CN104596623A - 一种水面蒸发量自动观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水面蒸发量自动观测系统，包括蒸发桶、水圈和静水桶，水圈设置在蒸发桶周围，还包括虹吸管、称重传感器和数据采集与处理单元，虹吸管一端与蒸发桶的底部相连通，另一端从静水桶的上端伸入静水桶内，静水桶置于称重传感器上，称重传感器的信号输出端与数据采集与处理单元相连。本发明可实施性强、检测技术成熟，可有效提高观测精度。

Description

一种水面蒸发量自动观测系统

技术领域：

本发明涉及一种水面蒸发量自动观测系统。

背景技术：

水由液态或固态转变成气态，逸入大气中的过程称为蒸发。在一定时段内，水分经蒸发而散布到空中的量，则称为蒸发量。蒸发量的多少直接影响到农作物的生长和收成，是我国水文、气象部门的重要观测项目。

为提高蒸发量观测数据的代表性，我国的水文、气象部门先后停止了20cm口径的小型蒸发器的使用，而统一采用E601蒸发器作为标准蒸发器。从观测方式上，有些台站仍然以人工观测为主，每日定时(08时或20时)做蒸发观测项目，记录24小时的日蒸发总量，这种方法不仅费时费力，连续观测性差，更因容易受到人为因素影响，无法保证数据精度。

目前绝大多数台站引入了基于超声波测距原理的蒸发量自动观测仪器，从而减少了人为因素的影响，实现了数据的连续观测。但受技术水平、制造工艺等方面的限制，上述仪器分辨率为0.1mm，精度仅为1.5％(其测量范围为0～100mm，误差可达1.5mm)，在蒸发量较小(小于1.5mm)时，可能导致无蒸发量数据输出、或误差较大。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种水面蒸发量自动观测系统。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水面蒸发量自动观测系统，包括蒸发桶、水圈和静水桶，所述水圈设置在蒸发桶周围，还包括虹吸管、称重传感器和数据采集与处理单元，所述虹吸管一端与蒸发桶的底部相连通，另一端从静水桶的上端插装在静水桶内，所述静水桶置于称重传感器上，称重传感器的信号输出端与数据采集与处理单元相连。

本发明的进一步设计在于：

所述蒸发桶与静水桶的上端面相齐平。

所述虹吸管设有第一止水阀、第二止水阀和第三止水阀，所述第三止水阀置于伸入静水桶内虹吸管的端口处，第一止水阀和第二止水阀置于静水桶外，且第二止水阀位于第一止水阀与第三止水阀之间。

三个所述止水阀均采用4分PPR全塑球阀。

所述虹吸管为密度为1克/立方厘米的4分PPR水管，管壁截面积2平方厘米；虹吸管从静水桶的上端伸入在静水桶内距离静水桶底部1厘米处。

该系统还包括防护箱，所述静水桶和称重传感器置于防护箱内。

所述称重传感器的选用悬臂梁型、S型或轮辐式传感器。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明可实施性强、检测技术成熟，可有效提高观测精度。

(2)本发明称重传感器的信号输出与现有数据采集与处理单元匹配，可直接替换原有产品，无额外软、硬件更新成本。

(3)本发明结构简单、安装方便，可有效减少系统误差、提高系统稳定性。

附图说明:

图1为本发明结构图。

其中：1、蒸发桶；2、水圈；3、虹吸管；4、静水桶；5、称重传感器；6、防护箱；31、第一止水阀；32、第二止水阀；33、第三止水阀。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参照图1所示，本发明一种水面蒸发量自动观测系统，包括蒸发桶1、水圈2、虹吸管3、静水桶4、称重传感器5、防护箱6和数据采集与处理单元，水圈2设置在蒸发桶1周围，虹吸管3一端与蒸发桶1相连通，另一端与静水桶4相连通，静水桶4置于称重传感器5上，称重传感器5的信号输出端与数据采集与处理单元相连(图中未画出)，称重传感器5将检测到静水桶4的质量信息换算成蒸发桶1的液位信息，并将其后转化成可与数据采集与处理单元接口相匹配的电信号。本发明中称重传感器5选用悬臂梁型、S型或轮辐式传感器；数据采集与处理单元选用不低于8位的单片机。静水桶4和称重传感器5置于防护箱6内，防护箱6为木制百叶箱。

在虹吸管3设有三个止水阀，其中第三止水阀33置于伸入静水桶4内虹吸管3的端口处，第一止水阀31和第二止水阀32置于静水桶4外，且第二止水阀32位于在虹吸管最高处，且位于第一止水阀31与第三止水阀33之间。三个止水阀均采用4分PPR全塑球阀。

蒸发桶1与水圈2采用E-601B型蒸发器的蒸发桶与水圈，其中蒸发桶1内径为61.8厘米，开口表面积S蒸为3000平方厘米。蒸发桶1与水圈2的安装参照《地面气象观测规范》的相关要求。

静水桶4材质为不锈钢，重量为1000克，其内深25厘米，内径为11.4厘米，开口表面积S静为102平方厘米。在安装时，静水桶4的上端面与蒸发桶1的上端面齐平。

虹吸管3为密度为1克/立方厘米的4分PPR水管，管壁截面积S管为2平方厘米，虹吸管3在安装是，虹吸管3的最高处高于静水桶4的高度。虹吸管3一端与蒸发桶1的底部排水孔(图中未画出)相连，另一端跨过静水桶4上沿伸入静水桶4内部距离底部1厘米处。

称重传感器5的称重分辨率为0.1克，称重精度为1克。

装水方法：打开阀三个止水阀；往蒸发桶1中装水，使液面上升至距离蒸发桶1上沿5厘米处；往静水桶4中装水，使液面上升至距离静水桶4上沿5厘米处；关闭第一止水阀31和第三止水阀33；从第二止水阀32开口端给虹吸管3注水，直至溢出；关闭第二止水阀32；打开第一止水阀31和第三止水阀33。

计算静水桶4液位：静水桶4液面高度h_静按

式中m为称重传感器5检测到的静水桶4与内部水量的总质量，m_静为静水桶的质量，ρ为水的密度1.0克/立方厘米。

计算蒸发桶1液位：受虹吸原理作用，蒸发桶1的液面高度h_蒸与静水桶4液面高度h_静一致，即:

h_蒸＝h_静

蒸发桶1液位输出修正：蒸发桶1的液面高度会随蒸发的进行而下降，同时在虹吸原理作用下，静水桶4中的水会经虹吸管3补充到蒸发桶1。因此，需对蒸发桶1测量液面高度h蒸进行修正，得到无虹吸原理作用下的蒸发桶1测量液面高度h后，才可进行蒸发量的计算。修正公式为:

蒸发量的计算：若前后两次观测得到的蒸发桶1液位信息分别为h_n和h_n+1，则可得到一般天气情况下(无降水、无补水)的蒸发量E，按

计算，其中m_n和m_n+1分别称重传感器5前后两次检测到的静水桶4与内部水量的总质量。

本实施例的分辨率和精度：

m_n-m_n+1为称重传感器5前后两次检测到的净水桶与内部水量的总质量之差。当m_n-m_n+1为称重传感器的分辨率0.1克和精度1克时，可得本实施例的分辨率和精度分别为0.01mm和0.1mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水面蒸发量自动观测系统，包括蒸发桶(1)、水圈(2)和静水桶(4)，所述水圈(2)设置在蒸发桶(1)周围，其特征在于：还包括虹吸管(3)、称重传感器(5)和数据采集与处理单元，所述虹吸管(3)一端与蒸发桶(1)的底部相连通，另一端从静水桶(4)的上端插装在静水桶(4)内，所述静水桶(4)置于称重传感器(5)上，称重传感器(5)的信号输出端与数据采集与处理单元相连。

2.如权利要求1所述的水面蒸发量自动观测系统，其特征在于：所述蒸发桶(1)与静水桶(4)的上端面相齐平。

3.如权利要求1所述的水面蒸发量自动观测系统，其特征在于：所述虹吸管(3)设有第一止水阀(31)、第二止水阀(32)和第三止水阀(33)，所述第三止水阀(33)置于伸入静水桶(4)内虹吸管(3)的端口处，第一止水阀(31)和第二止水阀(32)置于静水桶(4)外，且第二止水阀(32)位于第一止水阀(31)与第三止水阀(33)之间。

4.如权利要求3所述的水面蒸发量自动观测系统，其特征在于：三个所述止水阀均采用4分PPR全塑球阀。

5.如权利要求3所述的水面蒸发量自动观测系统，其特征在于：所述虹吸管(3)为密度为1克/立方厘米的4分PPR水管，管壁截面积2平方厘米；虹吸管(3)从静水桶(4)的上端伸入在静水桶(4)内距离静水桶底部1厘米处。

6.如权利要求1所述的水面蒸发量自动观测系统，其特征在于：该系统还包括防护箱(6)，所述静水桶(4)和称重传感器(5)置于防护箱(6)内。

7.如权利要求1所述的水面蒸发量自动观测系统，其特征在于：所述称重传感器(5)的选用悬臂梁型、S型或轮辐式传感器。