本发明专利技术公开一种寒区微型蒸渗仪测量系统及其对环境温度的补偿方法，其特征是外围护井通过连接柄与副桶体连接，底部置有可升降的称重底盘，不锈钢桶体放置在称重底盘之上；测量电路板放置在外围护井的副桶体中下部，自动排水泵放置在外围护井副桶体的底部；数据采集器放置在外围护井副桶体的中上部；测量电路板连接在数据采集器上，称重底盘上的称重传感器信号电缆连接到测量电路板上，微处理器控制继电器，继电器控制水泵，将微处理器中嵌入有称重信号的温度补偿程序，在每次对称重传感器的信号进行测量后，会读取温度传感器，取得当前的环境温度，并使用这个温度对称重测量的零点漂移和灵敏度漂移分别进行修正，以减小测量结果受环境温度变化的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是一 种用于高寒山区、陆面生态、土壤监测、气候变化等试验研究的微型蒸渗仪测量系统。
技术介绍
地表的淡水资源绝大部分来自于大气降水，而蒸发是降水的主要消耗形式。蒸发 研究的基本目的是研究水量平衡时空变异性的发生规律、原因及控制性因素，从而能对其 进行定量预测。全球气候正在发生着深刻的变化，准确估算蒸发量及其变化趋势对理解流 域水文循规律以及科学管理流域水资源具有重要意义。蒸发在微观尺度(如空间上为田间 尺度，时间上为日或小时尺度）上发生于土壤一植被一大气系统的相互作用，在宏观尺度 (如空间上为流域或区域尺度，时间尺度为一年或多年尺度）上表现为流域(或区域）的水量 平衡和能量平衡规律以及气候及下垫面因素对水量和能量平衡的影响。 蒸渗仪作为研究水分平衡、物质平衡、土壤溶质运移的全新工具，是为研究水文 循环中下渗、径流(地表径流、壤中流和地下径流)、蒸散发及排水中可溶解成分的转移等过 程，而埋设在地面以下的观测装置。这种设备一般均设在室外空旷的观测场内，可单个或成 组、成套设置。主要由土柱、称重系统和渗漏水量翻斗传感器组成，可用于测定蒸腾蒸发量， 研究植被的耗水规律，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等问题。 主要应用在水文、气象、冰冻圈科学、土壤科学及农田、草原、森林、河流湿地等生态系统的 长期监测领域。 目前，采用蒸渗仪测定植物蒸散、土壤水渗漏过程已成为标准的水文学测定方法， 蒸渗仪成为测定蒸散的标准试验仪器。蒸渗仪一般为称重式，采用水量平衡原理，通过测量 蒸渗仪内土体与植物重量的变化来测定植被蒸腾和土壤蒸发。蒸渗仪主要有以下特点：测 量精度高，一般称重仪器的精度可达到〇. 01~〇. 〇2mm，除准确测量蒸散量外，还可测量土 壤水的入渗量和入渗速率；测量面积较大(一般为0. 4-3. Om2)、深度较深，不影响植被根系 充分发育与吸水，可以较好地代表自然植被生长状况；蒸渗仪的供排水系统能够模拟实际 土壤水分变化过程。 称重传感器（load cell)技术和称重测量技术在商用领域技术相对成熟，现有商 业用途的称重传感器大多为动态称重，具有空载和加载过程，可以动态校准零点；但作为野 外应用的蒸渗仪测量系统，属于静态称重，没有空载过程，长期加载，在环境温度发生变化 时，系统的零点漂移将是影响观测的重要问题，特别是这种微小型蒸渗仪测量系统，测量面 积小，动态蒸发量小，并且这种系统都在地表安装，温度变化较大，特别是昼夜温差较大，且 大部分反映在地表，有的地区昼夜温差可以达到30°C以上。环境温度变化导致的漂移会淹 没实际蒸发量。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的在于提供了一种寒区微型蒸渗仪测量系统。 本专利技术的另一目的在于提供微型蒸渗仪测量系统对环境温度的补偿方法。 本专利技术的目的是这样实现的： 一种微型蒸渗仪测量系统，包括外围护井、装土容器、称重底盘、测量电路板、自动排水 栗、数据采集器和光伏供电系统，外围护井通过连接柄与副桶体连接，副桶体有副桶盖；外 围护井包括聚乙烯材料护井主桶体和防水沿，底部置有可升降的称重底盘，可升降的称重 底盘包括外罩，调节螺杆，称重支架，称重传感器，渗漏计；装土容器包括水准仪，不锈钢桶 底，排水咀和不锈钢桶体放置在称重底盘之上；测量电路板包括通信接口，微处理器，电源 管理，继电器，水栗接口，模数转换器，信号调理电路，温度传感器；放置在外围护井的副桶 体中下部，自动排水栗包括自动排水栗本体和水位开关；放置在外围护井副桶体的底部； 数据采集器放置在外围护井副桶体的中上部；测量电路板连接在数据采集器上，称重底盘 上的称重传感器信号电缆连接到测量电路板上，接到信号调理电路上，进行放大滤波后送 至模数转换器，由微处理器完成测量控制和计算；渗漏计的信号直接连接到微处理器，渗漏 量记录和计算由微处理器完成；水位开关与微处理器连接，当渗漏水或降雨水累积到一定 量后，水位开关向微处理器发出一个信号，微处理器控制继电器，继电器控制水栗，水栗将 微处理器传递信号至自动排水栗将外围护井的副桶体底部的水排出，微处理器在控制排水 时，有超时保护程序，除此，微处理器还连接一个温度传感器，用于测量环境温度；装土容器 中装填土壤，通过测量土体重量的变化，计算出蒸发量，完成蒸发的测量；电源由光伏供电 系统来供应，光伏供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、保温箱。 微型蒸渗仪测量系统对环境温度的补偿方法是将微处理器410中嵌入有称重信 号的温度补偿程序，在每次对称重传感器34的信号进行测量后，微处理器410会读取温度 传感器44,取得当前的环境温度，并使用这个温度对称重测量的零点漂移和灵敏度漂移分 别进行修正，以减小测量结果受环境温度变化的影响。 本专利技术具有以下优点： 1、本专利技术采用三个称重传感器对土体进行称量，受力均衡，不发生偏载问题；称重设备 结构简单稳定，不需要建造复杂地下室，成本造价低，维护方便。 2、本专利技术的称重平台可以人工调节升降，且下降到平台以下，可以防止安装过程 中的冲击。 3、本专利技术设计有一个自动排水栗，可以根据水位开关的状态，将底部渗漏水自动 排出。 4、本专利技术采用聚乙烯材料制成的一体式蒸渗仪外围护井，放弃以往的砖混结构， 使用高密度聚乙烯管材和板材热熔接而成，便于安装、运输，整体占地面积小，极大减少对 环境的破坏。 5、本专利技术的称重测量采用了软件温度补偿的方法来自动修正称重的零点漂移和 灵敏度漂移，以适应于温差较大的地区。 6、本专利技术的数据通过GPRS网络自动发送到指定的电子信箱，或登录服务器网站 查看数据，无需亲临现场下载，方便异地管理。 7、本专利技术可以广泛用于土壤冻融交替过程、陆面生态、土壤监测、气候变化等相关 研究领域。【附图说明】 图1是本专利技术蒸渗仪测量系统整体结构示意图； 图2是图1称重底盘结构示意图； 图3是测量电路方框示意图； 图4是微型蒸渗仪温度补偿原理； 图5是RBF神经网络结构图； 图6是测试阶段蒸渗仪重量随温度分时段变化的关系曲线； 图7是本专利技术蒸渗仪实测蒸散发数据。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细的描述。 如图1-3所示，一种微型蒸渗仪测量系统，包括外围护井1、装土容器2、称重底盘 3、测量电路板4、自动排水栗5、数据采集器6和光伏供电系统7,外围护井1通过连接柄13 与副桶体15连接，副桶体15有副桶盖14 ;外围护井1包括聚乙烯材料护井主桶体11和防 水沿12,底部置有可升降的称重底盘3,可升降的称重底盘3包括外罩31，调节螺杆32,称 重支架33,称重传感器34,渗漏计35 ;装土容器2包括水准仪21，不锈钢桶底22,排水咀23 和不锈钢桶体24放置在称重底盘3之上；测量电路板4包括通信接口 411，微处理器410， 电源管理49,继电器48,水栗接口 47,模数转换器46,信号调理电路45,温度传感器44 ;放 置在外围护井1的副桶体15中上部，自动排水栗5包括自动排水栗5本体和水位开关51 ; 放置在外围护井1副桶体15的底部；数据采集器6放置在外围护井1副桶体15的顶部； 测量电路板4连接在数据采集器6上，称重底盘3上的称重传感器信号电缆连接到测量电 路板本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微型蒸渗仪测量系统，包括外围护井（1）、装土容器（2）、称重底盘（3）、测量电路板（4）、自动排水泵（5）、数据采集器（6）和光伏供电系统（7），其特征是外围护井（1）通过连接柄（13）与副桶体（15）连接，副桶体（15）有副桶盖（14）；外围护井（1）包括聚乙烯材料护井主桶体（11）和防水沿（12），底部置有可升降的称重底盘（3），可升降的称重底盘（3）包括外罩（31），调节螺杆（32），称重支架（33），称重传感器（34），渗漏计（35）；装土容器（2）包括水准仪（21），不锈钢桶底（22），排水咀（23）和不锈钢桶体（24）放置在称重底盘（3）之上；测量电路板（4）包括通信接口（411），微处理器（410），电源管理（49），继电器（48），水泵接口（47），模数转换器（46），信号调理电路（45），温度传感器（44）；放置在外围护井（1）的副桶体（15）中下部，自动排水泵（5）包括自动排水泵本体和水位开关（51）；放置在外围护井（1）副桶体（15）的底部；数据采集器（6）放置在外围护井（1）副桶体（15）的中上部；测量电路板（4）连接在数据采集器（6）上，称重底盘（3）上的称重传感器信号电缆连接到测量电路板（4）上，接到信号调理电路（45）上，进行放大滤波后送至模数转换器（46），由微处理器（410）完成测量控制和计算；渗漏计（35）的信号直接连接到微处理器（410），渗漏量记录和计算由微处理器（410）完成；水位开关（51）与微处理器（410）连接，当渗漏水或降雨水累积到一定量后，水位开关（51）向微处理器（410）发出一个信号，微处理器（410）控制继电器（48），继电器（48）控制水泵（47），水泵（47）将微处理器（410）传递信号至自动排水泵（5）将外围护井（1）的副桶体（15）底部的水排出，微处理器（410）在控制排水时，有超时保护程序，除此，微处理器（410）还连接一个温度传感器（44），用于测量环境温度；装土容器（2）中装填土壤，通过测量土体重量的变化，计算出蒸发量，完成蒸发的测量；电源由光伏供电系统（7）来供应，光伏供电系统（7）包括太阳能电池板（71）、太阳能控制器（72）、蓄电池（73）、保温箱（74）。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩春坛，李新，陈仁升，宋耀选，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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