CN108896126A - 一种自清洗蒸发传感器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自清洗蒸发传感器，包括蒸发桶、控制器、水位计、雨量计和正反转水泵，蒸发桶内设有立管，立管顶部设有自旋转喷头，水位计与蒸发桶通过连通管连接，连通管通入蒸发桶内，立管与正反转水泵连接，正反转水泵的上端连接有三通电动球阀，控制器分别与水位计、雨量计、正反转水泵和三通电动球阀连接，连通管内设有磁浮子，三通电动球阀上还接有给水管和排水管，蒸发桶的上部设有溢流孔，溢流孔处的蒸发桶外围设有水圈，同时，还公开了其具体的控制方法；能够实现自动清洗、自动补水和自动排水功能，具有自动化程度高、运行稳定可靠、测量精度高的特点。

Description

一种自清洗蒸发传感器及其控制方法

技术领域

本发明属于水文、气象测量器具技术领域，具体涉及一种自清洗蒸发传感器及其控制方法。

背景技术

蒸发量的测定对于农业、水文、水利甚为重要,特别是干旱和半干旱气候地区。气象上通常使用盛有一定水量的蒸发桶——蒸发皿或蒸发池来观测蒸发量，但这类观测的结果通常不能代表实际自然条件下水体和土壤的水分蒸发，土壤水分蒸发，另有专门的土壤蒸发桶进行观测。

水面蒸发是地球水循环监测的重要环节，是水资源利用的重要组成部分，也是气候变化、干旱和环境评估等多方面的重要影响因素，业内学者寻求对蒸发量进行自动计量的方法。

1、超声波蒸发传感器

AG2.0型、WUSH-TV2型超声波蒸发传感器用来测量水位和蒸发量。可用于室内和野外观测，由超声波蒸发桶和支架两部分组成。超声波蒸发传感器只能测量水位变化，不能自动补水，也不能测量溢流量，更不能自动清洗蒸发桶。

2、浮子式蒸发传感器

FFZ-01型浮子式水面蒸发传感器由E601B蒸发皿、浮子式水位计、自动补水控制装置、JFZ-01型雨量计、数字式溢流量计配套，组成全自动蒸发测站。

雨量计的测量误差较大，浮子式水位计存在启动力矩，精度难以达到0.1mm，因此，综合精度难以达到规范规定的±3％。且无自动清洗功能。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种具有自清洗功能的、可以自动补水并测试溢流量、测量精度高的蒸发传感器，同时也提供了其具体的控制方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种自清洗蒸发传感器，包括蒸发桶、控制器、水位计、雨量计和正反转水泵，所述蒸发桶内设有立管，所述立管顶部设有自旋转喷头，所述水位计与蒸发桶通过连通管连接，所述连通管通入蒸发桶内，所述立管与正反转水泵通过给排水管连接，所述排水管与立管的连接处位于立管下部的侧面，所述正反转水泵的上端连接有三通电动球阀，所述控制器分别与水位计、雨量计、正反转水泵和三通电动球阀连接，所述连通管内设有磁浮子，所述三通电动球阀上还接有给水管和排水管，所述蒸发桶的上部设有溢流孔，所述溢流孔处的蒸发桶外围设有水圈，所述水圈和溢流孔相通。

作为进一步改进的技术方案，所述水位计的高度高于蒸发桶顶部高度，所述立管与给排水管连接处上端的立管上设有给水单向阀，下端的立管上设有排水单向阀。

作为进一步改进的技术方案，所述蒸发桶竖直放置，所述蒸发桶的深度为687mm，所述蒸发桶的标准水位与蒸发桶的底部的距离为612mm，所述溢流孔底与蒸发桶的顶部的距离为60mm。

一种自清洗蒸发传感器的控制方法，包括以下步骤：

S1、随机降雨排水控制

所述降雨排水控制方式为事件触发控制，以降雨量达到5mm为事件触发阈值，如果所述蒸发桶内的水面与蒸发桶的顶部的距离≥75mm，则不进行排水，如果所述蒸发桶内的水面与蒸发桶的顶部的距离＜75mm，则使用所述控制器控制正反转水泵进行排水，然后在排水结束以后，记录排水前后的所述蒸发桶内的水面的水位差；

S2、定时测量控制

设定每日定时测量的时间，而后每日在设定好的定时测量的时间，使用所述控制器监测并记录水位计的数值，再根据所述控制器内存中的日雨量值和水位计的数值，计算出日蒸发值并保存，然后再用所述控制器控制三通电动球阀进行给水，此时所述给水管中的水依次经正反转水泵、给排水管和自旋转喷头进入蒸发桶，整个所述给水的过程采用控制器实时测量水位，当测量出的水位达到蒸发桶的溢流孔高度时，等待1min，再通过溢流孔向外围水圈补水，之后通过所述控制器控制三通电动球阀进行排水，所述三通电动球阀接通正反转水泵排水至水位降到标准水位附近后停止抽水，等待30s后至所述蒸发桶的水面平静后，再继续使用所述控制器监测并记录水位计的数值。

S3、定时清洗控制

设定每月定时清洗的时间，而后每月在设定好的定时清洗的时间，使用所述控制器监测并记录水位计的数值，再根据所述控制器内存中的日雨量值和水位计的数值，计算出当天的日蒸发值并保存，再进行清洗工作。

作为进一步改进的技术方案，在使用所述控制器监测并记录水位计的数值时，所述水位计每2秒测量1次水位，并取10次测量结果的平均值作为当时时刻的水位数值。

作为进一步改进的技术方案，所述控制器内存中的日雨量值为实时测量的日雨量值。

作为进一步改进的技术方案，所述步骤S1的记录所述排水前后的蒸发桶内的水面的水位差自每日早上8：00开始累计。

作为进一步改进的技术方案，所述S2中的每日定时测量的时间为早上7:50。

作为进一步改进的技术方案，所述S3中的每月定时清洗的时间每月1日的早上7:30。

作为进一步改进的技术方案，所述步骤S3中的清洗工作具体包括以下步骤：

S3.1、使用控制器打开三通电动球阀进行排水，接通正反转水泵排水30s后停止，使自旋转喷头露出蒸发桶中的水面10cm；

S3.2、在完成所述步骤S3.1后，使用控制器打开三通电动球阀进行给水，同时打开正反转水泵，在所述蒸发桶内的水面达到蒸发桶顶部时，保持1min，并同时将蒸发桶内的杂物去除，而后再关闭正反转水泵；

S3.3、在完成所述步骤S3.2后，再次使用控制器打开三通电动球阀、同时接通正反转水泵进行排水，将蒸发桶内的污水排干后，关闭正反转水泵；

S3.4、在完成所述步骤S3.3后，使用控制器打开三通电动球阀进行给水，所述给水的过程中，保持所述控制器实测测量水位，在水位达到所述蒸发桶的标准水位后，关闭三通电动球阀完成清洗工作，并于此时，采用水位计进行水位测量，每隔2秒测量1次水位，20秒测量10次，取平均值作为当天8：00的水位。

本发明的有益效果为：

本发明提供的蒸发传感器结构合理，设置科学，具有自清洗的功能，并且自动化程度高，能够动态调节蒸发桶内的水位、测试溢流量，同时，完成高精度蒸发量测试；其控制方法分为随机降雨排水控制、定时测量控制和定时清洗控制，这三个控制能够完成蒸发传感器的全自动测量过程和全自动清洗过程，无需人工干预，工作效率高，控制方法较为智能，符合所属行业的发展方向。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明：1、蒸发桶；2、自旋转喷头；3、给水单向阀；4、排水单向阀；5、水位计；6、雨量计；7、连通管；8、磁浮子；9、控制器；10、给排水管；11、正反转水泵；12、三通电动球阀；13、给水管；14、排水管；15、水圈；16、溢流孔；17、立管。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例

如图1所示，一种自清洗蒸发传感器，包括蒸发桶1、控制器9、水位计5、雨量计6和正反转水泵11，蒸发桶1内设有立管17，立管17顶部设有自旋转喷头2，水位计5与蒸发桶1通过连通管7连接，连通管7通入蒸发桶1内，立管17与正反转水泵11通过给排水管10连接，排水管14与立管17的连接处位于立管17下部的侧面，正反转水泵11的上端连接有三通电动球阀12，控制器9分别与水位计5、雨量计6、正反转水泵11和三通电动球阀12连接，连通管7内设有磁浮子8，三通电动球阀12上还接有给水管13和排水管14，蒸发桶1的上部设有溢流孔16，溢流孔16处的蒸发桶1外围设有水圈15，水圈15和溢流孔16相通。

水位计5的高度高于蒸发桶1顶部高度，立管17与给排水管10连接处上端的立管17上设有给水单向阀3，下端的立管17上设有排水单向阀4。

采用标准E601蒸发桶1，蒸发桶1竖直放置，蒸发桶1深度为687mm，以蒸发桶1底为0水位；依据SL 630-2013水面蒸发观测规范规定蒸发桶1标准水位，距蒸发桶1口平面高度为75mm，即蒸发桶1的标准水位与蒸发桶1的底部的距离为612mm，溢流孔16底与蒸发桶1的顶部的距离为60mm(高程627mm)。

一种自清洗蒸发传感器的控制方法，包括以下步骤：

S1、随机降雨排水控制

降雨排水控制方式为事件触发控制，以降雨量达到5mm为事件触发阈值，进行排水控制，当控制器9测量到雨量计6的翻转次数为50次(每次0.1mm)时，控制器9从水位计5读取水位，如果水位，即蒸发桶1内的水面与蒸发桶1的顶部的距离≥75mm，则不进行排水，如果蒸发桶1内的水面与蒸发桶1的顶部的距离＜75mm，则使用控制器9控制正反转水泵11进行排水，控制器9从水位计5读取10次水位取平均记录当前水位值Z1，之后接通正反转水泵11进行排水10s(根据水泵流量率定的5mm雨水排出时间)后停止，控制器9从水位计5读取10次水位取平均记录当前水位值Z2，本次排水高度记为Z＝Z1-Z2；

S2、定时测量控制

设定每日定时测量的时间，而后每日在设定好的定时测量的时间，使用控制器9监测并记录水位计5的数值，再根据控制器9内存中的日雨量值和水位计5的数值，计算出日蒸发值并保存，然后再用控制器9控制三通电动球阀12进行给水，此时给水管13中的水依次经正反转水泵11、给排水管1410和自旋转喷头2进入蒸发桶1，整个给水的过程采用控制器9实时测量水位，当测量出的水位达到蒸发桶1的溢流孔16高度时，等待1min，再通过溢流孔16向外围水圈15补水，之后通过控制器9控制三通电动球阀12进行排水，三通电动球阀12接通正反转水泵11排水至水位降到标准水位附近后停止抽水，等待30s后至蒸发桶1的水面平静后，再继续使用控制器9监测并记录水位计5的数值。

S3、定时清洗控制

一般每月1次，设定每月定时清洗的时间，而后每月在设定好的定时清洗的时间，使用控制器9监测并记录水位计5的数值，再根据控制器9内存中的日雨量值和水位计5的数值，计算出当天的日蒸发值并保存，再进行清洗工作。

在使用控制器9监测并记录水位计5的数值时，水位计5每2秒测量1次水位，并取10次测量结果的平均值作为当时时刻的水位数值。

控制器9内存中的日雨量值为实时测量的日雨量值。

步骤S1的记录所述排水前后的蒸发桶1内的水面的水位差自每日早上8：00开始累计全天排水高度供日蒸发量计算用。

S2中的每日定时测量的时间为早上7:50。

S3中的每月定时清洗的时间每月1日的早上7:30。

步骤S3中的清洗工作具体包括以下步骤：

S3.1、使用控制器9打开三通电动球阀12进行排水，接通正反转水泵11排水30s后停止，使自旋转喷头2露出蒸发桶1中的水面10cm；

S3.2、在完成步骤S3.1后，使用控制器9打开三通电动球阀12进行给水，同时打开正反转水泵11，在蒸发桶1内的水面达到蒸发桶1顶部时，保持1min，并同时将蒸发桶1内的杂物去除，而后再关闭正反转水泵11；

S3.3、在完成步骤S3.2后，再次使用控制器9打开三通电动球阀12、同时接通正反转水泵11进行排水，将蒸发桶1内的污水排干后，关闭正反转水泵11；

S3.4、在完成步骤S3.3后，使用控制器9打开三通电动球阀12进行给水，给水的过程中，保持控制器9实测测量水位，在水位达到蒸发桶1的标准水位后，关闭三通电动球阀12完成清洗工作，并于此时，采用水位计5进行水位测量，每隔2秒测量1次水位，20秒测量10次，取平均值作为当天8：00的水位。

本实施例中，以控制器9为核心，监测水位计5的日变化量、雨量计6的日降雨量和正反转水泵11日累计排水高度，日蒸发量＝水位日变化量(前一日8时水位与当日8时水位的差值)+日雨量(前一日8时至当日8时)—日累计排水高度(前一日8时至当日8时)。

本发明中的雨量计分辨率为0.1mm，雨量测量精度±2％，蒸发桶内水位计分辨率为0.01mm，水位测量精度±0.05mm，按照蒸发量为5mm计的相对误差为±1％，根据随机误差综合原则计算自清洗蒸发传感器的综合误差为±2.2％，满足国家标准《GB/T21327-2007水面蒸发器》要求精度±3％之内的测量成果。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自清洗蒸发传感器，其特征在于，包括蒸发桶、控制器、水位计、雨量计和正反转水泵，所述蒸发桶内设有立管，所述立管顶部设有自旋转喷头，所述水位计与蒸发桶通过连通管连接，所述连通管通入蒸发桶内，所述立管与正反转水泵通过给排水管连接，所述排水管与立管的连接处位于立管下部的侧面，所述正反转水泵的上端连接有三通电动球阀，所述控制器分别与水位计、雨量计、正反转水泵和三通电动球阀连接，所述连通管内设有磁浮子，所述三通电动球阀上还接有给水管和排水管，所述蒸发桶的上部设有溢流孔，所述溢流孔处的蒸发桶外围设有水圈，所述水圈和溢流孔相通。

2.根据权利要求1所述的自清洗蒸发传感器，其特征在于，所述水位计的高度高于蒸发桶顶部高度，所述立管与给排水管连接处上端的立管上设有给水单向阀，下端的立管上设有排水单向阀。

3.根据权利要求1所述的自清洗蒸发传感器，其特征在于，所述蒸发桶竖直放置，所述蒸发桶的深度为687mm，所述蒸发桶的标准水位与蒸发桶的底部的距离为612mm，所述溢流孔底与蒸发桶的顶部的距离为60mm。

4.基于权利要求1-3任一项所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、随机降雨排水控制

所述降雨排水控制方式为事件触发控制，以降雨量达到5mm为事件触发阈值，如果所述蒸发桶内的水面与蒸发桶的顶部的距离≥75mm，则不进行排水，如果所述蒸发桶内的水面与蒸发桶的顶部的距离＜75mm，则使用所述控制器控制正反转水泵进行排水，然后在排水结束以后，记录排水前后的所述蒸发桶内的水面的水位差；

S2、定时测量控制

设定每日定时测量的时间，而后每日在设定好的定时测量的时间，使用所述控制器监测并记录水位计的数值，再根据所述控制器内存中的日雨量值和水位计的数值，计算出日蒸发值并保存，然后再用所述控制器控制三通电动球阀进行给水，此时所述给水管中的水依次经正反转水泵、给排水管和自旋转喷头进入蒸发桶，整个所述给水的过程采用控制器实时测量水位，当测量出的水位达到蒸发桶的溢流孔高度时，等待1min，再通过溢流孔向外围的水圈补水，之后通过所述控制器控制三通电动球阀进行排水，所述三通电动球阀接通正反转水泵排水至水位降到标准水位附近后停止抽水，等待30s后至所述蒸发桶的水面平静后，再继续使用所述控制器监测并记录水位计的数值。

S3、定时清洗控制

设定每月定时清洗的时间，而后每月在设定好的定时清洗的时间，使用所述控制器监测并记录水位计的数值，再根据所述控制器内存中的日雨量值和水位计的数值，计算出当天的日蒸发值并保存，再进行清洗工作。

5.根据权利要求4所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，在使用所述控制器监测并记录水位计的数值时，所述水位计每2秒测量1次水位，并取10次测量结果的平均值作为当时时刻的水位数值。

6.根据权利要求4所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，所述控制器内存中的日雨量值为实时测量的日雨量值。

7.根据权利要求4所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1的记录所述排水前后的蒸发桶内的水面的水位差自每日早上8：00开始累计。

8.根据权利要求4所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，所述S2中的每日定时测量的时间为早上7:50。

9.根据权利要求4所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，所述S3中的每月定时清洗的时间每月1日的早上7:30。

10.根据权利要求4所述的自清洗蒸发传感器的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的清洗工作具体包括以下步骤：

S3.1、控制器控制打开三通电动球阀进行排水，接通正反转水泵排水30s后停止，使自旋转喷头露出蒸发桶中的水面10cm；

S3.2、在完成所述步骤S3.1后，使用控制器打开三通电动球阀进行给水，同时打开正反转水泵，在所述蒸发桶内的水面达到蒸发桶顶部时，保持1min，并同时将蒸发桶内的杂物去除，而后再关闭正反转水泵；

S3.3、在完成所述步骤S3.2后，再次使用控制器打开三通电动球阀、同时接通正反转水泵进行排水，将蒸发桶内的污水排干后，关闭正反转水泵；

S3.4、在完成所述步骤S3.3后，使用控制器打开三通电动球阀进行给水，所述给水的过程中，保持所述控制器实测测量水位，在水位达到所述蒸发桶的标准水位后，关闭三通电动球阀完成清洗工作，并于此时，采用水位计进行水位测量，每隔2秒测量1次水位，20秒测量10次，取平均值作为当天8：00的水位。