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微型土壤蒸滲儀

簡介—— 1、 產品簡介及設計目標QYZS-WX1型直稱式土壤蒸滲儀是我公司在現代電子技術、土壤物理學和微氣候學等學科領域不斷深入

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1、 產品簡介及設計目標

QYZS-WX1型直稱式土壤蒸滲儀是我公司在現代電子技術、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-土壤水轉化而研發生產的一種更系統更綜合的標準實驗設備。其通過對被測土壤(原狀土或人工配置實驗土)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,可同時檢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、記錄儲存,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。

微型稱重式蒸滲儀,是我公司在充分汲取國內外有關系統特點的基礎上,設計研制的新款設備。其主要特點是:緊跟傳感器技術和檢測技術的革新提高了相關參數的測量精度;同時,進一步改善和提高了微型型稱重式蒸滲儀使用中的效率,降低了勞動強度和維護工作量。其筒體結構與工作原理如圖所示,主要包括土箱體(主體系統的核心)、稱重系統和數據采集與監控系統。蒸滲儀的主題系統是指裝有飽和或非飽和的土箱、外壁以及土壤中的測試儀器,土箱的結構和儀器的數量和種類依據科研需求設計和布局。


微型直稱式土壤蒸滲儀整機總體結構



2、 系統組成及總體結構

微型直稱式土壤蒸滲儀整機系統可分為硬件和軟件兩大部分,共四個板塊:

(1)  測量部分:由土箱、稱重系統平臺以及配套傳感器等組成、

(2)  數據傳輸部分:由數據轉換模塊、放大器及供電系統等組成。

(3)  終端顯示部分:由數據采集器、主控制器、配套軟件及液晶顯示屏等組成。

QYZS-WX1型直稱式蒸滲儀整機系統(單套)

序號

名稱

數量

備注

1

高精度稱重傳感器

1

2

稱重平臺及土箱

1

3

數據采集器及主控制器

1

含控制模塊

4

稱重顯示控制器

1

5

連接線纜及信號控制線

1

6

備電箱和太陽能電池板及蓄電池

1

7

配套軟件

1


微型直稱式土壤蒸滲儀地表(照片)

直稱式土壤蒸滲儀箱體布局(照片)



3、 整體解決方案

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-?S2

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,需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?H

Eg=Q-a×?H3

如果地下水位下降了?H

Eg=b×?H-Q4

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,可有水位計測得。


2·稱重原理及方案

直稱式蒸滲儀稱重機構原理如下圖所示:稱重系統采購專用的稱重傳感器,作用在稱重平臺上,直接稱重土箱的總重量。

微型直稱式蒸滲儀承重結構

稱重傳感器采用高精度稱重傳感器,在稱重平臺下1個支點支撐稱重土箱,支點放置一個稱重傳感器稱重計算。


選用稱重傳感器照片

稱重傳感器的主要性能指標如下:

1) 稱重范圍:0~500.0Kg,分辨率0.01Kg

2) 精度:0.1mm

3) 分辨率:0.025mm

4) 綜合精度:0.01%

5) 稱重采樣速率:1秒;

6) 輸出阻抗:2.0+/-0.25%);

7) 材質:不銹鋼或塑料,全焊接密封,并通過IP68工業防護等級標準;

8) 耐化學腐蝕,五年質保。


由于稱重傳感器固有的零漂和蠕變特性,在長期受力狀態下不可避免影響測量精度,并且每只傳感器的誤差參數又不同。我公司專門設計開發了稱重傳感器校驗設備和方法,對其量程、穩定性、重復性和敏感性進行測試和校驗。如量程的測試采用依次加載已知重量砝碼2~300Kg然后再依次減載的方法;為了測試其穩定性,在2h內向稱重傳感器加載300Kg重物,然后每30min測量度數,判斷其穩定。稱重傳感器的敏感性采用依次加載和減載10g20g20g30g20g100g100g200g的方法來測量。從而有效的清除零漂和蠕變帶來的測量誤差。


3·數據采集原理及方案

本系統的數據采集全部為智能化采集,數據可直接保存到數據庫中,也可以數據文件的形式按設計定的周期保存,并且能通過網絡進行遠程數據傳遞和狀態監控。機體包括物理設備層、網絡傳輸層、數據資源層、科研業務層4個層次,以及信息安全保障、標準規范建設兩個支撐體系。

稱重式蒸滲儀測控系統組成框圖



本項目共需4個采集器模塊完成數據采集任務。每個采集模塊提供32路信號采集端子如圖5所示,每個端子所采集的信號均能轉換為485新號,通過485總線電流模塊,可與控制柜一起組成485網絡。在網絡中每個采集模塊有其固定的節點地址,控制柜通過這個地址可唯一的與組內模塊節點通信。

直稱是蒸滲儀采集模塊框圖



4、性能參數

1、土箱尺寸: 表面積0.5m2,1m

2、土箱要求: 塑料、厚度5~11mm

3、稱重范圍: 0~500.0kg,分辨率0.05kg

4、工作溫度: -30~60

5、工作條件: 220V交流隔離供電或太陽能

6、顯示屏: 4行中英文字符

7、輸出: RS-485/RS232/WIFI

8、稱重采樣速率: 60

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