称重蒸渗仪

蒸渗仪系统已成为研究地下水层&mdash 土壤&mdash 植物&mdash 大气连续体(GSPAC)系统的界面水分转化的重要工具。大致用于如下三个方面的研究：(1)测定蒸腾蒸发量，或蒸腾量和蒸发量，研究农作物的耗水规律；(2)和其它仪器一起测定土壤水中各种化学成分的含量，研究化肥、农药或污染物等对土壤水和地下水的作用与影响；(3)测定土壤水向下的渗漏量，研究土壤水量平衡和地下水补给 在地下水浅埋区，为了研究水文过程，蒸渗仪的深度应该容许农作物的生长与吸水、土壤水运动、地下水与土壤水的水分转化、地下水位变化等过程的进行。目前国内研制的蒸渗仪还没有同时考虑这些水文过程，考虑地下水作用的蒸渗仪均是在固定地下水位条件下工作的，这与随时空而变的地下水位的实际情形是不符合的。 德国UMS公司集合二十多年研制、推广蒸渗仪系统的经验，推出了水势动态控制蒸渗仪系统LY-UMS。该蒸渗仪系统能自动根据罐体外大田的水势，调节蒸渗仪底部的水势、使罐体内外在同一深度的水势相同，从而确保蒸渗仪罐体内的水分运移和交换与罐体外一致。此外，UMS公司在称重系统、罐体结构设计、罐体的调节工具设计、罐体内溶液取样杯的材质、地下水位的模拟控制等方面已成为国外业界翘楚，我们在此将其技术介绍给国内同仁，以期为国内蒸渗仪系统的技术改进和更新添砖加瓦。该系统已于2007年被水利部列为&ldquo 948&rdquo 项目推荐设备。 LY-UMS 高精度蒸渗仪系统与传统蒸渗仪系统的比较： 罐体：LY-UMS蒸渗仪系统土柱罐是4mm厚的不锈钢，其对热交换的阻碍比6mm厚的钢板小。国外一般采用圆柱形罐体，而不是目前国内的方形或长方形罐体。 方形的罐体壁在拐角焊接处承受的来自土柱的压力最大，圆柱型罐体没有焊接的拐角，作物的根，水和土壤不会受到罐壁的影响。取原状土的时候，在焊接拐角的土壤更紧实，因为，拐角有摩擦力，会使土体向拐角倾移。圆柱状罐体，因各个方向的受力均匀，管壁可以更薄些，对罐体内外的热交换的阻力更小。 称重系统：UMS公司开发了X-Y-Z型安装构架，用于安装罐体，可在安装过程中调节蒸渗仪，还可在X-Y-Z三方向维护蒸渗仪，可避免风对测量系统的影响，这是UMS公司的专利技术（专利号DPMA&ndash Registered design No. 202004003181.7，）。 UMS还开发了一套装置，可转动蒸渗仪而不会使土柱罐变形；取原状土的工具是德国UMS公司自己研制的，其挖掘蒸渗仪原状土柱技术获得了专利，可有效防止水流沿壁运移，也可防止罐壁附近的土壤紧实。 以上技术能确保测量精度达到0.01mm，可研究雨，雾，霜，解冻及非常微小的蒸散量变化。 底部水势控制系统：蒸渗仪柱体底部的水势参数是衡量蒸渗仪土柱与野外实际情况是否一致的必要指标，也是影响蒸渗仪土柱内植物生长环境的关键指标。 国内蒸渗透仪系统底部的处理一般采用碎石和细砂作为滤层，使用过程中无法得到底部水势参数，此外，长年的运行，也会导致底部的微生物环境与罐体外大相径庭。 LY-UMS高精度蒸渗仪系统埋在底部的6个SiC杯可实现底部的注水或排水。6个SiC杯采用10mm 孔径SiC材质，使杯的表面积达到3600cm2，且质地坚硬，能承载数十吨重的土体重量。除用于测定田间水势的变化外，还可测量排水量，定量控制蒸渗仪柱体底部的水势。该项技术得到了欧盟各野外台站的认可，并在欧盟研究台站的蒸渗系统中得到广泛应用。 自动排水和补水系统：传统的蒸渗仪系统按固定的地下水位补水，当地下水埋深比较深，土柱体高度无法达到地下水位时，无法调节柱体底部水势。LY-UMS系统带有称重系统的60L排补水系统（包括30L空置部分）能提供或接收6个SiC杯的排水，也能从水桶中抽水，实现补水，且排水量和注水量自动被数据采集器存储和记录。 自动溶液取样系统：土壤溶液的取样是系统自动完成的。自动采样泵的数据也可记录在数据采集器中。 传统的蒸渗仪系统一般采用人工采样，耗时耗力，且无法实现定时采样。 VS-pro 自动采样泵：内置数采，1或2 个真空输出，可连续输出或张力控制输出。可连接T8，T4和T5张力计控制负压。高精度真空泵。带键盘和彩色、背景光显示屏幕，可方便设置和查看。可长期、连续运行。用于精确的孔隙水和渗漏水取样及蒸渗系统。可充电电池。 VS-pro技术指标： 1、负压范围：0-850hPa2、负压精度： ± 0.5 hPa3、输出：2个 0&hellip 2000mV4、内存：4500 读数5、供电：10.5&hellip 15VDC6、工作电流：50&hellip 800mA7、工作温度：-10° C - 45° C 多柱体蒸渗仪系统：传统的多柱体蒸渗仪系统因柱体在一个地下室内，远离大田，为了确保柱体的土温与大田一致，一般地下室系统需要加装空调系统，能耗高。目前，新型的多柱体蒸渗仪系统直接将柱体安装在大田内，确保罐体的周围环境与大田一致，采用维护井放置采集数据系统，注排设备等。

JB-DZZS-01多参数全自动称重式地中蒸渗仪JB-DZZS-01多参数全自动称重式地中蒸渗仪是用于自动测检并记录、存储土壤中水份的蒸发量及入渗量的产品。多参数直接称重式蒸渗仪的工作原理直称固定型自动电子称重式蒸渗仪是把压力传感器固定在钢结构底座上，被称土壤测筒平置于称重底座的传感器之上，直接称量土壤测筒中水分的变化。直接称重系统消除了杠杆式称重测量的转换误差及悬臂式测量系统受风和形变带来的误差，称重分辨率可达100克。多参数直接称重式蒸渗仪具备以下主要功能(1)测量具有地下水毛管上升补给条件下的农田实际蒸散发量和潜水蒸发量，进而分析和研究地下水对农田蒸散发的作用和贡献。(2)研究不同土壤类型、不同地下水埋深对农田蒸发和土壤入渗的影响(3)研究作物耗水量、棵间蒸发量和合理的农田灌溉制度(4)建立SPAC系统分析模型，选择和确定各类参数(5)研究与水分运动有关的土壤养分、化学元素和污染物质在土壤中运移和转化的规律。总之，该套设备是开展四水转换研究的重要手段，同时还可用于研究农田其他物质流和能量传输规律和机理，根据设计和制作要求，与国内外已有地中蒸渗仪比较，具有规模大、测量精度高和功能多样化的特点。多参数直接称重式蒸渗仪有如下的特点(1)仪器是只读和存贮式的、它通过电路的特殊调试将重量值(kg)转换成蒸渗量。 ⑵仪器具有定时贮存、显示、打印功能，可人工和计算机观测和控制。即当到设置的时间仪器自动贮存、显示当前的重量，两次数值的差值为蒸渗量。(3)地下室是保护四周土壤不接触到盛土容器的作用，蒸滲仪内筒的土壤条件和植物生长与大田基本一致，其测量结果能代表大田的实际情况。(4)本仪器对指导农作物、牧草和林业的合理用水，对于研究土壤一植物一大气系统中水分的运动规律，制定合理科学的灌溉制度、节约用水、促进农作物生长都将产生积极的作用。技术参数水分测量范围：0-100% 水分精度：0-53%范围内为±3% 53-100% 范围内为±5%温度测量范围： -45℃-115℃(可定制)温度精度： ±0.5℃电导率量程： 0-10000us/cm电导率分辨率： 10us/cm输出信号： RS485响应时间： 1s 防护等级 IP68供电电源： 12-24V DC耗电： ≤ 0.15W（12VDC ,25℃）安装方式： 全部埋入或探针全部插入被测介质直称固定式电子称重式蒸渗仪数据采集系统固定式新型电子称重式蒸渗仪数据采集系统由数据信号转换装置和高精度数据定时显示存贮仪等组成。三个压力传感器可单独采集也可一起采集。开发的上位机软件应功能齐备，界面美观友好，数据处理和转换方便。考虑到测量参数的变化，软件中设计有传感器配置功能，为后续扩展测量参数提供方便，无需二次开发软件。上位机主要负责定时发出数据采集命令，接收和保存下位机返回的测量结果，并对下位机的状态进行监控，记录异常状态并通过短信方式向运维人员报告。数据采集为汉字菜单操作界面，土壤测筒重量、土壤温度、土壤墒情、电导率、水势、蒸发蒸腾量、降水灌溉量、渗漏量、地表径流量、马氏瓶液位等自动定时测量，不同的参数测量界面可以切换，测量数据在线保存，测量数据能自动计算和转换成 Excel文件保存。上位机软件模块组成如图所示，其主要功能包括采样参数设定、手动调试控制、传感器配置、温度/含水率/电导率测量、水势测量、渗漏量测量、蒸散发量测量、地表径流测量、液位测量、排水电磁阀控制、水泵控制、数据显示存储、状态监控、故障记录及报表处理等。数据记录间隔范围5min，10min，15min，30min，1h，4h, 8h，12h，24h等，可根据需要进行选择，测量时间以上位机时间为准。上位机软件模块组成

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。 杠杆式土壤蒸渗仪整机总体结构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序号名称数量备注1高精度称重传感器12只2渗漏传感器12只34级杠杆称重平台及土箱12套含防蠕变系统4数据采集器及自动运行控制器12台含控制模块5大气温湿度传感器1个多个蒸渗仪使用一套6光照传感器7雨量传感器8土壤温度水分电导率传感器12*8个9土壤水势传感器12*8个10土壤溶液提取装置12套每套采样8个点11连接线缆及信号控制线1套12数据集中处理存储软件1套多个蒸渗仪使用一套13工业计算机及配套设施1套多个蒸渗仪使用一套14UPS备用电源4套3个蒸渗仪使用一套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。传感器实际安装结构照片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。其中物理设备层所有数据的自动化采集功能：网络传输层利用Internet局域网，实现科研数据的远程创术与监控功能；数据资源层为基于.NET数据管理服务器，整合了实验基地采集或导入科研数据，向上提供有关数据动态交换、远程输出安监控等数据服务；科研业务与C/S方式提供诸如远程数据监控、科研数据下载、系统运行维护等业务；信息安全保障体系通过数据传输加密、用户鉴权等方式，保障系统安全；标准规范建设体系包括科研数据格式规范、数据传输协议等建设内容。4软件开发方案Microsoft .NET Framework是用于Windows的新托管代码编程模型。它将强大的功能与新技术结合起来，用于构建具有视觉上引人注目的用户体验的应用程序，实现跨技术边界的无缝通信，并且能支持各种业务流程。.NET具备开发应用程序的一切解决方案，包括验证、缓存、状态管理、调试和部署等全部功能。在代码撰写方面特色是将页面逻辑和业务逻辑分开，它分离程序代码与显示的内容，让丰富多彩的界面更容易撰写。同时使程序代码看起来更洁净、更简单。图 8为本系统软件系统的整体架构。由于大型称重式蒸渗仪测控系统多为根据用户需要量身定制，我公司为了减少软件的重复开发工作量，提高软件的通用性以及便于日后的功能扩展，遵循软件工程的思想，开发了传感器配置模块，使得软件能适应不同测量需求的蒸渗仪需要，同时也能适应硬件的剪裁。配套软件按照C/S模式，用户界面体现为一系列Win界面，界面之间通过菜单操作等方式进行跳转。本系统选用数据库管理软件MySQL进行科研数据的统一储存管理，并考虑到了系统扩展性，可对下位机进行的操作，主要功能有：1、232串口配置：主要设置232串口的名称、下位机的名称、波特率、数据位、停止位、校验方式、采样间隔2、蒸渗仪参数测定：测定蒸渗仪的参数。3、重量度量单位设置：设置重量参数。4、历史数据查询、文本数据导入功能。下位机操作子系统涵盖了对数据采集器发出的各种命令。主要的模块有：实时数据接收：对下位机发出实时数据接收命令，将下位机采集到的实时数据以动态图表形式加载到页面，也可将实时数据保存到MySQL数据库。历史数据接收：对下位机发出历史数据接收命令，将下位机采集到的历史数据保存到MySQL数据库。新数据接收：对下位机发出新数据接受命令，将下位机采集到的历史数据按自定义的时间段存入MySQL数据库。下位机管理：设置和读取下位机的状态参数。历史数据接收：对下位机发出历史数据接收命令，将下位机采集到的历史数据保存到MySQL数据库。新数据接收：对下位机发出新数据接受命令，将下位机采集到的历史数据按自定义的时间段存入MySQL数据库。下位机管理：设置和读取下位机的状态参数。6控制中心布设方案试验基地控制中心拟布设并实现以下功能：设置数据中心服务器，与网络交换机相连接。该服务器对土壤测坑检测数据系统的数据库进行管理，具有税局容量大、处理速度快、可靠性高等特点。设置硬件防火墙，具有针对外部网络访问安全防火控制，并可进行黑白名单设置，组织不信任区域对本系统网络和数据资源的访问。设置网络中心交换机，完成网络中心的网络连接，提供可扩展网络端口。该类型交换机有网络管理接口，能提供24口个10/100M自适应连接端口，并配置2个光纤插槽，使网络系统具有较大的扩展能力。设置路由器，对内连接防火墙，对外连接专线。设置应用服务器，安装数据管理系统软件完成客户的数据处理和查询需求。7蒸渗仪土箱各部分主要参数名称实际参数单位数量备注土箱及杠杆系统2m*2m*2.4m整体选用不锈钢板制成厚度：4`12mm套1定制尺寸高精称重传感器（高精度电子秤）台1防蠕变装置自动运行，保证称重传感器在非测量状态时不受压力。套1渗漏传感器分辨率0.01mm水深,精度±0.01mm水深台1土壤溶液提取装置（陶瓷头、抽气机、采样瓶）电源电压：AC220V 50HZ吸引泵：活塞泵极限负压值：＞0.06MP套1土壤含水量温度电导传感器土壤水分测量范围0~100%；温度测量范围-30～+70℃；电导测量范围0～20dS/m。土壤水分测量分辨率0.1%；温度测量分辨率±0.1℃；盐分测量分辨率0.01dS/m。土壤水分测量精度2%；温度测量精度±0.2℃；盐分测量精度±2%。套8选配土壤水势传感器测量范围：±100kPa，分辨率0.1kPa。套8选配自动运行控制器制称重装置及防止称重传感器蠕变在设定的采用周期下自动稳定运行套1数据采集器可采样1路渗漏量传感器、8路土壤水分温度电导率传感器、8路水势传感器套1工业计算机及配套设施内存2G，500G硬盘，接口4个USB，一个网口，外壳IPC-810E，250W电源；配套挂式显示器；配套1.6m网络机柜；配套供电及通讯线路。套1数据集中处理存储软件软件操Microsoft windows平台上运行，具有自动调零、数据自动收集、自动分析、在线显示操作状态和测量数据以及变化曲线的功能。具有系统测量数据的定期采集、断电时数据保存、复电后的恢复的能力，自由设定采样间隔。存储数据以EXCEL文件格式保存。套1UPS备用电源有断电保护措施，断电供电功率不小于450w，市电断电后可以保证设备连续工作12小时以上。套1今后，我们将以行业水平的高科技产品服务，为用户提供标准化、多元化、产品化的行业解决方案，为构筑新时代和谐环保型社会贡献力量。