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懸掛式土壤蒸滲儀

簡介—— 第一部分:產品技術介紹1.1 產 品 簡 介稱重式土壤蒸滲儀是在現代電子技術、土壤物理學和微氣候學等學科領域不斷深入發展

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第一部分:產品技術介紹

1.1  產  品  簡  介

稱重式土壤蒸滲儀是在現代電子技術、土壤物理學和微氣候學等學科領域不斷深入發展的基礎上,為測定農田蒸騰、蒸發和地下水土壤水分轉化,而研發生產的一種更系統、更綜合的標準試驗設備。其通過對被測土壤(原狀土或人工配制實驗土)水循環的記錄分析,以研究農作物的耗水規律和SPAC系統中水分運移轉化規律。該儀器采用先進的高精度、高分辨率稱重系統,配置了智能數據采集器和信號傳感器,可同時監測被測土體水分蒸騰蒸發、滲漏隨時間的微小變化及氣溫、空氣濕度、光照、降水等對應相關參數,并對測量的數據進行實時在線快速分析處理、記錄存儲,做到了數據采集的高速化、準確化和人性化。大大提高了工作效率,降低了勞動強度。適用于農田、草原、森林及河流濕地等生態系統水文循環的長期監測。我公司生產的稱重式土壤蒸滲儀經多年實際使用,在廣大用戶使用過程中贏得了非常好的口碑。


QYZS-201懸掛式稱重式土壤蒸滲儀(標配),規格尺寸為:長2.0m,寬2.0m,深2.3m,表面積4平方米。

1.2  產 品 系 統 組 成

1.2.1系統組成

稱重式蒸滲儀整機系統可分為四大部分:

(一)測量部分:由土箱、稱重系統和平臺以及配套傳感器等組成。

(二)數據傳輸部分:由數據轉換???、放大器及供電系統等組成。

(三)終端顯示部分:由蒸滲儀主控制器和配套軟件等組成。

(四)設備安裝地下室:由主設備室和檢修通道等組成。

1.2.2 標準配置

序號

名稱

數量

備注

1

高精度位移傳感器

1

2

滲漏量傳感器

1

3

大氣溫濕度傳感器

1

4

光照傳感器

1

5

雨量計

1

6

連接電纜及信號控制線

1

7

機械秤體及土箱

1

8

數據采集器及主控制器

1

9

備電箱和太陽能電池板及蓄電池

1

10

中心控制計算機數據下載分析軟件

1

11

地下室

1

另計


1.3  工  作  原  理

1.3.1蒸滲儀測量原理

對于被蒸滲儀測量的土柱,其水量的平衡方程為:

△S = P + I + Q - △R – ET           (1)

式中△S為土壤儲存水量的變化,P為降水量,I為灌溉量,Q為地下水流,△R為凈地表徑流量,ET為蒸騰蒸發量。

對于蒸滲儀,△R一般可以忽略,方程1可改為

ET = P + I + Q - △S             (2)

降水量(P)和灌溉量(I)可以由雨量計和水表直接測得。土壤儲存水量的變化量(△S)代表降水或灌溉后水分的增加,或測量蒸騰蒸發作用導致水分的損失,這些較難測量,所以產生了高精度的稱重系統來測量△S。

地下水流Q代表由蒸滲儀供排水系統供進和排出的土柱的水量。在地下水位不發生變化時,加入到土柱的水量為地下水對土壤水的補給量(Eg),Eg = Q ,由土柱排出的水量為地下水補給量(Rg),Rg = Q ,如果大田中地下水位發生了變化,為了保持儀器內水位與大田水位一致,須向土柱內加入或排出一定水量,地下水對土壤水的補給量與入滲量可由其間接計算得出。如果地下水位上升的△H

Eg = Q – a·△H                        (3)

如果地下水位下降了△H

Eg = b·△H – Q                       (4)

a和b為吸水和脫水實驗測定的系數。實際上a=b=△Q,△Q為地下水位上升或下降時含水量的變化,可由水分儀測得。

稱重式蒸滲儀結構原理圖

1.3.2稱重系統原理

懸掛式稱重機構原理如下圖所示:由兩塊方鋼夾在鋼絲繩中部與兩塊斜鐵及平衡臂產生工作狀態。在平衡臂水平時,鋼絲繩產生垂直錯位(為基準零點)。當土體重量發生變化時,平衡臂上下擺動形成擺角變化,通過鋼性連桿機構將擺角的變化轉換為線位移,再利用高分辨率的位移傳感器測出位移變化量,經過標定,從而實現土箱重量變化的測量。


1.3.3數據采集系統原理

信號放大器能夠采集位移傳感器和滲漏量傳感器的信號,放大處理成數字信號,再將這些數字信號通過RS485方式傳輸到數據采集器,數據采集器可以連續記錄32000組數據,每組由蒸發量、滲漏量,溫度等配套傳感器測量參數及對應時間構成。上位計算機可以通過RS232從數據采集器中以實時或歷史兩種方式獲取數據,整理成標準格式的數據、曲線、圖表,供實驗者分析、存檔。


主機系統

稱重式蒸滲儀測控系統組成框圖


降雨期間稱重式蒸滲儀監測曲線(軟件截圖)

夏季南方(湖南祁陽)夜間蒸發量監測曲線(軟件截圖)


蒸滲儀土箱重量變化量與傳感器的位移變化量成線性關系。通過傳感器測得位移變化量,再用標定所得系數計算出對應土箱重量的變化量即貯水量變化量。 在土箱的排水口,安裝滲漏量傳感器,測得滲漏量變化量。蒸散量由貯水量和滲漏量計算得到。本系統中,單位時間的蒸散量是由貯水量變化量減去滲漏量變化量。


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