土壤湿度传感器
土壤湿度传感器原理
土壤湿度传感器原理
土壤湿度传感器通过测量土壤中的水分含量来判断土壤的湿度情况。
其原理主要基于电导率或电容率的测量。
以下是具体的原理解释：
1. 电导率原理：土壤中的水分含量与电导率呈正相关关系。
当土壤湿度增加时，土壤中的电解质浓度也随之增加，从而增加了土壤的电导率。
土壤湿度传感器就是利用这种原理，通过测量土壤的电导率来间接反映土壤的湿度情况。
传感器的电极通常是在土壤中插入的两个金属导电物，当通过它们之间施加一个小电压时，电流就会流过，并且电流的大小与土壤的电导率有关。
一个高湿度的土壤会导致较高的电流流过电极，而一个干燥的土壤会导致较低的电流流过电极。
因此，通过测量通过电极的电流，可以确定土壤的湿度情况。
2. 电容率原理：土壤中的含水量与土壤的电容率呈正相关关系。
电容率是指土壤中电荷储存的能力，因此可以用来间接测量土壤的湿度。
在电容式土壤湿度传感器中，传感器的电极由两个平板电容器组成，当这两个电极插入土壤中时，在它们之间形成了一个电容器。
当土壤湿度增加时，土壤中的水分会改变电容器之间的介电常数，从而改变了电容器的电容值。
通过测量电容器的电容值的变化，可以确定土壤的湿度情况。
综上所述，土壤湿度传感器的原理主要基于电导率或电容率的
测量，通过测量土壤的电导率或电容值，可以确定土壤的湿度情况。
土壤湿度传感器的工作原理
土壤湿度传感器的工作原理土壤湿度是指土壤中含水量的多少，对植物的生长发育具有重要的影响。
土壤湿度传感器是一种可以测量土壤湿度的设备，通过感知土壤中水分的含量，帮助农民或园艺爱好者进行适量浇水，提高植物的生产力。
土壤湿度传感器的工作原理主要分为电导率法和电容法两种方式。
以下将详细介绍这两种工作原理。
电导率法是利用土壤中的电导率与含水量之间的关系来测量土壤湿度。
传感器包括两个电极，一般采用钢片或钉子形式插入土壤中。
当土壤干燥时，电导率较低；当土壤湿润时，电导率较高。
传感器的电极与电源相连，通过电流的流动来测量土壤的电导率。
一般情况下，通过测量电流的大小即可得知土壤中的含水量。
这种方法简单、经济，但存在一定的局限性，即容易受到土壤成分的影响。
电容法是另一种常用的测量土壤湿度的方式。
该方法利用土壤的介电常数与含水量之间的关系来进行测量。
传感器由两个电极组成，一般采用圆盘或圆柱形式的电极插入土壤中。
当土壤干燥时，电容值较低；当土壤湿润时，电容值较高。
传感器通过测量电容的变化来得知土壤湿度的变化。
电容法的优点是测量范围广，对土壤成分的影响较小。
但相比于电导率法，电容法的传感器结构复杂，成本较高。
除了上述两种常用的土壤湿度传感器工作原理外，还有一些其他的传感器，例如纳米材料传感器和微机电系统传感器等。
这些传感器利用纳米材料或微机电技术来测量土壤中的湿度变化。
它们的工作原理比较复杂，但具有更高的灵敏度和测量精度。
无论是哪种工作原理，土壤湿度传感器的使用都需要合适的数据采集和处理设备。
传感器通过和数据采集器相连，将采集到的土壤湿度数据传输到计算机或监测系统中进行处理和分析。
这样可以帮助农民或园艺爱好者更好地掌握土壤湿度变化的情况，以便调整合理的灌溉水量。
总结起来，土壤湿度传感器的工作原理大致可以分为电导率法和电容法两种方式。
电导率法通过测量土壤中的电导率来得知土壤的含水量，而电容法则通过测量土壤中的介电常数来进行测量。
电容式土壤湿度传感器原理
电容式土壤湿度传感器原理电容式土壤湿度传感器是一种常用的土壤湿度检测设备，它通过测量土壤中的电容变化来判断土壤的湿度。
在农业生产和环境监测中，土壤湿度是一个非常重要的参数，对于植物的生长和发育以及土壤水分管理都起着至关重要的作用。
电容式土壤湿度传感器的原理是基于土壤的介电常数与土壤含水量之间的关系。
土壤的介电常数与土壤中的水分含量呈正相关，当土壤中的水分含量增加时，土壤的介电常数也会随之增加。
传感器内部通常包含两个电极，当电极与土壤接触时，土壤中的水分会影响电极之间的电容。
传感器的工作原理是通过测量电容的变化来间接地推测土壤的湿度。
当土壤湿度较低时，土壤中的水分较少，电容较小；当土壤湿度较高时，土壤中的水分较多，电容较大。
通过测量电容的变化，可以得到土壤湿度的相对值。
具体的测量过程如下：首先，将传感器的电极插入土壤中，确保电极与土壤充分接触；接着，通过电路将电容式土壤湿度传感器与微处理器或其他数据采集设备连接；最后，通过测量电容的大小，可以得到土壤的湿度值。
传感器可以根据需要进行定期测量，以实时监测土壤湿度的变化。
电容式土壤湿度传感器具有以下优点：首先，测量范围广，可以覆盖不同湿度下的土壤；其次，传感器结构简单，制作成本较低；再次，传感器响应速度快且稳定性高，可以实时监测土壤湿度的变化；最后，传感器具有较高的准确性和灵敏度，可以满足不同领域的需求。
然而，电容式土壤湿度传感器也存在一些局限性。
首先，传感器对土壤类型和成分有一定的依赖性，不同土壤的介电常数不同，对传感器的测量结果会产生一定的影响；其次，传感器需要外部电源供电，不能独立工作；再次，传感器在极端环境下的工作可能会出现不稳定情况，需要进行合理的保护和维护；最后，传感器对温度和盐度的变化也比较敏感，需要进行相应的校准和调节。
总的来说，电容式土壤湿度传感器是一种重要的土壤湿度检测设备，通过测量土壤中的电容变化来判断土壤的湿度。
它具有测量范围广、结构简单、响应速度快、准确性高等优点，广泛应用于农业生产和环境监测等领域。
湿度传感器在农业领域中的应用
湿度传感器在农业领域中的应用传感器是现代农业中不可或缺的重要设备之一，其中湿度传感器在农业生产中扮演着至关重要的角色。
湿度传感器可以准确测量环境中的湿度水平，并为农民和农业专业人士提供有价值的信息，从而帮助他们更好地管理农作物的生长、优化灌溉系统以及提高农业产量。
本文将重点探讨湿度传感器在农业领域中的应用。
一、土壤湿度监测与灌溉管理农业生产中，确保农作物得到适当的灌溉是至关重要的。
而湿度传感器则是实现精确灌溉管理的关键工具之一。
通过将湿度传感器安装在土壤深处，可以及时准确地监测土壤湿度的变化情况。
农民可以根据传感器所提供的数据，精确地判断何时进行灌溉以及灌溉的量和频率。
这不仅可以避免频繁或过少的灌溉，还可以提供最佳的生长条件，帮助农作物健康生长，从而提高产量。
二、温室环境监测与控制在温室中，湿度传感器的应用尤为重要。
温室是农业生产中一种常用的控制环境，通过人工控制温度、湿度等因素，创造适宜的生长环境。
湿度传感器可以实时监测温室内外的湿度水平，并将数据传输给温室控制系统。
基于传感器所提供的数据，温室控制系统可以自动控制湿度，保持理想的湿度范围，为作物提供最佳的生长环境。
三、病虫害监测与预警系统湿度传感器在病虫害监测与预警系统中也发挥着重要作用。
某些病虫害对湿度有较高的敏感性，因此通过监测湿度水平，农民可以及早发现病虫害的蔓延趋势，并做出相应的防治措施。
湿度传感器与专用软件结合，可以自动分析数据并发出预警信号。
通过这种实时监测和预警系统，农民可以迅速采取针对性的措施，及时控制病虫害蔓延，减少农作物的损失。
四、存储环境监控湿度传感器还可以应用于农产品的存储环境监控。
农产品存储的湿度条件对其保鲜和质量起着决定性的影响。
通过安装湿度传感器在农产品存储仓库或冷库中，农民可以实时了解湿度的变化情况，并根据需要调整环境条件，以最大程度地延长农产品的保鲜期和保持其高质量。
总结起来，湿度传感器在农业领域中的应用是多种多样的。
基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计
基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计土壤湿度对于植物的生长和发育起着至关重要的作用，因此准确地检测和监测土壤湿度是农业领域中的一个重要任务。
在这篇文章中，我将介绍一种基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计。
首先，我们需要了解湿度传感器的工作原理。
湿度传感器一般采用电容法或电阻法来测量湿度。
本设计中，我们将采用最常见的电阻法。
电路设计的关键在于如何将湿度传感器的输出转换为电压值。
为此，我们采用了一种简单有效的电压分压器电路。
电压分压器包含一个电阻和一个可变电阻。
可变电阻的阻值通过微调电位器来调整，以便校正和调整传感器的输出。
在电路中，我们还引入了一个运算放大器来增强信号，并将信号转化为可测量范围内的值。
运算放大器还消除了电路中的噪声和干扰，确保测量结果的准确性和稳定性。
除了湿度传感器和电压分压器，设计中还包括一个微处理器用于数据采集和处理。
微处理器接收电路输出的电压，并将其转换为相应的数字湿度值。
该数值可以通过串口或其他通信接口传输到计算机或其他控制设备上。
为了保证电路的稳定性和可靠性，我们还需要进行电源管理。
电源管理电路包括稳压器和滤波器，以确保电路能够正常工作并避免电源杂波对测量结果的干扰。
在实际应用中，除了电路设计，还需要考虑一些其他因素。
首先是传感器的安装位置和方式。
传感器应该放置在能够准确反映土壤湿度的位置，并且需要防水和防腐蚀处理。
其次是传感器的校准和维护。
传感器需要定期校准以确保准确性，并进行定期维护以延长使用寿命。
此外，为了进一步提高测量的准确性，我们还可以考虑引入其他传感器，例如温度传感器。
湿度和温度是密切相关的，通过同时测量湿度和温度，可以更好地了解土壤的状况。
总结起来，基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计需要考虑传感器的选择和安装位置，电路的设计和稳定性，以及电源管理和数据处理等因素。
通过合理的设计和良好的校准和维护，可以实现准确可靠的土壤湿度监测，为农业生产提供重要的数据支持。
土壤温湿度传感器的原理
土壤温湿度传感器的原理土壤温湿度传感器是一种用于测量土壤温度和湿度的设备。
它能够实时监测土壤的温度和湿度变化，并将这些数据通过无线或有线连接传输给监控系统或数据采集设备，从而帮助农民和园艺师进行合理的灌溉和管理决策。
土壤温湿度传感器的原理是基于土壤中的物理性质和传感器的工作原理。
具体而言，土壤温湿度传感器一般由温度传感器和湿度传感器组成。
温度传感器是用于测量土壤温度的部件。
常见的温度传感器包括热电偶和热敏电阻。
热电偶原理是基于两种不同金属之间的热电效应。
当一个金属与另一个金属接触时，会产生一个电动势，其大小与两种金属接触处温度差有关。
通过测量这个电势，可以得到土壤的温度。
热敏电阻则是一种阻值随温度变化的电阻。
随着温度的变化，电阻值会产生相应的变化，通过测量这个变化可以得到土壤的温度。
湿度传感器是用于测量土壤湿度的部件。
常见的湿度传感器包括电容式传感器和电阻式传感器。
电容式传感器通过测量土壤中的电容变化来确定土壤湿度。
当土壤湿度增加时，土壤中的电导率会增加，导致电容值的增加。
通过测量电容值的变化，可以得到土壤的湿度。
电阻式传感器则是通过测量土壤中的电阻变化来确定土壤湿度。
湿度增加会导致土壤电导率的增大，而导致电阻值的减小。
通过测量电阻值的变化，可以得到土壤的湿度。
除了温度传感器和湿度传感器外，土壤温湿度传感器还包括传感器采集电路和信号处理电路。
传感器采集电路负责对传感器获取的温度和湿度数据进行采集和放大，将其转换为模拟电压信号。
信号处理电路则对采集到的模拟电压信号进行滤波、放大和转换，最终将其转换为数字信号，以便进行数据处理和传输。
总体而言，土壤温湿度传感器利用传感器和电路的配合工作，通过测量土壤中的物理性质（如温度和湿度）变化，将这些变化转化为电信号，并通过无线或有线方式传输给监控系统或数据采集设备。
农民和园艺师可以根据传感器提供的实时温湿度数据，进行灌溉和管理决策，以实现合理的土壤湿度和温度控制，促进植物生长和提高农作物产量。
湿度传感器在农业中的应用
湿度传感器在农业中的应用
湿度传感器在农业中的应用非常广泛。
农业生产中，湿度是一个非常重要的参数，对于农作物的生长和产量具有重要影响。
因此，湿度传感器可以帮助农民监测和控制湿度，提高农作物的生产效率和质量。
以下是湿度传感器在农业中的几个常见应用场景：
1. 空气湿度监测：农业生产中，空气湿度是农民们非常关注的一个指标。
过高的空气湿度会导致作物腐烂、霉变和病虫害滋生等问题。
因此，农民们需要通过湿度传感器监测空气湿度，及时采取相应的措施进行调节。
2. 土壤湿度监测：湿度传感器可以安装在土壤中，帮助农民监测土壤湿度。
土壤湿度是作物生长的基本条件之一，过高或过低的土壤湿度都会影响作物的生长和产量。
通过湿度传感器实时监测土壤湿度，农民可以及时调整灌溉和施肥的方案，提高农作物生长效率和产量。
3. 马厩湿度监测：在马场或农场的马厩中，湿度传感器可以帮助农民监测空气湿度。
马匹的健康和舒适度与马厩中的空气质量密切相关。
高湿度的环境容易导致马匹患上皮肤病等病症，因此，通过湿度传感器监测马厩中的湿度，农民可以及时采取相应的措施，为马匹提供一个更加健康、舒适的生活环境。
综上所述，湿度传感器在农业生产中具有非常重要的应用价值，可以帮助农民监
测和控制环境湿度，提高农作物的生产效率和质量。
土壤湿度传感器的性能
土壤湿度传感器的性能简介土壤湿度传感器作为一种关键的土壤监测设备，可以实时测量土壤的湿度，从而帮助农民更好地管理作物的生长和发展。
随着近年来农业现代化的推进，这种传感器已经成为了农田基础设施建设中的重要组成部分，对于提高农民的生产效率和经济收益具有重要意义。
在本文中，我们将重点关注土壤湿度传感器的性能，包括其测量精度、响应速度、适应环境等方面。
性能指标测量精度传感器的测量精度是评价其性能的重要指标之一。
由于土壤湿度传感器所处的环境很复杂，如土壤的类型、水分状况、温度和PH值等都会对传感器的测量结果产生影响，因此，传感器的测量精度必须要足够高，才能保证其可靠性。
通常情况下，传感器的测量精度可以通过比较其输出值与实际值之间的误差来进行评估。
在实际应用中，传感器的测量误差应当控制在较小的范围内，以确保其精度和可靠性。
响应速度传感器的响应速度，对于实时监测来说尤为重要。
因为很多作物的生长需要保持土壤的一定湿度，如果传感器的响应速度较慢，就有可能会导致作物在长时间内处于饥渴状态，进而导致作物的生长发育出现问题。
因此，传感器的响应速度也是一个重要的性能指标之一。
一般来说，传感器的响应时间应该足够快，能够及时地捕捉到土壤湿度变化的信息，并将其反馈给农民。
适应环境传感器的适应环境，是指传感器能够适应的一些物理环境和工作条件。
在农田环境下，土壤湿度传感器需要具备较好的抗干扰性能，以保证传感器能够正常工作。
同时，传感器的工作温度范围也需要具备一定的宽度，能够适应不同地域和季节的环境条件。
性能改进针对目前传感器性能的一些短板，我们可以从以下几个方面进行改进：传感器报警功能的加入传感器报警功能的加入，可以帮助农民及时发现土壤湿度异常问题，并采取相应的措施，避免造成不必要的损失。
传感器的网络化将传感器网络化可以通过云计算来实现，可以实现对大面积农田的监测。
采用传感器网络化的办法，不仅可以实现实时监测，还可以实现数据的统计和分析，为农民提供更多的信息服务。
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第十一章土壤湿度传感器11.1 土壤湿度及其表示11.1.1土壤湿度土壤湿度，即表示一定深度土层的土壤干湿度程度的物理量，又称土壤水分含量。
土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。
11.1.2土壤湿度传感器土壤湿度传感器又名土壤水分传感器，土壤含水量传感器。
土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。
与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的工具测量土壤容积含水量，主要用于土壤墒情检测以及农业灌溉和林业防护。
11.1.3 土壤湿度表示方法土壤湿度，即土壤的实际含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示：土壤含水量=水分重/烘干土重×100％。
也可以相当于土壤含水量与田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。
根据土壤的相对湿度可以知道，土壤含水的程度，还能保持多少水量，在灌溉上有参考价值。
土壤湿度大小影响田间气候，土壤通气性和养分分解，是土壤微生物活动和农作物生长发育的重要条件之一。
土壤湿度受大气、土质、植被等条件的影响。
在野外判断土壤湿度通常用手来鉴别，一般分为四级：（1）湿，用手挤压时水能从土壤中流出；（2）潮，放在手上留下湿的痕迹可搓成土球或条，但无水流出；（3）润，放在手上有凉润感觉，用手压稍留下印痕；（4）干，放在手上无凉快感觉，粘土成为硬块。
农业气象上土壤湿度常采用下列方法与单位表示：①重量百分数。
即土壤水的重量占其干土重的百分数(％)。
此法应用普遍，但土壤类型不同，相同的土壤湿度其土壤水分的有效性不同，不便于在不同土壤间进行比较。
②田间持水量百分数。
即土壤湿度占该类土壤田间持水量的百分数(％)。
利于在不同土壤间进行比较，但不能给出具体水量的概念。
③土壤水分贮存量。
指一定深度的土层中含水的绝对数量，通常以毫米为单位，便于与降水量、蒸发量比较。
土壤水分贮存量W（毫米）的计算公式为:W＝0.1·h·d·w。
式中h是土层厚度，d为土壤容重（克／厘米3）,0.1是单位换算系数，w为土壤湿度（重量百分数）。
④土壤水势或水分势是用能量表示的土壤水分含量。
其单位为大气压或焦／克。
为了方便使用，可取数值的普通对数，缩写符号为pF，称为土壤水的pF值。
11.1.4 土壤湿度测量方法土壤既是一种非均质的、多相的、分散的、颗粒化的多孔系统，又是一个由惰性固体、活性固体、溶质、气体以及水组成的多元复合系统，其物理特性非常复杂，并且空间变异性非常大，这就造成了土壤水分测量的难度。
土壤水分测量方法的深入研究，需要一系列与其相关的基础理论支持，尤其是土壤作为一种非均一性多孔吸水介质对其含水量测量方法的研究涉及到应用数学、土壤物理、介质物理、电磁场理论和微波技术等多种学科的并行交叉。
而要实现土壤水分的快速测量又要考虑到实时性要求，这更增加了其技术难度。
土壤的特性决定了在测量土壤含水量时，必须充分考虑到土壤容重、土壤质地、土壤结构、土壤化学组成、土壤含盐量等基本物理化学特性及变化规律。
①重量法。
取土样烘干，称量其干土重和含水重加以计算。
②电阻法。
使用电阻式土壤湿度测定仪测定。
根据土壤溶液的电导性与土壤水分含量的关系测定土壤湿度。
③负压计法。
使用负压计测定。
当未饱和土壤吸水力与器的负压力平衡时，压力表所示的负压力即为土壤吸水力，再据以求算土壤含水量。
④中子法。
使用中子探测器加以测定。
中子源放出的快中子在土壤中的慢化能力与土壤含水量有关，借助事先标定，便可求出土壤含水量。
⑤遥感法。
通过对低空或卫星红外遥感图象的判读，确定较大围地表的土壤湿度。
11.2土壤湿度传感器概述11.2.1土壤湿度传感器分类经过半个多世纪的发展，土壤湿度传感器已经种类繁多、形式多样。
湿度的测量具有一定的复杂性，人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代要求的实际需要。
因此，人们研制了各种土壤湿度传感器。
湿度传感器按照其测量的原理，一般可分为电容型、电阻型、离子敏型、光强型、声表面波型等。
1.电容型土壤湿度传感器电容型土壤湿度传感器的敏感元件为湿敏电容，主要材料一般为金属氧化物、高分子聚合物。
这些材料对水分子有较强的吸附能力，吸附水分的多少随环境湿度的变化而变化。
由于水分子有较大的电偶极矩，吸水后材料的电容率发生变化，电容器的电容值也就发生变化。
把电容值的变化转变为电信号，就可以对湿度进行监测。
湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比，利用这一特性即可测量湿度。
常用的电容型土壤湿度传感器的感湿介质主要有：多孔硅、聚酞亚胺，此外还有聚砜(PSF)、聚苯乙烯(PS)、PMMA(线性、交联、等离子聚合)。
为了获得良好的感湿性能，希望电容型土壤湿度传感器的两级越接近、作用面积和感湿介质的介电常数变化越大越好，所以通常采用治型结构的电容土壤湿度传感器。
它的优势在于可以使电容型土壤湿度传感器的两级较接近，从而提高电容型土壤湿度传感器的灵敏度。
图11.1为常见的电容型土壤湿度传感器的结构示意图。
交叉指状的铝条构成了电容器的两个电极，每个电极有若干铝条，每条铝条长400µm，宽8µm，铝条间有一定的间距。
铝条及铝条间的空隙都暴露在空气中，这使得空气充当电容器的电介质。
由于空气的介电常数随空气相对湿度的变化而变化，电容器的电容值随之变化，因而该电容器可用作湿度传感器。
多晶硅的作用是制造加热电阻，该电阻工作时可以利用热效应排除沾在湿度传感器表面的可挥发性物质。
上述电容型土壤湿度传感器的俯视图如图11.2所示。
图11.1 电容型土壤湿度传感器结构示意图图11.2 电容型土壤湿度传感器结俯视图电容型土壤湿度传感器在测量过程中，就相当于一个微小电容，对于电容的测量，主要涉及到两个参数，即电容值C和品质参数Q。
土壤湿度传感器并不是一个纯电容，它的等效形式如图11.3虚线部分所示，相当于一个电容和一个电阻的并联。
图11.3 电容型土壤湿度传感器Zc的等效形式及测量微分电路图2.电阻型土壤湿度传感器电阻型土壤湿度传感器的敏感元件为湿敏电阻，其主要的材料一般为电介质、半导体、多孔瓷等。
这些材料对水的吸附较强，吸附水分后电阻率／电导率会随湿度的变化而变化，这样湿度的变化可导致湿敏电阻阻值的变化，电阻值的变化就可以转化为需要的电信号。
例如，氯化锂的水溶液在基板上形成薄膜，随着空气中水蒸气含量的增减，薄膜吸湿脱湿，溶液中的盐的浓度减小、增大，电阻率随之增大、减小，两级间电阻也就增大、减小。
又如多孔瓷湿敏电阻，瓷本身是由许多小晶颗粒构成的，其中的气孔多与外界相通，通过毛孔可以吸附水分子，引起离子浓度的变化，从而导致两极间的电阻变化。
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
电阻型土壤湿度传感器可分为两类：电子导电型和离子导电型。
电子导电型土壤湿度传感器也称为“浓缩型土壤湿度传感器”，它通过将导电体粉末分散于膨胀性吸湿高分子中制成湿敏膜。
随湿度变化，膜发生膨胀或收缩，从而使导电粉末间距变化，电阻随之改变。
但是这类传感器长期稳定性差，且难以实现规模化生产，所以应用较少。
离子导电型土壤湿度传感器，它是高分子湿敏膜吸湿后，在水分子作用下，离子相互作用减弱，迁移率增加，同时吸附的水分子电离使离子载体增多，膜电导随湿度增加而增加，由电导的变化可测知环境湿度，这类传感器应用较多。
在电阻型土壤湿度传感器过使用小尺寸传感器和高阻值的电阻薄膜，可以改善电流的静态损耗。
电阻型土壤湿度传感器结构模型示意图如图11.4所示。
会属层1作为连续的电极，它与另一个电极是隔开的。
活性物质被淀积在薄膜上，用来作为两个电极之间的连接，并且这个连接是通过感湿传感层的，湿敏薄膜则直接暴露在空气中，在金属层2上挖去一定的区域直到金属层1，用这些区域作为传感区。
金属层和金属层2只是作为电极，它们之问是没有直接接触的。
整个传感器是山许多这样的小单元组成的。
根据传感器所需的电阻值的不同，小单元的数目是可以调节的。
因为两个电极之问的连接只能在每个小单元中确定，所以整个传感器的构造可以看成是一系列的平行电阻。
图11.4 电阻型土壤湿度传感器结构示意图根据高分子薄膜电阻型湿度传感器的物理结构及高分子材料的感湿机理，可将电阻型湿敏元件的电路等效为一个电阻和电容并联或串联的模型，如图11.5所示。
图11.5 电阻型土壤湿度传感器简化电路和等效电路图实际上，图11.5中的两种等效方法是一致的，不同的是，采用右图可以直接得到传感器阻抗的实部和虚部，即传感器的电阻与电容分量，其等效转化如下：RC j RZ ω+=10220)2()1(1fC R R R π+= 2220)2()2()1(Cf fC R C ππ+= 20200)2(1R fC Z +=π 式中，R 0和C 0分别是湿度传感器等效成串联模型时的电阻分量和电容分量；Z 0是串联模型时的复阻抗； Z 0为复阻抗的模。
3.离子型土壤湿度传感器离子敏场效应晶体管(ISFET)属于半导体生物传感器，是上个世纪七十年代由P．Bergeld发明的。
ISFET通过栅极上不同敏感薄膜材料直接与被测溶液中离子缓冲溶液接触，进而可以测出溶液中的离子浓度。
离子敏型土壤湿度传感器结构模型示意图如图11.6所示。
离子敏感器件由。
离子选择膜(敏感膜)和转换器两部分组成，敏感膜用以识别离子的种类和浓度，转换器则将敏感膜感知的信息转换为电信号。
离子敏场效应管在绝缘栅上制作一层敏感膜，不同的敏感膜所检测的离子种类也不同，从而具有离子选择性。
图11.6 离子型土壤湿度传感器结构示意图离子敏场效应管(ISFET)兼有电化学与MOSFET的双重特性，与传统的离子选择性电极(ISE)相比，ISFET具有体积小、灵敏、响应快、无标记、检测方便、容易集成化与批量生产的特点。
但是，离子敏场效应管(ISFET)与普通的MOSFET 相似，只是将MOSFET栅极的多晶硅层移去，用湿敏材料所代替。
当湿度发生变化时，栅极的两个金属电极之间的电势会发生变化，栅极上湿敏材料的介电常数的变化将会影响通过非导电物质的电荷流。
因此，ISFET在生命科学研究、生物医学工程、医疗保健、食品加工、环境检测等领域有广阔的应用前景。
11.2.2 三种土壤湿度传感器的分析比较通过对三种土壤湿度传感器的研究可知：电容型土壤湿度传感器是由交叉指状铝条构成电容器的电极，利用空气充当电容器的电介质，随空气相对湿度的变化其介电常数发生变化，电容器的电容值也将随之变化，所以该电容器可用作土壤湿度传感器；电阻型土壤湿度传感器是由通过感湿传感层的两个电极构成的许多小单元组成，利用小单元的数目改变，使电阻值发生变化，所以可用作土壤湿度传感器；离子敏型土壤湿度传感器由敏感膜和转换器两部分组成，利用敏感膜来识别离子的种类和浓度，转换器则将敏感膜感知的信息转换为电信号，因此也可作为土壤湿度传感器。