JJF（新）123－2024
土壤水分监测仪器校准规范
Calibration Specification for Soil Moisture -Monitoring Instrument
2024-12-31 发布2025-06-30 实施
新疆维吾尔自治区市场监督管理局发布
归口单位：新疆维吾尔自治区市场监督管理局
主要起草单位：新疆维吾尔自治区计量测试研究院
新疆维吾尔自治区水土保持监测中心
（自治区水利厅水土保持实验站）
本规范委托自治区法制计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人：
陈武卿(新疆维吾尔自治区计量测试研究院)
蔡勤(新疆维吾尔自治区计量测试研究院)
卢刚（新疆维吾尔自治区水土保持监测中心（自治区水利
厅水土保持实验站））
刘敦利(新疆维吾尔自治区计量测试研究院)
参加起草人：
李菊艳（新疆维吾尔自治区水土保持监测中心（自治区水利
厅水土保持实验站））
肖振华（新疆维吾尔自治区水土保持监测中心（自治区水利
厅水土保持实验站））
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I
目录
引言…………………………………………………………………………………（ Ⅱ ）
1 范围…………………………………………………………………………………（ 1 ）
2 引用文件……………………………………………………………………………（ 1 ）
3 术语和计量单位……………………………………………………………………（ 1 ）
3.1 术语………………………………………………………………………………（ 1 ）
3.2 计量单位…………………………………………………………………………（ 1 ）
4 概述…………………………………………………………………………………（ 2 ）
5 计量特性……………………………………………………………………………（ 2 ）
5.1 示值误差…………………………………………………………………………（ 2 ）
5.2 重复性……………………………………………………………………………（ 2 ）
6 校准条件……………………………………………………………………………（ 2 ）
6.1 环境条件…………………………………………………………………………（ 3 ）
6.2 校准设备…………………………………………………………………………（ 3 ）
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………（ 3 ）
7.1 校准项目…………………………………………………………………………（ 3）
7.2 校准方法…………………………………………………………………………（ 3 ）
8 校准结果……………………………………………………………………………（ 5 ）
8.1 校准记录…………………………………………………………………………（ 5 ）
8.2 校准证书…………………………………………………………………………（ 5 ）
9 复校时间间隔………………………………………………………………………（ 5 ）
附录A 质控土壤制作方法……………………………………………………………（ 5 ）
附录B 校准原始记录参考格式记录………………………………………………（ 10 ）
附录C 校准证书的内容……………………………………………………………（ 11 ）
附录D 土壤水分监测仪器示值误差的测量不确定度评定………………………（ 12 ）
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II
引言
JJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量校准规
范编写规则》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成本规范
制订的基础性系列规范。
本规范参考了JJG 658-2022 烘干法水分测定仪、GB/T 28418-2012 土壤水分
（墒情）监测仪器基本技术条件，QX/T567-2020 自动土壤水分观测仪行业标准
的有关内容，结合工作实际制定。
本规范为首次发布。
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1
土壤水分监测仪器校准规范
1 范围
本规范适用于范围为（0~50%）土壤体积含水量的土壤水分监测仪器校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件：
JJG 658-2022 烘干法水分测定仪
GB/T 28418-2012土壤水分（墒情）监测仪器基本技术条件
QX/T567-2020 自动土壤水分观测仪
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文
件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3 术语和计量单位
3.1 术语
以下术语和定义适用于本文件。
3.1.1 土壤体积含水量soil volumetric water content
土壤中水的体积与其总体积的比值，用百分数表示（%）。
3.1.2 土壤重量含水量soil gravimetric water content
土壤中水的质量与干土质量的比值，用百分数表示（%）。
注：土壤重量含水量w 与土壤体积含水量Q之间的换算关系为：
水
Q
w
式中： 水 表示水的密度，取1g/cm3； 表示土壤容重，单位为g/cm3。
3.1.3 土壤相对湿度soil relative moisture
土壤重量含水量占田间持水量的比值。
3.1.4 有效土壤水分存储量soil effective water storage capacity
土壤中含有的大于凋萎湿度的水分存储存量。
3.2 计量单位
采用计量单位有：千克（kg）、克（g）、分（min）、摄氏度（℃）
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2
4 概述
土壤水分监测仪器是一种测量土壤水分含量的仪器，以土壤水分传感器为基础，
结合数据采集、传输、显示等部分构成。测量时传感器的电容振荡频率信号由数据处
理软件经过定的算法反演出土壤含水量。传感器工作时可产生高频振荡电场，土壤含
水量的变化引起圆环电容周围介质的介电特性变化，圆环电容传感器感应的土壤电容
值就会改变，从而引起LC 振荡器的振荡频率变化，传感器把测得的高频信号变换后即
可得到土壤含水量。依据安装方式的不同，可分为管式和插针式两种。
a) 管式传感器测量原理b) 插针式传感器测量原理
图1 传感器的测量原理
5 计量特性
5.1 示值误差
土壤水分监测仪器的最大允许误差见表1。
5.2 重复性
应不大于2%。
表1 土壤水分监测仪器最大允许误差
体积含水量3%~10% 15%~25% 35%~50%
最大允许误差±5% ±2.5% ±5%
6 校准条件
6.1 环境条件
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3
校准应在稳定的环境下进行，须满足如下要求：
a) 空气温度：-40℃～60℃；土壤温度：-10℃～55℃；
b) 相对湿度：5%～95%。
6.2 计量标准及配套设备
质控土壤：240 目玻璃砂、纯净水（或蒸馏水）；
烘箱：控温温度在105℃，内部容积不小于0.06m3；
电子天平：实际分度值不得大于0.01g，满量程至少1000g；
电子秤：分度值不得大于10g，满量程至少30kg；
配套设备还包括塑料搅拌容器；重力锤；烘干铝盒；环刀；取样器；有机玻璃容
器（见图2）：管式校准容器为中空圆柱体，外径24 cm，内径为5.6cm，高度12 cm；
插针式校准容器为圆柱体，外径24 cm，高度12 cm。
a.管式校准容器b.插针式校准容器
图2 土壤水分监测仪器校准容器
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目包括示值误差及重复性。
7.2 校准方法
7.2.1 功能性检查
7.2.1.1 水分测定仪的控制系统能够保证正确的数据显示、存储及传输。
7.2.1.2 当水分测定仪遇到干扰时,应具有一定的抗干扰能力:
a)不会产生显著误差；
b)当显著误差不能自动予以消除时,可以将其检测出来。
7.2.2示值误差
测定仪特定环境校准：测定仪置于空气中，测量此时的体积含水量，小于0.3%；
将传感器置于装满纯水的水桶中，测量此时的体积含水量，接近100%。
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4
校准前将校准容器放置在平坦、牢靠工作台面上，校准工作示意图如图3所示。
a.管式传感器校准示意图b.插针式传感器校准示意图
图3 土壤水分传感器校准示意图
7.2.3.1 校准点选择
校准点选择体积含水量为5％、15％、25％、饱和点。校准前先按照附录A 中规
定的操作方法，配置以上校准点质控土壤并密封保存。
7.2.3.2 校准方法
a)针对管式传感器，应按照图3a 要求将传感器垂直插入校准容器的护管中。
b)针对插针式传感器，应按照图3b 要求将传感器均匀垂直插入校准容器中。
注：调节被测土壤水分监测仪器至当前试剂池的中部， 确保水分传感器部件外
沿距当前试剂池上下沿不小于1.0cm。
c)开始校准前将土壤水分监测仪器加电预热5min。
d)按照规定的校准点，分别校准土壤水分监测仪器的传感器的测量值（土壤体积含
水量），每隔1min 采集1 次测量值，共采集6 次，取6 次测量平均值作为测量结果，
测量结果减去标准值得出测量误差。
7.2.3 重复性
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5
用贝塞尔公式计算重复性，见公式（1）：
1
( )
1
2
n
x x
s
n
i
i
（1）
s：单次实验标准偏差；
i x ：土壤水分监测仪器示值；
x ： n 次测量的算数平均值；
n ：重复测量的次数。
8 校准结果
8.1 校准记录
校准记录应尽可能详尽地记载测量数据和计算结果，记录格式见附录B。
8.2 校准证书
校准证书内页格式见附录C。校准项目可根据被校仪器的预期用途选择使用，对
校准规范的偏离，应在校准证书中注明。
9 复校时间间隔
建议复校时间间隔一般不超过1 年。如果仪器经维修、更换重要部件或对仪器性
能有怀疑时，应随时校准。
由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因
素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。
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附录A
质控土壤制作方法
质控土壤标准水分的获取是用一定比例的玻璃砂与纯净水混合，通过控制加入的
水量，可得到不同体积含水量的标准介质，用于土壤水分监测仪器实验室校准使用。
制作步骤如下：
将试验需要的玻璃砂进行晾晒或使用烘箱烘干，保证玻璃砂中基本无水分（建议
使用烘箱烘干玻璃砂）。烘干后的玻璃砂使用双层塑料袋密封包装，如有条件时包装
袋内放置干燥剂以防玻璃砂潮湿。
制作过程中需使用的容器及工具均应洗涤干净，并烘干后保持干燥。
根据各校准点、水量计算：玻璃砂容重为1.5g/cm3，计算所需玻璃砂重量和加水
量（详见表A1）。
表A1 质控土壤含水重量表
校准点
管式插针式
体积cm3 加水量（g） 玻璃砂重量（g） 体积cm3 加水量（g） 玻璃砂重量（g）
5% 5130.5 256.5 7695.8 5425.9 271.3 8138.9
(饱和点) 5130.5 2052.2 7695.8 5425.9 2170.4 8138.9
注：校准容器为圆柱形内径24cm，玻璃砂装至（从容器底部算起）12cm 处。铜环式所用校准容器
在盒的正中央有一个直径5.6cm 的圆柱型孔，饱和点加水量以40%的体积含水量估算。
1 饱和玻璃砂的制作
1.1 称砂及水
使用大量程天平分别称出表A1 中相应量的玻璃砂和水。
1.2 装入容器
首先，将所需水量的1/4 倒入校准容器中。然后，倒入所需玻璃砂的1/4，使用工
具搅拌，使其尽量均匀分布在容器内。
重复以上步骤，直至倒入全部玻璃砂及蒸馏水。
保证容器内的玻璃砂表面无水渗出，若有多余的蒸馏水渗出，应使用吸管吸出。
1.3 校准容器的密封
校准容器密封后，至少静止1 小时后，使用吸管吸出表面多余的蒸馏水方可使用。
2 不饱和玻璃砂的制作
2.1 称砂及水
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7
称砂：根据被测测定仪类型，使用大量程天平称出表A1 中相应量的玻璃砂。
称水：根据被测测定仪类型、目标体积含水量查表A1 加水量数据，使用小量程
天平称出该重量的蒸馏水。如水的重量超出天平的量程，可分多次进行。
2.2 搅拌
将玻璃砂倒入搅拌容器内并加入称取的水，充分搅拌均匀。尽量使用不锈钢器具
进行搅拌，避免水分损耗。
2.3 装入容器
将搅拌后的玻璃砂和蒸馏水的湿砂样称重。
取出总重量的1/4，装入校准容器内。将容器内的湿砂样均匀铺平，并使用重锤逐
步夯实，可采用先轻压后重锤的方法。使得湿砂样的上表面达到校准容器的3cm 刻度
处。然后，再重复以上操作，直至所有湿砂样全部装入校准容器内。最后湿砂样的上
表面应达到校准容器的12cm 处。
2.4 容器密封
标准介质制作完成后，即可使用。
2.5 注意事项
非饱和砂样制作完成后放置时间不要超过12 小时，否则砂样的含水量有可能变得
不均匀，影响校准的准确性。
3 质控土壤测量不确定度评定
3.1 测量模型
式中： x0——质控土壤水分，%；
m0—— 铝盒重量，g；
m1—— 烘干前土壤与铝盒的总重量，g；
m2—— 烘干后土壤与铝盒的总重量，g。
3.2 灵敏系数
1 0
1 2
0 m m
x m m
2
1 0
1 2
1 0 0 /
m m
c x m m m
2
1 0
0 2
2 0 1 /
m m
c x m m m
1 0
3 0 2
/ 1
m m
c x m
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3.3 传播律公式
因各输入量彼此独立不相关，所以
2
3 2
2
2 1
2
0 1 0
u2 (x ) c u m c u m c u m c
4 全部输入量的标准不确定度评定
4.1 输入量m0、m1 的标准不确定度评定
此项不确定度都是由于电子天平的称重而引入的。天平经检定合格，其最大允许
误差为0.0005g，于是：
4.2 输入量m2 标准不确定度评定
该项不确定度是由于电子天平的称重不确定度、流转过程中的水分变化、易挥发
性物质和烘干土壤中的残留水分因素等而引入的。
电子天平称重的最大允许误差为0.0005g，于是由此引入的不确定度为：
流转过程中水分变化的最大值估计为重量0.02%（对于3g 土壤）：
烘干土壤中的残留水分与铝盒引入的水分估计为3mg：
综合以上分量，
5 标准不确定度汇总
标准不确定度汇总
表3、标准不确定度汇总表
标准不确
定度分量
不确定度来源标准不确定度ci ciui
( ) 0 u m 天平称量0.000289 g -0.05266g-1 0.0015%
( ) 1 u m 天平称量0.000289 g -0.2680g-1 0.0077%
( ) 2 u m
天平的不确定度
水分变化
残留水分
0.000482 g 0.3207g-1 0.015%
( ) ( ) 0.0005/ 3 0.000289( ) 0 1 u m u m g
( ) 0.0002 3/ 3 0.000346( ) 2 2 u m g
( ) 0.0005 / 3 0.000289( ) 1 2 u m g
( ) 0.0003 / 3 0.000173( ) 3 2 u m g
u(m ) u (m ) u (m ) u (m )2 0.00048（2 g）
3 2
2
2 2
2
2 1 2
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6 合成标准不确定度的评定
不确定度传播率公式可知：
2
3 2
2
2 1
2
0 1 0 u (x ) c u m c u m c u m c =0.017%
7 扩展不确定度的评定
取扩展因子k = 2，扩展不确定度：U = 0.034%
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附录B
校准原始记录参考格式
送校单位校准证书编号
仪器名称制造厂
仪器型号仪器编号
质控土壤水分值有效期至
校准依据
温度湿度
校准日期校准地点
校准人员核验人员
1、外观及功能性检查：
2、示值误差：
校准点()
土壤水分监测仪器示值
平均值示值误差U（k=2）
1 2 3 4 5 6
3、重复性：
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附录C
校准证书（内页）格式
1、外观及功能性检查：
2、示值误差：
3、重复性：
校准内容结束
校准点示值误差不确定度U（k=2）
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附录D
土壤水分监测仪器示值误差的测量不确定度评定
1 概述
1.1 测量依据：JJF（新）**－2024《土壤水分监测仪器校准规范》。
1.2 环境条件：温度20.5℃，相对湿度56%。
1.3 测量标准：选240 目玻璃砂作为质控土壤，用纯净水（蒸馏水）作为配比液，按附
录中推荐的配比方法，配比成15％±2.5％的质控土壤。
1.4 被测对象：土壤水分监测仪器。
1.5 测量方法：用直接比较法，土壤水分监测仪器采集的水分值与烘干法得到质控土壤
水分值比较，即为土壤水分监测仪器的示值误差。
1.6 评定结果的使用：在符合上述条件下的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评
定结果。其它称量点的示值误差测量结果的不确定度可参照本方法进行评定。
2 测量模型
E x x0
式中：E ---水分测定仪的示值误差，%；
x ---水分测定仪的示值，%；
0 x ---质控土壤水分含量，%；
2.2 灵敏系数
1 1 c E x
1 1 0 c E x
2.3 传播律公式
因各输入量彼此独立不相关，所以
2
0
2
2
2 2
1 u c u x c u x c
3 输入量的标准不确定度的评定
3.1 输入量0 x 的标准不确定度分量( ) 0 u x 的评定
制成质控土壤水分的水分误差，其扩展不确定度U = 0.034%，k = 2，：
0.017%
2
( ) 0.034% 0 u x
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3.2 输入量x的标准不确定度分量u(x)的评定
3.2.1 测量重复性引入的标准不确定度分量( ) 1 u x
在重复性条件下连续测量10 次，得到如下数列：14.8%，13.8%，14.2%，14.5%，
13.8%，13.6%，12.1%，13.2%，14.2%，13.4%。
单次实验标准差0.763%
1
( )
1
n
x x
s
n
i
实际校准时需要测量6 次，取6 次结果的平均值作为测得值，所以
0.31%
6
( ) 1 u x s
3.2.2 水分测定仪分辨率引入的标准不确定度分量
0.029%
3
0.1%/ 2
3
( ) / 2 2 u x d
重复性引入的不确定度分量大于分辨率引入的不确定度分量，因此可以不考虑分
辨率引入的不确定度分量，则： u(x) =0.31%
4 标准不确定度汇总表
输入量的标准不确定度汇总表
不确定度分量不确定度来源
标准不确定度
i u x
概率分
布Ci
标准不确定度
分量
( ) 0 u x 质控土壤水分0.017% 均匀1 0.017%
u(x) 重复性0.31% 正态-1 0.31%
5 合成标准不确定度
由传播律公式得，合成标准不确定度为：
uc=0.32%
6 扩展不确定度的评定
取包含因子k=2，其扩展不确定度为：U=0.7%
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