CN101793540A - 一种测定大气蒸发潜力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定大气蒸发潜力的装置，包括：马氏瓶、支架、导管以及蒸发槽，马氏瓶用于在向外供水时提供稳恒压力，底部通过所述导管与所述蒸发槽相连；支架用于固定和调节所述马氏瓶、蒸发槽的空间位置；导管用于连通所述马氏瓶和所述蒸发槽；蒸发槽置放在大气中，充注有水，所述蒸发槽内充注水的液面与所述马氏瓶的进气口位置水平。应用本发明，可以提高测定大气蒸发潜力的精度且该装置结构简单、成本低、连续测定大气蒸发量。

Description

一种测定大气蒸发潜力的装置

技术领域

本发明涉及测试技术，特别涉及一种测定大气蒸发潜力的装置。

背景技术

大气蒸发潜力是指在一定时期内自由水面在大气中下降的量(mm)。不同的地区在不同的季节里的大气蒸发潜力是不一样的。因而，对于农业灌溉、气候特征研究来说，如果能够掌握每个地区在不同时间里的大气蒸发潜力，就可以针对该地区的大气蒸发潜力以及农作物在各生长阶段的需水分布，及时而准确地对农作物灌溉进行指导，作为基础数据设计灌溉工程等。一方面，可以避免浪费水资源，节约用水，尤其是在缺水、少水的地区，提高水资源的利用率显得尤为重要；另一方面，又可避免水灌溉不足影响农作物生长，导致农作物减产的现象发生。

现有技术中，测定大气蒸发潜力主要采用蒸发皿测定法，通过在蒸发皿盛放一定容积的水，放置于大气中，记录下蒸发槽中水的刻度，在预先设定的时间到时，测定水面从刻度处下降的距离，该水面下降量即为该时间内的大气蒸发潜力。

上述测定大气蒸发潜力的方法，一般通过手工方法测定水面从刻度处下降的距离，距离的测定误差较大，使得测定得到的大气蒸发潜力精度及准确度不高，不能连续测定。

针对上述测定误差较大、难以进行长期测定的缺陷，目前提出了利用传感器来记录水面高度变化的装置，但是这些带有传感器的装置结构较复杂、成本较高，而且，利用传感器来记录水面变化，传感器容易受水面波动的影响，传感器输出的数据还是存在一定的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测定大气蒸发潜力的装置，该装置结构简单、成本低、可以连续测定、测定精度较高。

为达到上述目的，本发明提供了一种测定大气蒸发潜力的装置，包括：马氏瓶、支架、导管以及蒸发槽，其中，

马氏瓶，用于在向外供水时提供稳恒水压，底部通过所述导管与所述蒸发槽相连；

支架，用于固定所述马氏瓶及蒸发槽；

导管，用于连通所述马氏瓶和所述蒸发槽；

蒸发槽，置放在大气中，充注有水，所述蒸发槽内充注的水的液面与所述马氏瓶的进气口位置水平。

进一步包括用于测定者观察的控水瓶，上端通过导管与马氏瓶出水口相连，底部通过导管与蒸发槽底部相连。

进一步包括用于在调节装置时，关断蒸发槽与马氏瓶的连通通路，在测试时，导通蒸发槽与马氏瓶的连通通路的开关阀。

在所述马氏瓶、导管、蒸发槽达到初始动态平衡后，记录马氏瓶中水面初始刻度值，并开始计时，在预先设定的计时区间里，记录马氏瓶中水面的当前刻度值，根据当前刻度值、初始刻度值以及蒸发槽中水面面积，计算得出大气蒸发潜力。

所述计算大气蒸发潜力的公式为：

式中，Δh’为预先设定的计时区间内的大气蒸发潜力，单位为mm，S为蒸发槽中水面面积，ΔV为马氏瓶中水面下降的体积。

一种测定土面蒸发量的装置，该装置包括：马氏瓶、支架、导管以及栽盆，其中，

马氏瓶，用于在向外供水时提供稳恒水压，底部通过所述导管与所述栽盆相连；

支架，用于固定所述马氏瓶和栽盆；

导管，用于连通所述马氏瓶和所述栽盆；

栽盆，置放在大气中，装填有土壤，所述栽盆内地下水位与所述马氏瓶的进气口位置水平。

一种测定作物生长需水量的装置，该装置包括：第一马氏瓶、第二马氏瓶、第一支架、第二支架、第一导管、第二导管、第一栽盆以及第二栽盆，其中，

第一马氏瓶，用于向外以恒定水压供水，底部通过所述第一导管与所述第一栽盆盆相连；

第一支架，用于固定所述第一马氏瓶；

第一导管，用于连通所述第一马氏瓶和所述第一栽盆；

第一栽盆，置放在大气中，装填有土壤，所述第一栽盆地下水位与所述第一马氏瓶的进气口位置水平；

第二马氏瓶与所述第一马氏瓶位于同一高度；

第二支架与所述第一支架位于同一高度；

第二导管与所述第一导管位于同一高度；

第二栽盆与所述第一栽盆位于同一高度，置放在大气中，填充有土壤，土壤中栽培作物。

由上述技术方案可见，本发明实施例的测定大气蒸发潜力的装置，包括：马氏瓶、支架、导管以及蒸发槽，马氏瓶用于在向外供水时提供稳恒水压，底部通过所述导管与所述蒸发槽相连；支架用于固定所述马氏瓶及蒸发槽；导管用于连通所述马氏瓶和所述蒸发槽；蒸发槽置放在大气中，充注有水，所述蒸发槽内充注水的液面与所述马氏瓶的进气口位置水平。这样，由于马氏瓶、控水瓶、蒸发槽以及导管都为一些常用的仪器，使得该测定大气蒸发潜力的装置结构简单、成本低、布放灵活；同时，通过将从小容器读取的马氏瓶中滴出的水量换算为蒸发槽中蒸发的当量水量，降低了二次读取和测量带来的误差，提高了测定大气蒸发潜力的精度。

附图说明

图1为本发明实施例测定大气蒸发潜力的装置结构示意图。

图2为本发明改进的测定大气蒸发潜力的装置应用于土面蒸发量的结构示意图。

图3为本发明改进的测定大气蒸发潜力的装置应用于作物生长需水量测定的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

现有技术中，一些仪器能够提供稳恒的输出水压，例如，马氏瓶等，当马氏瓶位置固定时，向外供水的压力是恒定不变的，不受马氏瓶内水量多少的影响。有关马氏瓶的结构及其工作原理，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

本发明实施例中，利用固定位置的马氏瓶向外供水的压力恒定不变的特性，通过将马氏瓶出水口与蒸发槽底部相连，并设置蒸发槽内开始进行大气蒸发潜力测定时充注的水的液面与马氏瓶进气口相同高度，则当与马氏瓶出水口相连的蒸发槽中的水蒸发时，由于水面下降，与蒸发槽水面连通的马氏瓶出水口处形成水压差，输出口水压下降，马氏瓶内盛放的水在压差作用下，从马氏瓶中流出，直至蒸发槽中水面处的压力与设定的马氏瓶向外供水的压力相等，即蒸发槽中水面与马氏瓶进气口相同高度，从而维持动态的平衡。则马氏瓶中流出的水量为蒸发槽中大气蒸发的水量，如果设置蒸发槽的水面面积远大于马氏瓶中水面面积，通过读取马氏瓶中水面下降的高度，换算为蒸发槽中水面下降的当量高度，则可以将读取水面的误差进行分化，使得换算为蒸发槽中水面下降的当量高度的误差大大减少。

实际应用中，蒸发水面的高度要稍微低于蒸发槽的边沿，不然就满出来了，而蒸发水面所处的位置要与马氏瓶进气口在同一高度，也就是马氏瓶的进气口和蒸发水面处于同一水平面，这样蒸发水面的高度就不会发生变化。

图1为本发明实施例测定大气蒸发潜力的装置结构示意图。参见图1，该装置包括：马氏瓶11、支架12(图中未示出)、导管13以及蒸发槽14，其中，

马氏瓶11，用于向外供水时提供稳恒的水压，底端通过导管13与蒸发槽14相连；

实际应用中，马氏瓶外壁上设置有标识瓶内水面的刻度线，通过记录水面所在马氏瓶的刻度位置，就可以获取马氏瓶内水的体积。

支架12，用于固定马氏瓶11；固定马氏瓶、控水瓶及蒸发槽，调节马氏瓶11、蒸发槽14以及后续的控水瓶15的空间位置；

导管13，用于连通马氏瓶11和蒸发槽14；

蒸发槽14，置放在大气中，充注有水，充注的水的液面与马氏瓶11的进气口位置水平。

本实施例中，在测定过程中，也就是蒸发槽中充注的水面与马氏瓶进气口的高度差产生的压力为马氏瓶向外供水的驱动力。

实际应用中，马氏瓶向外供水的压力可以理解为大气蒸发力所驱动。

马氏瓶11包括：进水口111、进气口112以及出水口113，

进水口111，用于在马氏瓶内水量减少时，补充马氏瓶11向蒸发槽14流出的水量；

进气口112，与外部大气相通，用于保持马氏瓶11出水口的出水压力为稳恒的水压，与蒸发槽14中水面高度相同；

出水口113，用于连接导管13，在蒸发槽14中的水蒸发使得液面下降时，向导管13输出水。

下面对马氏瓶向外以恒定水压供水的机理进行说明，在工作时马氏瓶的进气口和蒸发水面的高度一致，马氏瓶向外恒定供水的水压计算公式是：ΔP＝ρgΔh，ΔP为马氏瓶进气口到蒸发水面的压强，单位Pa，ρ为水的密度[kg/m³]，Δh为马氏瓶进气口到蒸发水面的水位差[单位为米，m]，当水位差为零时，马氏瓶对蒸发水面没有压力，一旦有水位差，这个压力驱动蒸发水面高度回复到初始高度，也就是蒸发水面和马氏瓶的进气口在同一个水平面。

实际应用中，该测定大气蒸发潜力的装置还可以包括：控水瓶15，上端通过导管13与马氏瓶11出水口相连，底端通过导管13与蒸发槽14相连，以便于测定者观察。

进一步地，还可以在导管13中设置开关阀16，用于在调节装置时，关断蒸发槽14与马氏瓶11的连通通路，在测试时，导通蒸发槽14与马氏瓶11的连通通路。

实际应用中，为了避免外界的影响，可以在蒸发槽周边设置防止虫、鸟饮水的障碍物以保障测定的精度。

实际应用中，还可以将计算得到的当量水量与蒸发槽水面面积进行相比，定义为该装置的蒸发系数，这个系数是装置的固定特性，不会变化的，如果知道马氏瓶内水量的减少量后，就可以通过这个系数折算出蒸发量。并通过一天、一月、一年连续观测马氏瓶内水的变化量，根据马氏瓶内水的变化量测定出相应地区在不同时间的大气蒸发潜力并绘制大气蒸发潜力随时间的曲线图，用以指导该地区的农业灌溉。

下面，对该测定大气蒸发潜力的装置的工作过程进行描述：

在蒸发槽中加水，以蒸发槽中水面为依据使用支架固定马氏瓶，使马氏瓶进气口与蒸发槽中水面保持同一高度，通过导管连通马氏瓶与控水瓶、以及控水瓶与蒸发槽，并关闭开关阀，关断马氏瓶至蒸发槽的通路；关闭进气口，然后通过进水口往马氏瓶中加水至预先设定的刻度后，将马氏瓶进水口封闭，打开马氏瓶的进气口，并打开开关阀，导通马氏瓶至蒸发槽的通路。这时，水面高度会根据进气口高度进行微动态调整，在达到动态平衡后，记录马氏瓶中水面初始刻度值，并开始计时，在预先设定的计时时间到时，记录马氏瓶中水面的当前刻度值(ΔV，体积变化量)，根据当前刻度值、初始刻度值以及蒸发槽水面面积，可以计算得出该时间段内的大气蒸发潜力。

在计时开始后，如果蒸发槽中水面下降，则马氏瓶进气口与蒸发水面处产生水位差，马氏瓶中的水在水位差的作用下，从马氏瓶中流出，通过导管、控水瓶以及开关阀流入蒸发槽，以补充蒸发槽中蒸发的水量，并使之达到动态平衡，即蒸发槽中水面保持初始水面高度。以下对该过程进行推导。

以导管B、C两处水压为例，B、C两处位于同一水平面上，设C处至蒸发槽水面高度为h，B处至马氏瓶出水口高度为H，在初始动态平衡时，蒸发槽内水面和马氏瓶进气口的高度一样高，h＝H，当测定开始后，蒸发槽内水位由于液面蒸发而降低，蒸发槽内液面和马氏瓶进气口处就有一个水位差，如果这个水位差产生的力和水滴所受的重力之合力(力的合成与分解)足以克服，也就是刚好大于控水瓶内滴管处将要滴下水的表面张力，这时这滴水就会滴下，直到蒸发槽内水面的高度和马氏瓶进气口相平为止，即当蒸发槽中水面由于大气蒸发而下降时，例如，下降Δh，此时，C处的水压为：P_c＝P₀+ρg(h-Δh)，而B处水压保持不变，为P_B＝P₀+ρgH，这样，P_B＞P_C，由于导管(连通器)有保持两侧水面水压相平的特性(连通器的原理)，马氏瓶内的水通过出水口的导管滴进控水瓶(用于直观观测蒸发过程)内，再通过开关阀流入蒸发槽中，使蒸发槽中水面上升，当水面上升到h高度时，B、C两处水压重新达到动态平衡，马氏瓶停止向控水瓶滴水，即马氏瓶与控水瓶以及蒸发槽达到初始动态平衡后，蒸发槽中的水面总能维持初始设置的水面，也就是说，蒸发水面和进气口处是一个连通器，连通器为底部互相连通的容器，两端都在大气压力下就会保持水平，如果蒸发水面的液面下降了，两端气压相等的情况下，就只有两端水面高度差，由此产生了水位差，为了维持蒸发水面和马氏瓶进气口在同一高度，马氏瓶进气口开始进气，马氏瓶内水面下降，直至上升到和马氏瓶进气口同高。因而，从马氏瓶中滴出的水量就为蒸发槽在大气中蒸发的水量。这样，通过记录一定时间内马氏瓶中滴出的水量ΔH’，换算为蒸发槽中蒸发的当量水量Δh’，也就是

其中，S为蒸发槽中水面面积，M为马氏瓶中水面面积，需要注意的是，计算时需要将单位统一，蒸发量的单位是mm，如果S＝10M，假设在马氏瓶中观察得到ΔH’的刻度值误差为1mm，则经过当量换算后，Δh’的误差为0.1mm，大大提高了测定得到的大气蒸发潜力的精度；而且，由于马氏瓶、控水瓶、蒸发槽以及导管都为一些常用的仪器，使得该测定大气蒸发潜力的装置结构简单、成本低、布放灵活。

实际应用中，对于图1所示的装置进行扩展，可以应用于其他方面的研究，下面举两个具体例子，对本发明改进的测定大气蒸发潜力的装置进行说明。

实施例一

图2为本发明改进的测定大气蒸发潜力的装置应用于土面蒸发量的结构示意图。参见图2，包括马氏瓶21、支架22(图中未示出)、导管23以及栽盆24，其中，马氏瓶21、支架22(图中未示出)与导管23与图1所示相同，与图1不同的是，栽盆24内装填土壤，也可以认为是在图1中的蒸发槽内装填土壤，马氏瓶21中的进气口212高度低于栽盆24，具体的位置可以根据预先设定的实验要求确定，进气口212的高度决定蒸发槽中土壤中水上升的基础高度。

进一步地，由于土壤具有的毛细作用，土壤水可能会沿着毛细管上升，从而可能导致从蒸发槽表面流出，影响测试的精度，因而，可以通过设置马氏瓶进气口和栽盆之间的相对高度来实现，这样就可以控制地下水位的高度。

实施例二

图3为本发明改进的测定大气蒸发潜力的装置应用于作物生长需水量测定的结构示意图。参见图3，在图2所示的基础上，增加同样的装置，各容器布放位置完全相同，并在其中的一个栽盆土壤中栽种作物，通过控制进入栽盆土壤中的水量，对比分析栽种作物的马氏瓶中消耗的水量以及同样条件下不栽种作物的马氏瓶中消耗的水量，两者之差即为作物生长需水量，实际应用中，还可以根据得到的作物生长需水量，绘制作物生长供水量与生长量间的对应关系曲线图，找到作物最佳生长需水量，从而为农业灌溉、水利工程设计提供参考。具体来说，该装置包括：第一马氏瓶、第二马氏瓶、第一支架、第二支架、第一导管、第二导管、第一栽盆以及第二栽盆，其中，

第一马氏瓶，用于向外以恒定水压供水，底部通过第一导管与第一栽盆相连；

第一支架，用于固定第一马氏瓶；

第一导管，用于连通第一马氏瓶和第一栽盆；

第一栽盆，置放在大气中，装填有土壤，第一栽盆内充注的水的液面与第一马氏瓶出水口位置水平；

第二马氏瓶与第一马氏瓶位于同一高度，用于向外以恒定水压供水，底部通过第二导管与第二栽盆相连；

第二支架与第一支架位于同一高度，用于固定第二马氏瓶；

第二导管与第一导管位于同一高度，用于连通第二马氏瓶和第二栽盆；

第二栽盆与第一栽盆位于同一高度，置放在大气中，填充有土壤，土壤中栽培作物，第二栽盆内充注的水的液面与第二马氏瓶进气口位置水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测定大气蒸发潜力的装置，其特征在于，该装置包括：马氏瓶、支架、导管以及蒸发槽，其中，

马氏瓶，用于在向外供水时提供稳恒水压，底部通过所述导管与所述蒸发槽相连；

支架，用于固定所述马氏瓶及蒸发槽；

导管，用于连通所述马氏瓶和所述蒸发槽；

蒸发槽，置放在大气中，充注有水，所述蒸发槽内充注的水的液面与所述马氏瓶的进气口位置水平。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括用于测定者观察的控水瓶，上端通过导管与马氏瓶出水口相连，底端通过导管与蒸发槽底部相连。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，进一步包括用于在调节装置时，关断蒸发槽与马氏瓶的连通通路，在测定时，导通蒸发槽与马氏瓶的连通通路的开关阀。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

在所述马氏瓶、导管、蒸发槽达到初始动态平衡后，记录马氏瓶中水面初始刻度值，并开始计时，在预先设定的计时区间里，记录马氏瓶中水面的当前刻度值，根据当前刻度值、初始刻度值以及蒸发槽中水面面积，计算得出大气蒸发潜力。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算大气蒸发潜力的公式为：

式中，Δh’为预先设定的计时区间内的大气蒸发潜力，单位为mm，S为蒸发槽中水面面积，ΔV为马氏瓶中水面下降的体积。

6.一种测定土面蒸发量的装置，其特征在于，该装置包括：马氏瓶、支架、导管以及栽盆，其中，

马氏瓶，用于在向外供水时提供稳恒压力，底端通过所述导管与所述栽盆相连；

支架，用于固定所述马氏瓶；

导管，用于连通所述马氏瓶和所述栽盆；

栽盆，置放在大气中，装填有土壤，所述栽盆内充注的水的液面与所述马氏瓶的进气口位置水平。

7.一种测定作物生长需水量的装置，其特征在于，该装置包括：第一马氏瓶、第二马氏瓶、第一支架、第二支架、第一导管、第二导管、第一栽盆以及第二栽盆，其中，

第一马氏瓶，用于向外以恒定水压供水，底端通过所述第一导管与所述第一栽盆相连；

第一支架，用于固定所述第一马氏瓶；

第一导管，用于连通所述第一马氏瓶和所述第一栽盆；

第一栽盆，置放在大气中，装填有土壤，所述第一栽盆内充注的水的液面与所述第一马氏瓶的进气口位置水平；

第二马氏瓶与所述第一马氏瓶位于同一高度；

第二支架与所述第一支架位于同一高度；

第二导管与所述第一导管位于同一高度；

第二栽盆与所述第一栽盆位于同一高度，置放在大气中，装填有土壤，土壤中栽培作物。

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