水面自動(dòng)蒸發(fā)監測站

JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計是依據中華人民共和國GB 21327-2007《水面蒸發(fā)器》、水利電力部《水面蒸發(fā)觀(guān)測規范》SD265-88和2003年版《地面氣象觀(guān)測規范》相關(guān)要求制造，用于自動(dòng)觀(guān)測水面蒸發(fā)過(guò)程。

JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計由蒸發(fā)桶（池）和數字式水面蒸發(fā)傳感器為蒸發(fā)量觀(guān)測器具，以專(zhuān)用采集控制器采集處理蒸發(fā)數據并完成蒸發(fā)器自動(dòng)補排水控制，實(shí)現水面蒸發(fā)過(guò)程的高精度實(shí)時(shí)在線(xiàn)測量。

本儀器的蒸發(fā)傳感器采用分辨力為0.1mm的信源數字編碼型傳感器，在高溫、高濕、風(fēng)浪、沙塵環(huán)境下能穩定、可靠地工作。

2.1 JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計的工作原理和結構如圖1所示。

JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計由蒸發(fā)桶、水圈、連通管、水位編碼器、浮子、測纜、平衡錘、靜水桶、圓形支板、調水平裝置、自動(dòng)補排水裝置、采集控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)采集器）等組成。安裝時(shí)將蒸發(fā)桶、連通管、靜水桶組成連通器；水位編碼器、采集器、調平衡裝置水平安裝在靜水筒的圓形支板上；浮子、測纜、平衡錘纜分別懸掛在水位編碼器的測輪圓周的兩個(gè)凹槽內，浮子安裝在靜水桶內。當蒸發(fā)桶中的水面蒸發(fā)引起水位下降時(shí)，靜水桶中的水面同步下降，浮子即拉動(dòng)測纜帶動(dòng)測輪和編碼器旋轉，編碼器即可輸出與水面下降量相對應的編碼數據。采集器通過(guò)采集對應時(shí)段范圍內的水位變化量，計算出時(shí)段水面蒸發(fā)量。

2.2  本儀器裝有不銹鋼防風(fēng)、防塵外罩，靜水桶采用了和蒸發(fā)桶同樣的半埋式結構，以盡量保證了靜水桶和蒸發(fā)桶中的水溫一致，使傳感器能在惡劣的室外環(huán)境下可靠地工作。

2.3  對于JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計而言，蒸發(fā)桶的直徑為Φ612mm，其面積為3000cm²，靜水桶工作區段直徑為Φ240mm，面積為453.27cm²，當蒸發(fā)桶中的蒸發(fā)量為0.1mm時(shí)（即相當于從蒸發(fā)桶中取出30ml水時(shí)）浮子感測到的水位變化量△h只有0.086896㎜。

其中，△h= S₁／（S₀ + S₁）  =457.27／（3000+453.27） =0.086896(mm)         

式中：S₀=3000cm²

S₁=πr² =3.1416×(12cm)² =453.27cm²     

因此，用螺旋測針在本蒸發(fā)桶中人工測量的數據與本數字蒸發(fā)計測量到的數據相對比時(shí)，應將人工測針測量數值除以0.086896才是實(shí)際蒸發(fā)量。

2.4  JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計與20平方米蒸發(fā)池配套使用時(shí)，因為傳感器靜水桶的面積只有蒸發(fā)池面積2.4‰，可以基本上不考慮靜水桶與蒸發(fā)池之間水體的交換的影響?？梢杂眠B通管直接與蒸發(fā)池相連接，或者將蒸發(fā)傳感器的靜水桶安裝在20平方米的蒸發(fā)池中使用（與20m²蒸發(fā)池配套使用時(shí)，應配套相應直徑的測輪，在訂貨時(shí)應加以補充說(shuō)明）。

2.5  JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計工作時(shí)，當蒸發(fā)桶（池）中的水位低到某一預定值時(shí)，采集控制器啟動(dòng)補水裝置予以補水。當有降雨時(shí)，當蒸發(fā)桶（池）中的水位上升到某一預定高度時(shí)，通過(guò)采集控制器可以啟動(dòng)排水裝置予以排水。靜水桶中的水位數值始終可以受到監控。

2.6  使用本蒸發(fā)計，只能準確測量非降水時(shí)段的水面蒸發(fā)量。如欲測量包括降雨期內的日蒸發(fā)量，依照國家水文局和國家的要求，還必須配置分辨力為0.1mm的高精度雨量計〔其測量誤差≤(1～2)%〕等相關(guān)裝置才能實(shí)現。

3  技術(shù)參數

3.1  蒸發(fā)量量測分辨力：0.1mm；

3.2  蒸發(fā)量量測精度： 蒸發(fā)量≤10mm，測量誤差：≤±0.3mm；

蒸發(fā)量＞10mm，測量誤差：≤±(0.3mm+1%F.S))；； 

3.3  蒸發(fā)量量測范圍：不小于20mm

3.4  輸出接口：RS-485；

3.5  電源電壓：12V/DC（-5%~+25%）；

3.6  環(huán)境溫度：0℃~+55℃；

3.7  儲存溫度：-10℃~+60℃。

4  使用注意事項

4.1  儀器設備檢查

4.1.1  按照包裝運輸清單，核對數量及包裝內容，檢查包裝是否有破損和缺漏。

4.2.2  打開(kāi)包裝箱，按裝箱單核對裝箱物品并檢查儀器的外觀(guān)及裝箱零件，有無(wú)損傷。

4.1.3  閱讀使用說(shuō)明書(shū)，了解儀器性能、結構、安裝方法和使用、檢定方法。

4.2  搬運

4.2.1  產(chǎn)品搬運時(shí)一般應連包裝一起進(jìn)行。應盡量使用原包裝。

4.2.2  已經(jīng)拆除包裝的產(chǎn)品，特別是測量傳感器，應當托住圓形支板垂直向上進(jìn)行搬運和放置，切忌睡倒和顛倒搬運。

4.2.3  安裝過(guò)程中，需要打開(kāi)傳感器的外筒，此時(shí)挪動(dòng)傳感器時(shí)同樣應當托住圓形支板進(jìn)行，切不可拿住傳感器內部零件來(lái)回搖動(dòng)。

4.2.4  傳感器內部極其精密，未做好減震包裝之前，應避免使用顛簸過(guò)大的運輸工具運輸。

4.3  儲存和保管

4.3.1  產(chǎn)品儲存時(shí)連包裝進(jìn)行。

4.3.2  產(chǎn)品儲存應當放置在通風(fēng)干燥的倉庫內，環(huán)境溫度和濕度應當遵循技術(shù)規范的要求。

4.3.3  已經(jīng)拆除包裝的儀器設備，或是不在測量季節收回室內保養的儀器設備，應當擱置在距地面60cm以上的架子上。

4.3.4  產(chǎn)品長(cháng)期儲存時(shí)應定期檢查其外觀(guān)和功能，并至少每年通電一次，防止意外損壞。

5  安裝和連接

JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計的安裝立面見(jiàn)圖1。

5.1  安裝場(chǎng)地的要求

根據“觀(guān)測規范"，蒸發(fā)計的安裝場(chǎng)地應滿(mǎn)足以下要求：

5.1.1  觀(guān)測場(chǎng)一般為25m×25m的平整場(chǎng)地，確因條件限制，也可取16m（東西向）×20m（南北向），高山站、海島站、無(wú)人站不受此限。場(chǎng)地內應有良好的排水設施，保證在大暴雨情況下場(chǎng)地內的積水不得高于地面以上5cm。

5.1.2  觀(guān)測場(chǎng)四周一般設置約1.2m高的稀疏圍欄，圍欄不宜采用反光太強的材料。觀(guān)測場(chǎng)圍欄的門(mén)一般開(kāi)在北面。場(chǎng)地應平整，保持有均勻草層（不長(cháng)草的地區例外），草高不能超過(guò)20厘米。對草層的養護，不能對觀(guān)測記錄造成影響。場(chǎng)內不準種植作物。

5.1.3  為保持觀(guān)測場(chǎng)地自然狀態(tài)，場(chǎng)內鋪設0.3-0.5m寬的小路（不得用瀝青鋪面），人員只準在小路上行走。有積雪時(shí)，除小路上的積雪可以清除外，應保護場(chǎng)地積雪的自然狀態(tài)。

5.1.4  根據場(chǎng)內儀器布設位置和線(xiàn)纜鋪設需要，在小路下修建電纜溝(管)，電纜溝（管）應做到防水、防鼠，便于維護。

5.1.5  觀(guān)測場(chǎng)的防雷設施必須符合氣象行業(yè)規定的防雷技術(shù)標準的要求。

5.2  觀(guān)測場(chǎng)內儀器設施的布置 

觀(guān)測場(chǎng)內儀器設施的布置要注意互不影響，便于觀(guān)測操作。見(jiàn)圖2 JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計平面安裝示意圖。

5.2.1  高的儀器設施安置在北邊，低的儀器設施安置在南邊；

5.2.2  各儀器設施東西排列成行，南北布設成列，儀器距觀(guān)測場(chǎng)邊緣護欄不小于3m；

5.2.3  儀器安置在緊靠東西向小路南面，觀(guān)測員應從北面接近儀器。

5.3  設備安裝前的準備工作

000025.3.1  按照圖1、圖2尺寸要求挖好觀(guān)測場(chǎng)內的管路和電路地溝，應當盡量選擇路邊不種植作物的土地，開(kāi)挖深大于30cm、寬30cm的溝槽（也可用磚砌電纜溝），電纜用塑料管作保護套管，穿線(xiàn)后測試確保各條線(xiàn)路暢通后填土埋實(shí)。溝槽如果必須經(jīng)過(guò)草皮，應當重新鋪好草皮。

000035.3.2  要求自來(lái)水管路鋪設到觀(guān)測場(chǎng)內補水桶處。

5.4  蒸發(fā)桶和水圈的安裝

5.4.1  結構

1、蒸發(fā)桶是一個(gè)具有圓錐底的圓柱桶。用玻璃鋼材料制成。為保證口緣不變形，器口呈里直外斜的刀刃形，整體高為68.7cm。在桶壁開(kāi)連通管孔和排水孔。

2、水圈是裝置在蒸發(fā)桶外圍的，由四個(gè)形狀和大小都相同的弧形水槽組成。四個(gè)水槽內壁所組成的圓應與蒸發(fā)桶外壁相吻合。為保證每個(gè)水槽的水位相同，在每個(gè)水槽的兩側開(kāi)孔后用空心銅接頭連接。
    3、排水機構：由排水泵和排水管道組成，供降雨時(shí)排水用。

 5.4.2  蒸發(fā)桶的埋設

蒸發(fā)桶的埋設，可按圖1的尺寸進(jìn)行。具體要求如下：

    1、蒸發(fā)桶器口高出地面30.0±0.5cm，并保持水平。埋設時(shí)可用水平尺在至少三個(gè)不同方向校驗，器口應保持水平。

    2、水圈應緊靠蒸發(fā)桶，蒸發(fā)桶的外壁與水圈內壁的問(wèn)隙應小于0.5cm。水圈的排水孔底和蒸發(fā)桶的溢流孔底，應在同一水平面上。

    3、蒸發(fā)桶四周設一寬50.0cm(包括防坍墻在內)、高22.5cm的土圈。土圈外層的防塌墻用磚順向平擺干砌而成。在土圈的北面留一小于40.Ocm的觀(guān)測缺口。

    4、埋設儀器時(shí)應力求少擾動(dòng)原土，坑壁與桶壁的間隙用原土回填搗實(shí)。在距蒸發(fā)桶1.2m處用磚砌一深50cm的窨井，內部安裝連接蒸發(fā)桶和蒸發(fā)傳感器的連通管及球閥。

    5、連通管及球閥要埋在深度為30cm的溝槽內，球閥安裝在窨井中。

6、排水泵進(jìn)水口應方向向下，并在進(jìn)水孔上覆蓋濾網(wǎng)，在蒸發(fā)桶壁上和排水管組件連接。排水管的出水口應彎折后向下，出水口高度距地平面為300~350mm。

7、安裝好后需認真檢查所有接點(diǎn)，不能有滲漏水現象，待傳感器工作正常后，再檢查所有接點(diǎn)無(wú)漏水時(shí)將溝槽填平、壓實(shí)。

5.5  蒸發(fā)傳感器靜水桶的安裝

    JBZF-01數字水面蒸發(fā)計靜水桶的埋設，可按圖1的尺寸進(jìn)行。具體要求如下：

    1、靜水桶口高出地面28.0±0.5cm，并保持水平。埋設時(shí)可用水平尺檢驗。

    2、靜水桶四周設一直徑100.0cm(包括防坍墻在內)、高22.5cm的土圈。土圈外層的防塌墻用磚順向平擺干砌而成。

    3、埋設靜水桶時(shí)應力求少擾動(dòng)原土，坑壁與桶壁的間隙用原土回填搗實(shí)。桶壁連接的連通管和在距蒸發(fā)筒1.2m米處的窨井內的球閥接通，使能連接蒸發(fā)桶的連通管。

    4、安裝好后需認真仔細的檢查所有水路連接處，不能有滲漏水現象，待傳感器工作正常后，再檢查所有接點(diǎn)無(wú)漏水時(shí)將溝槽填平、壓實(shí)。

5.6  自動(dòng)補水裝置的安裝

5.6.1  參考圖2和圖3所示設備安裝固定尺寸要求，開(kāi)挖好淺坑。

5.6.2  把補水桶放入淺坑中，將補水泵和補水管用接頭連接妥當后，用原土填實(shí)。

5.6.3  接上手動(dòng)閥并連接外部供水管道，蓋上補水桶蓋。

5.7  傳感器的安裝

JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計的傳感器部分包括水位編碼器、浮子、測纜、平衡錘、圓形支板、調水平裝置。采集控制器安裝在圓形支板上。如圖4所示

5.7.1  將傳感器部分從包裝箱取出后，先拆下圓桶形外罩下部的3顆固定螺釘，垂直向上取下外罩，將底部浮子的包裝固定物拆除。

5.7.2  手托住浮子搬起傳感器部分，置于靜水桶上方，將浮子輕輕放入靜水桶內，放下傳感器部分。

5.7.3  調整圓形支板上的3顆調平螺釘，并觀(guān)察圓形支板上的水平泡，當水平泡內的氣泡處于中心位置時(shí)，將圓形支板上的3顆固定螺釘和靜水桶固定。

5.7.4  將浮子測纜懸掛于測輪靠近編碼器的凹槽內，當浮子測纜靜止時(shí)應位于圓形支板的過(guò)線(xiàn)孔的中心，不應蹭到孔邊沿。

5.7.5  將平衡錘纜懸掛于測輪遠離編碼器的凹槽內。

5.8  水路連接和電路連接

5.8.1  蒸發(fā)傳感器和蒸發(fā)桶的水路連接

蒸發(fā)傳感器的靜水桶和蒸發(fā)桶的水路連接使用Ф32毫米PPR管材、φ25環(huán)節軟管和接頭。在窨井位置安裝手動(dòng)閥門(mén)。連通管路中不允許有氣泡殘留。

5.8.2  蒸發(fā)傳感器和補水桶的水路連接

蒸發(fā)傳感器和補水桶的水路連接使用12/16規格的鋁塑管和相應接頭直接連接。在蒸發(fā)桶和水圈接合部位，再安裝分流器（三通），使得補水桶能同時(shí)向蒸發(fā)桶和水圈補水。

5.8.3 電路連接

自動(dòng)補水裝置的補水桶下方有補水水泵，蒸發(fā)桶內有排水水泵，分別用截面積不小于0.5mm² 的2芯電纜從接線(xiàn)端子處連接至蒸發(fā)傳感器內的采集控制盒，接線(xiàn)方式如圖5所示。（注意：補、排水泵的連線(xiàn)電阻值均不得大于1Ω）。所有外引線(xiàn)整理整齊后從圓形支板的缺口處引出。

6  使用前的檢查準備和初始狀態(tài)設定

6.1  運行前的檢查和準備

6.1.1  各設備運行調整前檢查各手動(dòng)閥和電動(dòng)泵應全部為關(guān)閉狀態(tài)。

6.1.2  所有設備的水路和電路連接完成后，應當仔細檢查各水管接頭是否有滲漏水現象，仔細核對電器接線(xiàn)的正確性。

6.1.3  檢查供電電源的情況，應當符合12V/DC（-5%~+25%）的要求，當補水泵、排水泵工作時(shí)電源電壓應不低于10.2V。

6.2  設備初始狀態(tài)的設定及調整

6.2.1  補水桶加水

開(kāi)啟自來(lái)水閥門(mén)，補水桶應自動(dòng)加水至浮球限定的水位高度。

6.2.2  蒸發(fā)桶和蒸發(fā)傳感器人工加水

打開(kāi)窨井中的手動(dòng)閥，使之處于全開(kāi)狀態(tài)，使蒸發(fā)桶與蒸發(fā)傳感器靜水桶形成連通器，這時(shí)蒸發(fā)桶中的水能夠自動(dòng)流入蒸發(fā)傳感器靜水桶，按照采集控制器說(shuō)明啟動(dòng)補水水泵DF1，給蒸發(fā)桶、水圈和蒸發(fā)傳感器補水，直至蒸發(fā)桶中水位至水位標志線(xiàn)高度，然后關(guān)閉DF1。

6.2.3  蒸發(fā)傳感器起算點(diǎn)的調整

在蒸發(fā)桶水位處于水位標志線(xiàn)時(shí)，采集控制器（或計算機）顯示屏幕上觀(guān)測到的蒸發(fā)傳感器輸出值，就是起算點(diǎn)高度，應為300±50。如果顯示值超出范圍應改變浮子測纜的長(cháng)度。重新固定浮子測纜，使傳感器輸出值在規定范圍之內。

注意：由于蒸發(fā)桶內的水位上升或下降的變化和蒸發(fā)量大或小的表示正好相反，因此蒸發(fā)傳感器中浮子下降代表了蒸發(fā)量增加，而有降雨時(shí)，蒸發(fā)桶內水位上升，浮子也上升，此時(shí)編碼器數值反而減小。

7  采集控制器的系統運行

7.1  特點(diǎn)

JBZF-01型數字水面蒸發(fā)計的采集控制器采用超低功耗16位MCU設計而成，可以實(shí)現蒸發(fā)量的自動(dòng)采集、控制和數據上傳，采用中文液晶顯示，具有良好的人機接口性能。

7.2  技術(shù)參數和性能詳解

7.2.1  RS485輸入接口：該控制器和蒸發(fā)傳感器通過(guò)RS485口連接，通過(guò)RS485口讀取蒸發(fā)傳感器數值。

7.2.2  RS485輸出接口：該控制器具有一路RS485輸出接口，可以將數據上傳到中心站。

7.2.3  補水泵控制口：控制補水桶補水泵打開(kāi)和關(guān)斷。

7.2.4  排水泵控制口：控制溢流桶排水泵打開(kāi)和關(guān)斷。

7.2.5  顯示方式：中文液晶顯示。