CN103913481A - 可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置及方法，该测量装置包括底座以及固定在底座上的温度探针和加热探针；每个温度探针内沿其轴线方向分别设置有第一测温元件和第二测温元件，所述两个测温元件均与数据采集装置连接，加热探针内装有加热丝，与加热装置连接。本发明中提供的测量装置和测量方法通过采用在每个温度探针中采用至少两个测温元件，减少了在实际应用中由于外因导致温度探针或加热探针弯曲变形而产生的植物茎流或土壤水流通量测量误差；此外，该装置结构简单，成本低，使用方便、测量快速准确。

Description

可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，更具体涉及一种可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置及方法。

背景技术

土壤水流通量的测量。

热脉冲方法测量水流通量的测量装置包括三个平行不锈钢探针，处于中间位置的是加热探针，另两个是装有测温元件的温度探针，设置在加热探针的两边，分别为上游温度探针和下游温度探针如图1所示，利用上下游两个温度探针所记录的温差的最大值来估算土壤中的水流通量。

稳态的水流下，热传导方程为：

$\frac{\∂T}{\∂t}=\mathrm{\α}(\frac{{\∂}^{2}T}{{\∂x}^2}+\frac{{\∂}^{2}T}{{\∂y}^2})-V\frac{\∂T}{\∂x}---\left(1\right)$

其中，T是温度，t是时间，α是热扩散率，x、y是空间坐标。

V=θ_wV_mC_w/C=JC_w/C   （2）

θ_w为水分含量，V_m为水流速率(m s^-1)，C_w为水的容积热容量(Jm^-3℃^-1)，C为待测物质热容量(J m^-3℃^-1)。热导方程表示了热扩散率与V的关系，已知热扩散率的情况下，通过测量数据可求出V，再利用公式2可求出水流通量J。

对于一个均质的，当采用无限线状热源加热时，加热时间为t₀，温度探针的温度变化满足：

$T(x,y,t)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{q}{4\mathrm{\&pi;\&lambda;}}{\&Integral;}_0^t{s}^{-1}\exp [-\frac{{(x-\mathrm{Vs})}^2+y^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]\mathrm{ds}& 0<t<t_0\\ \frac{q}{4\mathrm{\&pi;\&lambda;}}{\&Integral;}_{t-t_0}^t{s}^{-1}\exp [-\frac{{(x-\mathrm{Vs})}^2+y^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]\mathrm{ds}& t>t_0\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中s是求解积分时所设的虚拟变量。

现有技术中计算水流通量的几种方式：

（1）MDTD法，即最大无量纲温差法。

定义最大无量纲温差DTD，

$\mathrm{DTD}=\frac{4\mathrm{\&pi;\&lambda;}(T_d-T_u)}{q}---\left(4\right)$

其中，T_d是下游探针的温度升高值，T_u是上游探针的温度升高值。当DTD达到最大值时，表示为MDTD，

$\mathrm{MDTD}={\&Integral;}_{t_m-t_0}^{t_m}{s}^{-1}\left\{\exp \right[-\frac{{(x_d-\mathrm{Vs})}^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]-\exp [-\frac{{(x_u+\mathrm{Vs})}^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}\left]\right\}\mathrm{ds}---\left(5\right)$

t_m代表DTD达到最大的时刻，t₀为加热时间，x_u和x_d分别是上游温度探针和下游温度探针分别距离热源的距离。通过测量得到MDTD值后，根据计算出的热扩散率，可以计算出V，利用公式2进而得出水流通量。

（2）比率法

2002年提出的提出利用两个温度探针温度升高比值计算水流通量。对于有两个温度探针的热脉冲测量装置，上下两个温度探针的温度变化满足：

$\frac{T_d}{T_u}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\&Integral;}_0^t{s}^{-1}\exp [-\frac{{(x_d-\mathrm{Vs})}^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]\mathrm{ds}}{{\&Integral;}_0^t{s}^{-1}\exp [-\frac{{(x_u-\mathrm{Vs})}^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]\mathrm{ds}}& 0<t<t_0\\ \frac{{\&Integral;}_{t-t_0}^t{s}^{-1}\exp [-\frac{{(x_d-\mathrm{Vs})}^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]\mathrm{ds}}{{\&Integral;}_{t-t_0}^t{s}^{-1}\exp [-\frac{{(x_u-\mathrm{Vs})}^2}{4\mathrm{\&alpha;s}}]\mathrm{ds}}& t>t_0\end{array}\right.---\left(6\right)$

当t>>t₀时，T_d/T_u的值可以看做一个常数：对于x_d=x_u=x₀的情况，有以下关系式：

$\frac{T_d}{T_u}=\exp \left(\frac{x_{0}V}{\mathrm{\&alpha;}}\right)---\left(7\right)$

但是实际中，很难实现x_d=x_u，当两者不相等时公式7表示为，

$\frac{T_d}{T_u}=\exp \left(\frac{(x_d+x_u)V}{2\mathrm{\&alpha;}}\right)---\left(8\right)$

利用公式8求出V，结合求得的热扩散率以及公式2，可以得出水流通量为：

$J=\frac{2\mathrm{\&lambda;}}{(x_d+x_u)C_w}\ln \left(\frac{T_d}{T_u}\right)---\left(9\right)$

2007年对上述方法提出改进，

$\frac{T_d}{T_u}=\exp (\frac{{(x_u+\mathrm{Vt})}^2}{4\mathrm{\&alpha;t}}-\frac{{(x_d-\mathrm{Vt})}^2}{4\mathrm{\&alpha;t}});t>0---\left(10\right)$

得到的水流通量J的计算公式为：

$J=\frac{2\mathrm{\&lambda;}}{(x_d+x_u)C_w}\ln \left(\frac{T_d}{T_u}\right)=\frac{C(x_d-x_u)}{2C_w(t-(t_0/2))};t>t_0/2---\left(11\right)$

（3）最高温度时间法：

设上游探针温度达到最高时的时间为t_u，下游为t_d，那么应有以下关系式：

$\frac{t_d-t_0}{t_d}=\exp \left(\frac{-{(x_d-(t_d-t_0)V)}^2}{4\mathrm{\&alpha;}(t_d-t_0)}\right)\exp \left(\frac{{(x_d-{\mathrm{Vt}}_d)}^2}{{4\mathrm{\&alpha;t}}_d}\right)---\left(12\right)$

再进行转化得到：

$V^2=\frac{4\mathrm{\&alpha;}}{t_0}\ln \left(\frac{t_d-t_0}{t_d}\right)+\frac{{x_d}^2}{(t_d-t_0)t_d}---\left(13\right)$

和

$V^2=\frac{4\mathrm{\&alpha;}}{t_0}\ln \left(\frac{t_u-t_0}{t_u}\right)+\frac{{x_u}^2}{(t_u-t_0)t_d}---\left(14\right)$

根据上面公式得到的V，利用公式2，结合热扩散率，可得到水流通量J。

树干茎流的测量。

对于热脉冲方法测量树干茎流，基本原理与土壤水流通量类似。其探针与测量土壤水流通量的探针基本类似，但是在间距、长度上有所区别。测量土壤水流通量的探针初始间距x_u和x_d是近似相等的，在6mm左右，但是对于茎流测量，不同的方法存在很大的差别，这里主要介绍液流通量密度（m³m^-2s^-1）法，即SFD法。

一个理想的瞬时热源，温度变化满足：

$\mathrm{\&Delta;T}=\frac{q}{4\mathrm{\&pi;\&lambda;t}}\exp (-\frac{\mathrm{\&rho;c}}{4\mathrm{\&lambda;t}}{\left((x-V_{h}t)\right)}^2+y^2)---\left(15\right)$

其中，热源坐标为（0，0），ΔT是坐标为（x，y）的点在施加强度为q（m s^-1）的热脉冲后的温度变化，V_h为加热速率（m s^-1），t₀为加热时间。与土壤不同的是，树干在轴向和切向上的热导率是不同的，因此，

$\mathrm{\&Delta;T}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{q}{4\mathrm{\&pi;}\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{ax}}{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{tg}}}}{\&Integral;}_0^t\frac{1}{t}\exp [-\frac{\mathrm{\&rho;c}}{4t}(\frac{{(x-V_{h}t)}^2}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{ax}}}+\frac{y^2}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{tg}}})]\mathrm{dt}& 0<t<t_0\\ \frac{q}{4\mathrm{\&pi;}\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{ax}}{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{tg}}}}{\&Integral;}_{t-t_0}^t\frac{1}{t}\exp [-\frac{\mathrm{\&rho;c}}{4t}(\frac{{(x-V_{h}t)}^2}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{ax}}}+\frac{y^2}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{tg}}})]& t>t_0\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中，λ_ax为轴向上的树干热导率，λ_tg为切向上的树干热导率。

对于SFD可以按照以下方法计算：

$\mathrm{SFD}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_d}{{\mathrm{\&rho;}}_s}(\mathrm{MC}+\frac{c_{\mathrm{dw}}}{c_s}{V}_h)---\left(17\right)$

其中，MC是树干的含水量，c_dw是木材的比热，ρ_d是干木材的密度，ρ_s是液流的密度，一般假设是水的密度，c_s是液流的比热，一般假设是水的比热。

（1）热比法，即HR法

对于热比法，其计算是基于x_d和x_u是相等的，在计算公式中并未分出两者，因此当探针间距发生变化时意味着该方法已经不适用了。所以此方法不做介绍了。

（2）补偿热脉冲速率法，即CHP法

$V_h=\frac{x_d-x_u}{{2t}_c}---\left(18\right)$

其中t_c是在上游温度探针和下游温度探针达到相同温度时的时间。在这个方法中，不同于土壤水流通量的测量，x_d和x_u在初始时是不等间距的。

（3）T_max法

T_max方法中的温度探针只有一个下游探针，利用温度探针测量的温度达到最大时的时间t_m，

$V_h=\frac{\sqrt{x_d-{4\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ax}}{t}_m}}{t_m}---\left(19\right)$

其中α_ax是茎流为0时的树干的轴向热扩散率，

${\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ax}}=\frac{{x_d}^2}{{4t}_m}---\left(20\right)$

这个方法在应用时必须保证温度探针在加热探针的正上方，有人对这个方法做了改进：

$V_h=\sqrt{\frac{{4\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ax}}}{t_p}\ln (1-\frac{t_p}{t_m})+\frac{{x_d}^2}{t_m(t_m-t_p)}}---\left(21\right)$

${\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ax}}=\frac{{x_d}^2}{{4t}_m}\frac{t_p}{(t_m-t_p)}{\left[\ln \left(\frac{t_m}{t_m-t_p}\right)\right]}^{-1}---\left(22\right)$

其中，t_p为热脉冲持续的时间。

（4）“液流+”方法

这个方法的探针除了上下游温度探针外，有些情况下上游探针不存在，还有一个横向上的温度探针，其距离加热探针的距离为y。根据公式16，就可以得出需要的参数。

测量树干茎流的方法还有很多，这里不一一介绍了。

热扩散率α的计算。

只有在茎流或者水流流速接近于零的时候，才能准确测量得到热扩散系数和比热。比热的测定是基于无限长线状热源（ILS）的近似解，当线性热源为无限长时，并持续加热从0到t₀的时长，在给定的加热探针与测温探针之间的间距r时，可以从下面公式中得出温度上升的数值。

$\mathrm{\&Delta;t}(r,t)=\left\{\begin{array}{cc}-\frac{q/}{4\mathrm{\&pi;\&alpha;\&rho;c}}\mathrm{Ei}\left(\frac{-r^2}{4\mathrm{\&alpha;t}}\right)& t<t_0\\ -\frac{q/}{4\mathrm{\&pi;\&alpha;\&rho;c}}\left\{\mathrm{Ei}\right[\frac{-r^2}{4\mathrm{\&alpha;}(t-t_0)}]-\mathrm{Ei}\left(\frac{-r^2}{4\mathrm{\&alpha;t}}\right)\}& t>t_0\end{array}\right.---\left(23\right)$

其中ΔT是温度变化值（℃），Ei(-x)是指数积分，q/是单位时间内单位长度的线性热源所释放的热量（J m^-1s^-1）。从上面公式中温度上升到最大值所用的时间t_ma，则α和ρc能够从公式24和25计算出来。

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{r^2}{4}\left\{\frac{1/(t_{\mathrm{ma}}-t_0)-1/t_{\mathrm{ma}}}{\ln [t_{\mathrm{ma}}/(t_{\mathrm{ma}}-t_0)]}\right\}---\left(24\right)$

和

$\mathrm{\&rho;c}=\frac{q/}{4\mathrm{\&pi;\&alpha;\&Delta;}{T}_{\mathrm{ma}}}\left\{\mathrm{Ei}\right[\frac{-r^2}{4\mathrm{\&alpha;}(t_{\mathrm{ma}}-t_0)}]-\mathrm{Ei}\left(\frac{-r^2}{{4\mathrm{\&alpha;t}}_{\mathrm{ma}}}\right)\}---\left(25\right)$

其中,ΔT_ma是温度上升的最大值，t_ma是与之对应的时刻。

从以上现有技术的介绍中，可以得知，不管哪种方式计算茎流或水流通量，x_u和x_d都是关键因素。然而，在实际应用时，无论是对于茎流测量，还是土壤水流通量测量，都很容易导致温度探针受到外力等因素而形变变形。例如，在测量树木的茎流时，若采用事先打孔等方式，由于技术问题，也很容易导致温度探针间距偏离原始间距，另外还有树木的生长等因素，最终导致测出的树木茎流测量结果存在很大的误差。对于土壤水流通量的测量，由于土壤中的杂质异物，例如石块、树根的存在、冻融交替及其安装时的扭曲等因素，可能会导致温度探针或加热探针发生弯曲；以上情况都使xu和xd发生变化，使得计算得到的茎流或水流通量与实际茎流或水流通量偏差很大。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是准确计算温度探针与加热探针之间的实际距离。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置，所述测量装置包括底座以及固定在底座上的温度探针和加热探针；温度探针内沿其轴线方向各设置有第一测温元件和第二测温元件，所述两个测温元件均与数据采集装置连接，加热探针内装有加热丝，与加热装置连接。

优选地，所述温度探针的长度与的内径的比值大于25，加热探针的长度与的内径的比值大于25。

优选地，所述温度探针中的两个测温元件之间的距离要足够远。其位置要使得从温度探针的底端或者顶端开始放置的测温元件所测温度与温度探针中间位置所测得温度的相对偏差要达到小于1%。

优选地，所述温度探针的数量为两个以上。

优选地，所述温度探针和加热探针均由绝缘的可固化的密封材料灌装在底座上。

优选地，所述固化材料为环氧树脂。

优选地，所述加热探针和温度探针均为不锈钢的空心针管。

一种可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）标定温度探针内两个测温元件分别与加热探针之间的初始距离；

（2）植物茎流量或者土壤水流通量为0或近似为0时，将温度探针和加热探针插入树干预先打的孔中或土壤中，测量温度-时间响应曲线；

（3）由温度探针内包括的两个测温元件的温度变化差异判断温度探针是内倾还是外倾；

（4）求出理论倾斜角度，计算出温度探针或加热探针倾斜后两个测温元件到所述加热探针之间的实际距离，计算热扩散率；

（5）植物茎流量或者土壤水流通量不为0时，测量温度-时间响应曲线；

（6）根据求得的实际距离及两个测温元件温度上升到最大值所需的时间等参数，计算出植物茎流量或者土壤水流通量。

优选地，所述标定温度探针中两个测温元件与加热探针的初始距离，使用热导率和比热已知的材料标定。

（三）有益效果

本发明的可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置及方法，能够实地自我校正温度探针与加热探针的间距，通过在温度探针内设置两个测温元件来准确地得出温度探针与加热探针在测量时的实际间距，减少热脉冲方法在实际应用中由于温度探针或加热探针弯曲、倾斜等原因而产生的测量误差，而且该装置结构简单、测量快速准确、造价低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置测量茎流或水流通量简易示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置的结构示意图；

图3是温度探针外倾示意图；

图4是温度探针内倾示意图；

图例说明：

1、加热探针；2、温度探针；3、温度探针；4、加热丝；5～8测温元件；9、底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图2是本发明的一个较佳实施例的可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置的结构示意图。该实施例，温度探针采用两个的方式，测量装置包括固定在底座9上的加热探针1和温度探针2、3，加热探针1和温度探针2、3均采用空心不锈钢管制成。加热探针1内有镍铬合金材料的加热丝4。其中加热探针1的长度与的内径的比值大于25，温度探针2的长度与的内径的比值大于25，温度探针3的长度与的内径的比值大于25，在温度探针2、3内各设置有两个测温元件：测温元件5、6以及测温元件7、8，加热探针1与加热装置连接，四个测温元件分别与数据采集装置连接。所述测温元件可以是热敏电阻或热电偶，亦或是其它一切适合的测温元件。该测量装置通过在温度探针2、3中分别设置两个测温元件，以测温元件到加热探针的相对几何关系，能够准确得出在实地应用中温度探针或加热探针发生弯曲、倾斜之后的实际间距，结合其它参数准确地计算出水流通量。

以温度探针2为例说明温度探针的设计方案，为了增加信噪比，第一测温元件5和第二测温元件6在温度探针2的方向上的距离要足够远。其位置要使得从温度探针的底端或者顶端开始放置的测温元件所测温度与温度探针中间位置所测得温度的相对偏差要达到小于1%。如此放置即可以增加信噪比又能准确测量。对于土壤水流通量的测量装置而言，第一测温元件和第二测温元件在温度探针内的位置设计如图1所示，两个测温元件在温度探针的轴线方向上，两个测温元件距离温度探针顶端以及底座的距离都应大于或等于10mm，即靠近所述温度探针顶端的第一测温元件5距离温度探针2顶端的距离大于或等于10mm，靠近底座9的第二测温元件6距离底座9的距离大于或等于10mm。此外，两个测温元件之间间距至少大于6mm，这样就可以满足要求。但是对于植物茎流的测量，不同情况下探针间距不同，探针的长度也不同，要根据实际情况来确定测温元件的位置，但不管怎样，其位置要使得从温度探针的底端或者顶端开始放置的测温元件所测温度与温度探针中间位置所测得温度的相对偏差要达到小于1%。

加热探针1和温度探针2、3用热导率较高和电绝缘性较好的可固化的密封材料灌装固定在底座9上，以确保加热丝和测温元件固定在准确位置并与周围环境绝缘，优选该密封材料为环氧树脂，可根据实际需要选择其它符合的材料。另外，这里所指的温度探针可以是两个，也可以是三个甚至更多，只要每个温度探针中都装有至少两个测温元件，都可以根据本发明中的方法进行间距校正。

以下是利用上述测量装置测量实际温度探针与加热探针间距的校正方法，以测树干液流为例，其包括以下步骤：

（1）测量前分别标定温度探针2、3内的两个测温元件，即测温元件5、6和7、8，到加热探针1的初始间距。可用热导率和比热已知的材料标定测温元件与加热探针之间初始间距，对于温度探针2，标定测温元件5和测温元件6到加热探针的距离分别为记为x10和x20；

（2）在待测的树干上打孔，插入温度探针以及加热探针，在树干液流通量为0或近似为0时，通电施加热脉冲，由加热探针1放出的热量传导到温度探针2、3，2、3内的测温元件5、6和7、8分别感应温度随时间的变化，得出温度-时间响应曲线ΔT～t，由连接的外接数据采集装置记录下。

（3）由两个测温元件的温度变化差异判断温度探针是内倾还是外倾。如果第一测温元件5所测温度上升到最大值时所对应的时间t_u1比第二测温元件6所测温度上升到最大值对应的时间t_u2大，则为外倾，反之则为内倾。

（4）根据2步骤中采集的数据计算温度探针与加热探针实际间距。

首先定义γ₁和γ₂，

$\frac{\frac{1}{(t_{u1}-t_0)}-\frac{1}{t_{u1}}}{\ln \left[\frac{t_{u1}}{(t_{u1}-t_0)}\right]}={\mathrm{\&gamma;}}_1;\frac{\frac{1}{(t_{u2}-t_0)}-\frac{1}{t_{u2}}}{\ln [\frac{t_{u2}}{(t_{u2}-t_0)}}={\mathrm{\&gamma;}}_2---\left(26\right)$

假设树干是均质的，温度探针1中的两个测温元件测得的热扩散率α₁和α₂应该是相同的，根据技术背景中热扩散率的计算方法，即公式24，可以得到γ₁和γ₂的关系式，定义：

$\frac{x_{u1}}{x_{u2}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_2}{{\mathrm{\&gamma;}}_1}}=\mathrm{\&Phi;}---\left(27\right)$

理论倾斜角度θ，热扩散率，以及实际间距x_u1和x_u2具体地计算方法如下：

理论倾斜角度θ的计算分为以下几种情况，以温度探针2的倾斜为例，经过验证，不管是温度探针还是加热探针亦或是两者都偏转，都可以用以下公式校正。

温度探针外倾

温度探针外倾时，如图3所示，上面方程更具体的表述为：

$\mathrm{\&Phi;}=\frac{x_{u1}}{x_{u2}}=\frac{x_{10}+l_1\sin \mathrm{\&theta;}}{x_{20}+l_2\sin \mathrm{\&theta;}}---\left(28\right)$

其中，l₁和l₂分别为测温元件5和6距离底座的距离。根据方程20求出倾斜角θ：

$\mathrm{\&theta;}={\sin }^{-1}\left((-1)\frac{x_{10}-\mathrm{\&Phi;}\&times;x_{20}}{l_1-l_2\&times;\mathrm{\&Phi;}}\right)---\left(29\right)$

根据倾斜的角度θ求出倾斜后变化的温度探针与加热探针间距：

Δx_u1=l₁sinθ；Δx_u2=l₂sinθ   （30）

倾斜后的温度探针与加热探针实际间距为：

x_u1=x₁₀+Δx_u1;x_u2=x₂₀+Δx_u2   （31）

因此温度探针倾斜后第一测温元件5和第二测温元件6到加热探针1的实际间距为：

x_u1=x₁₀+l₁sinθ；x_u2=x₂₀+l₂sinθ   （32）

温度探针内倾

温度内倾与外倾计算过程基本相同：

$\mathrm{\&theta;}={\sin }^{-1}\left(\frac{x_{10}-\mathrm{\&Phi;}\&times;x_{20}}{l_1-l_2\&times;\mathrm{\&Phi;}}\right)---\left(33\right)$

所以

x_u1=x₁₀-Δx_u1;x_u2=x₂₀-Δx₂₁   （34）

温度探针倾斜后第一测温元件5和第二测温元件6到加热探针1的实际间距为：

x_u1=x₁₀-l₁sinθ；x_u2=x₂₀-l₂sinθ   （35）

（5）同样对于另一个温度探针3也会得到一个x_d1和x_d2。

（6）植物茎流量不为0时，测量温度-时间响应曲线；

（7）根据求得的温度探针内测温元件与加热探针的实际距离及温度探针内包括的两个测温元件温度上升到最大值所需的时间等参数，可以计算出植物茎流量：由x_u1和x_d1，利用背景技术中的方法及计算公式，结合求得的热扩散率，可以得出茎流量；同样的由x_u2和x_d2，结合计算公式，可以得到一个茎流量的值。求上述两个茎流量的平均值，作为此位置最终的茎流量值。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置，其特征在于，所述测量装置包括底座以及固定在底座上的温度探针和加热探针；温度探针内沿其轴线方向各设置有第一测温元件和第二测温元件，所述两个测温元件均与数据采集装置连接，加热探针内装有加热丝，与加热装置连接。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度探针的长度与内径的比值大于25，加热探针的长度与内径的比值大于25。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度探针中的两个测温元件的位置要使得从温度探针的底端或者顶端开始放置的测温元件所测温度与温度探针中间位置所测得温度的相对偏差要达到小于1%。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度探针的数量为两个以上。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度探针和加热探针均由绝缘的可固化的密封材料灌装在底座上。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述固化材料为环氧树脂。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述加热探针和温度探针均为不锈钢的空心针管。

8.一种可校正间距的热脉冲茎流或水流通量测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）标定温度探针内两个测温元件分别与加热探针之间的初始距离；

（2）植物茎流或土壤水流通量为0或近似为0时，将温度探针和加热探针插入土壤中或者插入树干预先打的孔中，测量温度-时间响应曲线；

（3）根据温度探针内两个测温元件的温度变化差异判断温度探针是内倾还是外倾；

（4）求出理论倾斜角度，计算出温度探针或者加热探针倾斜后两个测温元件到加热探针之间的实际距离，计算热扩散率；

（5）植物茎流量或土壤水流通量不为0时，测量温度-时间响应曲线；

（6）根据求得的实际距离及温度探针内包括的两个测温元件温度上升到最大值所需的时间等参数，计算出植物茎流量或土壤水流通量。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述标定温度探针中两个测温元件与加热探针的初始距离，使用热导率和比热已知的材料标定。