CN204964784U - 全自动水面蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全自动水面蒸发器，包括蒸发皿、水位控制装置和降水传感器，蒸发皿的进水端通过进水电磁计量阀与水源连通，蒸发皿的出水端连接有出水电磁计量阀，数据采集与控制单元用于分别接收水位监测装置的水位信号以及降水传感器的降雨信号，控制进水电磁计量阀或出水电磁计量阀的打开或关闭，控制蒸发皿水位固定，进水电磁计量阀、出水电磁计量阀用于将采集的进水量、排水量传递给数据采集与控制单元，数据采集与控制单元用于接收采集的蒸发皿的进水量、排水量，计算得到蒸发量、降雨量并存储。它在保证控制蒸发皿水位恒定的同时自动供水、自动测量数据、自动存贮数据，实现全自动无人值守，且测量精度高。

Description

全自动水面蒸发器

技术领域

本实用新型涉及一种蒸发量监测装置，特别涉及一种全自动水面蒸发器。

背景技术

E601蒸发皿是气象、水文观测水面蒸发的常规观测仪器，一般放置在地面，底部埋入地下，口沿高出地面（半地下放置），人工测量多利用测针，类似游标卡尺，测水面高度，自动测量多用超声波蒸发传感器测量蒸发皿水深变化来测量水面蒸发量，蒸发量=原量-余量+降水量，当水蒸发要到下限时要人工加水。目前E601蒸发皿的每天开始水深是不一样的，而水的深浅不同，水的热容量、口沿对水面的遮光也不相同，这些因素对蒸发都的一定的影响，因此，同一观测点不同时间，同一时间的不同观测点之间的水深是不同的，对蒸发的影响也不相同，降低了观测资料的可比性。目前测水面蒸发的主要有2种，小型蒸发皿是放在离地0.6米的架子上的（器口离地70cm)，直径200mm,蒸发面积314cm²。另一种E601蒸发皿放置地面（半地下放置），直径618mm，蒸发面积3000cm²。

有关水面蒸发皿的专利很少，ZL201420710909.1（201410680946.7）利用马氏瓶控制E601蒸发皿水位，通过测量马氏瓶流入蒸发皿的水量来测量蒸发量，由于通过进气孔控制蒸发水位（不下雨时），溢流管控制溢流水位（下雨时），受水表面张力的影响，水位控制精度不太高，特别是在“蒸发—溢流”相互转换时水位变化较大，进而影响到测量精度。ZL200820103798.2也是利用类似马氏瓶的夹层控制小型蒸发皿水位，通过人工称重测量蒸发量，适合小型蒸发皿人工观测。ZL02295282.9通过探针测量蒸发量，不能控制蒸发皿水位，测量精度取决于单位高度的探针数量，精度很低。以上专利还有一个共同和缺点：马氏瓶水快用完时须要人工加水，无法满足长期无人值守观测点的需要。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种全自动水面蒸发器，该全自动水面蒸发器在保证控制蒸发皿水位恒定的同时自动供水、自动测量数据、自动存贮数据，实现全自动无人值守，且测量精度高。

本实用新型的目的是采用下述方案实现的：一种全自动水面蒸发器，包括蒸发皿、第一水位监测装置、降水传感器和数据采集与控制单元，蒸发皿的进水端通过进水电磁计量阀与水源连通，蒸发皿的出水端连接有出水电磁计量阀；所述第一水位监测装置用于监测蒸发皿的水位信号，并传递给数据采集与控制单元；所述降水传感器用于监测降雨信号，并传递给数据采集与控制单元；所述数据采集与控制单元用于分别接收第一水位监测装置的水位信号以及降水传感器的降雨信号，输出控制信号给进水电磁计量阀或出水电磁计量阀，控制进水电磁计量阀或出水电磁计量阀的打开或关闭，控制蒸发皿水位固定；所述进水电磁计量阀用于将采集的进水量传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于接收进水量，计算得到蒸发量并存储；所述出水电磁计量阀用于将采集的排水量传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于接收排水量，计算得到降雨量并存储。排水量相当于降雨量，采集排水量可计算降雨量。进水量相当于蒸发量，采集进水量可计算蒸发量。

所述第一水位监测装置包括第一水位管，所述第一水位管与蒸发皿相通，所述第一水位管内安装有用于监测水位的第一探针。

所述第一探针的材料选用疏水导电物质。

该疏水导电物质为石墨。

所述第一水位管位于第一探针下方的位置设有阻尼装置，用于水位传导时起缓冲作用。第一探针固定在管壁上，针在管中心。

所述阻尼装置包括绕成螺旋形的缓冲水管，所述缓冲水管设置在第一水位管与蒸发皿之间。

所述阻尼装置包括多个阻尼片，各阻尼片沿轴向间隔固定连接轴上，每个阻尼片有一个流水小孔，相邻阻尼片的流水小孔是错位的。阻尼装置固定在水管中，位置在水下，硬性材质，阻尼片直径大小略小于水管内径，较重，直接沉入水下就行。

水位管较粗，直径约20mm。缓冲水管细，直径约2-3mm，长为2-5m，一端接水位管下端，一端接联通管即第一三通管。管路（包括供水管、排水管）直径为10-20mm。缓冲水管采用细长的软塑料管。

本全自动水面蒸发器还包括水环境模拟装置，所述水环境模拟装置包括水环境模拟容腔、第二水位监测装置，所述水环境模拟容腔环蒸发皿外壁设置，水环境模拟容腔设有溢流孔，所述水环境模拟容腔通过电磁阀与水源连通，所述第二水位监测装置用于监测水环境模拟容腔的水位信号，并传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于接收第二水位监测装置的水位信号，输出控制信号给电磁阀，控制电磁阀的打开或关闭，控制水环境模拟容腔水位稳定。

设置水环境模拟装置让蒸发皿处于水环境中，是为了减少边际环境对蒸发的影响（边际效应），否则，靠近蒸发皿边的水与中心水蒸发不一致，而中心的水蒸发才是真正的水面蒸发。

水环境模拟容腔（水圈）有与蒸发皿做成一体的，但水环境模拟容腔与蒸发皿不相通。有分3个部件放置在蒸发皿外（半地下）成一圈。本实用新型是水环境模拟容腔环蒸发皿放置（半地下）。

所述第二水位监测装置包括第二水位管，所述第二水位管与水环境模拟容腔相通，所述第二水位管内安装有用于监测水位的第二探针，第二探针的针尖略低于溢流孔，低3-5mm。水圈溢流孔略高于水圈探针针尖，防止水圈的水因风浪溢出，不用频繁给水圈加水。第二探针固定在管壁上，针在管中心。所述第一水位监测装置与第二水位监测装置的水位设定高度相同，即第一探针的针尖与第二探针的针尖一样高，保证水圈与蒸发皿的控制水位等高。

第一水位监测装置、第二水位监测装置、数据采集与控制单元、进水电磁计量阀、出水电磁计量阀、电磁阀设置在一保护柜（池）中，有一定的防盗、防损坏作用。

本实用新型具有的优点是：由于本实用新型的全自动水面蒸发器，包括蒸发皿、第一水位监测装置、降水传感器和数据采集与控制单元，蒸发皿的进水端通过进水电磁计量阀与水源连通，蒸发皿的出水端连接有出水电磁计量阀，所述第一水位监测装置用于监测蒸发皿的水位信号，并传递给数据采集与控制单元，所述降水传感器用于监测降雨信号，并传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于分别接收第一水位监测装置的水位信号以及降水传感器的降雨信号，输出控制信号给进水电磁计量阀或出水电磁计量阀，控制进水电磁计量阀或出水电磁计量阀的打开或关闭，控制蒸发皿水位固定，所述进水电磁计量阀用于将采集的进水量传递给数据采集与控制单元，数据采集与控制单元计算得到蒸发量并存储，所述出水电磁计量阀用于将采集的排水量传递给数据采集与控制单元，数据采集与控制单元计算得到降雨量并存储。排水量相当于降雨量，采集排水量可计算降雨量。进水量相当于蒸发量，采集进水量可计算蒸发量。本实用新型通过数据采集与控制单元与第一水位监测装置配合进水电磁计量阀、出水电磁计量阀实现全自动控制蒸发皿水位恒定的同时自动供水、排水，自动测量数据，自动存贮数据，实现全自动无人值守，且本实用新型的探针位置恒定，水位控制精度高，测量精度高。

所述第一水位监测装置包括第一水位管，所述第一水位管与蒸发皿相通，所述第一水位管内安装有用于监测水位的第一探针。当蒸发皿水蒸发，水位下降，第一探针与水面脱离接触，第一探针不导通，数据采集与控制单元打开进水电磁计量阀，水注入蒸发皿，数据采集与控制单元采集进水量，水位上升，当水面与第一探针接触时，第一探针导通，数据采集与控制单元控制进水电磁计量阀关闭，如此循环。由于水位固定（第一探针导通和不导通水位相差很小，可忽略不计），进水量即是蒸发量。当下雨时，降水传感器给予数据采集与控制单元信号，数据采集与控制单元进入下雨模式、水位上升，水面与第一探针接触，第一探针导通，数据采集与控制单元控制出水电磁计量阀打开向外排水并采集排水量，水位下降，第一探针不导通，数据采集与控制单元关闭进水电磁计量阀，如此循环，采集的排水量即降雨量。降雨结束后又进入蒸发模式。本实用新型设置蒸发模式和降雨模式，两种模式下都通过第一水位监测装置配合进水电磁计量阀、出水电磁计量阀实现自动供水或排水，实现两种模式下蒸发皿水位始终恒定，且测量精度高。

为了克服水的表面张力对影响，探针材料选用疏水导电物质——石墨，确保水位下降时水及时离开探针，保证控制水位精度，也就保证测量精度。

阻尼装置的作用是水位传导时起缓冲作用。当蒸发皿水位发生波动时（如刮风起浪）能保持水位管水位相对稳定。

降水传感器作用是感知是否降雨。降水传感器为选用防露型降水传感器。

附图说明

图1为本实用新型的全自动水面蒸发器的示意图；

图2为本实用新型的阻尼片的结构示意图。

附图中，1为蒸发皿，2为水源，3为数据采集与控制单元，4为第一水位监测装置，41为第一探针，42为第一水位管，5为阻尼装置，51为阻尼片，52为连接轴，53为流水小孔，6为进水电磁计量阀，7为出水电磁计量阀，8为降水传感器，9为第二水位监测装置，10为电磁阀，11为水环境模拟容腔，12为溢流孔，13为供水管，14为排水管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：

参见图1和图2，一种全自动水面蒸发器，其特征在于：包括蒸发皿1、第一水位监测装置4、降水传感器8和数据采集与控制单元。降水传感器作用是感知是否降雨。降水传感器为选用防露型降水传感器。蒸发皿1的进水端通过进水电磁计量阀6与水源2连通，蒸发皿1的出水端连接有出水电磁计量阀7。所述水源2通过供水管13与进水电磁计量阀6、电磁阀10的上游端连通。进水电磁计量阀6的下游端与蒸发皿1的进水端连通。出水电磁计量阀7的上游端与蒸发皿1的出水端连通。出水电磁计量阀7的下游端连通排出管14。所述第一水位监测装置4、降水传感器8、进水电磁计量阀6、出水电磁计量阀7均与数据采集与控制单元3电连接。所述数据采集与控制单元3采用具有采集数据以及仪器控制功能的模块或电路，如单片机等。所述第一水位监测装置4用于监测蒸发皿1的水位信号，并传递给数据采集与控制单元3，所述降水传感器8用于监测降雨信号，并传递给数据采集与控制单元3，所述数据采集与控制单元3用于分别接收第一水位监测装置4的水位信号以及降水传感器8的降雨信号，输出控制信号给进水电磁计量阀6或出水电磁计量阀7，控制进水电磁计量阀6或出水电磁计量阀7的打开或关闭，控制蒸发皿1水位固定。所述进水电磁计量阀6用于将采集的进水量传递给数据采集与控制单元3，所述数据采集与控制单元3用于接收采集的蒸发皿1的进水量，计算得到蒸发量并存储。所述出水电磁计量阀7用于将采集的排水量传递给数据采集与控制单元3，所述数据采集与控制单元3用于接收采集的排水量，计算得到降雨量并存储。数据采集与控制单元3可以将得到的蒸发量、降雨量等数据远程传输给监控计算机，进行集中管理。本实用新型的蒸发器可以将蒸发量、降雨量等数据通过显示屏显示，也可以不显示这些数据。本蒸发器的数据可用手提电脑下载，也可以远程传输给监控计算机。

本专利工作原理就是控制蒸发皿水位一固定值，由于水位固定，蒸发皿（包括水位管内）的水量是一定的（固定量），蒸发皿蒸发了多少水，就补充多少水，所以说进水量等于蒸发量，下雨时排水量等于降雨量。

所述第一水位监测装置4包括第一水位管42，所述第一水位管42与蒸发皿1相通，所述第一水位管42内安装有用于监测水位的第一探针41。第一水位监测装置4还包括用于水位传导时起缓冲作用的阻尼装置5。阻尼装置有两种实施例，第一种实施例为：所述阻尼装置包括绕成螺旋形的缓冲水管，所述缓冲水管设置在第一水位管与蒸发皿之间。水位管较粗，直径约20mm，缓冲水管细，直径为2-3mm，长为2-5m，一端接水位管下端，一端接联通管即第一三通管。管路直径为10-20mm。缓冲水管采用细长的软塑料管。第二种实施例为：所述阻尼装置5包括多个阻尼片51，各阻尼片51沿轴向间隔固定连接轴52上，每个阻尼片51有一个流水小孔53，相邻阻尼片51的流水小孔53是错位的。该阻尼装置固定在水管中，位置在水下，硬性材质，阻尼片直径大小略小于水管内径，较重，直接沉入水下就行。为了克服水的表面张力对影响，所有探针材料选用疏水导电物质——石墨，确保水位下降时水及时离开探针，保证控制水位精度，也就保证测量精度。阻尼装置5是由多个阻尼片51连接而成，每个阻尼片51有一个流水小孔53，相邻阻尼片51的流水小孔53是错位的。阻尼装置5的作用是水位传导时起缓冲作用。当蒸发皿1水位发生波动时（如刮风起浪）能保持水位管水位相对稳定。

本全自动水面蒸发器还包括水环境模拟装置，所述水环境模拟装置包括水环境模拟容腔11、第二水位监测装置9，所述水环境模拟容腔11套在蒸发皿1的外壁上，并与蒸发皿1固定连接，水环境模拟容腔11设有溢流孔12，所述水环境模拟容腔11通过电磁阀10与水源2连通，所述第二水位监测装置9用于监测水环境模拟容腔11的水位信号，并传递给数据采集与控制单元3，所述数据采集与控制单元3用于接收第二水位监测装置9的水位信号，输出控制信号给电磁阀10，控制电磁阀10的打开或关闭，控制水环境模拟容腔11水位稳定。所述第二水位监测装置9包括第二水位管，所述第二水位管与水环境模拟容腔11相通，所述第二水位管内安装有用于监测水位的第二探针，第二探针的针尖略低于溢流孔3-5mm。水圈溢流孔略高于水圈探针针尖，防止水圈的水因风浪溢出，不用频繁给水圈加水。设置水环境模拟装置让蒸发皿处于水环境中，是为了减少边际环境对蒸发的影响（边际效应），否则，靠近蒸发皿边的水与中心水蒸发不一致，而中心的水蒸发才是真正的水面蒸发。环型容器（水圈）有与蒸发皿做成一体的，有分3个部件放置在蒸发皿外（半地下）成一圈。我们的是环型圈套着蒸发皿放置（半地下）。

数据采集与控制单元3包括水环境模拟装置的水位控制电路与蒸发皿的水位控制电路。水环境模拟装置的水位控制与蒸发皿的水位控制可以采用同一电路控制，如都通过单片机控制，当然，也可以采用各自单独的电路控制，如蒸发皿的水位控制采用单片机，水环境模拟装置的水位控制采用一简单水位控制电路，满足水位低于探针就进水，水接触探针就停止进水，下雨水位过高则通过溢流孔排出即可，不计水量，不存贮数据。所有电路设置在一控制盒内。

水环境模拟装置让蒸发皿1处于水环境中，对水位的控制相对不要求很精确。当水环境模拟容腔11水位下降时，第二探针不导通，数据采集与控制单元3打开电磁阀10，水流入水环境模拟容腔11，水环境模拟容腔11水位上升，第二探针导通，关闭电磁阀10，这样保证水环境模拟容腔11水位稳定。水环境模拟容腔11的溢流孔12略高于水环境模拟容腔11探针针尖，下雨时多余的水直接从溢流孔12流走。第二探针固定在管壁上，针在管中心。第一探针的针尖与第二探针的针尖一样高，是为保证水圈与蒸发皿的控制水位等高。

第一水位监测装置4、第二水位监测装置9、数据采集与控制单元3、进水电磁计量阀6、出水电磁计量阀7、电磁阀10即图1中的黑框内部分设置在一保护柜（池）中，有一定的防盗、防损坏作用。

优选方案为：出水电磁计量阀7的上游端、进水电磁计量阀6的下游端通过第一三通管与蒸发皿1连通。第一水位管42下端通过第二三通管与出水电磁计量阀7的上游端、第一三通管连通。水源2通过第三三通管与进水电磁计量阀6的上游端、电磁阀10的上游端连通。电磁阀10的下游端与第二水位管连通，第二水位管与水环境模拟容腔11连通。

蒸发皿1与第一水位管42相通，因此，蒸发皿1水位与第一水位管42水位等高，控制第一水位管42水位等于控制蒸发皿1水位。开始工作时，当水位低于第一探针41时，第一探针41未接触水面，不导通，数据采集与控制单元3打开进水电磁计量阀6，水注入蒸发皿1，水位上升，当水面与第一探针41接触时，第一探针41与水导通形成回路从而产生电信号，并将该电信号发送给数据采集与控制单元3，数据采集与控制单元3控制进水电磁计量阀6关闭，将数据采集与控制单元3采集数据人工清零，测量开始，当蒸发皿1水蒸发，水位下降，第一探针41与水面脱离接触，第一探针41不导通，数据采集与控制单元3打开进水电磁计量阀6，水注入蒸发皿1，数据采集与控制单元3采集进水量，水位上升，当水面与第一探针41接触时，第一探针41导通，数据采集与控制单元3控制进水电磁计量阀6关闭，如此循环。由于水位固定（第一探针41导通和不导通水位相差很小，可忽略不计），进水量即是蒸发量。当下雨时，降水传感器8给予数据采集与控制单元3信号，数据采集与控制单元3进入下雨模式、水位上升，水面与第一探针41接触，第一探针41导通，数据采集与控制单元3控制出水电磁计量阀7打开向外排水并采集排水量，水位下降，第一探针41不导通，数据采集与控制单元3关闭进水电磁计量阀6，如此循环。由于降雨时空气湿度大，蒸发量很小，可忽略不计，所以排水量即降雨量。降雨结束后又进入蒸发模式。由于水位固定，蒸发皿（包括水位管内）的水量是一定的（固定量），蒸发皿蒸发了多少水，就补充多少水，所以说进水量等于蒸发量，下雨时排水量等于降雨量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种全自动水面蒸发器，其特征在于：包括蒸发皿、第一水位监测装置、降水传感器和数据采集与控制单元，蒸发皿的进水端通过进水电磁计量阀与水源连通，蒸发皿的出水端连接有出水电磁计量阀；所述第一水位监测装置用于监测蒸发皿的水位信号，并传递给数据采集与控制单元；所述降水传感器用于监测降雨信号，并传递给数据采集与控制单元；所述数据采集与控制单元用于分别接收第一水位监测装置的水位信号以及降水传感器的降雨信号，输出控制信号给进水电磁计量阀或出水电磁计量阀，控制进水电磁计量阀或出水电磁计量阀的打开或关闭，控制蒸发皿水位固定；所述进水电磁计量阀用于将采集的进水量传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于接收进水量，计算得到蒸发量并存储；所述出水电磁计量阀用于将采集的排水量传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于接收排水量，计算得到降雨量并存储。

2.根据权利要求1所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述第一水位监测装置包括第一水位管，所述第一水位管与蒸发皿相通，所述第一水位管内安装有用于监测水位的第一探针。

3.根据权利要求2所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述第一探针的材料选用疏水导电物质。

4.根据权利要求3所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：该疏水导电物质为石墨。

5.根据权利要求2所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述第一水位监测装置还包括用于水位传导时起缓冲作用的阻尼装置。

6.根据权利要求5所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述阻尼装置包括绕成螺旋形的缓冲水管，所述缓冲水管设置在第一水位管与蒸发皿之间。

7.根据权利要求5所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述阻尼装置包括多个阻尼片，各阻尼片沿轴向间隔固定连接轴上，每个阻尼片有一个流水小孔，相邻阻尼片的流水小孔是错位的，该阻尼装置位于第一水位管中。

8.根据权利要求1所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：还包括水环境模拟装置，所述水环境模拟装置包括水环境模拟容腔、第二水位监测装置，所述水环境模拟容腔环蒸发皿外壁设置，水环境模拟容腔设有溢流孔，所述水环境模拟容腔通过电磁阀与水源连通，所述第二水位监测装置用于监测水环境模拟容腔的水位信号，并传递给数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元用于接收第二水位监测装置的水位信号，输出控制信号给电磁阀，控制电磁阀的打开或关闭，控制水环境模拟容腔水位稳定。

9.根据权利要求8所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述第二水位监测装置包括第二水位管，所述第二水位管与水环境模拟容腔相通，所述第二水位管内安装有用于监测水位的第二探针，第二探针的针尖低于溢流孔。

10.根据权利要求8所述的全自动水面蒸发器，其特征在于：所述第一水位监测装置与第二水位监测装置的水位设定高度相同。