懸掛式土壤蒸滲儀

*部分:產(chǎn)品技術(shù)介紹

1．1  產(chǎn)  品  簡  介

波恩儀器公司研發(fā)的稱重式土壤蒸滲儀是在現(xiàn)代電子技術(shù)、土壤物理學(xué)和微氣候?qū)W等學(xué)科領(lǐng)域不斷深入發(fā)展的基礎(chǔ)上，為測定農(nóng)田蒸騰、蒸發(fā)和地下水土壤水分轉(zhuǎn)化，而研發(fā)生產(chǎn)的一種更系統(tǒng)、更綜合的標(biāo)準(zhǔn)試驗設(shè)備。其通過對被測土壤（原狀土或人工配制實驗土）水循環(huán)的記錄分析，以研究農(nóng)作物的耗水規(guī)律和SPAC系統(tǒng)中水分運移轉(zhuǎn)化規(guī)律。該儀器采用的高精度、高分辨率稱重系統(tǒng)，配置了智能數(shù)據(jù)采集器和信號傳感器，可同時監(jiān)測被測土體水分蒸騰蒸發(fā)、滲漏隨時間的微小變化及氣溫、空氣濕度、光照、降水等對應(yīng)相關(guān)參數(shù)，并對測量的數(shù)據(jù)進行實時在線快速分析處理、記錄存儲，做到了數(shù)據(jù)采集的高速化、準(zhǔn)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(nóng)田、草原、森林及河流濕地等生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)的長期監(jiān)測。我公司生產(chǎn)的稱重式土壤蒸滲儀經(jīng)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。

BN-XGZS102（懸掛式）稱重式土壤蒸滲儀(標(biāo)配)，規(guī)格尺寸為：長2.0m，寬2.0m，深2.3m，表面積4平方米。

1．2  產(chǎn) 品 系 統(tǒng) 組 成

1.2.1系統(tǒng)組成

稱重式蒸滲儀整機系統(tǒng)可分為四大部分：

（一）測量部分：由土箱、稱重系統(tǒng)和平臺以及配套傳感器等組成。

（二）數(shù)據(jù)傳輸部分：由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、放大器及供電系統(tǒng)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(shè)備安裝地下室：由主設(shè)備室和檢修通道等組成。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)配置

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(fā)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(fā)作用導(dǎo)致水分的損失，這些較難測量，所以產(chǎn)生了高精度的稱重系統(tǒng)來測量△S。

地下水流Q代表由蒸滲儀供排水系統(tǒng)供進和排出的土柱的水量。在地下水位不發(fā)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(fā)生了變化，為了保持儀器內(nèi)水位與大田水位*，須向土柱內(nèi)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(shù)。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(jié)構(gòu)原理圖

1.3.2稱重系統(tǒng)原理

懸掛式稱重機構(gòu)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(chǎn)生工作狀態(tài)。在平衡臂水平時，鋼絲繩產(chǎn)生垂直錯位（為基準(zhǔn)零點）。當(dāng)土體重量發(fā)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(gòu)將擺角的變化轉(zhuǎn)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(jīng)過標(biāo)定，從而實現(xiàn)土箱重量變化的測量。

1.3.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)字信號，再將這些數(shù)字信號通過RS485方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器可以連續(xù)記錄32000組數(shù)據(jù)，每組由蒸發(fā)量、滲漏量，溫度等配套傳感器測量參數(shù)及對應(yīng)時間構(gòu)成。上位計算機可以通過RS232從數(shù)據(jù)采集器中以實時或歷史兩種方式獲取數(shù)據(jù)，整理成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)、曲線、圖表，供實驗者分析、存檔。

稱重式蒸滲儀測控系統(tǒng)組成框圖

降雨期間稱重式蒸滲儀監(jiān)測曲線（軟件截圖）

夏季南方（湖南祁陽）夜間蒸發(fā)量監(jiān)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(guān)系。通過傳感器測得位移變化量，再用標(biāo)定所得系數(shù)計算出對應(yīng)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(tǒng)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。

懸掛式土壤蒸滲儀