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西安清遠測控技術有限公司
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簡介—— 1、 產品簡介及設計目標QYZS-WX1型直稱式土壤蒸滲儀是我公司在現代電子技術、土壤物理學和微氣候學等學科領域不斷深入
1、 產品簡介及設計目標
QYZS-WX1型直稱式土壤蒸滲儀是我公司在現代電子技術、土壤物理學和微氣候學等學科領域不斷深入發展的基礎上，為測定農田蒸騰蒸發和地下水-土壤水轉化而研發生產的一種更系統更綜合的標準實驗設備。其通過對被測土壤（原狀土或人工配置實驗土）水循環的記錄分析，以研究農作物的耗水規律和SPAC系統中水分運移轉化規律。該儀器采用的高分辨率稱重系統，配置了智能數據采集器和信號傳感器，可同時檢測被測土體水分蒸騰蒸發、滲漏隨時間的微小變化及氣溫。空氣濕度、光照、降水等對應相關參數，并對測量的數據進行實時在線快速分析處理、記錄儲存，做到了數據采集的高速化、準確化和人性化，大大提高了工作效率，降低了勞動強度。適用于農田、草原、森林及河流濕地等生態系統水文循環的長期監測。
微型稱重式蒸滲儀，是我公司在充分汲取國內外有關系統特點的基礎上，設計研制的新款設備。其主要特點是：緊跟傳感器技術和檢測技術的革新提高了相關參數的測量精度；同時，進一步改善和提高了微型型稱重式蒸滲儀使用中的效率，降低了勞動強度和維護工作量。其筒體結構與工作原理如圖所示，主要包括土箱體（主體系統的核心）、稱重系統和數據采集與監控系統。蒸滲儀的主題系統是指裝有飽和或非飽和的土箱、外壁以及土壤中的測試儀器，土箱的結構和儀器的數量和種類依據科研需求設計和布局。
微型直稱式土壤蒸滲儀整機總體結構
2、 系統組成及總體結構
微型直稱式土壤蒸滲儀整機系統可分為硬件和軟件兩大部分，共四個板塊：
（1） 測量部分：由土箱、稱重系統平臺以及配套傳感器等組成、
（2） 數據傳輸部分：由數據轉換模塊、放大器及供電系統等組成。
（3） 終端顯示部分：由數據采集器、主控制器、配套軟件及液晶顯示屏等組成。
QYZS-WX1型直稱式蒸滲儀整機系統（單套）
| 序號 | 名稱 | 數量 | 備注 |
| 1 | 高精度稱重傳感器 | 1只 |
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| 2 | 稱重平臺及土箱 | 1套 |
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| 3 | 數據采集器及主控制器 | 1臺 | 含控制模塊 |
| 4 | 稱重顯示控制器 | 1套 |
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| 5 | 連接線纜及信號控制線 | 1套 |
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| 6 | 備電箱和太陽能電池板及蓄電池 | 1套 |
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| 7 | 配套軟件 | 1套 |
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微型直稱式土壤蒸滲儀地表（照片）
直稱式土壤蒸滲儀箱體布局（照片）
3、 整體解決方案
1·蒸滲儀測量原理
對于被蒸滲儀測量的土柱，其水量的平衡方程為：
?S=P+I+Q-?R-ET (1)
式中?S為土壤儲存水量的變化，P為降水量，I為灌溉量，Q為地下水流，?R為凈地表徑流量，ET為蒸騰蒸發量。
對于蒸滲儀，?R一般可以忽略，方程1可改為
ET=P+I+Q-?S （2）
降水量（P）和灌溉量（I）可以由雨量計和水表直接測得。土壤儲存水量的變化量（?S）代表降水或灌溉后水分的增加，或測量蒸騰蒸發作用導致水分的損失，這些較難測量，所以產生了高精度的稱重系統來測量?S。
地下水流Q代表由蒸滲儀供排水系統供進和排出的土柱的水量。在地下水位不發生變化時，加入到土柱的水量為地下水對土壤水的補給量（Eg）,Eg=Q，由土柱排出的水量為地下水補給量（Rg），Rg=Q，如果大田中地下水位發生了變化，為了保持儀器內水位與大田水位一致，需向土柱內加入或排出一定水量，地下水對土壤水的補給量與入滲量可由其間接計算得出。如果地下水位上升?H
Eg=Q-a×?H （3）
如果地下水位下降了?H
Eg=b×?H-Q （4）
a和b為吸水和脫水實驗測定的系數。實際上a=b=?Q,?Q為地下水位上升或下降時含水量的變化，可有水位計測得。
2·稱重原理及方案
直稱式蒸滲儀稱重機構原理如下圖所示：稱重系統采購專用的稱重傳感器，作用在稱重平臺上，直接稱重土箱的總重量。
微型直稱式蒸滲儀承重結構
稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，在稱重平臺下1個支點支撐稱重土箱，支點放置一個稱重傳感器稱重計算。
選用稱重傳感器照片
稱重傳感器的主要性能指標如下：
1） 稱重范圍：0~500.0Kg，分辨率0.01Kg；
2） 精度：0.1mm；
3） 分辨率：0.025mm；
4） 綜合精度：0.01%；
5） 稱重采樣速率：1秒；
6） 輸出阻抗：2.0（+/-0.25%）；
7） 材質：不銹鋼或塑料，全焊接密封，并通過IP68工業防護等級標準；
8） 耐化學腐蝕，五年質保。
由于稱重傳感器固有的零漂和蠕變特性，在長期受力狀態下不可避免影響測量精度，并且每只傳感器的誤差參數又不同。我公司專門設計開發了稱重傳感器校驗設備和方法，對其量程、穩定性、重復性和敏感性進行測試和校驗。如量程的測試采用依次加載已知重量砝碼2~300Kg然后再依次減載的方法；為了測試其穩定性，在2h內向稱重傳感器加載300Kg重物，然后每30min測量度數，判斷其穩定。稱重傳感器的敏感性采用依次加載和減載10g、20g、20g、30g、20g、100g、100g、200g的方法來測量。從而有效的清除零漂和蠕變帶來的測量誤差。
3·數據采集原理及方案
本系統的數據采集全部為智能化采集，數據可直接保存到數據庫中，也可以數據文件的形式按設計定的周期保存，并且能通過網絡進行遠程數據傳遞和狀態監控。機體包括物理設備層、網絡傳輸層、數據資源層、科研業務層4個層次，以及信息安全保障、標準規范建設兩個支撐體系。
稱重式蒸滲儀測控系統組成框圖
本項目共需4個采集器模塊完成數據采集任務。每個采集模塊提供32路信號采集端子如圖5所示，每個端子所采集的信號均能轉換為485新號，通過485總線電流模塊，可與控制柜一起組成485網絡。在網絡中每個采集模塊有其固定的節點地址，控制柜通過這個地址可的與組內模塊節點通信。
直稱是蒸滲儀采集模塊框圖
4、性能參數
1、土箱尺寸： 表面積0.5m2,深1m
2、土箱要求： 塑料、厚度5~11mm
3、稱重范圍： 0~500.0kg，分辨率0.05kg
4、工作溫度： -30℃~60℃
5、工作條件： 220V交流隔離供電或太陽能
6、顯示屏： 4行中英文字符
7、輸出： RS-485/RS232/WIFI
8、稱重采樣速率： 60秒
數據平臺
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