土壤水分受土壤孔隙的毛管引力和土粒的分子引力作用，使水处于负压（吸力）状态，土壤吸力愈，含水量愈小；土壤吸力愈小，含水量愈多。负压式土壤湿度计（张力计）是测定这种土壤吸力（或称土壤基质势）的仪器。土壤水吸力传感器在这种仪器基础上制成。
土壤水吸力传感器由陶土头、压阻传感器等部件组成（见图）。陶土头是仪器的感应部件，具有许多细小的孔隙，陶土头被水侵润后，在孔隙中形成一层水膜。当充满水而且密封的土壤湿度计插入水分不饱和土壤时，水膜便与土壤水连结起来，使仪器内部的水产生负压。压阻式传感器将负压力转换成电讯号，且二者呈线性关系。这样，传感器测得的电压可转换成负压，是土壤水吸力。
仪器具有结构简单，灵敏度较高，使用方便等优点，可以连续测定土壤水分吸力，及时反映土壤水分动态变化。为灌溉、排水、调节作物生长提供必要的科学根据。
二、结构
土壤湿度计由集气管、压阻式传感器和陶土头等部件组成，集气管上端为注水口，用盖子盖紧。旁侧有一个接口与传感器联接，下端通过塑料管与陶土头相接。
压阻式传感器其测量范围为0~100Kpa，精度为1%。需用1.5mA恒流供电（外接电缆短于40m时也可采用恒压供电方式）。
在0~100Kpa测量范围内，各传感器的输出电压不尽相同。因此，对吸力值与输出电压值之间的关系需要标定。标定装置如图2所示，传感器内应充满无气水，用恒流源对传感器供电。测定不同吸力值（由真空泵抽气，经水银压力表显示吸力值）时相应的传感器输出电压值，即获得该传感器的电压—吸力值的率定关系。
真空泵
盖子
集气管
传感器
电缆
电缆线 土壤水
塑料管 吸力传
感器
插头
陶土头
水银压力表 电源
数字电表
图1 土壤水吸力传感器示意图 图2 传感器标定示意图
三、传感器电特性参数
供电电源：恒流源 1.5~2mA
或10VDC（10VDC）
零点偏置：小—30，标准0，+30mV
零点漂移（0~50℃）：±2.0mV
线性度：标准±0.25% ±1.0%Span
重复性与迟滞：±0.15%Span
反应时间：1.0ms
输入阻抗：5.0KΩ
输出阻抗：5.0KΩ
年漂移：±0.5%Span
工作环境：—40℃~+85℃
储存温度：—55℃~+100℃
满量程输出：平均225mV，低165mV，285mV
过载特性：45psi
接线： 1 电源（+）——兰色线
2 信号输出（-）——红色线
3 电源（-）—— 绿色线
4 信号输出（+）——黄色线
四、使用方法
1、 使用前的准备
为了使仪器能够达到的灵敏度，在使用之前，必需把仪器内部的空气除净，其步骤如下：
1.1 开启集气管的盖，徐徐注入经煮沸后冷却的新鲜无气水，直到加满为止，将仪器直立10~20分钟（不要加盖子），让水把陶土头浸润，并见水从陶土头表面滴出。
1.2 将仪器注满无气水，旋紧盖子，加以密封，并将仪器直立，让陶土头在空气中蒸发，约2小时后，从陶土头、传感器、塑料管及集气管中会有气泡溢出，轻轻敲打仪器，使气泡集中到集气管中。
1.3 将陶土头浸入无气水中，打开盖子，重新充满无气水，旋紧盖子，再让陶土头在空气中蒸发。同时，轻轻敲打仪器，收集溢出的空气。
1.4 按以上步骤进行2~3次，每进行一次之后，传感器的输出电压值可升得。直到电压值相当于85Kpa吸力值时，将陶土头浸入无气水中，集气管中气泡变小后打开塞子，加满水，旋紧盖子，将陶土头浸在无气水中备用。
2、 零位校正
仪器密封后，传感器至测点（陶土头中部）间存在一个静水压力值，如作测量，此静水压力差应予，这需要零位校正。实际测定时，传感器所测得的吸力值是土壤水吸力与传感器内这段水柱压力之和。因此在计算时，土壤水吸力等于测得的总吸力减去水柱压力。水柱压力是传感器接口到陶土头中心之间的垂直高度（厘米水柱高/1020×100。为千帕斯卡数）。
校正方法：将除好气的仪器陶土头浸在水中，水正好浸到陶土头中部，此时传感器的输出电压值，即为仪器的校正值。测量值减去零位校正值，是测点的土壤吸力。
3、 安装
在需要测量土壤吸力的地方，以一直径相当于陶土头的钻孔器开孔到待测深度，倒入少许泥浆，垂直插入传感器，使陶土头与土壤紧密接触，然后将周围填土捣实，以免雨水沿塑料管周围松土下渗而失去代表性。
五、读数
仪器安装好24小时后，便可进行数据采集，采集时间在清晨，以避免测点和仪器因温度不同而造成的误差。
仪器的量程为85Kpa。连续的土壤吸力读数可绘入坐标纸上，所绘成的曲线是灌溉排水好的参考资料。
六、检查
在使用仪器的过程中，必须定期检查集气管中的空气容量，如空气容量过集气管的容积的一半，必须重新补满水，时可在原地打开盖子，用无气水灌满，但要注意不要让陶土管与原来接触的土壤松动，如操作时已造成松动，应在附近开孔重新安装。一般来讲，如埋设前仪器内部的空气基本除净，且土壤的湿度在仪器的测量范围内，则可连续维持20~25天，不必重新加水。
七、使用注意事项
1、 陶土头切忌油污，以免堵塞细孔，仪器失灵。
2、 测得土壤水吸力值后，欲知相应的土壤含水量值，应通过土壤水分特征曲线求得。土壤水分特征曲线由压力膜仪或吸力平板仪测定。
3、 当气温下降到冰点前，应将仪器撤离。
4、 单位换算：100Kpa（千帕斯卡）=1巴=1000毫巴=75.01厘米汞柱=1020厘米水柱
土壤吸力与土壤水势值，其值相同，而符号相反。例如，土壤水吸力为20Kpa时，即土壤水势为—20Kpa。