基于应力‑应变‑电信号关系的水面蒸发量测量方法与流程

本发明属于气象监测技术领域，特别涉及一种基于应力-应变-电信号关系的水面蒸发量测量方法，该方法适用于农业、林业、气象、科研等有关部门。

背景技术：

水面蒸发量是大多气象站监测的主要气象参数之一，指在一定时段内水分经蒸发而散布到空气中的量，它表征了陆面水分蒸发的特性，是水循环的重要组成。近年来，随着温室效应等全球性气候恶化现象的加剧，引起了人们的普遍关注，特别是对影响气候状况重要因素之一的蒸发量的研究也变得越来越重要，而准确测量蒸发量是开展蒸发量研究的前提基础。目前针对水面蒸发量的测量装置主要有小型蒸发器、大型蒸发桶和蒸发皿等几种。其中，小型蒸发器以其简单廉价、操作简便、模拟蒸发情况接近实际以及测量精度满足大多数工况需求的优点而备受关注。而目前主流的小型蒸发器装置的测量原理主要有称重原理和超声波原理，它们均存在一定的局限性。其中，超声波原理主要存在以下局限性：(1)人为操作引起的误差大，且测量精度低；(2)在零下温度环境下测量不准确；(3)装置内空载时(没有水)，容易损坏传感器。而称重原理尽管克服了超声波原理的局限，但仍存在测量原理上的局限性，即大多防禽罩(如器口上部套一个向外张成喇叭状的金属丝网圈)不能完全避免飞禽等对称重传感器的触碰而引起测量的不准确。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于应力-应变-电信号关系的水面蒸发量测量方法。

具体步骤为：

(1)设置一种水面蒸发量的测量装置，由蒸发皿、电阻应变片和信号采集系统组成；蒸发皿采用不锈钢材料加工制成，内径为20.0mm，高度为10.0mm，壁厚2.6mm；电阻应变片设置在蒸发皿的中心位置，其阻值为350Ω，结构形式采用单轴应变片，应变片丝栅长为1.0mm；信号采集系统由通讯连接线和电脑末端组成。

(2)对步骤(1)设置的测量装置进行标定校正，具体步骤为：每天晚上8点用雨量桶量取20mm的水倒入蒸发皿中，然后套上防禽罩，同时对信号采集系统进行归零，第二天晚上8点用雨量桶测量一下蒸发皿内剩余的水位高度，同时对信号采集系统再次归零，同样方法连续实施一星期，一星期后用人工测量的结果对信号采集系统监测出的数据进行校正。

(3)将步骤(2)校正后的测量装置投入使用，在第一天晚上8点用雨量桶量取20.0mm的水倒入蒸发皿中，然后套上防禽罩，此时整个装置便对水面蒸发量进行实时的监测并将蒸发引起蒸发皿内水位变化的量转换成电信号，最后返回电信号到电脑末端，即实现基于应力-应变-电信号关系的水面蒸发量测量。

所述将蒸发引起蒸发皿内水位变化的量转换成电信号的实现原理为：基于电阻应变片的原理，即应力-应变-电信号关系，将蒸发引起蒸发皿内水位变化的量转换成电信号，该基于应力-应变-电信号关系的测量方法的验证演算过程如下：

电阻应变片工作原理：即将应变转换成电信号。

式中，R为电阻值，能够测得，K_S为材料的灵敏系数，为已知，ε为测点处的应变。

材料的胡克定律：σ＝E·ε

式中，σ为材料所受应力，E为材料的弹性模量。

蒸发量＝蒸发皿中水面高度差值Δh(mm)＝测试值-初始值＝ho-h1。

测试值:经一定时间蒸发后，蒸发皿中剩余水位高度。

初始值:初始时刻蒸发皿中水位高度。

前后两次水面高度值之差即为这一时间段的蒸发量。

则，

本发明方法的优点：

(1)有效解决了飞禽等对测量传感器的干扰，测量结果更为准确。

(2)该方法基于应变片的原理，测量的性能稳定、可靠。

(3)适应性强，可在高温、高压、水下以及强磁场等恶劣环境下使用，同时通过信号采集系统的集成能够实现实时、连续的自动测量，能够有效提高工作效率。

附图说明

图1是本发明所使用装置的主视图。

图2是本发明所使用装置的俯视图。

图中标记：1-蒸发皿；2-溢流孔；3-电阻应变片；4-信号采集系统。

具体实施方式

实施例：

(1)设置一种水面蒸发量的测量装置，由蒸发皿、电阻应变片和信号采集系统组成；蒸发皿采用不锈钢材料加工制成，内径为20.0mm，高度为10.0mm，壁厚2.6mm；电阻应变片设置在蒸发皿的中心位置，其阻值为350Ω，结构形式采用单轴应变片，应变片丝栅长为1.0mm；信号采集系统由通讯连接线和电脑末端组成。

(2)使用上述装置时，先应对整个装置进行标定校正，具体步骤为：每天晚上8点用雨量桶量取20mm的水倒入蒸发皿中，然后套上防禽罩，同时对信号采集系统进行归零，第二天晚上8点用雨量桶测量一下蒸发皿内剩余的水位高度，同时对信号采集系统再次归零。同样方法连续实施一星期，一星期后用人工测量的结果对信号采集系统监测出的数据进行校正。

(3)校正后的信号采集系统便可投入使用，测量一定时间段内的蒸发量，只需在第一天晚上8点将20mm的水倒入蒸发皿即可，此时整个装置便对水面蒸发量进行实时的监测并返回电信号到电脑末端，该装置系统便可长时间自动采集并存档，即实现基于应力-应变-电信号关系的水面蒸发量测量。倘若测量区间内出现下雨天，相应的蒸发量扣除降雨量即可。