懸掛式土壤蒸滲儀
*部分:產(chǎn)品技術(shù)介紹
1.1 產(chǎn) 品 簡 介
波恩儀器公司研發(fā)的稱重式土壤蒸滲儀是在現(xiàn)代電子技術(shù)、土壤物理學(xué)和微氣候?qū)W等學(xué)科領(lǐng)域不斷深入發(fā)展的基礎(chǔ)上,為測定農(nóng)田蒸騰、蒸發(fā)和地下水土壤水分轉(zhuǎn)化,而研發(fā)生產(chǎn)的一種更系統(tǒng)、更綜合的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)備。其通過對(duì)被測土壤(原狀土或人工配制實(shí)驗(yàn)土)水循環(huán)的記錄分析,以研究農(nóng)作物的耗水規(guī)律和SPAC系統(tǒng)中水分運(yùn)移轉(zhuǎn)化規(guī)律。該儀器采用的高精度、高分辨率稱重系統(tǒng),配置了智能數(shù)據(jù)采集器和信號(hào)傳感器,可同時(shí)監(jiān)測被測土體水分蒸騰蒸發(fā)、滲漏隨時(shí)間的微小變化及氣溫、空氣濕度、光照、降水等對(duì)應(yīng)相關(guān)參數(shù),并對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線快速分析處理、記錄存儲(chǔ),做到了數(shù)據(jù)采集的高速化、準(zhǔn)確化和人性化。大大提高了工作效率,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。適用于農(nóng)田、草原、森林及河流濕地等生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)的長期監(jiān)測。我公司生產(chǎn)的稱重式土壤蒸滲儀經(jīng)多年實(shí)際使用,在廣大用戶使用過程中贏得了非常好的口碑。
BN-XGZS102(懸掛式)稱重式土壤蒸滲儀(標(biāo)配),規(guī)格尺寸為:長2.0m,寬2.0m,深2.3m,表面積4平方米。
1.2 產(chǎn) 品 系 統(tǒng) 組 成
1.2.1系統(tǒng)組成
稱重式蒸滲儀整機(jī)系統(tǒng)可分為四大部分:
(一)測量部分:由土箱、稱重系統(tǒng)和平臺(tái)以及配套傳感器等組成。
(二)數(shù)據(jù)傳輸部分:由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、放大器及供電系統(tǒng)等組成。
(三)終端顯示部分:由蒸滲儀主控制器和配套軟件等組成。
(四)設(shè)備安裝地下室:由主設(shè)備室和檢修通道等組成。
1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)配置
序號(hào) | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 高精度位移傳感器 | 1套 |
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2 | 滲漏量傳感器 | 1只 |
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3 | 大氣溫濕度傳感器 | 1只 |
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4 | 光照傳感器 | 1只 |
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5 | 雨量計(jì) | 1套 |
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6 | 連接電纜及信號(hào)控制線 | 1套 |
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7 | 機(jī)械秤體及土箱 | 1套 |
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8 | 數(shù)據(jù)采集器及主控制器 | 1臺(tái) |
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9 | 備電箱和太陽能電池板及蓄電池 | 1套 |
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10 | 中心控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)下載分析軟件 | 1套 |
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11 | 地下室 | 1處 | 另計(jì) |
1.3 工 作 原 理
1.3.1蒸滲儀測量原理
對(duì)于被蒸滲儀測量的土柱,其水量的平衡方程為:
△S = P + I + Q - △R – ET (1)
式中△S為土壤儲(chǔ)存水量的變化,P為降水量,I為灌溉量,Q為地下水流,△R為凈地表徑流量,ET為蒸騰蒸發(fā)量。
對(duì)于蒸滲儀,△R一般可以忽略,方程1可改為
ET = P + I + Q - △S (2)
降水量(P)和灌溉量(I)可以由雨量計(jì)和水表直接測得。土壤儲(chǔ)存水量的變化量(△S)代表降水或灌溉后水分的增加,或測量蒸騰蒸發(fā)作用導(dǎo)致水分的損失,這些較難測量,所以產(chǎn)生了高精度的稱重系統(tǒng)來測量△S。
地下水流Q代表由蒸滲儀供排水系統(tǒng)供進(jìn)和排出的土柱的水量。在地下水位不發(fā)生變化時(shí),加入到土柱的水量為地下水對(duì)土壤水的補(bǔ)給量(Eg),Eg = Q ,由土柱排出的水量為地下水補(bǔ)給量(Rg),Rg = Q ,如果大田中地下水位發(fā)生了變化,為了保持儀器內(nèi)水位與大田水位*,須向土柱內(nèi)加入或排出一定水量,地下水對(duì)土壤水的補(bǔ)給量與入滲量可由其間接計(jì)算得出。如果地下水位上升的△H
Eg = Q – a·△H (3)
如果地下水位下降了△H
Eg = b·△H – Q (4)
a和b為吸水和脫水實(shí)驗(yàn)測定的系數(shù)。實(shí)際上a=b=△Q,△Q為地下水位上升或下降時(shí)含水量的變化,可由水分儀測得。
稱重式蒸滲儀結(jié)構(gòu)原理圖
1.3.2稱重系統(tǒng)原理
懸掛式稱重機(jī)構(gòu)原理如下圖所示:由兩塊方鋼夾在鋼絲繩中部與兩塊斜鐵及平衡臂產(chǎn)生工作狀態(tài)。在平衡臂水平時(shí),鋼絲繩產(chǎn)生垂直錯(cuò)位(為基準(zhǔn)零點(diǎn))。當(dāng)土體重量發(fā)生變化時(shí),平衡臂上下擺動(dòng)形成擺角變化,通過鋼性連桿機(jī)構(gòu)將擺角的變化轉(zhuǎn)換為線位移,再利用高分辨率的位移傳感器測出位移變化量,經(jīng)過標(biāo)定,從而實(shí)現(xiàn)土箱重量變化的測量。
1.3.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理
信號(hào)放大器能夠采集位移傳感器和滲漏量傳感器的信號(hào),放大處理成數(shù)字信號(hào),再將這些數(shù)字信號(hào)通過RS485方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器,數(shù)據(jù)采集器可以連續(xù)記錄32000組數(shù)據(jù),每組由蒸發(fā)量、滲漏量,溫度等配套傳感器測量參數(shù)及對(duì)應(yīng)時(shí)間構(gòu)成。上位計(jì)算機(jī)可以通過RS232從數(shù)據(jù)采集器中以實(shí)時(shí)或歷史兩種方式獲取數(shù)據(jù),整理成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)、曲線、圖表,供實(shí)驗(yàn)者分析、存檔。
主機(jī)系統(tǒng) |
稱重式蒸滲儀測控系統(tǒng)組成框圖
降雨期間稱重式蒸滲儀監(jiān)測曲線(軟件截圖)
夏季南方(湖南祁陽)夜間蒸發(fā)量監(jiān)測曲線(軟件截圖)
蒸滲儀土箱重量變化量與傳感器的位移變化量成線性關(guān)系。通過傳感器測得位移變化量,再用標(biāo)定所得系數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)土箱重量的變化量即貯水量變化量。 在土箱的排水口,安裝滲漏量傳感器,測得滲漏量變化量。蒸散量由貯水量和滲漏量計(jì)算得到。本系統(tǒng)中,單位時(shí)間的蒸散量是由貯水量變化量減去滲漏量變化量。
懸掛式土壤蒸滲儀