一種地表熱通量測定裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種地表熱通量測定裝置。該裝置包括箱體和11根不銹鋼針管，所述針管的一端固定在箱體的側板外側，其包括7根短針管和4根長針管，其中5根短針管和4根長針管由上至下間隔排列，并位于同一直線上；其余兩根短針管位于頂部的短針管和長針管之間連線的兩側，和頂部的短針管呈凸弧形排布，且該兩根短針管不在同一高度上；所述短針管的內部頂端裝有熱電偶以進行溫度測定；所述長針管的內部設有絕緣電阻絲以進行熱脈沖測定，同時其內部的中部設有熱電偶以進行溫度測定。本裝置通過準確測定地表下若干土層的溫度和熱特性動態，利用梯度法和量熱法同時獲取組合法所需兩項參數，可以實現自動監測地表熱通量動態。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于地表熱通量測定
，特別涉及一種地表熱通量測定裝置。
技術介紹
目前常用的地表熱通量測定技術主要包括土壤熱通量板法、凈輻射比例法、數值估算法，以及估測區域地表熱通量的遙感方法。這些方法均受限于各種誤差，如測定值為地表下一定深度土壤熱通量而非地表熱通量，參數取定值或粗略估值導致無法準確捕捉地表熱通量動態變化等。
技術實現思路
針對現有技術不足，本技術提供了一種地表熱通量測定裝置。一種地表熱通量測定裝置，其包括箱體1和11根不銹鋼針管，所述針管的一端固定在箱體1的側板外側，其包括7根短針管2和4根長針管3，其中5根短針管2和4根長針管3由上至下間隔排列，并位于同一直線上；其余兩根短針管2位于頂部的短針管2和長針管3之間連線的兩側，和頂部的短針管2呈凸弧形排布，且該兩根短針管2不在同一高度上；所述短針管2的內部頂端裝有熱電偶以進行溫度測定；所述長針管3的內部設有絕緣電阻絲以進行熱脈沖測定，同時其內部的中部設有熱電偶以進行溫度測定。所述短針管2的外徑為1.3mm，長度為20mm；所述長針管3的外徑為1.3mm，長度為40mm；位于同一直線上的5根短針管2和4根長針管3，其
間隔為6mm；位于頂部的短針管2兩側的短針管2，與頂部的短針管2間的垂直距離分別為1mm和2mm。所述熱電偶均采用直徑為0.05mm的E型熱電偶。所述絕緣電阻絲采用鎳鉻電阻合金制成，直徑75μm，規格221.9Ω·m-1。上述一種地表熱通量測定裝置的工作原理：熱脈沖技術是基于瞬態熱傳輸理論測定土壤熱特性參數，包括熱導率、熱容量和熱擴散系數。在短時段內(8-15秒)對絕緣電阻絲通直流電產生熱脈沖以加熱土壤，利用其兩側的熱電偶測定距加熱源一定距離處的溫度隨時間變化，基于溫度-時間變化曲線和脈沖時長等信息獲取土壤的熱特性參數。本裝置采用組合法計算地表熱通量：分別獲取地表下一定深度土壤熱通量和該深度至地表間土壤熱儲量變化率，兩參數之和即為地表熱通量：G0＝Gz+ΔS0-z (1)其中，G0為地表熱通量，W·m-2；Gz為地表下z深度土壤熱通量，W·m-2；ΔS0-z為z深度至地表間土壤熱儲量變化率，W·m-2；z為測定深度，m。(1)通過梯度法測定地表下一定深度土壤熱通量Gz：該方法基于傅里葉定律，假設土壤中熱量傳遞以熱傳導為主要方式，利用本裝置獲取測定深度土壤熱導率和隨垂直深度變化的土壤溫度梯度，兩參數相乘可計算該深度土壤熱通量：Gz＝-λz(ΔT/Δz) (2)其中，λz為z深度土壤熱導率，W·m-1·K-1；ΔT/Δz為z深度土壤溫度梯度，K·m-1。(2)通過量熱法計算z深度至地表間土壤熱儲量變化率ΔS0-z：將土層分
為若干亞層，同時測定各亞層土壤容積熱容量和溫度隨時間的變化率，以計算各亞層土壤熱儲量變化率，取各亞層土壤熱儲量變化率之和得到整個土層熱儲量變化率： ΔS 0 - z = Σ i = 1 N C i , j T i , j - C i , j - 1 T i , j - 1 t j - t j - 1 ( z i - z i - 1 ) - - - ( 3 ) ]]>其中，C為土壤容積熱容量，MJ·m-3·K-1；T為土壤溫度，K；t為時間，s。考慮到近地表土層溫度和熱特性時間變異性大且呈非線性變化的特點，利用本裝置同時測定地表下若干深度土壤溫度和熱特性的優勢，將整個土層分為N層分別測算，i和j分別為土層下標和時間步長下標。綜上，本裝置可同時獲取地表下若干土層的溫度和熱特性信息，利用梯度法和量熱法計算地表下一定深度土壤熱通量和該深度至地表間土壤熱儲量變化率，兩參數之和即為地表熱通量測定值。本技術的有益效果為：本裝置通過準確測定地表下若干土層的溫度和熱特性動態，利用梯度法和量熱法同時獲取組合法所需兩項參數，可以實現自動監測地表熱通量動態。與測定地表熱通量的傳統方法相比，本裝置具有工作量少、自動化程度高和動態化監測等優點，不僅能夠配置于氣象災害監測和預報系統中以提高災害預報預警能力，還可應用于相關學科以推進科研和教學工作。附圖說明圖1為一種地表熱通量測定裝置示意圖；其中，a為正視圖，b為側視圖；圖2為實施例1中一段時期內的測定結果；其中，a為地表凈輻射Rn每小時測定值，b為50mm深度土壤熱通量G50和0-50mm土層熱儲量變化率ΔS0-50每小時測定值，c為地表熱通量G0每小時測定值。標號說明：1-箱體，2-短針管，3-長針管。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本技術做進一步說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本技術的范圍及其應用。如圖1所述一種地表熱通量測定裝置，其包括箱體1和11根不銹鋼針管，所述不銹鋼針管的一端通過環氧樹脂固定在箱體1的側板外側，其包括7根短針管2和4根長針管3，所述短針管2的外徑為1.3mm，長度為20mm；所述長針管3的外徑為1.3mm，長度為40mm；其中5根短針管2和4根長針管3由上至下間隔排列，間隔為6mm，且位于同一直線上；其余兩根短針管2位于最上部短針管2和最上部長針管3之間連線的兩側，和最上部的短針管2呈凸弧形排布，其中左側的短針管2和最上部的短針管2間的垂直距離為1mm，右側的短針管2和最上部的短針管2間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種地表熱通量測定裝置，其特征在于，包括箱體(1)和11根不銹鋼針管，所述針管的一端固定在箱體(1)的側板外側，其包括7根短針管(2)和4根長針管(3)，其中5根短針管(2)和4根長針管(3)由上至下間隔排列，并位于同一直線上；其余兩根短針管(2)位于頂部的短針管(2)和長針管(3)之間連線的兩側，和頂部的短針管(2)呈凸弧形排布，且該兩根短針管(2)不在同一高度上；所述短針管(2)的內部頂端裝有熱電偶以進行溫度測定；所述長針管(3)的內部設有絕緣電阻絲以進行熱脈沖測定，同時其內部的中部設有熱電偶以進行溫度測定。

【技術特征摘要】
1.一種地表熱通量測定裝置，其特征在于，包括箱體(1)和11根不銹鋼針管，所述針管的一端固定在箱體(1)的側板外側，其包括7根短針管(2)和4根長針管(3)，其中5根短針管(2)和4根長針管(3)由上至下間隔排列，并位于同一直線上；其余兩根短針管(2)位于頂部的短針管(2)和長針管(3)之間連線的兩側，和頂部的短針管(2)呈凸弧形排布，且該兩根短針管(2)不在同一高度上；所述短針管(2)的內部頂端裝有熱電偶以進行溫度測定；所述長針管(3)的內部設有絕緣電阻絲以進行熱脈沖測定，同時其內部的中部設有熱電偶以進行溫度測定。2.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：任圖生，彭驍陽，王月月，張猛，盧奕麗，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：新型
國別省市：北京;11