申请/专利权人：华北水利水电大学

申请日：2018-10-11

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109186704B

主分类号：G01F23/00

分类号：G01F23/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.02.12#实质审查的生效;2019.01.11#公开

摘要：本发明属于蒸发测量技术领域。一种蒸发量自动测量装置，包括支座、蒸发皿、测量组件和控制及数据采集模块，在所述支座上枢接设置有平衡杆；所述蒸发皿和测量组件分别设置在所述平衡杆的两端；所述测量组件包括：细管，所述细管下部设置有泄水口，且在所述泄水口设置有第一电磁阀；液位传感器，其用于检测细管内的液位；所述控制及数据采集模块控制所述第一电磁阀的动作，检测所述平衡杆的位置，采集并记录所述液位传感器的数据。还公开了一种利用上述的蒸发量自动测量装置进行的蒸发量自动测量方法。本申请能够将较大面积的蒸发量转换成等体积的小直径水体，从而提高数据采集的精度，并能够实现持续测量。

主权项：1.一种蒸发量自动测量装置，其特征在于，包括：支座，在所述支座上枢接设置有平衡杆；蒸发皿；测量组件，所述蒸发皿和测量组件分别设置在所述平衡杆的两端；控制及数据采集模块；和自动补水组件，所述自动补水组件对细管或和蒸发皿进行补水；其中，所述测量组件包括：细管，所述细管下部设置有泄水口，且在所述泄水口设置有第一电磁阀；和液位传感器，其用于检测细管内的液位；所述控制及数据采集模块控制所述第一电磁阀的动作，检测所述平衡杆的位置，采集并记录所述液位传感器的数据；所述平衡杆通过枢接轴与所述支座枢接，所述枢接轴与所述平衡杆为一体结构，所述枢接轴与平衡杆之间设置有细管补水管路和蒸发皿补水管路，且细管补水管路和蒸发皿补水管路均与分别与所述细管和蒸发皿连通，在所述枢接轴的两端分别设置有细管补水接头和蒸发皿补水接头；所述自动补水组件包括：储水箱；计量泵，其包括细管补水计量泵和蒸发皿补水计量泵；和输水管，所述细管补水计量泵通过输水管与细管补水接头和储水箱连通，所述蒸发皿补水计量泵通过输水管与蒸发皿补水接头和储水箱连通。

全文数据：蒸发量自动测量方法与装置技术领域本发明属于蒸发测量技术领域，具体涉及一种蒸发量自动测量方法与装置。背景技术水面蒸发或者土壤水量蒸发是水资源评价、土壤研究、水文研究、水利工程设计和气候区划中基本要素之一,也是研究陆面蒸发的基本参证资料。虽然现有蒸发量测量仪器较多,但是传统人工测量蒸发量的方法测量的数据带有很大的人为性,而且工作量大、局限较多。而现有自动化蒸发量测量仪如ZFH型、磁致伸缩型蒸发量测试仪以及基于超声波水位的高精度水位控制系统等技术，受限于液位传感器精度不足以及蒸发量测量环境复杂等因素,普遍存在精度无法满足国家规范要求、自动化功能不够完善等缺陷。发明内容本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种蒸发量自动测量方法与装置，其能够将较大面积的蒸发量转换成等体积的小直径水体，从而提高数据采集的精度，并能够实现持续测量。为达到上述目的，所采取的技术方案是：一种蒸发量自动测量装置，包括：支座，在所述支座上枢接设置有平衡杆；蒸发皿；测量组件，所述蒸发皿和测量组件分别设置在所述平衡杆的两端；和控制及数据采集模块；其中，所述测量组件包括：细管，所述细管下部设置有泄水口，且在所述泄水口设置有第一电磁阀；液位传感器，其用于检测细管内的液位；所述控制及数据采集模块控制所述第一电磁阀的动作，检测所述平衡杆的位置，采集并记录所述液位传感器的数据。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述控制及数据采集模块包括平衡杆位置检测部件；所述平衡杆位置检测部件包括平衡触点和接触片，所述平衡触点设置在所述平衡杆的外侧，所述接触片设置在所述平衡杆上，并与所述平衡触点对应，通过所述平衡触点和接触片的接合和断开，控制所述液位传感器的动作；或所述平衡杆位置检测部件包括磁钢和能够感应所述磁钢的霍尔元件，所述磁钢和霍尔元件二者中的一者设置在平衡杆上，另一者对应设置在所述平衡杆外侧，通过检测所述平衡杆的位置，控制所述液位传感器动作。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述细管为至少一根，所述细管顶部敞口、或所述细管顶部设置有第二电磁阀。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述细管上设置有刻度线，所述蒸发量自动测量装置还包括设置在外侧的防风玻璃罩和防鸟网。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，与所述细管对应的平衡杆端部设置有配重、或所述平衡杆两端均设置有配重，在所述支座下部设置有支撑台，支撑台底部设置有行走轮和调平支脚。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述蒸发量自动测量装置还包括太阳能电池板或蓄电池，其与所述控制及数据采集模块电性连接。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述蒸发皿的截面面积与细管的截面面积为1:100~1：10000。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述蒸发量自动测量装置还包括自动补水组件，所述自动补水组件对所述细管或所述蒸发皿进行补水。根据本发明的蒸发量自动测量装置，优选地，所述平衡杆通过枢接轴与所述支座枢接，所述枢接轴与所述平衡杆为一体结构，所述枢接轴与平衡杆之间设置有细管补水管路和蒸发皿补水管路，且细管补水管路和蒸发皿补水管路均与分别与所述细管和蒸发皿连通，在所述枢接轴的两端分别设置有细管补水接头和蒸发皿补水接头；所述自动补水组件包括：储水箱；计量泵，其包括细管补水计量泵和蒸发皿补水计量泵；和输水管，所述细管补水计量泵通过输水管与细管补水接头和储水箱连通，所述蒸发皿补水计量泵通过输水管与蒸发皿补水接头和储水箱连通。一种蒸发量自动测量方法，利用上述的蒸发量自动测量装置进行的蒸发量自动测量，具体包括以下步骤：对蒸发量自动测量装置进行组装，并分别在蒸发皿和细管中添加测量基料和水，完成平衡杆的调平；读取液位传感器的初始数据，并记录；根据控制及数据采集模块的设定数据读取间隔时间，控制电磁阀泄水，直至平衡杆恢复平衡，读取此时液位传感器的液位数据，并记录；多次完成、并记录液位传感器的数据采集和记录，获取蒸发量的数据信息。采用上述技术方案，所取得的有益效果是：本申请能够针对自动化精确测量蒸发量的需求，有效地实现蒸发量测量精度的大幅提升及无人值守的蒸发量测量与监控。同时通过蒸发器设计需求分析,设计了杠杆式的测量结构，并针对需求设计了自动化蒸发量测量装置，设计控制及数据采集模块与自动补水组件，从而实现了可持续的自动化测量。本申请采用杠杆原理，将较大面积的蒸发量转换成等体积的小直径水体；将水面或者土壤中的微小蒸发水量转换成较小截面面积的大高差，方便读数和水位传感器的计量与采集，大大提高了其数据采集的精确性。通过自动补水组件的设计，能够有效的提高测量的时间跨度和数据采集量，从而使得对蒸发量的数据参数的可靠性，进一步的得到提高，从而为陆面蒸发的研究提供可靠的基本参证资料。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。图1为根据本发明实施例的蒸发量自动测量装置的结构示意图之一，其示出了支座、蒸发皿、测量组件的位置关系。图2为根据本发明实施例的蒸发量自动测量装置的结构示意图之二，其进一步示出了防风罩、底座的结构关系。图3为根据本发明实施例的平衡杆与支座的结构示意图，其示出了平衡杆和枢接轴的内部结构。图4为根据本发明实施例的测量组件的结构示意图之一。图5为根据本发明实施例的平衡杆位置检测部件的结构示意图。图6为根据本发明实施例的测量组件的结构示意图之二，其示出了多根细管的结构示意图。图中序号：100为支座、110为平衡杆、111为配重、120为枢接轴、130为支点；200为蒸发皿；300为测量组件、310为细管、320为液位传感器、330为泄水口、331为第一电磁阀、340为平衡杆位置检测部件、3401为平衡触点、3402为接触片、350为第二电磁阀、360为刻度线、3701为细管补水管路、3702为蒸发皿补水管路、3703为细管补水接头、3704为蒸发皿补水接头；410为支撑台、420为行走轮、430为调平支脚、440为防风罩、450为防鸟网。具体实施方式为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1-图6，本申请公开了一种蒸发量自动测量装置，其用于将较大面积的蒸发量转换成等体积的小直径水体；将水面或土壤中的微小蒸发水深转换成较小截面面积的大高差，方便读数和水位传感器的计量与采集，具体的包括支座100、蒸发皿200、测量组件300和控制及数据采集模块，在支座100上枢接设置有平衡杆110；蒸发皿200和测量组件300分别设置在平衡杆110的两端；测量组件300包括细管310和液位传感器320，细管下部设置有泄水口330，且在泄水口330设置有第一电磁阀331；液位传感器320用于检测细管310内的液位；控制及数据采集模块控制第一电磁阀331的动作，检测平衡杆110的位置，采集并记录液位传感器320的数据。控制及数据采集模块包括平衡杆位置检测部件340；平衡杆位置检测部件340包括平衡触点3401和接触片3402，如图5所示，平衡触点3401设置在平衡杆110的外侧，接触片3402设置在平衡杆110上，并与平衡触点3401对应，通过平衡触点3401和接触片3402的接合和断开，控制液位传感器320的动作。其平衡杆位置检测部件340的结构还可以为磁钢和能够感应磁钢的霍尔元件，磁钢和霍尔元件二者中的一者设置在平衡杆上，另一者对应设置在平衡杆外侧，通过检测平衡杆的位置，控制液位传感器动作。具体的其动作原理是：在蒸发皿和细管中注入适量的水，并调平平衡杆，此时平衡杆位置检测部件340给出平衡信号，并由液位传感器给出细管的液位数据；待蒸发皿中液体蒸发后，平衡杆失衡，导致平衡杆位置检测部件分离，根据控制及数据采集模块设定的间隔时间，控制第一电磁阀放水，从而逐步使得平衡杆再次平衡，此时平衡杆位置检测部件接合，给出平衡信号，关闭第一电磁阀，同时检测恢复平衡时的液位数据，根据二次液位数据之差，获取第一电磁阀放水量，即为该段时间段内蒸发皿的蒸发量。为了避免细管中的水量的蒸发造成测量误差的存在，故其细管顶部可以为敞口结构，由于细管尺寸较小，因此蒸发量可以忽略，或者在细管顶部设置有第二电磁阀，其与第一电磁阀联动，从而使得细管在正常情况下处于封闭状态。还可以通过在细管上设置有刻度线，使得室外观察更为直观，能够实施人工观测数据。在户外作业时，往往存在其他因为的影响，会导致杠杆系统受到破坏，造成自动测量的误差的存在，故通过设置防风玻璃罩和防鸟网，从而避免对杠杆系统的扰动。对于整个蒸发量自动测量装置的设置，其可以通过如图2所示的结构，设置在支撑台410上，也可以通过将蒸发量自动测量装置整体置于地下，即使得蒸发皿与地表平齐，在蒸发皿上部设置防鸟网，细管外侧设置防风管、防风玻璃罩等，从而使得整个装置避免受到外界因素的影响。由于存在一定的不对称性，且蒸发皿和细管的质量和体积存在较大的差别，故二者调平过程中存在一定的问题，因此通过在与细管对应的平衡杆端部设置有配重、或平衡杆两端均设置有配重，从而能够便于快速调平，保障整个设备调试组装的便捷性。进一步的，由于测量过程中杠杆系统会处于两个状态，一个是平衡状态，一个是失衡状态，而失衡状态往往会导致一侧快速倾斜至最低点，故为了避免倾斜角度过大，导致杠杆系统的失效，因此，通过在支座100上设置与平衡杆110对应的支点130，从而有效的控制杠杆的倾斜度，使得杠杆在一个较小的摆动范围内实现平衡和失衡的动作，保障其灵活性，进一步的，可以通过在支点上设置压力传感器，从而检测失衡时相应的作用力，从而便于对整个控制及数据采集模块的控制进行调整和指导，优化和控制数据采集的时间点，保障采集数据的准确性。由于要实现自动测量，则需要相应的控制单元，如芯片、微处理器等，并且需要控制电磁阀、传感器的动过，因此，还通过设置太阳能电池板或蓄电池，其与控制及数据采集模块电性连接，实现电能的供给，保障系统的完整性。如图6所示，蒸发皿的截面面积与细管的截面面积为1:100~1：10000，为了进一步的提高测量精度，可以对细管的数量进行变更，其可以为一根，也可以为多根，通过多根细管的设置，每根细管上均对应设置泄水口和液位传感器，由此不仅能够降低单根细管的高度，而且能够增加测量的精度，能够将蒸发皿中的蒸发量提升小至数十倍，大至上千倍、上万倍。由于陆面蒸发参证资料，需要持续的大时间跨度、大测量数据参数的支持，因此，需要保障整个系统的可持续性，故通过设置自动补水组件，自动补水组件对细管或蒸发皿进行补水，具体的，本申请提供了一种具体的结构如图3和图4所示，其平衡杆110通过枢接轴120与支座100枢接，枢接轴120与平衡杆110为一体结构，枢接轴120与平衡杆110之间设置有细管补水管路3701和蒸发皿补水管路3702，且细管补水管路3701和蒸发皿补水管路3702均与分别与细管310和蒸发皿200连通，在枢接轴120的两端分别设置有细管补水接头3703和蒸发皿补水接头3704；自动补水组件包括储水箱、计量泵和输水管，其计量泵包括细管补水计量泵和蒸发皿补水计量泵；细管补水计量泵通过输水管与细管补水接头和储水箱连通，蒸发皿补水计量泵通过输水管与蒸发皿补水接头和储水箱连通，其中细管补水接头3703和蒸发皿补水接头3704采用旋转接头，避免对枢接轴的旋转造成影响。本申请还公开了一种蒸发量自动测量方法，利用上述的蒸发量自动测量装置进行的蒸发量自动测量，具体包括以下步骤：对蒸发量自动测量装置进行组装，并分别在蒸发皿和细管中添加测量基料和水，其测量基料可以为土壤或者水资源，或者其他需要对其蒸发量进行测量的基料，完成平衡杆的调平；读取液位传感器的初始数据，并记录；根据控制及数据采集模块的设定数据读取间隔时间，控制电磁阀泄水，直至平衡杆恢复平衡，读取此时液位传感器的液位数据，并记录；多次完成、并记录液位传感器的数据采集和记录，获取蒸发量的数据信息。本文中术语“和或”表示可以存在三种关系。例如，A和或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

权利要求：1.一种蒸发量自动测量装置，其特征在于，包括：支座，在所述支座上枢接设置有平衡杆；蒸发皿；测量组件，所述蒸发皿和测量组件分别设置在所述平衡杆的两端；和控制及数据采集模块；其中，所述测量组件包括：细管，所述细管下部设置有泄水口，且在所述泄水口设置有第一电磁阀；和液位传感器，其用于检测细管内的液位；所述控制及数据采集模块控制所述第一电磁阀的动作，检测所述平衡杆的位置，采集并记录所述液位传感器的数据。2.根据权利要求1所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述控制及数据采集模块包括平衡杆位置检测部件；所述平衡杆位置检测部件包括平衡触点和接触片，所述平衡触点设置在所述平衡杆的外侧，所述接触片设置在所述平衡杆上，并与所述平衡触点对应，通过所述平衡触点和接触片的接合和断开，控制所述液位传感器的动作；或所述平衡杆位置检测部件包括磁钢和能够感应所述磁钢的霍尔元件，所述磁钢和霍尔元件二者中的一者设置在平衡杆上，另一者对应设置在所述平衡杆外侧，通过检测所述平衡杆的位置，控制所述液位传感器动作。3.根据权利要求1所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述细管为至少一根，所述细管顶部敞口、或所述细管顶部设置有第二电磁阀。4.根据权利要求1所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述细管上设置有刻度线，所述蒸发量自动测量装置还包括设置在外侧的防风玻璃罩和防鸟网。5.根据权利要求1所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，与所述细管对应的平衡杆端部设置有配重、或所述平衡杆两端均设置有配重；在所述支座下部设置有支撑台，支撑台底部设置有行走轮和调平支脚。6.根据权利要求1所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述蒸发量自动测量装置还包括太阳能电池板或蓄电池，其与所述控制及数据采集模块电性连接。7.根据权利要求1-6任一所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述蒸发皿的截面面积与细管的截面面积为1:100~1：10000。8.根据权利要求1-6任一所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述蒸发量自动测量装置还包括自动补水组件，所述自动补水组件对所述细管或所述蒸发皿进行补水。9.根据权利要求8所述的蒸发量自动测量装置，其特征在于，所述平衡杆通过枢接轴与所述支座枢接，所述枢接轴与所述平衡杆为一体结构，所述枢接轴与平衡杆之间设置有细管补水管路和蒸发皿补水管路，且细管补水管路和蒸发皿补水管路均与分别与所述细管和蒸发皿连通，在所述枢接轴的两端分别设置有细管补水接头和蒸发皿补水接头；所述自动补水组件包括：储水箱；计量泵，其包括细管补水计量泵和蒸发皿补水计量泵；和输水管，所述细管补水计量泵通过输水管与细管补水接头和储水箱连通，所述蒸发皿补水计量泵通过输水管与蒸发皿补水接头和储水箱连通。10.一种蒸发量自动测量方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一所述的蒸发量自动测量装置进行的蒸发量自动测量，具体包括以下步骤：对蒸发量自动测量装置进行组装，并分别在蒸发皿和细管中添加测量基料和水，完成平衡杆的调平；读取液位传感器的初始数据，并记录；根据控制及数据采集模块的设定数据读取间隔时间，控制电磁阀泄水，直至平衡杆恢复平衡，读取此时液位传感器的液位数据，并记录；多次完成、并记录液位传感器的数据采集和记录，获取蒸发量的数据信息。

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