么代入Topp公式中可得到VWC約為0.93 cm³/cm³，相去100%更遠(yuǎn)。

因此，在檢驗(yàn)CS655等土壤水分傳感器工作是否正常時(shí)，查看傳感器置于水中的介電常數(shù)而非體積含水量更為合理。如果條件允許，可以同時(shí)測量水體溫度，計(jì)算在當(dāng)前溫度下水的介電常數(shù)作為參考值，與傳感器輸出進(jìn)行對比。我們的不同傳感器其測量誤差稍有差異，在電導(dǎo)率未超出范圍時(shí)，介電常數(shù)測量誤差通常保持在±2個(gè)單位之內(nèi)。

還需要特別說明的是，在測試時(shí)傳感器探針應(yīng)當(dāng)全部浸沒在水中。此外，由于水分傳感器探針上傳導(dǎo)的高頻電磁波會有一定程度的邊緣場效應(yīng)，因此測試時(shí)探針距離盛水容器內(nèi)壁和底部應(yīng)保持一定間距，以3至5cm為宜，否則會導(dǎo)致傳感器感應(yīng)到容器材料或者空氣，造成介電常數(shù)測量結(jié)果偏小。基于同樣原因，試驗(yàn)容器應(yīng)選用塑料或玻璃等非金屬材質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

●Lide, D.R., 1992. Handbook of chemistry and physics. 73rd ed. CRC Press, Boca Raton, FL, USA.

●Topp, G.C., Davis, J.L., Annan, A.P., 1980. Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resour. Res. 16:574–582.