数字式水面蒸发传感的实际应用

数字式水面蒸发传感的实际应用 摘要：随着水文信息化的发展，采用数字式水面蒸发器取代人工观测蒸发器为是必然结果。本文就数字式水面蒸发传感器实际应用中的问题进行了分析和探讨。 关键词：数字式水面蒸发器；应用；升级 Abstract : With the development of the hydrological information, it is the inevitable result to use the digital surface evaporator , instead of the manual observation evaporator. This paper analyzes and discusses the digital surface evaporation sensor application problems. Keywords: digital surface evaporator; application; upgrade 中图分类号：P335文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012） 水面蒸发观测是为了探索水体的水面蒸发在不同地区和时间上的分布规律，为水文水利计算和科学研究提供依据。水面蒸发观测常采用标准的E-601型蒸发器，随着信息化发展，数字式水面蒸发器取代人工观测蒸发器，实现自动溢流、自动补水、降雨量自动扣除及误差自动修正，使蒸发数据更加准确、客观、实时。 2008年底，宜昌市水文水资源勘测局引进FFZ-01型浮子式数字水面蒸发传感器蒸发观测设备，2009年对比观测一年，对在比测中发现的问题及时反馈给厂家，厂家对部分硬件行了更换，对软件进行了升级，减少了故障发生，使自动蒸发仪器良好的运行。 1 FFZ-01型浮子式数字水面蒸发传感器工作原理 参照国家水面蒸发观测规范的观测要求，水面蒸发量由E601型蒸发器内水面高度的变化表示，若有降雨和溢流则根据降雨量和溢流量进行相应计算。蒸发量计算公式如下： E=E+P-A E水面蒸发量（mm） E蒸发桶水位变化量（mm） P降水量（mm） A溢流量（mm） 数字式水面蒸发传感器的蒸发器水面检测传感器可以完成E601型蒸发器内水面高度的检测，而溢流量控制检测传感器和降雨量检测传感器完成溢流量和降雨量检测，各设备的检测数据通过FFZ-01型浮子式数字水面蒸发传感器内部RS-485通讯总线传送到数据处理和存储控制器进行计算和处理。 数字式水面蒸发传感器内部的数据处理和存储控制器除完成蒸发数据的计算和处理之外，还要根据E601型蒸发器内水面高度以及降雨等情况完成对E601型蒸发器内水面的补水和溢流控制。 数字式水面蒸发传感器提供每小时和每日蒸发量以及E601型蒸发器水位检测数据的显示和存储，同时还提供数字式水面蒸发传感器内部的其他信息供上位计算机机实时监测，其中包括各个设备状态、水泵状态、降雨数据、内部时钟、电源电压等等。 2 数字式水面蒸发传感器系统简介 2.1数字水面蒸发传感器的特点 数字式水面蒸发传感器是参照国家水面蒸发观测规范的观测要求设计制造的，全面代替人工观测方法，并且具有准确度高、重复性好的特点。 数字式水面蒸发传感器采用当前国际先进的超低功耗MSP430单片计算机作为系统检测和控制核心，利用分布式计算机处理技术实现低功耗、高可靠的检测和控制。 数字式水面蒸发传感器具有通讯功能，利用上位机可以实时检测蒸发站的状态和数据。数字式水面蒸发传感器具有数据存储功能，数据可以保存一年半以上，上位计算机任何时间均可调阅蒸发站存储的历史数据。 2.2、数字式水面蒸发传感器系统组成 FFZ-01型浮子式数字水面蒸发传感器由E601型蒸发器、蒸发水面检测传感器、溢流量控制检测传感器、数字式降雨量检测传感器、数据处理和存储控制器、补水装置、电源装置等组成。系统组成结构图如下： 为了不干扰E601型蒸发器的蒸发环境，E601型蒸发器和蒸发水面检测传感器之间采用联通管方式，保证E601型蒸发器的水面与蒸发水面检测传感器内部水面同步变化。 溢流量控制检测传感器受数据处理和存储控制器的控制，在降雨期间进行自动溢流控制和溢流量的检测。 水面蒸发传感器带有一台数字式降雨量检测传感器，在降雨期间为数据处理和存储控制器提供降雨量数据，包含一个带有进水浮球开关的补水桶，内部有受蒸发水面检测传感器控制的补水水泵。 数字式水面蒸发传感器采用12V直流供电。直流电源由蓄电池和充电器组成。充电器可以是交流充电器或者是太阳能充电器。蓄电池保证在充电器不充电的情况下FFZ-01型浮子式数字水面蒸发传感器可以正常工作15天以上。 3 数字式水面蒸发传感器应用 3.1蒸发数据实时监测 以远安站为例，每天不定时上计算机传输数据一次，使自动蒸发数据保存在计算机本机数据库中。用转换器将蒸发传输RS485串口与电脑RS23串口连接，点击进入自动蒸发监控软件， 点击实时信息监测，软件显示前日、昨日的蒸发数据以及今日的蒸发情况、蒸发水位、溢流水位等信息。实时信息监测可以不定时进行，正常情况可以10天进行一次监测，但为了数据安全起见，我们每天进行一次监测。 3.2蒸发数据存储管理 点击蒸发站数据管理，蒸发数据自动存储到本机设定的数据库中，数据管理可以对蒸发数据进行数据分析及处理计算，按要求生成各类报表。 4 数字式水面蒸发传感器系统比测 4.1资料比测结果 2009年对小溪塔、渔洋关、高坝洲、水布垭、兴山、远安等6个蒸发观测站进行了全年资料比测，其中月年比测结果见表1。 表1 宜昌市水文水资源勘测局2009年各站蒸发比测成果 续表1 宜昌市水文水资源勘测局2009年各站蒸发比测成果 表中：Ezd表示FFZ-01型浮子式数字水面蒸发传感器自动采集的蒸发值， Erg表示人工观测的蒸发值。 4.2自动蒸发资料不确定度计算 采用2009年112月365天自动观测与人工观测的逐日蒸发量资料，分别计算小溪塔、渔洋关、高坝洲、水布垭、兴山、远安站的不确定度，取置信水平95%的蒸发观测不确定度Xe=2计算结果见表2。 表2 2009年蒸发观测站不确定度计算表 比测结果为：由表1可以看出：绝对误差年最大误差为渔洋关站的6.6mm，月最大误差为水布垭站4月2.1mm；相对误差年最大误差为渔洋关站的-1.0%，月最大误差为高坝洲站2月5.7%，远小于“冰期一次蒸发总量偏差不超过10%”的规定。由表2可以看出：置信水平95%的蒸发观测不确定度在0.30.4mm，水面蒸发观测规范未对观测不确定度进行规定，参照水位、流量相关规定，蒸发观测不确定度满足规范要求。 5 存在的问题 a从蒸发传感器采集的数据通过有线传输到办公室的计算机，不防雷，每次进行数据监测后要断开RS485RS232转换器。 b不能解决结冰期间的观测。 c没有实现远程传输，不便于中心数据库对资料的管理。 6 结论及建议 a通过比测，蒸发绝对误差年最大误差为6.6mm，月最大误差为4月2.1mm；相对误差年最大误差为-1.0%，月最大误差为5.7%；置信水平95%的蒸发观测不确定度在0.30.4mm，比测结果满足规范要求。 b蒸发信息采集涉及的硬件设备多，自动采集难度大，2009年厂家根据针对实际应用中常见故障进行了改造升级，完善了数字式蒸发传感器的功能，数字式水面蒸发仪器设备性能逐渐稳定。 c数字式水面蒸发器实现自