一种负压差式水面蒸发自动测量装置

1.本实用新型涉及蒸发量测量用具技术领域，尤其涉及一种负压差式水面蒸发自动测量装置。


背景技术：

2.水面蒸发是测量大气中一定时间间隔水的蒸发量，传统的人工观测设备采用小型蒸发皿(蒸发面积314平方厘米，内径200毫米)，每天向蒸发皿倒入20厘米深的水层，晚上把余水倒进量杯，量出剩余水深，用20厘米减去剩余水深所得结果就是当天的蒸发量，即是指我国气象台站中普遍使用的20厘米口径蒸发皿中测量出来的蒸发量。如果当天有降雨，剩余水深还要扣除当天的降雨量，即蒸发量＝原量+降水量-余量。结冰季节，蒸发皿有冰时，需要采用称重方式测量。传统的自动观测设备如e601等，采用大型蒸发桶,每小时测量大型蒸发桶内的水位高度，利用数据采集器存储，如果有降雨时，处理数据时需要把每小时的降雨量减去。
3.现有根据溢流量计算蒸发器内水体的蒸发量，但溢流量测量系统牵涉到降雨量以及传感器等设备，存在成本高、结构复杂、故障率高的缺点，而且在测量溢流量时，容易因溢流过程中水的表面张力引起测量误差。
4.无论是人工还是自动的蒸发量观测设备，都需要牵涉到降雨量数据和器皿内需要人工补水这两个问题，还涉及到年月日的累计雨量数据的准确度和完整度问题，观测和处理数据过程费时费力。
5.因此，亟需一款既能自动连续观测、成本低，又能保证数据准确度的测量装置。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种负压差式水面蒸发自动测量装置，利用大气压原理，将水面蒸发量人工观测和自动观测紧密结合，解决了人工观测高频率补水和测量劳动强度大的问题。
7.本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种负压差式水面蒸发自动测量装置，包括透明密封管形容器、蒸发皿、连通水管、气压测量室、圆盘底座；所述透明密封管形容器顶部开设有注水口和排气口，所述注水口设有注水口密封盖，所述排气口设有排气口密封盖；所述气压测量室的前端口与所述透明密封管形容器连通，其末端口连接有用于远程获取蒸发量数据并进行联网观测的采集器；所述透明密封管形容器底部侧面开设有第一安装孔，所述蒸发皿底部侧面开设有第二安装孔，所述连通水管两端分别为排水进气口、补水进气口，所述排水进气口安装在所述第一安装孔内并与所述透明密封管形容器连通，所述补水进气口安装在所述第二安装孔内并与所述蒸发皿连通；所述蒸发皿安装有连通器，所述连通器包括连通器微调螺杆，所述连通器微调螺杆具有将其贯穿的连通管道，所述连通器微调螺杆一端伸入所述蒸发皿内并与其连通，其另一端为位于所述蒸发皿外部并与外界连通的连通器排水口；所述圆盘底座设有两个，分别安装在所述透明密封管形容器下侧、
所述蒸发皿下侧；所述排水进气口的高度高于所述补水进气口的高度，所述透明密封管形容器底部的高度高于所述蒸发皿底部的高度，所述透明密封管形容器的内径与所述蒸发皿的内径相等；所述连通水管中部安装有用于控制其通断的水阀开关；所述透明密封管形容器外壁的垂直方向安装有毫米刻度标尺，毫米刻度标尺的长度与所述透明密封管形容器的高度相等。
8.毫米刻度标尺的设置，用于人工观测；采集器的设置，用于联网观测，远程获取蒸发量数据，清楚了解设备的运行状态；利用本装置，人工观测部分不需要任何能耗，会自动补水，可以根据人工观测的实际需要，设置每天或每月或每年观测频率，通过查看毫米刻度标尺来记录水位变化情况，方便快捷地获取累计蒸发量，甚至一年只要看一次毫米刻度标尺高度，即可获取到全年的累计蒸发总量；解决了自动观测过程中因仪器设备掉电等故障而引起全年的数据不完整导致的无法计算观测定位站点全年的蒸发累计总量的问题。本装置能准确获取不同季节、不同天气每天每小时的蒸发量数据的变化，同时可以将设备联网观测，远程获取水面蒸发量数据，时刻了解设备的运行状态。当自动设备出故障掉网时，可以查看出故障时间的自动记录水位，故障修复周期缺失的数据，可以查看密封观测水柱在故障修复周期的变化高度，进行数据插补校正，保证全年的数据完整与准确。
9.所述连通器排水口的高度与所述补水进气口内径顶部的高度一致。
10.所述蒸发皿上端设置有防鸟类尖锐栅栏。蒸发皿设置防鸟类尖锐栅栏，可避免鸟类进入进行取水，影响精确度。
11.所述防鸟类尖锐栅栏包括固定圈、若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏，所述弯卷栅栏上部朝外弯卷；若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏交错分布，若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏通过所述固定圈固定。
12.所述圆盘底座安装有用于调节所述圆盘底座水平度的水平调节装置。水平调节装置的设置，可确保装置最终处于水平状态。
13.所述水平调节装置包括固定螺纹杆、上螺母、下螺母和水平泡；所述圆盘底座开设有6个螺杆固定孔，每两个螺杆固定孔为一组，每组螺杆固定孔等距分布在所述圆盘底座的边缘，所述固定螺纹杆穿设在所述螺杆固定孔内，其上下端分别旋入所述上螺母、下螺母，所述圆盘底座边缘夹持在所述上螺母与所述下螺母之间并为两个螺母锁紧；所述水平泡设置在所述圆盘底座上侧面的外缘。
14.所述透明密封管形容器的内径为200mm，高度为1500mm；所述注水口的内径为12mm，所述排气口的内径为6mm；所述第一安装孔与所述第二安装孔的直径均为32mm，所述连通水管的外径为32mm，其长度为1000mm。
15.所述蒸发皿内侧安装有半圆弧形防水面波浪薄片，所述半圆弧形防水面波浪薄片包围在所述补水进气口的周围，所述半圆弧形防水面波浪薄片的顶端高于所述补水进气口内径顶部的高度。
16.所述蒸发皿外壁包覆有隔热保温材料层；所述采集器采用aquaread leveline-baro自动记录仪便携式检测仪或ctd采集器。
17.与现有技术对比，本实用新型的优点在于：本装置在水面蒸发的科研测量方面，能够准确测量蒸发量，测量过程无需人为补水，能够实现装置自动连续观测，既减小了人工的工作量，也避免了人工观测的误差影响。蒸发量是个全年累积量，本装置通过负压差式排水
进气、补水液封装置关联，无能耗、成本低，基本消除水的表面张力的影响，不易堵塞，维护简单，不涉及降雨量数据参与计算，并在自动设备有故障缺失数据时，能够保证全年的蒸发量数据总量的准确性与完整性，为生态学、水文学等科学研究提供重要支撑。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例的透视图；
20.图3为本实用新型实施例的俯视图；
21.图4为本实用新型实施例的仰视图；
22.图5为本实用新型实施例蒸发皿的结构示意图。
23.图中附图标记含义：1、注水口密封盖；2、注水口；3、排气口密封盖；4、排气口；5、毫米刻度标尺；6、透明密封管形容器；7、采集器；8、气压测量室；9、前端口；10、圆盘底座；11、固定螺纹杆；121、上螺母；122、下螺母；13、水平泡；14、连通水管；141、排水进气口；142、补水进气口；15、水阀开关；16、防鸟类尖锐栅栏；17、半圆弧形防水面波浪薄片；18、蒸发皿；19、固定圈；20、隔热保温材料层；21、连通器排水口；22、连通器微调螺杆。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
25.实施例
26.参阅图1至图5，为一种负压差式水面蒸发自动测量装置，包括透明密封管形容器6、蒸发皿18、连通水管14、气压测量室8、圆盘底座10；透明密封管形容器6顶部开设有注水口2和排气口4，注水口2设有注水口密封盖1，排气口4设有排气口密封盖3；气压测量室8的前端口9与透明密封管形容器6连通，其末端口连接有用于远程获取蒸发量数据并进行联网观测的采集器7；透明密封管形容器6底部侧面开设有第一安装孔，蒸发皿18底部侧面开设有第二安装孔，连通水管14两端分别为排水进气口141、补水进气口142，排水进气口141安装在第一安装孔内并与透明密封管形容器6连通，补水进气口142安装在第二安装孔内并与蒸发皿18连通；蒸发皿18安装有连通器，连通器包括连通器微调螺杆22，连通器微调螺杆22具有将其贯穿的连通管道，连通器微调螺杆22一端伸入蒸发皿18内并与其连通，其另一端为位于蒸发皿18外部并与外界连通的连通器排水口21；圆盘底座10设有两个，分别安装在透明密封管形容器6下侧、蒸发皿18下侧；排水进气口141的高度高于补水进气口142的高度，透明密封管形容器6底部的高度高于蒸发皿18底部的高度，透明密封管形容器6的内径与蒸发皿18的内径相等；连通水管14中部安装有用于控制其通断的水阀开关15；透明密封管形容器6外壁的垂直方向安装有毫米刻度标尺5，毫米刻度标尺5的长度与透明密封管形容器6的高度相等。
27.毫米刻度标尺5的设置，用于人工观测；采集器7的设置，用于联网观测，远程获取蒸发量数据，清楚了解设备的运行状态；利用本装置，人工观测部分不需要任何能耗，会自动补水，可以根据人工观测的实际需要，设置每天或每月或每年观测频率，通过查看毫米刻度标尺5来记录水位变化情况，方便快捷地获取累计蒸发量，甚至一年只要看一次毫米刻度标尺5高度，即可获取到全年的累计蒸发总量；解决了自动观测过程中因仪器设备掉电等故
障而引起全年的数据不完整导致的无法计算观测定位站点全年的蒸发累计总量的问题。本装置能准确获取不同季节、不同天气每天每小时的蒸发量数据的变化，同时可以将设备联网观测，远程获取水面蒸发量数据，时刻了解设备的运行状态。当自动设备出故障掉网时，可以查看出故障时间的自动记录水位，故障修复周期缺失的数据，可以查看密封观测水柱在故障修复周期的变化高度，进行数据插补校正，保证全年的数据完整与准确。
28.连通器排水口21的高度与补水进气口142内径顶部的高度一致。
29.蒸发皿18上端设置有防鸟类尖锐栅栏16。蒸发皿18设置防鸟类尖锐栅栏16，可避免鸟类或动物进入进行取水/饮水，导致水面蒸发量不准确，导致影响精确度。
30.防鸟类尖锐栅栏16包括固定圈19、若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏，弯卷栅栏上部朝外弯卷；若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏交错分布，若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏通过固定圈19固定。防鸟类尖锐栅栏16中，可在蒸发皿18上方设有栅栏网，可防止鸟类或其它动物进入饮水。
31.圆盘底座10安装有用于调节圆盘底座10水平度的水平调节装置。水平调节装置的设置，可确保装置最终处于水平状态。
32.水平调节装置包括固定螺纹杆11、上螺母121、下螺母122和水平泡13；圆盘底座10开设有6个螺杆固定孔，每两个螺杆固定孔为一组，每组螺杆固定孔等距分布在圆盘底座10的边缘，固定螺纹杆11穿设在螺杆固定孔内，其上下端分别旋入上螺母121、下螺母122，圆盘底座10边缘夹持在上螺母121与下螺母122之间并为两个螺母锁紧；水平泡13设置在圆盘底座10上侧面的外缘。
33.透明密封管形容器6的内径为200mm，高度为1500mm；注水口2的内径为12mm，排气口4的内径为6mm；第一安装孔与第二安装孔的直径均为32mm，连通水管14的外径为32mm，其长度为1000mm。
34.蒸发皿18内侧安装有半圆弧形防水面波浪薄片17，半圆弧形防水面波浪薄片17包围在补水进气口142的周围，半圆弧形防水面波浪薄片17的顶端高于补水进气口142内径顶部的高度，可有效防止水面波动引起的误差。
35.蒸发皿18外壁包覆有隔热保温材料层20；采集器7采用aquaread leveline-baro自动记录仪便携式检测仪或ctd采集器7。蒸发皿18外壁包覆有隔热保温材料层20，为了防止夏季高温照射蒸发皿18金属外壁造成蒸煮现象导致水面蒸发量不准确。本实施例中，aquaread leveline-baro自动记录仪便携式检测仪或ctd采集器7为现有设备，为市购产品，因此无需展开具体结构分析。aquaread leveline-baro自动记录仪便携式检测仪或ctd采集器7通过dtu设备进行联网观测，采集器7内置3.6v的锂电池，在采集频率不高的情况下(每小时采集一次)可用约2年以上。本实施例中，采集器7选购由英国aquaread公司制造并由上海绿高环境科技有限公司负责销售推广的leveline-baro和leveline-ctd监测仪；dtu设备选购誉天环保公司生产的型号为yt-dtu-600dtu无线传输模块。
36.一种基于负压差式水面蒸发自动测量装置的测试方法，包括如下步骤：
37.步骤一：打开水阀开关15，让从注水口2注入的水流向蒸发皿18；打开注水口密封盖1和排气口密封盖3，从注水口2向透明密封管形容器6注水，进而使得透明密封管形容器6内部的空气由排气口4排出；
38.步骤二：当蒸发皿18内水位线达到连通水管14的补水进气口142内径顶部时，即形
成内径200mm蒸发皿18水面蒸发的水平面；关闭水阀开关15，继续从注水口2向透明密封管形容器6注水，使得透明密封管形容器6内的液面继续上升；
39.步骤三：当透明密封管形容器6内水位达到气压测量室8前端口9内径顶部时，一部分常压空气封闭在气压测量室8内，随着水位继续上升，气压测量室8内的空气被水柱挤压，由采集器7记录水位高度；
40.步骤四：当透明密封管形容器6注满水时，通过注水口密封盖1密封好注水口2，通过排气口密封盖3密封排气口4；打开水阀开关15，透明密封管形容器6内腔顶部瞬间产生1500mm水柱的负压差，吸住1500mm水柱；
41.步骤五：当天气出现降雨时，降雨量落入蒸发皿18内，造成蒸发水平面水位升高，此时升高水位的数量由连通器的连通器排水口21排出，始终保持蒸发皿18的水平面不变，循环此动作；
42.步骤六：蒸发皿18水平面由于蒸发，产生水面下降，连通水管14的补水进气口142内径顶部露出水面时，空气即刻从连通水管14的补水进气口142进入透明密封管形容器6内，同时排出与进入空气同体积的水量，补入蒸发皿18内，当补入的水量封住连通水管14的补水进气口142内径顶部时，即可瞬间停止进水补气，完成一次补水动作；
43.步骤七：当水面继续蒸发时，循环步骤六的动作，并由采集器7记录补水量的水柱高度。
44.本实施例中，本装置根据海拔高度自行调整密封水柱最高高度(即调整透明密封管形容器6的高度)和海拔关系，海平面密封水柱高度最高10米，海拔3000米密封水柱最高高度6.7米，海拔7000米密封水柱最高高度2.2米。
45.本装置根据地区不同，中国蒸发量最大的西北干旱地区，青海省的察尔汗盐湖，年平均蒸发量(蒸发能力)3518mm。我国年蒸发量最小的台站在“天无三日晴”的川黔地区，这里气候潮湿，云雨多，风速小，四川海拔1905.9米的金佛山气象站年平均蒸发量仅733.2mm。这里所指的蒸发量是指我国气象台站中普遍使用的20厘米口径蒸发皿18中测量出来的蒸发量。即根据地区不同，装置可以将2至10年的蒸发量密封水柱密封在容器内，不需要人工补水，就能准确获取当地的2至10年的蒸发量总量数据。(注：该装置不适用于高海拔常年结冰，低海拔冬天结冰情况)。
46.上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

技术特征：
1.一种负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：包括透明密封管形容器、蒸发皿、连通水管、气压测量室、圆盘底座；所述透明密封管形容器顶部开设有注水口和排气口，所述注水口设有注水口密封盖，所述排气口设有排气口密封盖；所述气压测量室的前端口与所述透明密封管形容器连通，其末端口连接有用于远程获取蒸发量数据并进行联网观测的采集器；所述透明密封管形容器底部侧面开设有第一安装孔，所述蒸发皿底部侧面开设有第二安装孔，所述连通水管两端分别为排水进气口、补水进气口，所述排水进气口安装在所述第一安装孔内并与所述透明密封管形容器连通，所述补水进气口安装在所述第二安装孔内并与所述蒸发皿连通；所述蒸发皿安装有连通器，所述连通器包括连通器微调螺杆，所述连通器微调螺杆具有将其贯穿的连通管道，所述连通器微调螺杆一端伸入所述蒸发皿内并与其连通，其另一端为位于所述蒸发皿外部并与外界连通的连通器排水口；所述圆盘底座设有两个，分别安装在所述透明密封管形容器下侧、所述蒸发皿下侧；所述排水进气口的高度高于所述补水进气口的高度，所述透明密封管形容器底部的高度高于所述蒸发皿底部的高度，所述透明密封管形容器的内径与所述蒸发皿的内径相等；所述连通水管中部安装有用于控制其通断的水阀开关；所述透明密封管形容器外壁的垂直方向安装有毫米刻度标尺，毫米刻度标尺的长度与所述透明密封管形容器的高度相等。2.根据权利要求1所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述连通器排水口的高度与所述补水进气口内径顶部的高度一致。3.根据权利要求1所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述蒸发皿上端设置有防鸟类尖锐栅栏。4.根据权利要求3所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述防鸟类尖锐栅栏包括固定圈、若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏，所述弯卷栅栏上部朝外弯卷；若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏交错分布，若干直杆栅栏和若干弯卷栅栏通过所述固定圈固定。5.根据权利要求1所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述圆盘底座安装有用于调节所述圆盘底座水平度的水平调节装置。6.根据权利要求5所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述水平调节装置包括固定螺纹杆、上螺母、下螺母和水平泡；所述圆盘底座开设有6个螺杆固定孔，每两个螺杆固定孔为一组，每组螺杆固定孔等距分布在所述圆盘底座的边缘，所述固定螺纹杆穿设在所述螺杆固定孔内，其上下端分别旋入所述上螺母、下螺母，所述圆盘底座边缘夹持在所述上螺母与所述下螺母之间并为两个螺母锁紧；所述水平泡设置在所述圆盘底座上侧面的外缘。7.根据权利要求1所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述透明密封管形容器的内径为200mm，高度为1500mm；所述注水口的内径为12mm，所述排气口的内径为6mm；所述第一安装孔与所述第二安装孔的直径均为32mm，所述连通水管的外径为32mm，其长度为1000mm。8.根据权利要求1所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述蒸发皿内侧安装有半圆弧形防水面波浪薄片，所述半圆弧形防水面波浪薄片包围在所述补水进气口的周围，所述半圆弧形防水面波浪薄片的顶端高于所述补水进气口内径顶部的高度。9.根据权利要求1所述的负压差式水面蒸发自动测量装置，其特征在于：所述蒸发皿外壁包覆有隔热保温材料层；所述采集器采用aquaread leveline-baro自动记录仪便携式检
测仪或ctd采集器。

技术总结
本实用新型公开了一种负压差式水面蒸发自动测量装置，包括设有毫米刻度标尺的透明密封管形容器、蒸发皿、设有水阀开关的连通水管、气压测量室、圆盘底座；透明密封管形容器顶部开设有注水口及将其封合的注水口密封盖、排气口及将其封合的排气口密封盖；气压测量室的前端口与透明密封管形容器连通，其末端口连接有用于远程获取蒸发量数据并进行联网观测的采集器；透明密封管形容器通过连通水管与蒸发皿连通；蒸发皿安装有连通器；排水进气口的高度高于补水进气口的高度，透明密封管形容器的内径与蒸发皿的内径相等。本装置利用大气压原理，将水面蒸发量人工观测和自动观测紧密结合，解决了人工观测高频率补水和测量劳动强度大的问题。大的问题。大的问题。


技术研发人员：孟泽 刘菊秀 张德强 褚国伟 张艳玲 李跃林 张倩媚 刘世忠
受保护的技术使用者：中国科学院华南植物园
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/20