1、 产品简介及设计目标

QYZS-WX1型直称式土壤蒸渗仪是我公司在现代电子技术、土壤物理学和微气候学等学科领域不断深入发展的基础上，为测定农田蒸腾蒸发和地下水-土壤水转化而研发生产的一种更系统更综合的标准实验设备。其通过对被测土壤（原状土或人工配置实验土）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。该仪器采用*的高分辨率称重系统，配置了智能数据采集器和信号传感器，可同时检测被测土体水分蒸腾蒸发、渗漏随时间的微小变化及气温。空气湿度、光照、降水等对应相关参数，并对测量的数据进行实时在线快速分析处理、记录储存，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。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。

微型称重式蒸渗仪，是我公司在充分汲取国内外有关系统特点的基础上，设计研制的新款设备。其主要特点是：紧跟传感器技术和检测技术的革新提高了相关参数的测量精度；同时，进一步改善和提高了微型型称重式蒸渗仪使用中的效率，降低了劳动强度和维护工作量。其筒体结构与工作原理如图所示，主要包括土箱体（主体系统的核心）、称重系统和数据采集与监控系统。蒸渗仪的主题系统是指装有饱和或非饱和的土箱、外壁以及土壤中的测试仪器，土箱的结构和仪器的数量和种类依据科研需求设计和布局。

微型直称式土壤蒸渗仪整机总体结构

2、 系统组成及总体结构

微型直称式土壤蒸渗仪整机系统可分为硬件和软件两大部分，共四个板块：

（1）  测量部分：由土箱、称重系统平台以及配套传感器等组成、

（2）  数据传输部分：由数据转换模块、放大器及供电系统等组成。

（3）  终端显示部分：由数据采集器、主控制器、配套软件及液晶显示屏等组成。

QYZS-WX1型直称式蒸渗仪整机系统（单套）

微型直称式土壤蒸渗仪地表（照片）

直称式土壤蒸渗仪箱体布局（照片）

3、 整体解决方案

1·蒸渗仪测量原理

对于被蒸渗仪测量的土柱，其水量的平衡方程为：

∆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。

对于蒸渗仪，∆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代表由蒸渗仪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，需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∆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，可有水位计测得。

2·称重原理及方案

直称式蒸渗仪称重机构原理如下图所示：称重系统采购专用的称重传感器，作用在称重平台上，直接称重土箱的总重量。

微型直称式蒸渗仪承重结构

称重传感器采用高精度称重传感器，在称重平台下1个支点支撑称重土箱，支点放置一个称重传感器称重计算。

选用称重传感器照片

称重传感器的主要性能指标如下：

1） 称重范围：0~500.0Kg，分辨率0.01Kg；

2） 精度：0.1mm；

3） 分辨率：0.025mm；

4） 综合精度：0.01%；

5） 称重采样速率：1秒；

6） 输出阻抗：2.0（+/-0.25%）；

7） 材质：不锈钢或塑料，全焊接密封，并通过IP68工业防护等级标准；

8） 耐化学腐蚀，五年质保。

由于称重传感器固有的零漂和蠕变特性，在长期受力状态下不可避免影响测量精度，并且每只传感器的误差参数又不同。我公司专门设计开发了称重传感器校验设备和方法，对其量程、稳定性、重复性和敏感性进行测试和校验。如量程的测试采用依次加载已知重量砝码2~300Kg然后再依次减载的方法；为了测试其稳定性，在2h内向称重传感器加载300Kg重物，然后每30min测量度数，判断其稳定。称重传感器的敏感性采用依次加载和减载10g、20g、20g、30g、20g、100g、100g、200g的方法来测量。从而有效的清除零漂和蠕变带来的测量误差。

3·数据采集原理及方案

本系统的数据采集全部为智能化采集，数据可直接保存到数据库中，也可以数据文件的形式按设计定的周期保存，并且能通过网络进行远程数据传递和状态监控。机体包括物理设备层、网络传输层、数据资源层、科研业务层4个层次，以及信息安全保障、标准规范建设两个支撑体系。

称重式蒸渗仪测控系统组成框图

本项目共需4个采集器模块完成数据采集任务。每个采集模块提供32路信号采集端子如图5所示，每个端子所采集的信号均能转换为485新号，通过485总线电流模块，可与控制柜一起组成485网络。在网络中每个采集模块有其固定的节点地址，控制柜通过这个地址可的与组内模块节点通信。

直称是蒸渗仪采集模块框图

4、性能参数

1、土箱尺寸： 表面积0.5m²,深1m

2、土箱要求： 塑料、厚度5~11mm

3、称重范围： 0~500.0kg，分辨率0.05kg

4、工作温度： -30℃~60℃

5、工作条件： 220V交流隔离供电或太阳能

6、显示屏： 4行中英文字符

7、输出： RS-485/RS232/WIFI

8、称重采样速率： 60秒

数据平台