可以DIY的張力計
? 作者: Michael D Cahn
? 作者: David Chambers
發表于: April 23, 2019
張力計是監測蔬菜和漿果作物土壤水分狀況的一種非常有用的工具。與通常需要數據記錄器或計算機等設備來收集讀數的其他傳感器相比，田間灌溉人員可以很容易地讀取張力計的讀數。此外，張力計的讀數不受土壤質地、溫度和鹽度變化的影響，并且可以在不帶電的情況下工作（不需要電池）。
什么是張力？張力計測量土壤濕度的單位是負壓，也稱為張力。張力是衡量植物根系從土壤孔隙中抽出水分所需施加的力。大毛孔比小毛孔吸水力小。當植物從土壤中吸取水分時，水首先從最大的孔隙中被吸收。當土壤干燥時，根系需要施加更大的力來從較小的孔隙中吸取水分。因此，高張力值意味著土壤變得干燥。
張力計是如何工作的？張力計充滿水（蒸餾水比較好），水已經通過沸騰脫氣。張力計的一個關鍵部件是一個多孔陶瓷杯，它允許張力計軸中的水通過杯內的小孔自由進入土壤中，而不會出現漏氣現象（圖1）。如果土壤未飽和，水將從杯內流入未填充的土壤孔隙中。因為空氣不能代替流出的水所騰出的空間，所以在張力計的軸上形成真空，可以用精確的壓力計測量。當張力計的內部真空壓力等于土壤張力或從土壤孔隙中吸水所需的力時，水將停止從張力計杯內遷移到土壤中。真空表測量張力，單位為千帕或立方巴，兩者相等（1千帕=1立方巴）。
圖1. 在小于80千帕的張力下，水可以自由地通過陶瓷杯中的小孔流動，而無需空氣進入張力計
張力讀數的解釋 由于張力值提供了植物從土壤中吸取水分所需的能量，因此張力計讀數很容易與作物的水分壓力相關。在高壓力值下，植物會承受更多的水分壓力和生長也會減慢。此外，無論土壤是砂質、粘土還是壤土，張力讀數在水應力方面具有相似的含義。
張力計的可靠性 張力計的致命弱點是，如果任何空氣泄漏到儀器中，它將無法保持真空，讀數也將不可靠。有幾種品牌的商用張力計可供選擇。有些相對便宜，使用簡單，而另一些則更復雜，可以與數據記錄器接口，提供全天連續的讀數。根據我們的經驗，一些流行的商用張力計經常泄漏空氣和失去真空壓力，在許多情況下，壓力計不能提供準確的讀數或不耐用。真空壓力的損失意味著張力計需要經常用脫氣水補充。此外，灌溉者可能會誤認為低讀數表明作物有足夠的水分，而實際上土壤可能是干的。
一個可靠的張力計設計 我們在2018年設計并測試了一個版本的張力計，該版本的張力計制作簡單，提供了精確的讀數，材料成本不到55美元。這種設計提高了儀器在高壓下保持真空的能力。在中等潮濕的土壤條件下，張力計通常需要每月至少用脫氣水填充一次。即使當土壤干燥至張力超過張力計的最大范圍（>80 kPa）時，這些張力計仍保持真空約兩周，直到豎軸桿內的水全部耗盡。
以下段落描述了制作張力計所需的材料（圖2）和程序。這些材料的供應商是我們使用的材料的例子，但您可以為這些部件確定不同或更便宜的來源。通過仔細遵循這些說明，人們應該能夠建立一個可靠的張力計，提供準確的張力讀數。
圖2. 制作張力計所需的部件：a.陶瓷杯 b.?英寸PVC軸管 c.PVC“T” d.真空計 e.橡膠塞。
所需材料：
陶瓷杯
供應商：SoilMoisture Equipment Corporation，Santa Barbara CA（805-964-3525）零件號0655X01-B01M3，尺寸：0.875英寸外徑x 2.75英寸長度。
（
編者注：SoilMoisture陶瓷杯0655X01-B01M3現已升級為Y2630A-100S1，請點擊型號查看采購信息）
環氧樹脂（陶瓷/塑料）
供應商：SoilMoisture Equipment Corporation，Santa Barbara CA（805-964-3525）
零件號0980V004，說明：4盎司：環氧樹脂和4盎司硬化劑。注意，環氧樹脂/硬化劑的體積足以制造幾百個拉力計。
真空計
供應商：Zoro.com/Grainger.com零件號4FMK3，說明：?英寸MNPT 2英寸直徑測試真空計。
#1號橡膠塞
供應商：Grainger.com網站零件號8DWU6，型號RST1-S，描述：24 mm頸部，底部直徑。=14毫米。頂部直徑。=20毫米。
附表40 PVC管（直徑?英寸）
供應商：灌溉供應或五金店
PVC“T”
供應商：灌溉供應或五金店，制造商：斯皮爾斯公司，零件號402-072，說明：?英寸卡瓦x?英寸螺紋異徑“T”
PVC膠（灰色）和紫色底漆
供應商：灌溉供應或五金店
氣管螺紋密封膠（白色或藍色膏狀）
供應商：灌溉供應或五金店
油漆工膠帶
供應商：五金店
凡士林
供應商：藥房
所需工具：
? PVC鋸子或PVC切割工具
? 氧化鋁磨石，制造商：福尼零件號：A11 60028說明：直徑7/8英寸[23毫米]。x 2英寸[50.8毫米]長
? 手持式電動鉆機
? 軸鋸箱
? 小刀
步驟
1. 按以下長度切割PVC管段
1英尺深度張力計：上軸=4英寸，下軸=17英寸
2英尺深度張力計：上軸=4英寸，下軸=30英寸
建議將底部軸切割比上述長度長約1英寸，然后使用軸鋸箱或電動斜切鋸小心地切割軸的下端，以確保以90度角切割。如果切口偏離90度，陶瓷杯將彎曲地安裝在軸端部。
2. 首先用PVC膠水將上軸和下軸粘合到?PVC“T”上。確保不要用膠水將底部軸的末端修剪成90度。在通風良好的位置，在軸的末端和“T”的“滑動”端的內側涂抹PVC底漆。然后在兩邊涂上灰色的PVC膠，把零件推到一起，保持在原位大約30秒到1分鐘。提示：涂膠后立即將零件稍微扭轉約30度，以確保零件牢固。同時用油漆膠帶覆蓋非粘合區域，以防止外部被膠水覆蓋。
3. 用手鉆和磨石將底軸下端內側稍微斜切（圖3）。或者，你可以用小刀把末端斜切。無論是使用鉆頭還是刀具對管道內部進行斜切，都應定期停止并測試安裝陶瓷杯。這樣你就不會去除太多的材料，而且會很快感覺到要去除的適量。
圖3. 使用鉆頭將張力計軸的帶斜口，以容納陶瓷杯。
4. 用環氧樹脂將陶瓷杯粘在底軸下端。在涂膠過程中，用油漆膠帶覆蓋陶瓷杯的外部（圖4）。檢查陶瓷杯是否緊貼在PVC管中，并對齊。如果使用來自SoilMoisture公司的環氧樹脂，將1份環氧樹脂與1份硬化劑混合。充分攪拌。陶瓷杯的喉部和PVC管的內部只需要少量的環氧樹脂，所以同時粘合幾個拉力計，這樣就不會浪費環氧樹脂。由于環氧樹脂在一小時后開始固化，一次可以粘不超過20到40杯。20臺張力計需要大約20毫升的環氧樹脂。固化時間與溫度有關。在77°F下完全固化8小時。留出更多時間進行固化。膠合后，可使用油漆工膠帶將杯子固定在軸上。用膠帶固定兩個時要小心，以確保杯子與PVC軸對齊。讓膠水凝固至少24小時，用張力計杯端垂直支撐。提示：是在高于65°F的溫度下粘合零件。在較低溫度下可能需要更多的硬化劑。此外，建議首先測試一小批環氧樹脂，以確保硬化劑與環氧樹脂的比例足以使環氧樹脂硬化。
圖4. 用油漆膠帶防止膠水涂在PVC軸和陶瓷杯上
5. 在壓力表的?英寸外螺紋上涂抹管螺紋密封劑，并用手擰緊真空表。小貼士：不要過緊，否則PVC“T”會破裂！
6. 將除氣蒸餾水充滿張力計。水可以通過煮沸并冷卻來除氣。
7. 在橡膠塞的下端涂上一層薄薄的凡士林薄膜，然后輕輕扭轉一下，將橡皮塞插入張力計的頂端，以牢固地固定塞子（塞子松脫是真空泄漏的主要原因）。
圖5. 成品張力計已準備好進行測試
測試張力計是否漏氣：
在將張力計注滿水并用橡皮塞密封后，在陶瓷杯的末端包上一塊干紙巾并緊緊握住（圖6）。如果張力計充滿脫氣水，當毛巾從杯中吸水時，張力應迅速增加至約20至30千帕。如果壓力計沒有增加到0以上，則可能有空氣泄漏到張力計中。檢查膠接處，確保塞子牢固就位。
如果張力迅速增加到20千帕以上，則將張力計放在陽光下，以確保張力升至70至80千帕以上。這可能需要一些時間，幾分鐘到幾小時，這取決于環境溫度。如果張力沒有增加到較高的值，則檢查膠接處和止動塊。同時檢查壓力表是否牢固地擰入PVC“T”
圖6. 用干紙巾包住陶瓷杯，測試張力計是否能保持真空
現場安裝張力計：
在野外正確安裝張力計將使陶瓷杯與周圍土壤緊密接觸。使用直徑為?英寸的土壤探針，在比安裝深度淺幾英寸的深度處打一個導向孔（圖7）。把土和水充分混合成薄煎餅狀的稠度，制成土水漿。向孔內加入泥漿，將拉力計推至所需深度（圖8）。土壤泥漿確保水可以在陶瓷杯和周圍土壤之間自由流動，并填充孔和張力計軸之間的空隙。陶瓷杯和土壤之間形成的氣隙會降低張力計讀數的準確性。平衡兩天后，張力計讀數應準確反映土壤的張力。
圖7. 用土壤探針鉆一個孔，深度比張力計的預期深度（A）小1或2英寸。
在孔中灌注土壤泥漿將有助于在陶瓷杯和周圍土壤（B）之間形成良好的水力接觸
圖8.在滴灌洋蔥作物上新安裝的張力計
翻譯:陳棟
2022更新信息：
陶瓷杯已升級，2022年開始新型號如下，更新的DYI操作指引如下：
The part is improved. The new item is SKU Y2630C (see the link below for more details).
https://ucanr.edu/blogs/blogcore/postdetail.cfm?postnum=46311
SKU: Y2630C
技術支持：service@epc.com.hk
