环境测试仪器.doc

环境测试仪器 外部环境对大田作物以及园林景观中树木、花卉的生长都会产生较大的影响。所以，对外部环境的监控在大田联生产及景观植物养护中尤为重要。在这里，我们向大家介绍几种国外新型的环境测试仪器。 雨水酸碱度测试工具套装 该套工具可以准确地对指定地区的降雨酸碱度进行测试，也可用于测试河流、湖泊以及自来水的酸碱度。 可进行大约30次pH值测试。 降雨量测量仪 圆锥形，标有毫米和英寸两种刻度。 雨水酸碱度测试工具大套装 这套工具可大约进行200次pH值测试，采用高强度塑料包装箱，携带方便。 电子降雨量测量仪 可以精确地测量指定地区的降雨量。该仪器的特点是自身带有一个可放在室外的集雨盒，数字显示，并配有电池。 气象观测仪 这个仪器不仅可以测量气温、降雨量，还可以测量风速和风向。该仪器带有一个木质底座的支架，可水平放置，并配有一个高低温度计。 目前接入地面遥测气象仪的雨量传感器几乎全部采用了翻斗式雨量传感器。图 21 翻斗结构图翻斗测量降水的原理 经推导可得：翻斗的重量W0对转动轴O点的力矩M0为：当翻斗承接有雨水，设AB为雨水的水平面，则水的重力W1对回转轴O的转动力矩M1为：在理想条件下，要使翻斗起动，需满足：M1M0即： ， 为翻斗系数，可计算出翻斗C值表。则有： 可见，当翻斗的重量W0，重心高度h，宽度D等结构参数确定后，翻斗起动所需水量W1与起动角存在单一的函数关系。调节翻斗限位钉S1、S2的位置，则可改变翻斗最大倾倒角，从而改变翻斗的起动承水量。常用的单斗承水量有0.1mm,0.2mm,0.5mm等。表6 翻斗C值表5101520304045C18.0776.16883.15471.86240.71640.18150翻斗雨量传感器结构翻斗式遥测雨量传感器主要由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗和调节螺钉、干簧管等组成。如图22所示。图22 翻斗式遥测雨量传感器承水器内径：200mm0.3mm。上翻斗和计量翻斗用有机玻璃注塑成型，内表面光洁度很高，在对称轴中心位置压入不锈钢转轴，转轴由宝石轴承支承，回转角可由限位钉调节。在上翻斗与计量翻斗之间有注塑成形的汇集漏斗，其出水嘴镶有一个内径为3mm节流铜管，铜管口伸出漏斗底面约0.5mm，使漏斗在水流完时的残留水量不多于三滴。上翻斗与汇集翻斗的主要作用是使不同的自然降水强度积聚成近似固定强度的降水，通过汇集漏斗节流管，使注入计量翻斗的雨水成为流量相当于6毫升/分的降水，以消除或减少由于自然降水强度的变化而引起的动态测量误差。计数翻斗是两个对称的方形漏斗，用尼龙注塑成型。在其不锈钢转轴上方装有一小型磁钢，其极性与转轴垂直。靠近磁钢的支架上装有干簧管继电器。干簧管继电器是由一组封装在充有惰性气体的玻璃管中的导磁簧片组成的开关元件，在磁钢作用下磁化而导致簧片触点闭合。 雨水由承水器汇集，通过装有小圆护网的小漏斗及其下端的引流管注入上翻斗。当上翻斗承积的水量到达一定量值时，上翻斗翻倒，雨水经过汇集漏斗流入计量翻斗。当计量翻斗的雨量承积到相当于0.1毫米降水时，计量翻斗翻倒，把雨水倒入计数翻斗，使计数翻斗翻转一次，计数翻斗转轴上方的小磁钢就对干簧管扫描，使簧片触点因磁化而瞬间闭合一次。为了减小同步误差，一般将上翻斗翻转所需水量调节为计量翻斗翻转所需水量的7/10。实际调试结果表明，可使降水强度小于4mm/分的测量误差不大于3%，测量准确度比单个翻斗有较大的提高。测量电路干簧继电器提供的是计数脉冲信号，因而在数据采集板上专门设置了一个输入口，专为输入这类不定时的触发信号。该输入口带有信号整形、状态翻转、唤醒值守（由于其它通道均设为定时采样）以及计时和储存功能。单片微机对输入的信号进行计数，通过数据处理得到累计降水量、降水时数和降水强度测量结果。翻斗式雨量传感器的机械制造误差较大，而且调准计量翻斗的起动倾角比较困难。不适合测小雨。在外界风沙严重时，由于风的附加力距的影响还容易出现错误记录。翻斗测量降水的误差来源雨量计的测量误差可分为动态误差和静态误差两类。动态误差是在实际测量中由于自然条件不同所造成的误差；静态误差则是仪器固有的。*翻斗误差当翻斗内盛积的水量达到起动值时，翻斗就要翻转，倾倒斗内所盛积的水。但每翻转一次倾倒出的水量为： 式中，为倒水后在斗内残存的水量，为翻斗从开始翻转到中间隔板越过进水口这段时间继续进入斗内的水量。翻斗在翻转过程中的进水量受降水强度的影响，即：。是翻斗从起动到中间隔板越过进水嘴的时间，是由翻斗材料、翻斗质量等制约的仪器常数。采用轻质木料，薄的斗壁，可使翻斗的转动惯量减小，从而可缩短t，以减小误差。根据实验，t约为0.220.24s。另一方面，由于自然降水强度是随机变量，因而也时大时小，从而影响每斗倾倒的水量，由此可带来较大的测量误差。测试表明，在翻斗雨量计的雨强适应范围内，由于降雨强度不同，可以产生约2%的误差，最大可达16。为了使接近常数，西德新型翻斗雨量计通过在汇集漏斗内设置缓冲过滤器，使进入翻斗的雨水强度比较均匀。而SL型翻斗雨量传感器采用增加一个上翻斗和汇集漏斗的办法。但有些厂商和业务部门则宁可生产和使用计量较大的单翻斗。*溅水误差包括承水器向外溅水和地面向承水器溅水所造成的测量误差。因此，承水器的边沿都设计成刀刃状，承水器也要有一定的深度，以避免落入承水器的水再溅出。另外，承水口高出地面一定的高度，可有效防止地面溅起的水落入承雨器内。尽管在仪器设计和安装上采取了一系列措施，遇到大雨或暴雨时，溅水造成的降水量测量误差仍是不可避免的，大约为0.10.2mm。*蒸发误差微量降水的蒸发误差要比大雨时大得多。极微量的降水可能只附着在承水器上，还没有流入翻斗就蒸发掉了。蒸发误差与降水强度、气象条件、台站地理位置及仪器的结构、材料等有关。研究表明，各种类型的雨量器由于蒸发引起的平均误差是年降水量的3%6%，单次观测误差是0.30.5mm。为了减小蒸发的影响，一般要求承水器接水面光滑或使用实时自动测量系统。*风造成的误差风是影响降水量测量准确性的主要原因。近地层的风有较强的上升运动，雨量器的阻挡也会使水平方向的气流产生上升运动。试验表明，在平均情况下，若2m高处测得的降雨量为100mm，在5m高处测为97mm，在25m高处测就只有87mm了。因此，世界气象组织建议，雨量器承水口高度应尽可能低一些，低到能有效防止地面溅水为度。另外，风速较大时，将有部分降水被风刮走而没有落入承水器内，导致仪器的测量值总是偏小，其大小与风速大小和降雨强度有关。近地面风随高度的增加而增大，若是均匀降水，雨量器收集的降雨量随着仪器承水口高度的增加而减小。中国气象局的有关资料表明，风造成的降水测量误差可在总降水量的10%以上。应在雨量器的周围安置适当的防风罩，例如尼夫防护罩，以提高测量准确度。雨水溅失、蒸发损失和风的影响是承水式降水测量仪器的三种主要误差来源，都属于动态误差。下面讨论静态误差。*承水口的公差变形引起的承水口截面积变小，将直接影响到进水量的变化，使收集到的降水量减少。*沾水误差雨量计的承水器、漏斗、上翻斗都可能沾水，使得测量值偏小。不同仪器的材质沾水量不一样。一般，承水器及漏斗沾水量可达2mL3mL。沾水量的大小与承水的时间长短、器壁的光滑程度有关。因此，雨量计的沾水部位一般应采用憎水材料，或在材料表面涂覆一层憎水物质。*仪器误差由测量电路或机械转换部分造成。仪器的测量原理不同，误差原因也不同。翻斗雨量计翻斗每翻转一次才有一个信号输出。若降雨量达不到使计量翻斗翻转一次所需要的水量，翻斗雨量计的输出就为零，即存在阈值误差。考虑转动轴的摩擦力矩、斗底挂水力矩、斗壁沾附水滴力矩等，起动阈值要比设定翻转力矩大，而且这些力矩在翻转过程中随机变化，从而随机影响翻斗的起动值，引入随机误差。磁钢对干簧管的作用随时间、温度和两者之间的距离而变化，引起翻斗起动值的变化，造成测量误差。此外，翻斗在翻转时的弹跳也容易造成干簧管的误动作。为此，在计量翻斗的下面，增加一个计数翻斗，磁钢安装在计数翻斗上，计数翻斗只要跟随计量翻斗同步翻转便可，从而可减小或消除上述测量误差。*安装和使用误差 仪器安装时，承水口必须与地面平行。否则，会使承水口在水平方向上的有效截面积减小。当雨滴垂直降落时，承接的