自动蒸发器有自记蒸发量和可以用于遥测的信号输出功能。除了量测装置以外,它们的蒸发桶、水圈、溢流桶都和标准水面蒸发器(E601B型)一致,只是在观测蒸发桶内水位的方法上应用了自动化“水位计”。所以蒸发器和水位计有很多相同之处,但蒸发器的水位测量精度和分辨力要求都高于一般水位计。由于要保证蒸发桶内水面不能发生较大变化,自动蒸发器还必须有向蒸发桶内补水的功能。这两条是自动蒸发器和自动水位计的不同。
测量水位有很多方法,此处只介绍这两种型式的自动蒸发器。
1.补水式自动蒸发器
(1)工作原理。蒸发使蒸发桶内的水面下降,当下降一个预定值时,补水式自动蒸发器会自动向蒸发桶内补入一定量水体,使蒸发桶内水面上升到原来高度。记录下补水时间和水量(一恒定值),就完成了蒸发自动测量。补水也使蒸发桶内水位一直大概保持在需要的位置。国内一种产品是在蒸发桶内水面上方安装一水面测针,使针尖向下正好触及水面。当蒸发桶内水面因蒸发降低而脱离针尖时,立即产生一个信号。此信号通过控制系统和相关设施的动作,使补水装置向蒸发桶内补充一定量的水(如相当于0.5mm蒸发量的水量),使蒸发桶内水面上升,重新触及测针。可以再发出一个信号,或者利用前一个信号,用于记录蒸发量和信号遥测传输。实现了蒸发量的自记和遥测。
图2.77 补水式遥测蒸发器结构图
1—蒸发桶;2—溢流管;3—测针桶;4—水面测计;5—补水管;6—补水机构;7—储水桶;8—量水探针;9—量水筒;10—控制盒
(2)仪器结构与组成。以国内一种补水式遥测蒸发器为例,它由蒸发桶、补水装置、控制部分、电源组成。蒸发桶应使用水文部门统一规定的E601蒸发器。补水式遥测蒸发器结构如图2.77所示。
补水式遥测蒸发器外形如图2.78所示。
(3)技术性能。包括一般技术要求、准确度分析、特点和应用等内容。
1)一般技术要求。水面蒸发器标准规定了蒸发桶的形状、材料、水圈和对量测装置的要求。由于是人工观测,蒸发量要求观测到0.1mm,补水式遥测蒸发器不易做到这个要求。遥测蒸发器使用很少,没有对它提出正规要求。
典型产品的技术指标如下。蒸发桶器口直径:618±2mm;储水桶容积:≥90000m L(相当于300mm蒸发量);蒸发量分辨力:0.5mm;补水准确度:±3%;一次补水时间:≤20s;电源:12VDC;输出:脉冲信号,每一脉冲代表0.5mm蒸发量;工作环境:0~50℃,95%RH。
图2.78 补水式遥测蒸发器外形
2)准确度分析。这种补水式蒸发器的准确度主要取决于补水准确性,补水准确性主要由量水筒和量水探针的加工精度和补水动作的准确性决定。一般来讲是能保证在较高准确度水平上的。由于蒸发分辨力不能做得太高,使蒸发观测有些“粗糙”,蒸发量小时更为明显。蒸发桶内水面波动会产生额外的补水,但这样的情况只会影响蒸发过程的分布,从较长时间过程考虑,不会累加影响总蒸发量。(www.xing528.com)
降雨会造成蒸发量自动测量的中断,必须经人工处理后才能继续工作。这是这种仪器的缺陷。
3)特点和应用。补水方式原理准确,也比较可靠。输出信号能接入记录和遥测系统,应用也很方便。此类产品开始用于自动化系统。但分辨力不高是其不足。
(4)安装使用。蒸发桶的安装和E601蒸发器的安装要求相同。补水装置连同控制部分安装在靠近蒸发桶的地面上。两者不要靠得太近,以免影响蒸发桶的周围环境。补水的水质与蒸发桶内水质要求相同。运行中要定期清洗水面测针针尖。降雨后要及时处理,使仪器恢复工作。
2.浮子式自动蒸发器
(1)工作原理。将蒸发桶看成是一个水体,用连通管将桶内水体与一小的“静水井”相连,用一高精度、高分辨力的浮子式水位计测量此“静水井”内的水位,也就测得了蒸发桶内水面的变化。再辅以自动向蒸发桶补水和自动处理降雨影响的功能,就构成了一台浮子式自动蒸发器。实际应用时,此“静水井”就是仪器内部的浮子室,只要将仪器和原有蒸发器连通就行了。
(2)仪器结构与组成。仪器是一整体结构,包括一个高分辨力的精密浮子水位计、自动补水机构、控制部分、记录装置、电源等。补水水箱或水源是另外的。蒸发桶也应用标准水面蒸发器(E601型)。
仪器内有一浮子室,浮子室和蒸发桶连通,浮子室内水位与蒸发桶内水位相同,浮子式水位计感测浮子室内的水位,为了达到较高的准确性,常采用光电编码器。控制部分定时测量编码器输出,得到水位和蒸发值。当水位降到一定高度时,控制部分控制自动补水机构向蒸发桶内补水。补水结束,水位到达一个新的位置,以此为起点再开始测量水位和蒸发量。如果遇到降雨,小雨时类似补水效果(还可测得降雨量),雨停后仍能自动测量蒸发。大雨时,蒸发桶内水位升高过多,将会产生溢流,雨停后也仍能自动测量蒸发。信号输出可供记录,传输。
(3)技术性能。包括技术要求、准确度分析、特点与应用等内容。
1)技术要求。一国内产品的技术指标。蒸发量测量范围:0~100mm;蒸发分辨力:0.1mm;测量准确度:±0.3mm;输出码制:格雷码,可转换成每0.1mm蒸发量的触点通断信号;电源:12VDC;工作环境:-10~+70℃,95%RH;配用E601B蒸发器。
这种仪器配用光电编码器,驱动阻力很小,每转有4096个码位,所以能做到0.1mm的分辨力。仪器输出可转换成触点通断信号,便于应用。可配接固态存储器。输出也可转换为标准接口。
2)准确度分析。这种自动蒸发器的测量准确性完全取决于所使用的浮子式水位计的性能。从前述浮子式水位计的分析情况看,要达到±0.3mm的准确度是很困难的,要长期保持这一准确性更是难事。分辨力达到0.1mm并不意味着准确度也能达到同一量级。因此,这是将一般水位计用于蒸发测量时的普遍问题。
需要说明的是,这些误差不会累积起来影响到蒸发总量,故准确性比较好。
3)特点与应用。与上述补水式自动蒸发器相比较,自动化程度较高。它可以自动处理补水和降雨的影响,雨停后就可以恢复蒸发自动测量。除了在补水和降雨过程中以外,蒸发过程的观测是完整的。编码器准确度容易掌握,也很稳定。但结构比较复杂,可能对仪器的稳定性和准确度有影响。
(4)安装使用。使用这类仪器都利用E601蒸发器或大型蒸发池,首先要考虑好向蒸发水体内补水和浮子室与水体连通的安装。因为有补水装置,体积较大,连同仪器安装时要注意相对于蒸发器的高度和距离,尤其不能影响蒸发环境。
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