专利名称：粘质土地面蒸发量自记仪的制作方法
技术领域：
本发明属于农林业及水文监测技术领域，具体涉及一种定位监测自然环境粘质土地面蒸发量，并能实时自动记录生态环境因子的粘质土地面蒸发量自记仪。
背景技术：
地面蒸发量是生态环境监测的重要因子，它综合反映了生态环境的能量平衡和水分循环过程，也是水分平衡研究的主要指标。由于诸多因素的交互影响，地面蒸发量是一个难以准确监测的指标，目前在标准的地面气象观测系统中，尚未将此指标作为观测对象。在科研实践中地面蒸发量常采取半监测半理论推算的方法取得，在人工水分均衡场也可采用蒸渗仪法通过水分平衡的原理测得。截至目前，还没有一种适用于长期野外定位监测，直接测定粘质土地面蒸发量的仪器。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便，测定结果连续、可靠的粘质土地面蒸发量自记仪。本发明可全天候不间断地测定生态环境粘质土地面蒸发量。本发明是通过以下技术方案来实现上述目的
一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于它包括蒸发皿系统，毛细管接续装置，土壤温度监测及电子程序控制系统，数据记录储存显示系统，内壳和外壳；蒸发皿系统与毛细管接续装置相连接，蒸发皿系统与毛细管接续装置安装在内壳；土壤温度监测及电子程序控制系统包括电子程序控制器、压力传感器、两个热敏电阻及两个温度传感器，电子程序控制器与压力传感器、两个热敏电阻及两个温度传感器相连接，压力传感器位于外壳内底部， 压力传感器上面放置内壳；电子程序控制器与数据记录储存显示系统相连接。蒸发皿系统包括底部设有通孔的蒸发皿，蒸发皿下部设置有水分扩散层，水分扩散层上面铺设有原状土层；毛细管接续装置包括储水槽、灯芯和升降电机；升降电机与电子程序控制器连接，升降电机放置在内壳底部，升降电机上方设有托盘，托盘上面放置储水槽，储水槽内装水，灯芯的顶部位于通孔上方的水分扩散层，灯芯的底部置于储水槽水里； 第一热敏电阻及第一温度传感器置于原状土层表层，第二热敏电阻及第二温度传感器置于自然地面表层。本发明使用时，将仪器设置于被测定环境，将装置有内壳与压力传感器的外壳埋设于地面以下，蒸发皿的原状土层的表面与自然地面相平齐，蒸发皿隔绝了蒸发皿内土壤与外界土壤的联系，由毛细管接续装置代替毛细管对水分的垂直输导作用。当自然地面蒸发时，毛细管接续装置可在土壤温度监测及电子程序控制系统的控制下，通过升降电机垂直上、下运动，调节输水灯芯的长度，达到人工蒸发面和自然蒸发面湿度一致，从而保证两者蒸发量一致。本发明实质上是提供了一种能够自动模拟自然状态地面湿度变化的微型称重式蒸渗仪。由于从自然地面直接测定蒸发量是很困难的，本发明设计了人工蒸发皿系统来间接测定自然环境的地面蒸发量。关键的技术是使蒸发皿蒸发量与自然地面蒸发量持续保持一致。根据相关物理学知识，本发明应用的理论是，当蒸发皿和自然地面的表层理化性质和结构相同且蒸发环境一致时，蒸发皿和自然地面蒸发面湿度相同则蒸发量相同，蒸发量相同则地表温度相同，两者的蒸发面湿度相同与蒸发量相同是本发明结构设计的依据，蒸发量相同与地表温度相同是本发明结构控制的依据。本发明具有结构简单，使用方便，适应于全天候天气，可连续准确测定地面蒸发量等特点，可满足野外长期定位监测的要求，适用于农林业及水文等领域监测地面蒸发量。
图1是本发明的结构示意图，
图2是本发明第一、第二热敏电阻与桥式电路的关系图。图中1—蒸发皿，101—通孔，2—原状土层，3—水分扩散层，4一灯芯，5—灯芯固定盖板，501—盖板通孔，6—储水槽，7—升降电机，8—水位线，9一压力传感器，10—传感器基座，11 一自然地面，12—内壳，13—外壳，14 一电子程序控制器，15—数据记录储存器， 16—数据显示器，17—第一热敏电阻，18—第二热敏电阻，19一第一温度传感器，20—第二温度传感器，21—托盘，22—补水管。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。如图1所示
一种粘质土地面蒸发量自记仪，它包括蒸发皿系统，毛细管接续装置，土壤温度监测及电子程序控制系统，数据记录储存显示系统，内壳12和外壳13 ；蒸发皿系统与毛细管接续装置相连接，蒸发皿系统与毛细管接续装置安装在内壳12 ；土壤温度监测及电子程序控制系统包括电子程序控制器14、压力传感器9、两个热敏电阻即第一热敏电阻17与第二热敏电阻18、两个温度传感器即第一温度传感器19与第二温度传感器20，电子程序控制器14 与压力传感器9、两个热敏电阻17、18及两个温度传感器19、20相连接，压力传感器9位于外壳13内底部，压力传感器9上面放置内壳12 ；数据记录储存显示系统包括数据记录储存器15与数据显示器16，电子程序控制器14与数据记录储存器15连接，数据记录储存器15 与数据显示器16连接。蒸发皿系统的功能是提供一个人工蒸发面，毛细管接续装置起到代替毛细管对水分的垂直输导作用。土壤温度监测及电子程序控制系统的作用是调节毛管水补充的强度，保持蒸发皿的蒸发面湿度始终趋近于自然蒸发面的湿度。数据记录储存及显示系统起记录、保存测定结果和监测仪器运行状态的作用。蒸发皿系统包括底部设有通孔101的蒸发皿1，蒸发皿1下部设置有水分扩散层 3，水分扩散层3上面铺设有原状土层2 ；水分扩散层3由抗腐蚀吸水纤维构成；原状土层2 取自于被测环境原状土，原状土层的机械组成、密度和结构与被测环境原状土保持不变，水分扩散层3原状土层2紧密接触；毛细管接续装置位于蒸发皿1的正下方，毛细管接续装置包括储水槽6、灯芯4和升降电机7 ；升降电机7与电子程序控制器14连接，升降电机7放置在内壳12底部，升降电机7上方设有托盘22，托盘22上面放置储水槽6，升降电机7置于储水槽6的正下方，在土壤温度监测及电子程序控制系统的控制下行往复垂直运动，来调节灯芯1的浸水长度，从而调控储水槽6向原状土层2的毛细水流量。储水槽6内装水，灯芯4的顶部位于通孔101上方的水分扩散层3，灯芯4的底部置于储水槽6水里；第一热敏电阻17及第一温度传感器19置于原状土层2表层，第二热敏电阻18及第二温度传感器 20置于自然地面11表层。灯芯4由抗腐蚀吸水纤维构成，灯芯4上端设有膨大的头部，膨大的头部与水分扩散层3紧密接触，保证毛细管畅通；储水槽6由抗腐蚀金属材料构成，储水槽6内设置有水位线8。为了防止异物落入储水槽6，作为本发明的完善，储水槽6的端口上面设有灯芯固定盖板5 ；灯芯固定盖板5设有供灯芯4下部通过的盖板通孔501。灯芯固定盖板5由抗腐蚀金属制成。为了使压力传感器9十分平衡稳固，作为本发明的完善，外壳13底部设置有传感器基座10，压力传感器9设置在传感器基座10上面。电子程序控制器14装有控制电路，控制电路包括桥式电路，参见图2 第一热敏电阻17和第二热敏电阻18连接在桥式电路中，若两个热敏电阻完全相同，它们的阻抗随温度发生同样变化。以第一热敏电阻和第二热敏电阻的阻抗相等或不等作为电信号对系统进行程序控制。控制的原理是若蒸发皿原状土层的湿度低于自然地面的湿度、蒸发皿的蒸发量小于自然地面的蒸发量时，蒸发皿的温度高于自然地面，第一热敏电阻的阻抗高于第二热敏电阻，桥式电路输出正信号，升降电机向上运动，缩短灯芯的垂直长度，增大了灯芯的浸水长度，增加了毛管水的补充量，提高蒸发皿原状土层的湿度。反之则桥式电路输出负信号，升降电机向下运动，增加灯芯的垂直长度，缩短了灯芯的浸水长度，减少了毛管水的补充量，降低蒸发皿原状土层的湿度。如此往复运动直到蒸发皿原状土层和自然地面的湿度一致。当两者湿度相同、蒸发量相同时，两者温度相同，阻抗相同，桥式电路输出零信号，升降电机保持静止状态。第一温度传感器19和第二温度传感器20分别用于监测原状土层2蒸发面和自然地面11的温度。本发明设有补水管14，补水管14穿过外壳13、内壳12和盖板通孔503并与外壳 13刚性固定，补水管14的进水口伸出土面，补水管14出水口位于水位线8之上，补水管14 与内壳12和盖板通孔503之间设有间隙，与它们不发生任何接触和摩擦，保证称量的准确性。当储水槽6的水位线8下降到极限位置时，可通过补水管14加水，同时记录原始重量。内壳12与内壳12内安装的蒸发皿系统毛细管接续装置组成一个被称重系统，一个能够自动模拟自然状态地面湿度变化的微型蒸渗仪系统，该系统被压力传感器监测重量变化，从而确定蒸发量，系统的重量变化即为土壤蒸发量。压力传感器9托起被称重系统， 内壳12外壁与外壳13内壁设有间隙，保持无摩擦状态，且间隙尽量小。 外壳13为圆筒状，上口内收，由抗腐蚀金属材料制作，埋置于土壤内，其上口与自然地面相平，使蒸发皿的原状土层的表面与自然地面相平齐。
权利要求
1.一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于它包括蒸发皿系统，毛细管接续装置， 土壤温度监测及电子程序控制系统，数据记录储存显示系统，内壳和外壳；蒸发皿系统与毛细管接续装置相连接，蒸发皿系统与毛细管接续装置安装在内壳；土壤温度监测及电子程序控制系统包括电子程序控制器、压力传感器、两个热敏电阻及两个温度传感器，电子程序控制器与压力传感器、两个热敏电阻及两个温度传感器相连接，压力传感器位于外壳内底部，压力传感器上面放置内壳；电子程序控制器与数据记录储存显示系统相连接。
2.根据权利要求1所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于蒸发皿系统包括底部设有通孔的蒸发皿，蒸发皿下部设置有水分扩散层，水分扩散层上面铺设有原状土层；毛细管接续装置包括储水槽、灯芯和升降电机；升降电机与电子程序控制器连接，升降电机放置在内壳底部，升降电机上方设有托盘，托盘上面放置储水槽，储水槽内装水，灯芯的顶部位于通孔上方的水分扩散层，灯芯的底部置于储水槽水里；第一热敏电阻及第一温度传感器置于原状土层表层，第二热敏电阻及第二温度传感器置于自然地面表层。
3.根据权利要求2所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于电子程序控制器装有控制电路，控制电路包括桥式电路；第一热敏电阻和第二热敏电阻连接在桥式电路中。
4.根据权利要求2所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于储水槽的端口上面设有灯芯固定盖板；灯芯固定盖板设有盖板通孔。
5.根据权利要求1所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于水分扩散层3 原状土层2紧密接触。
6.根据权利要求1所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于外壳13底部设置有传感器基座10，压力传感器9设置在传感器基座10上面。
7.根据权利要求1所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于补水管14，补水管14穿过外壳13、内壳12和盖板通孔503并与外壳13刚性固定，补水管14的进水口伸出土面，补水管14出水口位于水位线8之上，补水管14与内壳12和盖板通孔503之间设有间隙。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于 外壳13为圆筒状，上口内收；内壳12外壁与外壳13内壁设有间隙。
9.根据权利要求8所述的一种粘质土地面蒸发量自记仪，其特征在于内壳12与内壳 12内安装的蒸发皿系统毛细管接续装置组成被称重系统。
全文摘要
本发明属于农林业及水文监测技术领域，具体涉及一种粘质土地面蒸发量自记仪。它包括蒸发皿系统，毛细管接续装置，土壤温度监测及电子程序控制系统，数据记录储存显示系统，内壳和外壳；蒸发皿系统与毛细管接续装置相连接，蒸发皿系统与毛细管接续装置安装在内壳；土壤温度监测及电子程序控制系统包括电子程序控制器、压力传感器、两个热敏电阻及两个温度传感器，电子程序控制器与压力传感器、两个热敏电阻及两个温度传感器相连接，压力传感器位于外壳内底部，压力传感器上面放置内壳；电子程序控制器与数据记录储存显示系统相连接。它具有结构简单，使用方便，适应于全天候天气，可连续准确测定地面蒸发量等特点，可满足野外长期定位监测的要求。
文档编号G01W1/00GK102183799SQ20111002802
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者姜成英, 康建军, 张继强, 戚登臣, 朱丽, 李广宇, 王芳, 赵明, 邴丹珲, 陈文业, 魏强 申请人:甘肃省林业科学研究院