稱重式蒸滲計(jì)制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種用于監(jiān)檢測土壤中水分蒸騰與滲漏的稱重式蒸滲計(jì)。本實(shí)用新型專利技術(shù)的稱重式蒸滲計(jì)包括：一個(gè)用金屬材料制成的內(nèi)桶和一個(gè)置于內(nèi)桶外的外桶，在外桶之內(nèi)設(shè)置有絕熱材料，在內(nèi)桶內(nèi)充填有與被監(jiān)測地相同土質(zhì)土壤，土壤的上表面與內(nèi)桶的上邊緣間留有一個(gè)防水沿，在內(nèi)桶的土壤內(nèi)分別安放有水分、溫度和熱通量傳感器，傳感器的檢測信號輸出線與設(shè)置于外桶外的信號采集控制器相連。在外桶下底之上與內(nèi)桶的下底之下設(shè)置有三個(gè)用于支撐內(nèi)桶及其內(nèi)土壤固定質(zhì)量的壓縮彈簧和用于檢測出內(nèi)桶及其內(nèi)土壤固定質(zhì)量的變量的壓力傳感器。本實(shí)用新型專利技術(shù)可實(shí)時(shí)檢測補(bǔ)監(jiān)測處土壤水分、溫度和熱通量的差異，用于定量分析它們之間的差異，使整個(gè)系統(tǒng)的檢測更具有代表性。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種用于監(jiān)測農(nóng)田土壤水分蒸散與滲漏的裝置，特別是一種稱重式蒸滲計(jì)。
技術(shù)介紹
農(nóng)田蒸散量是地表水分平衡中的重要組成部分，在區(qū)域和全球水分平衡中具有重要意義。準(zhǔn)確測定農(nóng)田蒸散量是有效利用地表水資源的前提條件之一。蒸滲計(jì)(Lysimeter)是根據(jù)地表水分平衡原理研制的一種儀器，作為直接測定農(nóng)田蒸散量的設(shè)備，目前在國內(nèi)外被廣泛使用。蒸滲計(jì)是根據(jù)水量平衡原理設(shè)計(jì)的一種用來測量農(nóng)田水分蒸散的儀器，可分為稱重式和非稱重式兩種，參見:朱字璽.美國農(nóng)業(yè)氣象和農(nóng)田蒸散研究.氣象，1996，22(6):3 — 9。主要用來測試農(nóng)田土壤水分蒸發(fā)和作物蒸騰所散失的總水量及土壤水分滲漏，同時(shí)可以監(jiān)測降雨量，凝結(jié)水及沙塵天氣的干濕沉降等。國內(nèi)外稱重式蒸滲計(jì)按照其測量原理不同，主要可分為機(jī)械稱量式蒸滲儀、壓力傳感器稱重式蒸滲計(jì)、液壓式蒸滲計(jì)、水力蒸發(fā)器等4種類型，參見:楊正明，金一鍔.農(nóng)業(yè)氣象儀器原理.北京:北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1989，236 — 246。其共同特點(diǎn)是利用傳感器測定盛土容器中因土壤蒸發(fā)、作物蒸騰、滲漏、降水或灌溉而引起的土壤水分重量變化。由于蒸滲計(jì)自重較大，如采用直接測量，即使是高精度傳感器依然無法達(dá)到測量精度。平衡抵消蒸滲計(jì)的固定重量部分，既“死”負(fù)載的方法較多，如:機(jī)械杠桿原理、動(dòng)滑輪原理、液壓原理等，但制作工藝復(fù)雜，不利于建成后的維護(hù)，另外，造價(jià)較高，有的甚至占到整個(gè)設(shè)備造價(jià)的50%以上。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)提供一種稱重式蒸滲計(jì)。本技術(shù)的稱重式蒸滲計(jì)包括:一個(gè)用金屬材料制成的內(nèi)桶和一個(gè)置于內(nèi)桶外的外桶，在外桶之內(nèi)設(shè)置有絕熱材料，在內(nèi)桶內(nèi)充填有與被監(jiān)測地相同土質(zhì)土壤，土壤的上表面與內(nèi)桶的上邊緣間留有一個(gè)防水沿，在內(nèi)桶的土壤內(nèi)分別安放有水分、溫度和熱通量傳感器，傳感器的檢測信號輸出線與設(shè)置于外桶外的信號采集控制器相連。在外桶下底之上與內(nèi)桶的下底之下設(shè)置有三個(gè)用于支撐內(nèi)桶及其內(nèi)土壤固定質(zhì)量的壓縮彈簧和用于檢測出內(nèi)桶及其內(nèi)土壤固定質(zhì)量的變量的壓力傳感器。本技術(shù)的稱重式蒸滲計(jì)，在內(nèi)桶內(nèi)設(shè)置有至少一套水分、溫度和熱通量傳感器，且每套水分、溫度和熱通量傳感器設(shè)置于同一高度的平面上。本技術(shù)的稱重式蒸滲計(jì)，在桶內(nèi)土柱下的反濾層設(shè)置有由若干根多孔陶瓷管呈放射狀布置構(gòu)成的補(bǔ)水裝置，補(bǔ)水裝置的供水管與水泵相連。本技術(shù)的稱重式蒸滲計(jì)中連通補(bǔ)水裝置的供水管的水泵通過檢測水分、溫度和熱通量傳感器的信號采集控制器進(jìn)行控制。本技術(shù)中3個(gè)稱重傳感器采用并聯(lián)連接，通過補(bǔ)償接線盒與數(shù)據(jù)采集器相連接，以減少傳感器靈敏度不一致引起的誤差。由于土桶的重量變化，引起傳感器應(yīng)力變化產(chǎn)生微伏級的電壓信號，再經(jīng)屏蔽傳輸電纜送往前置放大器進(jìn)行放大濾波，又經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件采集此數(shù)字信號進(jìn)行量化，并保存。本技術(shù)的如下優(yōu)點(diǎn):1、本技術(shù)的蒸滲計(jì)由于采用了強(qiáng)力彈簧預(yù)先抵消了蒸滲計(jì)的固定重量部分，既“死”負(fù)載，然后用靈敏度較高的稱重傳感器測量其“活”負(fù)載的重量變化，再通過數(shù)據(jù)采集器把測得的重量變化值轉(zhuǎn)化為與水面蒸發(fā)和降水量對應(yīng)的高度變化值。因此有較高的測量精度和靈敏度。2、因本技術(shù)采用了內(nèi)外桶雙層設(shè)計(jì)，并且在外桶內(nèi)壁上設(shè)置有絕熱材料，減少了桶內(nèi)土壤與周圍空氣之間的熱量側(cè)向交換，使桶內(nèi)土壤的熱狀況與被監(jiān)測處的周圍大田的情況相一致，提高了檢測的代表性。3、本技術(shù)在內(nèi)桶內(nèi)采用了在不同高度的平面上設(shè)置多套土壤濕度、溫度和熱通量傳感器的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測桶內(nèi)外土壤水分、溫度和熱通量的差異，用于定量分析它們之間的差異，使整個(gè)系統(tǒng)的檢測更具有代表性。4、本技術(shù)在桶內(nèi)土柱下的反濾層設(shè)置有由若干根多孔陶瓷管呈放射狀布置構(gòu)成的補(bǔ)水裝置，補(bǔ)水裝置的供水管與雙向水泵相連，如此形成本技術(shù)的水分平衡系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以根據(jù)土桶和周圍大田之間的土壤水分差異自動(dòng)給原狀土補(bǔ)充和抽取水分，確保原狀土與周圍大田的土壤水分保持一致，保證所測蒸散量的代表性。5、本技術(shù)在桶內(nèi)土柱下的反濾層設(shè)置有由若干根多孔陶瓷管呈放射狀布置構(gòu)成的補(bǔ)水裝置，補(bǔ)水裝置的供水管與雙向水泵相連，如此形成本技術(shù)的水分平衡系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以根據(jù)土桶和周圍大田之間的土壤水分差異自動(dòng)給原狀土補(bǔ)充和抽取水分，確保原狀土與周圍大田的土壤水分保持一致，保證所測蒸散量的代表性。6、本技術(shù)可用系統(tǒng)軟件集設(shè)備自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、多要素圖形動(dòng)畫動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲和后期處理等功能于一體，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)生成采集文件并無線傳輸，提升了蒸滲計(jì)設(shè)備的自動(dòng)觀測水平。本技術(shù)可用系統(tǒng)軟件集設(shè)備自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、多要素圖形動(dòng)畫動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲和后期處理等功能于一體，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)生成采集文件并無線傳輸，提升了蒸滲計(jì)設(shè)備的自動(dòng)觀測水平。附圖說明附圖1為本技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2為本技術(shù)的由若干根多孔陶瓷管呈放射狀布置構(gòu)成的補(bǔ)水裝置示意圖。圖中:1 一彈簧，2—壓力傳感器，3—溫度傳感器，4一濕度傳感器，5—補(bǔ)水陶瓷管，6-雙向水泵，7-流量計(jì)，8-采集控制器，9采集控制線路，10-補(bǔ)水容器，11一水管，12—桶，13另外一層設(shè)置的檢測傳感器，14一隔離墻。具體實(shí)施方式本技術(shù)以下結(jié)合附圖說明。本技術(shù)的蒸滲計(jì)的桶12為圓形，其具體實(shí)施例中有兩種，一種的有效蒸散面積為2m2，另一種的有效蒸散面積為4m2。在桶12內(nèi)放置土壤，在桶內(nèi)所形成的土柱深度分別為2m和2.5mο為了盡可能減小桶12內(nèi)外側(cè)向熱交換的影響，桶12采用內(nèi)外兩層的鋼桶，在本技術(shù)的實(shí)例中其內(nèi)鋼桶采用5mm厚的不銹鋼板，外鋼桶采用2mm厚的普通鋼板，在內(nèi)外桶之間填充有絕熱材料，用于阻止桶內(nèi)外側(cè)向熱交換。桶內(nèi)土柱為原狀土，原狀土應(yīng)與監(jiān)測點(diǎn)周圍大田土壤成份保持一致。土柱下設(shè)置35cm厚的反濾層。反濾層由粗沙和礫石組成，鋼桶上沿高出土柱表面約10cm，形成防水沿。在土桶和大田中分層安裝土壤水分傳感器4、溫度傳感器傳感器3和熱通量等傳感器(圖1中未表示)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測桶內(nèi)外土壤水分、溫度、熱通量的變化。在土柱與反濾層粗沙的接觸部分安裝了自動(dòng)補(bǔ)(抽)水裝置，這一自動(dòng)補(bǔ)(抽)水裝置由若干根多孔陶瓷管呈放射狀布置構(gòu)成，參見附圖2，自動(dòng)補(bǔ)(抽)水裝置可以根據(jù)土桶與周圍大田土壤水分的差異自動(dòng)補(bǔ)充和抽取水分，以確保土桶內(nèi)水分與周圍大田保持一致。本技術(shù)的桶12的下方用三個(gè)性能一致的強(qiáng)力彈簧I支撐桶12及其內(nèi)的土柱的總“靜”質(zhì)量(即固定重量部分，也就是支撐桶12及其內(nèi)的土柱的“死”載荷)，同時(shí)在懸臂梁上設(shè)置由高精度壓力傳感器2和支架組成的重力傳感系統(tǒng)，用重力傳感系統(tǒng)檢測出支撐桶12及其內(nèi)的土柱的總質(zhì)量的改變量，而這一改變量正是由土柱中水分質(zhì)量的變化量。本技術(shù)的土壤水分、土壤溫度、土壤熱通量，以及支撐桶12及其內(nèi)的土柱的總質(zhì)量的改變量均通過相應(yīng)的傳感器檢測出來，并通過數(shù)據(jù)通信電纜線路9連接至數(shù)據(jù)采集器8中，所有采集的數(shù)據(jù)通過的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，再通過數(shù)據(jù)采集器8將測得的重量變化值轉(zhuǎn)化為與水面蒸發(fā)和降水量對應(yīng)的高度變化值，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)的控制，如啟動(dòng)雙向水泵補(bǔ)水或抽水作業(yè)。在本技術(shù)中3個(gè)稱重傳感器采用并聯(lián)連接，通過補(bǔ)償接線盒與數(shù)據(jù)采集器相連接，以減少傳感器靈敏本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
稱重式蒸滲計(jì)，其特征是包括：一個(gè)用金屬材料制成的內(nèi)桶和一個(gè)置于內(nèi)桶外的外桶，在外桶之內(nèi)設(shè)置有絕熱材料，在內(nèi)桶內(nèi)充填有與被檢測地相同土質(zhì)土壤形成土柱，土柱的上表面與內(nèi)桶的上邊緣間留有一個(gè)防水沿，土柱下設(shè)置35cm厚的由粗沙和礫石組成反濾層，在內(nèi)桶的土壤內(nèi)分別安放有土壤濕度、溫度和熱通量傳感器，傳感器的檢測信號輸出線與設(shè)置于外桶外的信號采集控制器相連，在外桶下底之上與內(nèi)桶的下底之下設(shè)置有三個(gè)用于支撐內(nèi)桶及其內(nèi)土壤固定質(zhì)量的壓縮彈簧和用于檢測出內(nèi)桶及其內(nèi)土壤固定質(zhì)量的變量的壓力傳感器。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊興國，張旭東，李曉峰，孔令旺，黨選發(fā)，馬鵬里，楊啟國，柯曉新，徐國昌，閆敬澤，林日暖，
申請(專利權(quán))人：甘肅省氣象局，
類型：實(shí)用新型
國別省市：