技术领域
[0001] 本
发明属于水科学与水资源工程技术领域，尤其是涉及一种全自动蒸发降水计量装置。
背景技术
[0002] 水文地质、环境地质、水利、农业等科研院校和生产部
门，长期以来应用以法国物理学家Mariotte命名的
马氏瓶作为计量蒸发量的装置。这种装置以水的联通平衡为
基础，通过人工定时测量马氏瓶中水柱下降的高度差来计量蒸发量，在计量工作量不大的情况下，比如不超过10位数，由于这种装置制作简单，且可对控制对象实现自动补水，因而在实践中得到了普遍应用。但当被控对象达10位数以上甚至百位数以上时，由于人工计数、人工向马氏瓶中加水的繁杂工作量，以及整个计量工作花费时间之长，就使这种计量装置的应用不可能了。为了充分利用马氏瓶计量装置的优点，而又能使应用于被控对象达百位数以上，测试过程的用于被控对象的自动化，就成了必然的选择。在直接降水计量或者是降水滞后的计量中，目前多用量杯或翻斗计量装置，上述装置当被控对象达百位数以上时是根本无法使用的。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述
现有技术中的不足，提供一种全自动蒸发降水计量装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，蒸发与降水计量误差小、效率高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：包括
水循环装置、自动控制及
数据采集系统和与自动控制及数据采集系统相接的数据分析计算机，所述水循环装置包括从上到下依次间隔设置的第一
支架、第二支架和第三支架，所述第一支架上设置有补水筒和平衡杯，所述补水筒的顶部设置有通气两位三通电磁
阀、用于对补水筒内的
负压进行实时检测的负压
传感器和用于对补水筒内的液位进行控制的
电子式浮球
开关，所述负压传感器和电子式浮球开关均伸入了补水筒内部，所述通气两位三通
电磁阀的第一
接口上连接有设置在补水筒外部的通气管，所述通气两位三通电磁阀的第二接口上连接有伸入了补水筒内部的排气管，所述通气两位三通电磁阀的第三接口上连接有伸入了补水筒内部的进气管，所述进气管伸入补水筒内的长度大于排气管伸入补水筒内的长度，所述补水筒的下部通过第一连接管和通水两位三通电磁阀与平衡杯的下部相连通，所述通水两位三通电磁阀的第一接口上连接有与外部水源连接的进水管，所述通水两位三通电磁阀的第二接口与位于补水筒与通水两位三通电磁阀之间的一段第一连接管连接，所述通水两位三通电磁阀的第二接口与位于通水两位三通电磁阀与平衡杯之间的一段第一连接管连接，所述平衡杯的下部通过第二连接管与待测蒸发装置相连通，所述平衡杯的底部连接有伸入平衡杯内部且伸入平衡杯内部的长度可调的溢
流管；所述第二支架上设置有位于溢流管正下方的降水缓冲筒，所述降水缓冲筒的底部连接有第一
排水管，所述第一排水管上连接有常开型两位两通电磁阀；所述第三支架上设置有位于降水缓冲筒正下方的降水计量筒，所述降水计量筒的底部连接有第二排水管和用于对降水计量筒内的
正压进行实时检测的正压传感器，所述第二排水管上连接有常闭型两位两通电磁阀，所述正压传感器伸入了降水计量筒内部；所述通气两位三通电磁阀、负压传感器、电子式浮球开关、通水两位三通电磁阀、常开型两位两通电磁阀、正压传感器和常闭型两位两通电磁阀均与自动控制及数据采集系统相接。
[0005] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述自动控制及数据采集系统包括双回路数字显示控制仪和与双回路数字显示控制仪的
通信接口相接的电磁阀
控制器，所述数据分析计算机与双回路数字显示控制仪的通信接口相接，所述负压传感器、电子式浮球开关和正压传感器均与双回路数字显示控制仪的输入接口相接，所述通气两位三通电磁阀、通水两位三通电磁阀、常开型两位两通电磁阀和常闭型两位两通电磁阀均与电磁阀控制器的输出端相接。
[0006] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述双回路数字显示控制仪为NHR-5200系列双回路数字显示控制仪，所述电磁阀控制器与所述NHR-5200系列双回路数字显示控制仪的RS-232通信接口相接，所述数据分析计算机与所述NHR-5200系列双回路数字显示控制仪的RS-485通信接口相接。
[0007] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述电磁阀控制器包括
微控制器模
块和与微控制器模块相接的RS-232通信
电路模块，所述微控制器模块的输入端接有按键操作电路模块，所述微控制器模块的输出端接有电磁阀驱动电路模块和电磁阀工作状态指示灯，所述通气两位三通电磁阀、通水两位三通电磁阀、常开型两位两通电磁阀和常闭型两位两通电磁阀均与电磁阀驱动电路模块的输出端相接。
[0008] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述平衡杯的底部中间
位置处设置有
螺纹孔，所述溢流管的中部设置有
外螺纹且
螺纹连接在所述
螺纹孔内，位于所述螺纹孔上部和下部的溢流管上均螺纹连接有
锁紧
螺母。
[0009] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述溢流管的下部连接有调节盘。
[0010] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述补水筒、平衡杯、降水缓冲筒和降水计量筒均由有机玻璃制成。
[0011] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述通气管、排气管、进气管、溢流管、第一排水管和第二排水管均由有机玻璃制成，所述通气管的管径、排气管的管径、进气管的管径、溢流管的管径、第一排水管的管径和第二排水管的管径均为10mm～15mm。
[0012] 上述的一种全自动蒸发降水计量装置，其特征在于：所述第一连接管和第二连接管均为
铝塑管或热熔管。
[0013] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0014] 1、本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便。
[0015] 2、本发明的自动化程度高，能够自动实现向待测蒸发装置补水，并能够自动、高效、精确地完成蒸发量与降水量或
灌溉量的计量，使用操作便捷，且计量误差小。
[0016] 3、本发明将蒸发量的计量与降水或灌溉量的计量融为了一体，集成度高，是一个安全可靠的全自动化的蒸发与降水计量装置，将在很大程度上改善当前蒸发与降水的计量工作。
[0017] 4、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0018] 综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，蒸发与降水计量误差小、效率高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0019] 下面通过
附图和
实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0020] 图1为本发明的结构示意图。
[0021] 图2为本发明自动控制及数据采集系统与其他各部分连接的电路原理
框图。
[0022] 附图标记说明:
[0023] 1—补水筒； 2—平衡杯； 3—进气管；
[0024] 4—排气管； 5—电子式浮球开关； 6—负压传感器；
[0025] 7—通气管； 8—通气两位三通电磁阀；
[0026] 9—自动控制及数据采集系统； 9-1—双回路数字显示控制仪；
[0027] 9-2—电磁阀控制器； 9-3—微控制器模块；
[0028] 9-4—RS-232通信电路模块； 9-5—按键操作电路模块；
[0029] 9-6—电磁阀驱动电路模块； 9-7—电磁阀工作状态指示灯；
[0030] 10—数据分析计算机； 11—溢流管； 12—待测蒸发装置；
[0031] 13—锁紧螺母； 14—外螺纹； 15—调节盘；
[0032] 16—第一支架； 17—第二支架；
[0033] 18—通水两位三通电磁阀； 19—进水管；
[0034] 20—降水缓冲筒； 21—常开型两位两通电磁阀；
[0035] 22—第三支架； 23—第一排水管； 24—降水计量筒；
[0036] 25—正压传感器； 26—常闭型两位两通电磁阀；
[0037] 27—第一连接管； 28—第二连接管； 29—第二排水管。
具体实施方式
[0038] 如图1所示，本发明包括水循环装置、自动控制及数据采集系统9和与自动控制及数据采集系统9相接的数据分析计算机10，所述水循环装置包括从上到下依次间隔设置的第一支架16、第二支架17和第三支架22，所述第一支架16上设置有补水筒1和平衡杯2，所述补水筒1的顶部设置有通气两位三通电磁阀8、用于对补水筒1内的负压进行实时检测的负压传感器6和用于对补水筒1内的液位进行控制的电子式浮球开关5，所述负压传感器6和电子式浮球开关5均伸入了补水筒1内部，所述通气两位三通电磁阀8的第一接口上连接有设置在补水筒1外部的通气管7，所述通气两位三通电磁阀8的第二接口上连接有伸入了补水筒1内部的排气管4，所述通气两位三通电磁阀8的第三接口上连接有伸入了补水筒
1内部的进气管3，所述进气管3伸入补水筒1内的长度大于排气管4伸入补水筒1内的长度，所述补水筒1的下部通过第一连接管27和通水两位三通电磁阀18与平衡杯2的下部相连通，所述通水两位三通电磁阀18的第一接口上连接有与外部水源连接的进水管19，所述通水两位三通电磁阀18的第二接口与位于补水筒1与通水两位三通电磁阀18之间的一段第一连接管27连接，所述通水两位三通电磁阀18的第二接口与位于通水两位三通电磁阀18与平衡杯2之间的一段第一连接管27连接，所述平衡杯2的下部通过第二连接管28与待测蒸发装置12相连通，所述平衡杯2的底部连接有伸入平衡杯2内部且伸入平衡杯2内部的长度可调的溢流管11；所述第二支架17上设置有位于溢流管11正下方的降水缓冲筒20，所述降水缓冲筒20的底部连接有第一排水管23，所述第一排水管23上连接有常开型两位两通电磁阀21；所述第三支架22上设置有位于降水缓冲筒20正下方的降水计量筒
24，所述降水计量筒24的底部连接有第二排水管29和用于对降水计量筒24内的正压进行实时检测的正压传感器25，所述第二排水管29上连接有常闭型两位两通电磁阀26，所述正压传感器25伸入了降水计量筒24内部；所述通气两位三通电磁阀8、负压传感器6、电子式浮球开关5、通水两位三通电磁阀18、常开型两位两通电磁阀21、正压传感器25和常闭型两位两通电磁阀26均与自动控制及数据采集系统9相接。
[0039] 结合图2，本实施例中，所述自动控制及数据采集系统9包括双回路数字显示控制仪9-1和与双回路数字显示控制仪9-1的通信接口相接的电磁阀控制器9-2，所述数据分析计算机10与双回路数字显示控制仪9-1的通信接口相接，所述负压传感器6、电子式浮球开关5和正压传感器25均与双回路数字显示控制仪9-1的输入接口相接，所述通气两位三通电磁阀8、通水两位三通电磁阀18、常开型两位两通电磁阀21和常闭型两位两通电磁阀26均与电磁阀控制器9-2的输出端相接。具体地，所述双回路数字显示控制仪9-1为NHR-5200系列双回路数字显示控制仪，所述电磁阀控制器9-2与所述NHR-5200系列双回路数字显示控制仪的RS-232通信接口相接，所述数据分析计算机10与所述NHR-5200系列双回路数字显示控制仪的RS-485通信接口相接。所述电磁阀控制器9-2包括微控制器模块9-3和与微控制器模块9-3相接的RS-232通信电路模块9-4，所述微控制器模块9-3的输入端接有按键操作电路模块9-5，所述微控制器模块9-3的输出端接有电磁阀驱动电路模块9-6和电磁阀工作状态指示灯9-7，所述通气两位三通电磁阀8、通水两位三通电磁阀18、常开型两位两通电磁阀21和常闭型两位两通电磁阀26均与电磁阀驱动电路模块9-6的输出端相接。
[0040] 如图1所示，本实施例中，所述平衡杯2的底部中间位置处设置有螺纹孔，所述溢流管11的中部设置有外螺纹14且螺纹连接在所述螺纹孔内，位于所述螺纹孔上部和下部的溢流管11上均螺纹连接有锁紧螺母13。所述溢流管11的下部连接有调节盘15。具体实施，所述调节盘15也由有机玻璃制成，手握调节盘15旋转溢流管11，能够方便地调节溢流管11伸入平衡杯2内部的长度，从而达到补水筒7能够为待测蒸发装置12补水的目的。
[0041] 本实施例中，所述补水筒1、平衡杯2、降水缓冲筒20和降水计量筒24均由有机玻璃制成。所述通气管7、排气管4、进气管3、溢流管11、第一排水管23和第二排水管29均由有机玻璃制成，所述通气管7的管径、排气管4的管径、进气管3的管径、溢流管11的管径、第一排水管23的管径和第二排水管29的管径均为10mm～15mm。所述第一连接管27和第二连接管28均为铝塑管或热熔管。
[0042] 具体实施时，所述第一支架16、第二支架17和第三支架22均由有机玻璃制成，第一支架16固定在
墙壁上。所述负压传感器6的量程为-5KP～0KP，所述正压传感器25的量程为0KP～5KP。
[0043] 本发明的工作原理及工作过程是：
[0044] 1、零状态：
[0045] （1）根据对待测蒸发装置12的预设，通过第一连接管27和第二连接管28已使待测蒸发装置12的水位与进气管3的下口基本等高齐平；手握调节盘15旋转溢流管11，调节溢流管11伸入平衡杯2内部的长度，以达到使补水筒7能够为待测蒸发装置12补水的目的；
[0046] （2）电子式浮球开关5处于开启状态；
[0047] （3）负压传感器6处于零压状态；
[0048] （4）通气两位三通电磁阀8中第一接口和第二接口相通，第一接口和第三接口隔断，即通气管7与排气管4相通，通气管7与进气管3隔断；
[0049] （5）通水两位三通电磁阀18中第一接口和第二接口相通，第二接口和第三接口隔断，即进水管19与补水筒1相通，补水筒1与平衡杯2隔断；
[0050] （6）常开型两位两通电磁阀21处于开启状态；
[0051] （7）常闭型两位两通电磁阀26处于关闭状态；
[0052] （8）正压传感器25处于零压状态。
[0053] 2、补水的待备状态：
[0054] 外部水源的水通过进水管19和位于补水筒1与通水两位三通电磁阀18之间的一段第一连接管27流入补水筒1内，补水筒1中的水位上升，当水位上升到触发了电子式浮球开关5时，电子式浮球开关5输出其检测到的
信号给双回路数字显示控制仪9-1，双回路数字显示控制仪9-1接收到该信号并传输信号给电磁阀控制器9-2，电磁阀控制器9-2中的微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动通气两位三通电磁阀8动作，使得通气两位三通电磁阀8中第一接口和第二接口隔断，第一接口和第三接口相通，即使得通气管7与排气管4隔断，通气管7与进气管3相通；同时，微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动通水两位三通电磁阀18动作，使得通水两位三通电磁阀18中第一接口和第二接口隔断，第二接口和第三接口相通，即进水管19与补水筒1隔断，补水筒1与平衡杯2相通；微控制器模块9-3控制电磁阀工作状态指示灯9-7指示通气两位三通电磁阀8和通水两位三通电磁阀18的工作状态；此时，补水筒1处于负压状态，进水管19停止向补水筒1供水，补水筒1处于向平衡杯2补水再通过平衡杯2向待测蒸发装置12补水的待备状态。
[0055] 3、工作状态一：待测蒸发装置12由于蒸发而水位下降；
[0056] （1）待测蒸发装置12的水位下降打破了平衡杯2中的水位平衡，于是补水筒1中的水通过第一连接管27流入平衡杯2，平衡杯2中的水再通过第二连接管28流入待测蒸发装置12，向待测蒸发装置12补水，使其达到零状态；
[0057] （2）补水筒1中的水位下降，补水筒1中的水脱离开了电子式浮球开关5，电子式浮球开关5自动变换为零状态；
[0058] （3）补水筒1流出的水量空间，由通气管7进入的空气经进气管3导入补水筒1，负压传感器6对由此产生的负压值进行实时检测并将所检测到的信号实时输出给双回路数字显示控制仪9-1，双回路数字显示控制仪9-1接收负压传感器6检测的负压信号，进行显示并传输信号给数据分析计算机10，数据分析计算机10根据一段时间内负压值的变化量换算得到补水筒1内水位的下降高度，再将补水筒1的横截面积乘以水位的下降高度得到补
水体积，最后将补水体积除以待测蒸发装置12的横截面积，就计算得到了待测蒸发装置12内蒸发水的高度，即得到了待测蒸发装置12的蒸发强度的历时值；
[0059] （4）双回路数字显示控制仪9-1将负压传感器6检测到的负压值与预先设定的负压
阈值相比对，当负压值等于预先设定的负压阈值时，说明补水筒1中的水位下降到了预设高度，此时，双回路数字显示控制仪9-1传输信号给电磁阀控制器9-2，电磁阀控制器9-2中的微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动通水两位三通电磁阀18动作，使得通水两位三通电磁阀18中第一接口和第二接口相通，第二接口和第三接口隔断，即进水管19与补水筒1相通，补水筒1与平衡杯2隔断；同时，微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动通气两位三通电磁阀8动作，使得通气两位三通电磁阀8中第一接口和第二接口相通，第一接口和第三接口隔断，即使得通气管7与排气管4相通，通气管7与进气管3隔断；微控制器模块9-3控制电磁阀工作状态指示灯9-7指示通气两位三通电磁阀8和通水两位三通电磁阀18的工作状态；
[0060] （5）外部水源的水通过进水管19和位于补水筒1与通水两位三通电磁阀18之间的一段第一连接管27流入补水筒1内，补水筒1中的水位上升，当水位上升到触发了电子式浮球开关5时，补水筒1再次处于向平衡杯2补水再通过平衡杯2向待测蒸发装置12补水的待备状态。
[0061] 当待测蒸发装置12内的水位再次下降时，将再次重复上述过程，于是就实现了对待测蒸发装置12水位下降的连续自动补水。
[0062] 4、工作状态二：待测蒸发装置12由于降水或灌溉而水位升高；
[0063] （1）当测蒸发装置12的水位升高时，测蒸发装置12与平衡杯2间形成一定水
力坡度使水流向平衡杯2，再通过溢流管11流出至降水缓冲筒20，由于常开型两位两通电磁阀21处于开启状态，因此流入的水继续通过第一排水管23流入降水计量筒24；
[0064] （2）由于常闭型两位两通电磁阀26处于关闭状态，因此流入降水计量筒24中的水将在降水计量筒24内积蓄高度，正压传感器25对由此产生的正压值进行实时检测并将所检测到的信号实时输出给双回路数字显示控制仪9-1，双回路数字显示控制仪9-1接收正压传感器25检测的正压信号，进行显示并将正压传感器25检测到的正压值与预先设定的正压阈值相比对，当正压值等于预先设定的正压阈值时，说明降水计量筒24中的水位上升到了预设高度，双回路数字显示控制仪9-1将降水计量筒24中水位上升的高度值传输给数据分析计算机10；同时，双回路数字显示控制仪9-1传输信号给电磁阀控制器9-2，电磁阀控制器9-2中的微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动常开型两位两通电磁阀21动作，使常开型两位两通电磁阀21关闭，由溢流管11流出的水量暂时储存在降水缓冲筒中；同时，微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动常闭型两位两通电磁阀26动作，使常闭型两位两通电磁阀26打开，降水计量筒24内的水经第二排水管29排出；
[0065] （3）当正压传感器25检测的正压信号为零时，说明降水计量筒24内的水量已排完，此时，微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动常闭型两位两通电磁阀26动作，使常闭型两位两通电磁阀26关闭，同时，微控制器模块9-3通过电磁阀驱动电路模块9-6驱动常开型两位两通电磁阀21动作，使常开型两位两通电磁阀21打开，再次重复上述过程；数据分析计算机10根据双回路数字显示控制仪9-1传输给其的降水计量筒24中水位上升的高度值就能够计量得到降水或灌溉的水量。
[0066] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
