SL-土壤水分监测仪器检验测试规程.docx

ICS07.060N93s中华人民共和国水利行业标准SL/TXXXXX-20XX土壤水分监测仪器检验测试规程Inspectiontestproceduresforsoilmoisturemonitoringinstruments点击此处添加与国际标准一致性程度的标识（征求意见稿）请将你们发现的有关专利的内容和支持性文件随意见一并返回20XX-XX-XX 发布20XX-XX-XX实施中华人民共和国水利部目次前言IIl1范围12规范性引用文件13术语和定义14检验要求及设备24. 1检验要求24.2检验设备25检验项目及参数35. 1外观35.2 工作与贮存条件35.3 工作电源45.4 信号接口与输出45.5 工作电流45.6 绝缘电阻45. 7外壳防护45.8 振动、自由跌落45.9 固态存储41.1 10准确性55.11 测量结果的重复性55.12 抗冻胀性55.13 防腐蚀55.14 14可靠性56土样制备56. 1土样选取56.2 土样预处理56.3 制备特定含水量土样方法56.4 土柱装填方法66.5 土样取样与烘干方法67检验方法67. 1外观67.2 工作与贮存条件67.3 工作电源77.4 信号接口与输出87.5 工作电流87.6 绝缘电阻87.7 外壳防护87.8 振动、自由跌落87.9 固态存储87.10 10准确性87.11 测量结果的重复性97.12 抗冻胀性97.13 防腐蚀97.14 可靠性98检验评价98.1 检验评价原则98.2 检验评价方法9附录A（资料性附录）计算方法11A.1绝对误差的平均值11A.2实验标准差11A.3体积含水量成换算重量含水量11A.4土壤干容重121刖S本标准按照GB/T1.1-2009的规则起草。本标准批准部门：中华人民共和国水利部本标准主持机构：水利部水文司本标准解释单位：水利部水文司本标准起草单位：水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心、云南省水文水资源局、水利部南京水利水文自动化研究所、水利部水文水资源监控工程技术研究中心。本标准出版、发行单位：本标准主要起草人：陈敏、刘满红、邓超、杨丹、朱金峰、杨绍琼、王超、徐国龙、鲍艳香本标准审查会议技术负责人：本标准体例格式审查人：标准名称1范围本标准规定了土壤水分监测仪器的检验要求及设备、检验项目及参数、检验方法、检验评价等。本标准适用于抗旱减灾、水资源管理、农田灌溉等使用的土壤水分监测仪器。本标准适用于频域法、时域法、张力计法土壤水分监测仪器。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1226一般压力表GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T9359水文仪器基本环境试验条件及方法GB/T15966水文仪器基本参数及通用技术条件GB/T19705水文仪器信号与接口GB/T2423.18环境试验第2部分：试验方法试验Kb：盐雾、交变（氯化钠溶液）GB/T5080.1可靠性试验第1部分：试验条件和统计检验原理GB/T50095-2014水文基本术语和符号标准SL364-2015土壤墉情监测规范3术语和定义GB/T50095等标准界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1土壤水分测定仪soiImoisturecontentanaIyzer测定土壤水分含量的器具或装置，可分为自动和人工监测的器具或装置。在本标准中简称为监测仪器。GB/T50095-2014,定义ILlo.L33.2土壤重量含水量gravimetricsoiIwatercontent土壤保持的水分质量与其干土质量的比值，用百分数表示。SL364-2015,定义3.113.3土壤体积含水量VolumetricsoiIwatercontent土壤保持的水分体积与其总体积的比值，用百分数表示。SL364-2015,定义3.123.4介电常数permittivity介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为相对介电常数，常将相对介电常数称为介电常数，又称诱电率。3.5频域法frequencydomainmethod根据土壤中的水和其他介质介电常数之间差异的原理，应用频域技术测量土壤含水量的方法。GB/T50095-2014,定义ILlO.1.33.6时域法timedomainmethod根据土壤中的水和其他介质介电常数之间差异的原理，测得电磁波在土壤中的传播速度，测量土壤含水量的方法。GB/T50095-2014,定义ILlo.1.33.7张力计法tensiometermethod根据土壤中的土水势与土壤含水量相关关系的原理测量土壤含水量的方法。也称负压法。SL364-2015,定义3.84检验要求及设备3.8 检验要求在检验过程中，应采用经定期检定或校验合格的计量器具、仪表以及有关测试配套装置或设备。除检验开始前允许对受检仪器或设备装置进行常规性能检查调试外,检验测试过程中一般不允许再作人工调整。4. 2检验设备主要检验设备见表1检验设备配置表，检验常用工具见表2检验常用工具配置表。表1检验设备配置表序号名称单位数量说明1电动振动筛台2孔径2unl台，孔径Immi台2低速搅拌机台1转速低，能混合搅拌高粘度土壤3恒温恒湿培养箱台1控温范围：-IO-IOCC,控湿范围：3595%RH4电热恒温干燥箱台1控温范围：10250恒温波动度：土L（TC5恒温恒湿试验机台1湿度范围：1098%R.H;温度稳定度C：±0.2温度解析度：±o.orc:湿度稳定度R.H：±2%R.H湿度解析度%R.H：+0.1%R.H6自由跌落试验机台1跌落误差：±5mm跌落平面误差：VI。跌落高度：300mm-1500mm7电动式振动系统台1能用于低频和高频振动8电子天平台1最小感量0.01g,最大量程300Og9干燥器台1表2检验常用工具配置表序号名称单位数量说明1环刀个6容积ZOOcmb个，容积IOoCm个2环刀托个2与容积200c环刀配套1个,与容积IOoCm3环刀配套1个3削土刀把14铝盒个60容积200c30个，容积IoOCm匕0个5检验项目及参数5. 1外观外观应满足下列要求：a）整机结构不得有松动、变形；b）设备表面应平整、光洁，无锈蚀及裂痕、无明显划痕；c）在监测仪器外观明显位置应有标识，标识应清晰完整；d）面板、机壳、铭牌标志等外观颜色、结构型式应保持相互协调。5.2工作与贮存条件5.2.1工作环境条件监测仪器应能适应下列环境工作：a）空气温度：TO55,张力计法仪器540；b）土壤温度：0C45；c）空气相对湿度：95%（40C时，无凝结），降雨条件下100机1.1 2.2特殊环境条件对高寒或高热地区，监测仪器应能适应下列试验环境条件，试验后恢复常温应能正常工作，张力计法仪器不进行该试验：a）空气温度：-3060；b）空气相对湿度：100%1.2 2.3贮存环境条件贮存场所应干燥、通风、防晒，附近不应有化学侵蚀性物质。在贮、运条件下，包装好的仪器应能适应下列环境：a）空气温度：-4060；b）空气相对湿度：90%,1.3 工作电源监测仪器应采用直流供电，电源电压推荐值为12V0在电源标称值的90%120%范围内，仪器应正常工作。如采用自适应电源，在产品规定的电压范围内应能正常工作。1.4 信号接口与输出监测仪器信号接口与输出应满足下列要求：a） 模拟量输出宜为0V2.5V或4mA-20mA1,b） 数字量输出可选用RS-485/422、RS-232C、SDIT2等通用接口标准。1.5 工作电流监测仪器工作电流一般应不大于50mA。1.6 绝缘电阻电源输入端与外壳之间绝缘电阻应不小于2MQ。1.7 外壳防护监测仪器外壳防护等级应达到IP68,耐水压力不低于0.IMpa,浸水时间不少于24h,应能使监测仪器的探针孔、接线孔、盖板等处保持良好的密封。1.8 振动、自由跌落1.8.1 振动监测仪器在包装状态下，承受扫频振动频率为IOHZ150Hz10Hz扫频速度为1倍频程/min、加速度为2g的振动试验，试验后应能满足下列要求：a）外包装箱不得有任何损坏和变形，产品内部结构中各结合部不得有松脱、零部件破损等现象；b）产品各项功能正常。5.8.2自由跌落监测仪器在包装状态下，在离地面垂直高度为30Cm处自由跌落后，应能满足下列要求：a）外包装箱不得有任何损坏和变形，产品内部结构中各结合部不得有松脱、零部件破损等现象；b）产品各项功能正常。5.9 固态存储对具有固态存储功能的监测仪器，存储容量应不小于4M。5.10 准确性监测仪器测量的准确性用绝对误差表示。频域法、时域法土壤水分监测仪器测量误差应满足：体积含水量砥20%区间的绝对误差平均值+1.5%；体积含水量20%以上的区间绝对误差平均值2%.绝对误差平均值计算方法见附录A。张力计法土壤水分监测仪器测量误差采用压力表的压力值表示，负压表精确度等级应不低于2.5级，误差值W±2.5kPa.5.11 测量结果的重复性监测仪器测量结果的重复性以实验标准差表示，实验标准差应Wl机试验计算方法见附录A。5.12 抗冻胀性在特殊环境中使用的监测仪器应具有抗冻胀能力。5.13 防腐蚀监测仪器应具有防腐蚀的能力，埋入土壤5年内不应因腐蚀而影响正常使用。5.14 可靠性在正常维护情况下，监测仪器平均无故障时间MTBF应不低于16000h。埋设类监测仪器的报废年限应不低于5年。频域法、时域法土壤水分监测仪器检验项目为5.15.14。张力计法土壤水分监测仪器一般检验项目为5.1、5.2、5.8、5.10。具有自动测压功能的张力计还应进行5.3、5.4、5.5>5.6>5.9项目的测试。6土样制备土样制备是土壤水分监测仪器实验室检验测试必不可少的环节,士壤水分监测仪器数据采集必须要有配制不同含水量的土样，通过不同含水量的土样来测试监测仪器的各种性能指标.6.1 土样选取土样选取可根据检验测试的需要选用不同类型的土壤，主要包括砂土、壤土、黏土等不同类型土壤。土样一般选用理化性状较为稳定，一致性较好，便于实际检验测试时保持同一基准条件的土壤。6.2 土样预处理取足量的土壤平铺在阴凉通风处并阴干，直到可以过筛为止，然后将土碾碎，碾碎后土壤颗粒一般不大于5mm。再将碾碎后的土壤放入电动筛中，电动筛一般分为两层，上层为孔径2mm的土壤筛，下层孔径Irnnl的土壤筛，过筛一遍，获得备用土壤。6.3 制备特定含水量土样方法实验室检验测试时，一般需要制备不少于4种含水量的土样，对应体积含水量区间为0%10%、10%20%、20%30乐30%40%,不同含水量的土壤干容重会不同，具体容重应根据不同土壤类型来制定。每种土样的用水量应依据体积含水量计算。按照土样制备设计要求,用最小分辨力为O.Ig的电子天平分别称取一定质量的阴干土样和一定质量的水，将土和水混合并搅拌均匀，放入密封塑胶袋中或者其他密闭容器中平衡24h后，取出再次搅拌，均匀放入土样容器，即可制得特定体积含水量为的土样。实验室进行传感器率定时，土样制备时可将土样目标体积含水量预设：05%、5%-10%>15%-20%,20%25%、25%-30%s30%35%及大于35%共计八个等级。6.4 土柱装填方法预制含水量土样静置24h后，取出搅拌均匀，分多层装填。每层装入的土样量依据分层数量平均分配土样。然后在分层压实，装填用轻型击实仪逐层压实。压实土样注意要保持土样压实的均匀性，使土样各部分密实度均匀一致。6.5 土样取样与烘干方法6.5.1 土样取样方法标准土样经监测设备测试后，选取不少于3处未经探针扰动过的土壤位置；将实验用的环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压，至土样高于环刀上刀口，使用切土刀削去两端土并修平，将取出土样放入铝盒中，用感量0.01g的电子天平称取土样质量。环刀所取土样，其最大值与最小值之差应不大于1%体积含水量；实验过程应避免待测土样的土壤水分流失，及时称重。6.5.2 土样烘干方法将称重后的土样和铝盒一起放入电热恒温干燥箱中进行烘干，烘箱温度应设置在105C±2°C,持续恒温24h至恒重。7检验方法7.1 外观目测等感官检查,检查仪器外观明显位置是否有标识，标识是否清晰完整，外观是否有瑕疵。7.2 工作与贮存条件使用设备：恒温恒湿试验机。7.3 2.1试验温度普通试验空气温度：70C55°C,张力计法仪器540。特殊试验空气温度：-3060。7.4 2.2试验方法在常温状态下，取标准试样一份，将监测仪器安置在其中进行含水量测试，读取数据3次，记录并检查测试情况。a）低温试验频域法、时域法仪器：低温试验温度为T（TC,将监测仪器安置于标准试样内，一起放置在恒温恒湿试验机中，试验箱升降温速率为l°Cmin;接通电源，将恒温恒湿试验机温度降至额定使用下限温度，恒温4h后，上电读取数据3次；记录并检查测试情况。张力计法仪器：低温试验温度为50C,将张力计的压力管中加入适量的水，然后将张力计安置于标准试样内，一起放置在恒温恒湿试验机中，试验箱升降温速率为l°Cmin;接通电源，将恒温恒湿试验机温度降至额定使用下限温度，恒温4h后，读取数据3次；记录并检查测试情况。b）高温试验频域法、时域法仪器：高温试验温度为55,将监测仪器安置于标准试样内，一起放置在恒温恒湿试验机中，试验箱升降温速率为Wl°Cmin;接通电源，将恒温恒湿试验机温度上升至额定使用上限温度，恒温4h后，上电读取数据3次；记录并检查测试情况。张力计法仪器：高温试验温度为40,将张力计的压力管中加入适量的水，然后将张力计安置于标准试样内，一起放置在恒温恒湿试验机中，试验箱升降温速率为WVC/min；接通电源，将恒温恒湿试验机温度升至额定使用上限温度，恒温4h后，读取数据3次；记录并检查测试情况。C）工作湿度频域法、时域法仪器：工作湿度试验条件：95%RH,+40°C,将监测仪器安置于标准试样内，一起放置在恒温恒湿试验机中，试验箱升降温速率为1°CInin；接通电源，将恒温恒湿试验机温度升至额定使用湿度、温度，恒温恒湿4h后，上电读取数据3次；记录并检查测试情况。张力计法仪器：工作湿度试验条件：95%RH、+40C,将张力计的压力管中加入适量的水，然后将张力计安置于标准试样内，一起放置在恒温恒湿试验机中，试验箱升降温速率为WIC/min；接通电源，将恒温恒湿试验机温度升至额定使用湿度、温度，恒温恒湿4h后，读取数据3次；记录并检查测试情况。湿度试验后，被测仪器的各部分均应工作正常。表面应无锈蚀、开裂、剥落等损伤。d）特殊温度、湿度试验如进行特殊环境试验，程序同上所述，温度、湿度点按照特殊环境温度要求进行。试验后，上电读取数据3次；记录并检查测试情况。非特殊要求，不进行该测试。张力计法仪器不进行该试验。e）贮存温度试验温度：-40C+60。试验方法：按GB/T9359-2016标准进行试验。试验后检查被测仪器各部件功能应正常。f）贮存湿度相对湿度：40时90机试验方法：按GB/T9359-2016标准进行试验。试验后检查被测仪器各部分功能应正常，表面应无锈蚀、开裂、剥落等损伤。7.5 工作电源取标准试样一份，将监测仪器安置在其中进行测试，接通电源，监测仪器开始正常工作。用数字万用表测试监测仪器供电电源电压，记录并检查测试情况。在电源电压标称值的90%120%范围内，使电压不间断连续变化，在电压变化过程中，仪器测量标准试样各3次，记录测量值；对比实验前后仪器工作情况。7.6 信号接口与输出按GB/T19705-2017规定的试验方法进行检测，记录并检查测试情况。7.7 工作电流取标准试样一份，将监测仪器安置在其中进行测试，接通电源，监测仪器开始正常工作。用数字万用表测试监测仪器的工作电流，记录并检查测试情况。7.8 绝缘电阻在监测仪器未插入总电源、仪器电源开关处于接通的条件下，用绝缘电阻测试仪检测电源输入端与外壳之间的绝缘电阻，记录并检查测试情况。7.9 7外壳防护监测仪器的外壳防护试验，应按GB4208-2008的13.1、13.4、13.6、14.1、14.2.5、14.2.8、14.3条款的要求在外壳防护试验设备上进行，试验后记录并检查测试情况。监测仪器的外壳防护等级应达到IP68,浸水压力不低于0.01MPa,浸水时间不少于24h。7.10 动、自由跌落7.10.1 动将受试样品在包装状态下，固定安放在电子振动试验台上，设置扫频振动频率为IoHZT50HZTOHz,扫频速度为1倍频程min,加速度为2g,循环次数为2次/单轴。振动试验结束后，对受试样品进行外观和功能检查：应无脱落、无松动现象；通电后受试样品应能正常工作。7. 8.2自由跌落将受试样品在包装状态下，放在跌落试验台上进行自由跌落试验。在距地面30Cm高处，自由跌落在平滑、坚硬的钢板上，跌落三次。跌落后，包装箱应不变形、不开裂、开箱检查，不应有变形、松脱及损伤，各部分功能应正常。7.9 固态存储该项目测试只对具有固态存储功能的监测仪器进行，无固态存储功能的不进行该项目测试。存储容量不低于4M。7.10 准确性7.10.1 频域法、时域法土壤水分监测仪器取体积含水量0%10%、10%20%、20%30%、30%40%等4种区间经标定好的标准土样。将被检仪器安置在标准试样中，再将被检仪器和专用测控终端、软件平台相连。对标定好的4种不同含水量试样进行检测，每种土样定点测量6次。记录测量值，检查测试情况。计算方法见附录A。测试完成后，用容积为100Cm3的环刀对标准试样进行取样，每个标准试样取三个样品。取出的样品放入有编号的铝盒中，用感量为0.0Ig的电子天平进行称重，按铝盒编号记录每个样品的重量。取样完成后，将样品放入恒温干燥箱中进行烘干，烘干温度为105C±2°C,烘干时间为24h。7.10.2 张力计法土壤水分监测仪器张力计法监测仪器测试方法采用被检仪器与试验用标准仪器比较的方法进行测试。压力测试点在OkPa-20kPa、-20kPa-40kPa.-40kPa-50kPa、-60kPa-60kPa等4种压力区间各选取一点，在每个区间选取的压力测试点将被检仪器与标准仪器进行比较，记录测量值，检查测试情况。测试方法按GB/T1226-2017中的6.5的规定进行。7.11 测量结果的重复性在重复性条件下，对标定好的4种不同含水量试样进行检测，每种土样定点测量6次，记录并检查测试情况。计算实验标准差，计算方法见附录A。7.12 抗冻胀性将监测仪器按工作状态安装埋设在试验土样内（连接好监测仪器与数据线，或外加抗冻胀保护措施的监测仪器与数据线），试验样本连同土样一起放置在冻融试验箱内，在-205的变化范围内，冻融35个周期，每个周期不少于24h。试验完成后检查数据连接线是否完好，仪器是否能正常工作。7.13 防腐蚀将监测仪器放入盐器试验箱中，按GB/T2423.18-2012中的第7章、第8章、第9章、第10章、第11章的相关规定，进行不少于48h的交变盐雾试验，试验后检测仪器是否产生腐蚀现象。7.14 可靠性按GB/T18185-2014中的稳定性规定进行测试，设备无故障时间MTBF应不低于16000ho为真实考核监测仪器现场工作可靠性，该项试验应按照GB/T5080.1-2012在野外实地进行。8检验评价8.1 检验评价原则8.1.1 一般不合格产品发生故障时，无需更换元器件、零部件、修改软件，仅需现场简单处理即可恢复产品的正常工作，此类故障判为一般不合格。8.1.2 严重不合格下列性质的不合格应判为严重不合格：a）对人身安全构成危险或严重损坏仪器基本功能的；b）检测的关键性能特性误差超过规定范围的；c）需要修改软件后才能完成检测的；d）突然的电气失效或结构失效而引起仪器不能正常工作的。8.2 检验评价方法产品实验室检测项目分为关键检测项目和非关键检测项目，非关键检测项目视其不合格程度可分为“一般不合格”和“严重不合格”。受检样品有关键检测项目不合格时，即判定该仪器产品检测不合格;有1项非关键检测项目出现“一般不合格”时，仍可判定该仪器产品检测合格；有1项以上（含1项）非关键检测项目出现“严重不合格”，或者有2项以上（含2项）非关键检测项目出现“一般不合格”时，即判定该仪器产品检测不合格。关键检测项目和非关键检测项目划分一览表见表3。表3关键检测项目和非关键检测项目一览表序号检测项目关键检测项目非关键检测项目1外观2工作与贮存条件3工作电源4信号接口与输出5工作电流6绝缘电阻7外壳防护8振动、自由跌落9固态存储10准确性11重复性12抗冻胀性13防腐蚀14可靠性附录A(资料性附录)计算方法A.1绝对误差的平均值绝对误差的平均绝对值按式(A.1)计算：_3io=(A.1)n式中：绝对误差的平均绝对值；用一一监测仪器第i次测量的重量含水量；COq一一人工取土烘干法计算的重量含水量；n测量次数。A.2实验标准差Iiia-ZPs(%)=H；<T(.2)式中：qk第次测量结果；q一一次测量结果的算术平均值。A.3体积含水量成换算重量含水量监测仪器输出值为体积含水量换算成为重量含水量，按公式(A.3)计算：=÷(A.3)式中：CO重量含水量；监测仪器体积含水量;0土壤干容重。A.4土壤干容重土壤干容重为土壤样品的干土重与土壤样品体积之比，用克每立方厘米表示。按式（A.4）计算：W%二寸（A4）式中：Yo土壤干容重，gcm1纥一一土壤样品的干土重，g；V土壤样品体积（环刀容积），cm?。