地中蒸渗仪

                                                            产品简介及设计目标

 JB-DZZF-02型杠杆式土壤蒸渗仪是我公司在现代电子技术、土壤物理学和微气候学等学科领域不断深入发展的基础上，为测定农田蒸腾蒸发和地下水-土壤水转化而研发生产的一种更系统更综合的标准实验设备。其通过对被测土壤（原状土或人工配置实验土）水循环的记录分析，以研究农作物的耗水规律和SPAC系统中水分运移转化规律。该仪器采用先进的高分辨率称重系统，配置了智能数据采集器和信号传感器，可同时检测被测土体水分蒸腾蒸发、渗漏随时间的微小变化及气温。空气湿度、光照、降水等对应相关参数，并对测量的数据进行实时在线快速分析处理、记录储存，做到了数据采集的高速化、准确化和人性化，大大提高了工作效率，降低了劳动强度。适用于农田、草原、森林及河流湿地等生态系统水文循环的长期监测。

杠杆式蒸渗仪，是我公司在充分汲取国内外有关系统特点的基础上，设计研制的新款设备。其主要特点是：紧跟传感器技术和检测技术的革新提高了相关参数的测量精度；同时，进一步改善和提高了大型杠杆式蒸渗仪使用中的人机接口（HMI）效率，降低了劳动强度和维护工作量。其筒体结构与工作原理如图1所示，主要包括土箱体（主体系统的核心）、杠杆称重系统、供排水系统和数据采集与监控系统。蒸渗仪的主题系统是指装有饱和或非饱和的土箱、外壁以及土壤中的测试仪器，土箱的结构和仪器的数量和种类依据科研需求设计和布局。

  2.系统组成及总体结构

杠杆式土壤蒸渗仪整机系统可分为硬件和软件两大部分，共四个板块：

（1）测量部分：由土箱、杠杆称重系统平台以及配套传感器等组成、

（2）数据传输部分：由数据转换模块、放大器及供电系统等组成。

（3）终端显示部分：由数据采集器、主控制器、配套软件及液晶显示屏等组成。

（4）供排水系统：由控制模块、阀门和补水系统等组成。

直称式蒸渗仪整机系统

3.整体解决方案

1·蒸渗仪测量原理

对于被蒸渗仪测量的土柱，其水量的平衡方程为：

   (1)

式中为土壤储存水量的变化，P为降水量，I为灌溉量，Q为地下水流，为净地表径流量，ET为蒸腾蒸发量。

对于蒸渗仪，一般可以忽略，方程1可改为

   （2）

降水量（）和灌溉量（I）可以由雨量计和水表直接测得。土壤储存水量的变化量（）代表降水或灌溉后水分的增加，或测量蒸腾蒸发作用导致水分的损失，这些较难测量，所以产生了高精度的称重系统来测量。

地下水流Q代表由蒸渗仪供排水系统供进和排出的土柱的水量。在地下水位不发生变化时，加入到土柱的水量为地下水对土壤水的补给量（Eg）,Eg=Q，由土柱排出的水量为地下水补给量（），，如果大田中地下水位发生了变化，为了保持仪器内水位与大田水位一致，需向土柱内加入或排出一定水量，地下水对土壤水的补给量与入渗量可由其间接计算得出。如果地下水位上升

     （3）

如果地下水位下降了

     （4）

a和b为吸水和脱水实验测定的系数。实际上,为地下水位上升或下降时含水量的变化，可有水位计测得。

2·称重原理及方案

直称式蒸渗仪称重机构原理如下图所示：称重系统采购专用的称重传感器，作用在称重平台上，直接称重土箱的总重量。

杠杆式蒸渗仪承重结构

称重传感器采用高精度称重传感器，在杠杆称重平台下四个支点支撑称重土箱，经过多级杠杆变送将力送至高精度传感器。

高精度称重传感器的主要性能指标如下：

1）称重范围：±300mm；

2）精度：±0.1mm；

3）分辨率：0.01mm；

4）称重采样速率：0.1秒。

由于杠杆称重传感器固有的零漂和蠕变特性，在长期受力状态下不可避免影响测量精度，并且每只传感器的误差参数又不同。我公司专门设计开发了防止称重传感器蠕变装置，该装置保证称重传感器在非测量状态时不受压力。并设计出一套杠杆称重传感器校验设备和方法，对其量程、稳定性、重复性和敏感性进行测试和校验。如量程的测试采用依次加载已知重量砝码1~50Kg然后再依次减载的方法；为了测试其稳定性，在1h内向杠杆称重传感器加载100Kg重物，然后每10min测量度数，判断其稳定。称重传感器的敏感性采用依次加载和减载100g、200g、200g、300g、200g、1000g、1000g、2000g的方法来测量。从而有效的清除零漂和蠕变带来的测量误差。

3·数据采集原理及方案

本系统的数据采集全部为智能化采集，数据可直接保存到数据库中，也可以数据文件的形式按设计定的周期保存，并且能通过网络进行远程数据传递和状态监控。机体包括物理设备层、网络传输层、数据资源层、科研业务层4个层次，以及信息安全保障、标准规范建设两个支撑体系。