数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪，其特征是盛土容器桶内填有原装土壤，桶的下部有沙石过滤层，盛土容器桶底有土壤水渗漏嘴与土壤水渗漏记录计连通，盛土容器桶上部土壤表面处有径流嘴，径流嘴通过出嘴连接径流管和径流记录计；盛土容器桶底部放置称重传感器，称重传感器由传感器支撑装置支撑，置放在称重地下室内；主机数据存储器通过信号线连接称重传感器经过称重变送器和高精度供桥装置供电，多路数据采集存储装置与定时控制电路连接，小气候数据采集连接到主机数据存储器。本发明采用单扳机电路数据处理迅速具有一定先进性，对于改进沙区水分科研中的测试手段是必不可少的一种仪器。
【专利说明】数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于测定植物水分蒸发、土壤渗漏的电子仪器。
【背景技术】
[0002] 在干旱和半干旱地区水资源合理开发利用过程中，如何合理利用有限的水资源使 生物初级生产力得到丰产是一项重要的研究内容。为此需要测定各种植物蒸腾耗水量及其 在生育期内的变化规律。同时还需要确定各种植物的水分利用系数（即生产单位干物质所 需的水量)。这些对于制定灌溉制度，合理控制灌溉定额以及建立维持生态平衡的合理开发 模式具有十分重要的实践意义。另外我国沙漠化土地的逆转措施也以水资源的合理利用和 建立以植物为主的防护体系为主。然而防护体系的稳定性在很大程度上依赖于当地水份状 况。而这水份状况与当地气候条件和植被状况有关。这是因为植物在生育过程中不断消耗 水分散发到大气中。因此测定植物生育耗水量的仪器对于干旱及半干旱地区水分循环研究 是不可缺少的手段之一。这样仪器一般称之为蒸散计（Lysimeter)。
[0003] 我国是一个受沙漠化侵蚀比较严重的国家。全国沙漠化土地已达358万平方公 里，占全国土地面积的37%，而且沙漠化土地仍以2100平方公里/米的速度增长。为了根 治荒漠化必须研究测定植物蒸腾耗水量，监测植物水分蒸发、土壤渗漏量与环境的关系。在 科学实验活动中目前，以单位时间的植物水分蒸发、土壤渗漏量，称土壤，蒸发率，（以毫米 /日计），测定植物蒸腾耗水量的方法有以下几种： 1) 最简单的方法是将植物枝叶剪离主体，利用扭力天平称量不同时刻枝叶的重量变 化。这种方法由于枝叶离开主体，很难得到植物生育过程中真实蒸腾耗水量； 2) 利用蒸发通常与大气下垫面所吸收太阳能有关的原理，通过辐射热平衡测量作物群 体上空蒸散速率。从而计算作物的净耗水量。这种观测方法对于被观测现场有一定的面积 要求，而且误差较大，很难进行作物生育期中的连续观测； 3) 利用浮筒式蒸散计，这种设备在冬季无法观测而且设备造价高，以往研究工作中曾 经用地磅和大量程天平研究测量盆栽植物的耗水量，由于地磅精度低，分辨率差，而天平虽 然精度高但是量程小造价高，都未能得出植物蒸腾精确的数据。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述，从减少仪器实验误差提高测量精度出发，本发明的目的旨在克服称重 式现有技术的缺陷，提供一种数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪。本发明将植物栽 种到容器中，利用电子称测量不同时刻多个容器的重量变化即可得到作物的蒸腾耗水量。
[0005] 本发明的目的可以通过以下措施来实现： 一种数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪，主要是由容器保护筒、盛土容器桶、称 重传感器、称重变送器组成，盛土容器桶内填有原装土壤，桶的下部有沙石过滤层，置放在 容器保护筒内。盛土容器桶底有土壤水渗漏嘴与土壤水渗漏记录计连通，盛土容器桶上部 土壤表面处有径流嘴，径流嘴通过出嘴连接径流管和径流记录计；盛土容器桶底部放置称 重传感器，称重传感器由传感器支撑装置支撑，置放在称重地下室内；主机数据存储器通过 信号线连接称重传感器经过称重变送器，由供电控制系统、太阳能板、锂电蓄电池向高精度 供桥装置供电；多路数据采集存储装置与定时控制电路连接；小气候数据采集是由风速传 感器、风向传感、空气温湿度传感器、雨量筒、土壤温度传感器和支架构成，连接到主机数据 存储器，太阳能板连接供电控制系统给锂电蓄电池充电，锂电蓄电池向高精度供桥装置多 路数据采集存储装置定时控制电路供电。
[0006] 本发明的优点和产生的有益效果是： 1、多路数据采集存储装置有16个通道，48个称重传感器，选择高精度电阻应变称重传 感器比较适当。因为这种传感器的三项误差可不超过万分之五，稳定性较比其他传感器优 越。进行多路植物蒸发土壤水分渗漏定时采集存储，给出精确和实时监测数据，可以测量作 物在一昼夜内蒸腾耗水量的变化规律。为被测植物蒸发量及土壤水分对植物的有效性提供 科学依据。
[0007] 2、本发明采用圆桶容器，容器内装原装土，容器桶底有渗漏嘴，土壤渗漏水渗漏到 渗漏计内记录，容器内与土壤水平处有径流嘴，出嘴连接径流管到径流记录器内；容器底部 由三只称重传感器支撑，当植物水分蒸腾、土壤水分渗漏、降雨时，很方便地收集不同的分 量。因而测得的数据与植物蒸腾、土壤水分渗漏和降雨资料建立相关关系。
[0008] 3、本发明基于从植物水分实验研究出发，研究植物蒸腾的规律，土壤水分渗漏与 气象要素风速、风向、空气温湿度和降雨的关系，通过以上试验，采集植物蒸腾的数据，建立 适用于我国西北植物蒸腾和土壤水分渗漏的模式，研制了一套数字式多路监测植物水分蒸 发土壤渗漏的仪器。
[0009] 4、本发明用于测定植物水分蒸发、土壤渗漏采集仪对容器中的植物蒸腾、土壤水 渗漏和室外小气候变化进行连续测定，对指导农作物、植物和牧草的合理用水，对于研究大 气一一植物一一土壤系统中水分的运动规律，制定合理、科学的灌溉方法，节约用水，促进 农作物、植物和牧草生长都将产生积极作用。能满足水分研究所测数据的要求，能区分植物 耗水量的日变化，同时可测量典型日期内的时耗变化规律和完成多路自动巡检任务。由于 采用单扳机电路数据处理迅速具有一定先进性，对于改进沙区水分科研中的测试手段能起 积极作用。
[0010] 5、本发明结构简单，使用方便，测量精度高。应用前景广泛。不仅利于科研部门的 研究，而且适用于气象台(站)、农场、林场等部门，是观测植物蒸腾必不可少的一种仪器。另 外由于其与土壤、肥料、气象要素之间有密切关系，所以利用本发明建立模型观测到的数值 更精确，很好地用到研究工作汇总。为生产实践服务。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的结构示意图
【具体实施方式】
[0012] 如图1所示，一种数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪，是由容器保护筒1、 盛土容器桶2、称重传感器3、土壤水渗漏嘴4、土壤水渗漏记录计5、传感器支撑装置6、称重 变送器7、防水墙8、径流嘴9、径流管10、径流记录计11、称重地下室12、原装土壤13、过滤 层14、主机数据存储器15、供电控制系统16、太阳能板17、锂电蓄电池18、高精度供桥装置 19、多路数据采集存储装置20、定时控制电路21、风速传感器22、风向传感23、空气温湿度 传感器24、雨量筒25、土壤温度传感器26、支架27组成。盛土容器桶2规格：直径X深（0 1. 13 mX 1.5m)。采用5mm厚的钢板焊接而成，并且采用5 X 5mm角铁加固，植物称重容器内 装土壤底部有100毫米厚的沙石水分过滤层，置放在容器保护筒1内。另外在内筒底部有土 壤水渗漏嘴4是由一根直径1吋的镀锌花管外包锦纶网焊接在内筒底板上，开口向下并有 一个出水嘴与其相连接，作用是排除内筒中的深层渗漏水。内外壁除锈且采用防锈漆处理。 容器保护筒1保护桶大于容器规格：最小缝隙控制在25 - 30mm。保护桶采用5mm厚的钢板 焊接而成，并且采用5X5mm角铁加固，内外壁除锈且采用防锈漆处理。称重地下室12地下 室底板采用钢筋混凝土结构，侧壁采用24厚砖加有混凝土内外包裹另加防水层材料处理。 传感器支撑装置6固定称重传感器的支座采用钢筋混凝土结构，压力传感器上部活动支座 采用焊接在内桶底部的方式。称重传感器3称重传感器选用最大量程均为1000kg、精度为 万分之二，每路容器用3个称重传感器支撑。选用3个称重传感器的目的是为了提高容器稳 定性。主机数据存储器15通过信号线连接称重传感器3经过称重变送器7和高精度供桥 装置19,供电控制系统16太阳能板17、锂电蓄电池18供电高精度供桥装置19。多路数据 采集存储装置20与定时控制电路21连接，对植物水分蒸腾、土壤水分渗漏进行多路定时采 集；小气候数据采集是由风速传感器22、风向传感23、空气温湿度传感器24、雨量筒25、土 壤温度传感器26和支架27构成，连接到主机数据存储器15,太阳能板17连接供电控制系 统16给锂电蓄电池18充电，锂电蓄电池向高精度供桥装置19多路数据采集存储装置20、 定时控制电路21供电。
[0013] 容器内的植物、土壤水分蒸发量通过在其桶底部下方离中心半径为500mm的 圆围上三足鼎立地安装三个轮辐式称重传感器3,传感器与底座之间用平面型承压垫配 合，可有效地防止横向力及热膨胀力造成的误差。承压轮辐式称重传感器中的电阻应变 片经过各种必要的补偿接成惠斯登电桥，这电桥供以稳定直流电压，从电桥输出端则可 得到与容器重量成正比的电压信号。用高精度拱桥装置给传感器供电，由多路数据采集 存储装置检测到蒸发变化的信号电压值，将信号值除以传感器的电压一力值灵敏系数即 可得到容器重。将容器和植物的总重量称出。不同时刻的重量差值即为这段时间内的 水分蒸散量。同时采集仪还对风向，风速值、空气温湿度和雨量进行同步采集存储田间 小气候值，采集时间基本固定在上午8点和晚上8点与气象观测同步，这种方法准确直 观，能实现连续观测是经典的蒸发观测方法。这种蒸散计可以测量作物在一昼夜内蒸腾 耗水量的变化规律。一般都是地面裸露或种有植物的盛土容器，利用它测定盛土容器内 给定时段内的来水量和排水量，即确定水量平衡方程中的各个项目。其方程表示如下： (1_1)式中，来水量：F __大气降水量（mm)，/ 灌水量（mm)， 排水量：I 一蒸散量（mm)，? 一深层土壤的渗漏量（mm)，AIT - 土壤含水量的变化量 (mm), JE -地表径流，流入或流出蒸渗仪的水量（mm)。
[0014] 设计制造蒸渗仪时，盛土容器边缘都高于地面，以防止地表水的水平交换，因为一 般在平原地区地表径流很小，土壤水水平交换少，因此A = 0。这样，方程式可以改写为： P+/ = iST+/) ± (1-2)，这里F和J很容易用标准容器直接计算，D可以用自动翻斗雨 量计测量，AIT可以用直接称重测得。这样，可以很容易的求出I。在没有降水或灌溉和 渗漏时，直接称重得到的Air即为?τ。从这个意义上讲，通过直接测量ΑΙΓ而取得I，认 为是直接称重测量。经用国家四等标准砝码对采集仪进行标定。
【权利要求】
1. 一种数字式多路植物水分蒸发土壤渗漏采集仪，主要是由容器保护筒（1)、盛土容 器桶（2)、称重传感器（3)、称重变送器（7)组成，盛土容器桶（2)内填有原装土壤（13)，桶的 下部有沙石过滤层（14)，置放容器保护筒（1)内；盛土容器桶底有土壤水渗漏嘴（4)与土壤 水渗漏记录计（5)连通，盛土容器桶（2)上部土壤表面处有径流嘴（9)，径流嘴（9)通过出 嘴连接径流管（10 )和径流记录计（11);盛土容器桶（2 )底部放置称重传感器（3 )，称重传感 器（3)由传感器支撑装置（6)支撑，置放在称重地下室（12)内；主机数据存储器（15)通过 信号线连接称重传感器（3)经过称重变送器（7)，由供电控制系统（16)、太阳能板（17)、锂 电蓄电池（18 )向高精度供桥装置（19 )供电，多路数据采集存储装置（20 )与定时控制电路 (21)连接，小气候数据采集是由风速传感器（22)、风向传感（23)、空气温湿度传感器（24)、 雨量筒（25)、土壤温度传感器（26)和支架（27)构成，连接到主机数据存储器（15);太阳 能板（17)连接供电控制系统（16)给锂电蓄电池（18)充电，锂电蓄电池向高精度供桥装置 (19 )多路数据采集存储装置（20 )定时控制电路（21)供电。
【文档编号】G01N5/04GK104111205SQ201310134840
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】赵爱国, 赵晶, 冯起, 李宏, 肖建华 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所