直称式大型蒸渗仪

一、产品简介         

        蒸渗仪系统（Lysimeter）是一种安装在室外空旷观测场（反映田间的自然环境）或温室内（人工模拟自然环境）装满土壤、测定农田蒸腾蒸发和地下水—土壤水转化的标准试验设备。其通过对被测土壤（原状土或人工配制实验土）水循环的记录分析，以研究农作物的耗水规律和SPAC系统中水分运移转化规律。该设备可单个或成组、成套设置，适用于农田、草原、森林及河流湿地等生态系统水文循环的长期监测。近年来，随着电子技术、土壤物理学和微气候学等学科领域不断深入发展，蒸渗仪系统与先进的传感器和数据采集装置配合使用，应用范围已拓展到垃圾填埋场等模拟研究领域。

         XHZ-ZS301直称式土壤蒸渗仪采用先进的高分辨率称重系统，配置有先进的水分、电导率、盐分传感器和智能数据采集器及信号传输系统，可通过对被测土壤及作物蒸腾蒸发和地下水—土壤水转化的监测，研究农作物的耗水规律和SPAC系统中水分运移规律。并对测量的数据进行实时在线快速分析处理、记录存储和远程传输，做到了数据采集的高速化、准确化和人性化，大大提高了工作效率，降低了劳动强度。

        直称式土壤蒸渗仪在被测土体下互成120°角安装了三只称重传感器（如下图所示），直接称量被测土体的重量变化，得出蒸散量及渗漏量。

直称式蒸渗仪结构原理图

二、系统设备组成

        (一)测量部分：由土壤、钢筒、称重系统平台、称重系统、渗漏量传感器、称重传感器等组成。

        (二)数据传输部分：由前端放大器和数据转换模块等组成。

        (三)终端显示部分：由数据采集器、备用电源及配套软件等组成。

三、设备配置

四、系统设备主要技术参数

        1. 筒体土柱直径2m，深度2m和3m；称重系统，量程20t（深度2m）/40t（深度3m），分辨率0.02mm；

        2. 渗漏观测系统为称重式，渗漏量测量分辨率0.001mm；测量精度0.01mm；

        3. 土壤温湿度传感器量程：0-100%，-40-80℃；分辨率：0.08%，0.1℃；精度：±1~3%，±0.5℃。

        4. 显示和通讯方式：触摸屏操控显示，本地PC数据和远程数据交互；定时时钟精度1min/月，最短定时时间5min，最大连续工作时段1年；本地存储(数据10min的采样间隔下，大于1年的存储量)，支持U盘数据下载。

        5. 电压范围和工作环境：AC 220V 50HZ；DC 24V； 相对湿度≤90% （30℃）， 工作温度 -20℃～50℃。

        6. 土壤温湿度传感器埋设深度：

        2米深蒸渗仪分20cm、40cm 、60cm、80cm、100cm、150cm共计分6层填设；

        3米深蒸渗仪分20cm、40cm 、60cm、80cm、100cm、150cm、250cm共计分7层填设。

五、系统原理

        1. 测量原理

        对于被自动蒸发监测系统测量的土柱，其水量平衡方程为：

△S = P + I + Q - △R – ET (1)

        式中△S为土壤储存水量的变化，P为降水量，I为灌溉量，Q为地下水流，△R为净地表径流量，ET为蒸腾蒸发量。对于自动蒸发监测系统，△R一般可以忽略，方程1可改为：

ET = P + I + Q - △S (2)

        降水量（P）和灌溉量（I）可以由雨量计和水表直接测得。土壤储存水量的变化量（△S）代表降水或灌溉后水分的增加，或测量蒸腾蒸发作用导致水分的损失，这些较难测量。所以产生了高精度的称重系统来测量△S。

        地下水流Q代表由自动蒸发监测系统供排水系统供进和排出的土柱的水量。在地下水位不发生变化时，加入到土柱的水量为地下水对土壤水的补给量（Eg），Eg =Q ，由土柱排出的水量为地下水补给量（Rg），Rg =Q ，如果大田中地下水位发生了变化，为了保持仪器内水位与大田水位一致，须向土柱内加入或排出一定水量，地下水对土壤水的补给量与入渗量可由其间接计算得出。

        如果地下水位上升的△H

Eg = Q – a·△H   (3)

        如果地下水位下降了△H

Eg = b·△H – Q   (4)

        a和b为吸水和脱水实验测定的系数。实际上a=b=△Q，△Q为地下水位上升或下降时含水量的变化，可由水分仪测得。

        2. 称重系统的原理

        称重式大型自动蒸发监测系统称重机构原理如下图所示：称重系统采用专用的称重传感器，作用在称重平台上，直接称重土箱和土体的总重量。

自动蒸发监测系统称重机构

        称重系统采用称重传感器，在称重平台下三个支点支撑称重土箱，每个支点放置一个称重传感器，三个称重传感器共同称重计算。

        3. 数据采集系统原理

        数据采集及配套软件具有即测即存功能，防止测量数据丢失。可以在线显示蒸渗量过程、渗漏量变化过程。全汉字人机交互操作界面，具有在线帮助功能。定时时钟精度1min/月。最短定时时间5min，连续工作时段不超过1年。

        本地存储(所有数据10min的采样间隔下，大于3年的存储量)，掉电不失，支持U盘数据下载（下位机数据可直接下载到U盘，存储为TXT格式，上位机可导成excel格式）。控制及显示方式：人机交互（触摸屏）操控，具备显示当前测量数据、设置采样时间（1min-60min，步长为1min的多档位）、下位机时间以及管理下位机U盘等。

        在土箱的排水口，安装渗漏量传感器，测得渗漏量变化量。

        蒸散量由贮水量和渗漏量计算得到。本系统中，单位时间的蒸散量是这样计算的。贮水量变化量减去渗漏量变化量即为蒸散量。由方程（2）可以看出，实际本系统的蒸散量包含了降雨量和灌溉量。

六、性能特点

        1. 直称式自动蒸发监测系统都是直接作用在传感器上测量，没有中间（其他结构形式部分）环节的影响，其他机械结构形式称重为部分平衡土体及土箱重量后，测量变化量计算出蒸散量，所以从数据的时效性来讲都具有一定的延时性。

        2. 直称式自动蒸发监测系统安装简单，后期维护方便。

        3. 直称式自动蒸发监测系统虽然对传感器的各项要求较高，但是选择耐用度、精度较高合适的进口称重传感器进行标定后，数据的准确性和稳定性就所保障。