CN105987858A - 一种自动实时在线蒸发测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动实时在线蒸发测量装置，解决人工操作的蒸发量测量费时费力，不能满足越来越高精度的数据库建立需求的问题。本装置包括蒸发桶，其特征在于，蒸发桶上部的一侧设有测量管，测量管包括磁场感应装置、竖直设置的磁杆、套设于磁杆外并浮于水面的磁浮，所述磁场感应装置连接有处理器，所述蒸发桶的前侧设有补水装置，所述蒸发桶内还设有溢流泵，溢流泵连接溢流管，溢流管伸出蒸发桶外。本发明蒸发水位测量、雨量测量、溢流和补水控制高度集成，测量精度和稳定性高，适用于非冰期各地区蒸发自动站的建设，实现水面蒸发量观测全自动实时在线。

Description

一种自动实时在线蒸发测量装置
技术领域
本发明涉及一种水文测验设备，特别涉及一种自动实时在线蒸发测量装置。
背景技术
蒸发是地表热量平衡和水量平衡的组成部分，也是水循环中最直接受土地利用和气候变化影响的一项，同时，蒸发也是热能交换的重要因子。所以，蒸发量在估算陆地蒸发、作物需水和作物水分平衡等方面具有重要的应用价值。进行蒸发量变化的研究，对深入了解气候变化、探讨水分循环变化规律具有十分重要的意义。就实际而言，对水利工程设计、农林牧业土壤改良、土壤水分调节、灌溉定额制定以及研究水分资源、制定气候区划等方面都具有重要的指导意义。对于水文测量工作来说，蒸发量是一个重要的水文数据。传统的蒸发量测量采用人工测量，费时费力，难以做到实时测量，且测量频次低，不能满足越来越高精度的水文数据库的建设需求。
发明内容
本发明的目的在于解决人工操作的蒸发量测量费时费力，不能满足越来越高精度的数据库建立需求的问题，提供一种自动实时在线蒸发测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动实时在线蒸发测量装置，包括蒸发桶，其特征在于，蒸发桶上部的一侧设有测量管，测量管包括磁场感应装置、竖直设置的磁杆、套设于磁杆外并浮于水面的磁浮，所述磁场感应装置连接有处理器，所述蒸发桶的前侧设有补水装置，所述蒸发桶内还设有溢流泵，溢流泵连接溢流管，溢流管伸出蒸发桶外。测量管在蒸发桶内侧，利用磁致伸缩原理，磁浮随水面上下浮动，磁杆和磁浮两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的水面位置。
作为优选，所述测量管的底部设有冲洗泵，所述冲洗泵连接冲洗管，冲洗管出口位于测量管内部的上方，向下出水。测量管定时测量，冲洗泵在测量前对测量管进行冲洗1分钟，避免磁浮卡住现象发生。
作为优选，环绕所述蒸发桶设置溢流水圈，溢流管出口位于溢流水圈的上侧，所述溢流管上设有流量传感器。
作为优选，所述溢流泵设置与测量管的底部。
作为优选，所述补水装置包括备用水箱，所述备用水箱通过补水泵连接补水管，补水管的末端连接蒸发桶。
作为优选，所述备用水箱前侧连接供水管，供水管的出水口设有浮球阀。
作为优选，所述蒸发桶一侧还设有雨量计。测量观测时段内的降水量数据。
作为优选，所述处理器设置在终端机内，终端机通过无线信号连接服务器。
作为优选，所述磁杆为圆柱形，磁杆柱面外侧设有外绝缘套，外绝缘套表面设有螺旋盘绕的导向槽，磁浮为圆环形，磁浮内侧设有内绝缘套，内绝缘套向内凸起设有沿导向槽滑动的导向块，所述磁浮上设有角度传感器。磁浮在水面上沿磁杆上下滑动的同时，在导向槽和导向块的配合作用下，也发生角度的偏转。利用角度传感器可以读取磁浮当前的角度位置，从而反推出磁浮相对磁杆轴向的位置。利用上述结构，本装置可以利用磁浮的角度，来标定磁致伸缩原理中磁杆和磁浮两个磁场相交产生应变脉冲信号对应的水面高度位置。完成标定后，就可以利用磁场变化产生应变脉冲信号变化来计算水面高度的变化，同时，也可以利用磁浮的角度变化来验证数据的准确性。采用上述结构，当磁杆和磁浮拆装、维修、更换时，能利用磁浮角度变化更快地完成磁场变化应变脉冲信号与水面高度的对应标定，提高数据精确度。
作为优选，所述导向槽在外绝缘套柱面上等间距设置若干条，每条导向槽在外绝缘套的两端之间螺旋盘绕的角度不超过360度。磁浮在沿磁杆轴向运动的过程中，转动的角度不超过360度，使磁浮不会存在两个相同的角度位置，使磁浮角度、水面高度和磁场变化产生应变脉冲信号一一对应。
工作时，系统先设定一个基准水位值，如果蒸发桶内水位低于这个基准水位1.0cm时自动补水，为了减少补水次数和错开数据发送等事件，补水时间设置在早上8:00时进行，补水完成后1分钟进行水位测量，作为下一时段起算水位值，补水可以为每天一次，当蒸发量特别大时，也可以设定一天多次，或者设定当水位低于警戒值时，补水至基准水位值。当蒸发桶内水位高度高于这个基准水位1.0cm时自动溢流，溢流后的水位回到基准水位值。以每天8点补水一次的系统为例，该系统每整点自动测量一个水位值，为了准确获得这个测量值，冲洗泵在整点前对测量管进行冲洗1分钟，避免磁浮卡住现象发生。
计算方法：E＝(Wt-Wo)+P-q；
式中：E——蒸发量，
Wt——观测时的蒸发桶水位，
Wo——8:00的蒸发桶水位，
P——8:00至观测时段的降水量，
q——8:00至观测时段的溢流量。
本发明蒸发水位测量、雨量测量、溢流和补水控制高度集成，测量精度和稳定性高，适用于非冰期各地区蒸发自动站的建设，实现水面蒸发量观测全自动实时在线。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图。
图2为测量管磁浮磁杆结构示意图。
图3为磁杆表面展开结构示意图。
图4为磁杆磁浮的径向截面图。
图中：1—翻斗雨量计，2—供水管，3—备用水箱，4—浮球阀，5—补水管，6—溢流水圈，7—蒸发桶，8—补水泵，9—磁浮，10—磁场感应装置，11—溢流管，12—磁杆，13—数据和电源线，14—终端机，15—太阳能板，16—冲洗泵，17—溢流泵，18—导向槽，19—导向块，20—外绝缘套，21—内绝缘套，22—角度指针。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种自动实时在线蒸发测量装置，如图1所示。本装置包括用于降雨量测量的0.1mm翻斗雨量计1、蒸发测量装置。蒸发测量装置包括蒸发桶7，蒸发桶一侧设有补水装置，蒸发桶另一侧设有溢流装置。蒸发桶7上部的一侧设有测量管，测量管包括磁场感应装置10、竖直设置的磁杆12、套设于磁杆外并浮于水面的磁浮9，所述磁场感应装置设置在测量管的顶部、并连接有处理器。环绕蒸发桶7设置溢流水圈6，测量管的底部设有溢流泵17，溢流泵连接溢流管11，溢流管与溢流泵连接端设有流量传感器，溢流管出口位于溢流水圈的上侧。测量管底部与溢流泵17并列设有冲洗泵16，冲洗泵连接冲洗管，冲洗管出口位于测量管内部上方，从上向下出水冲洗磁浮和磁杆，避免磁浮卡死。
测量管结构如图2、3、4所示，磁杆12为圆柱形，磁杆柱面外侧设有外绝缘套20，外绝缘套20表面间隔180度设有两条螺旋盘绕的导向槽18，导向槽的从外绝缘套的上端到下端螺旋盘绕角度为360度，导向槽为弧形槽。磁浮9为圆环形，磁浮内侧设有内绝缘套21，内绝缘套向内凸起设有沿导向槽滑动的导向块19，导向块为弧形内凸结构，导向块的顶端顶设在导向槽的槽底。磁浮9上设有角度指针22，角度指针可以作为角度传感器获取磁浮的转动角度。
补水装置包括备用水箱3，备用水箱3通过补水泵8连接补水管5，补水管的末端连接蒸发桶7。备用水箱前侧连接供水管2，供水管的出水口设有浮球阀3。
蒸发桶的一侧还设有内含终端机14的电气箱，与磁场感应装置连接的处理器设置在终端机14内，终端机通过无线信号连接服务器。终端机与测量管的磁场感应装置、冲洗泵、溢流泵、流量传感器均通过数据和电源线13相连。电气箱的顶部设有太阳能板15。
工作时，系统先设定一个基准水位值，于早上8:00时进行补水，如果蒸发桶内水位低于这个基准水位1.0cm时自动补水。当蒸发桶内水位高度高于这个基准水位1.0cm时自动溢流，溢流后的水位回到基准水位值。该系统每整点自动测量一个水位值，为了准确获得这个测量值，冲洗泵在整点前对测量管进行冲洗1分钟，避免磁浮卡住现象发生。
计算方法：E＝(Wt-Wo)+P-q；
式中：E——蒸发量，
Wt——观测时的蒸发桶水位，
Wo——8:00的蒸发桶水位，
P——8:00至观测时段的降水量，
q——8:00至观测时段的溢流量。

Claims (10)

1.一种自动实时在线蒸发测量装置，包括蒸发桶，其特征在于，蒸发桶上部的一侧设有测量管，测量管包括磁场感应装置、竖直设置的磁杆、套设于磁杆外并浮于水面的磁浮，所述磁场感应装置连接有处理器，所述蒸发桶的前侧设有补水装置，所述蒸发桶内还设有溢流泵，溢流泵连接溢流管，溢流管伸出蒸发桶外。
2.根据权利要求1所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述测量管的底部设有冲洗泵，所述冲洗泵连接冲洗管，冲洗管出口位于测量管内部的上方，向下出水。
3.根据权利要求1所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：环绕所述蒸发桶设置溢流水圈，溢流管出口位于溢流水圈的上侧，所述溢流管上设有流量传感器。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述溢流泵设置与测量管的底部。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述补水装置包括备用水箱，所述备用水箱通过补水泵连接补水管，补水管的末端连接蒸发桶。
6.根据权利要求5所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述备用水箱前侧连接供水管，供水管的出水口设有浮球阀。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述蒸发桶一侧还设有雨量计。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述处理器设置在终端机内，终端机通过无线信号连接服务器。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述磁杆为圆柱形，磁杆柱面外侧设有外绝缘套，外绝缘套表面设有螺旋盘绕的导向槽，磁浮为圆环形，磁浮内侧设有内绝缘套，内绝缘套向内凸起设有沿导向槽滑动的导向块，所述磁浮上设有角度传感器。
10.根据权利要求9所述的一种自动实时在线蒸发测量装置，其特征在于：所述导向槽在外绝缘套柱面上等间距设置若干条，每条导向槽在外绝缘套的两端之间螺旋盘绕的角度不超过360度。
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