Устройство для определения количестваВлАги,иСпАРиВшЕйСя из пОчВы зА СуТОчНыйпЕРиОд Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерению 4и1зических величии, а более коикретио к измерению физического испарения воды под растительным покровом и может быть использовано в метеорологии и гидрологии и други отраслях знаний, а также при проектировании гидротехнических сооружений, осуществлении мелиоративных работ и сельскохозяйственном производстве . Известны приборы для измере1шя испаряемости по изменению содержания солей в сосуде с водой, по понижению температуры данной массы воды в теплоизолироваином сосуде flit Известные устройства, предназначе ные, для измерения испарения с водной поверхности и испаряемости, могут служить как приборы для опрёделеиия испарения с поверхности влажной почв если, их показания будут приведены к температуре поверхности окружающего прибор массива. Но испарение в естественных условиях, как правило, происходит при наличии на поверхности грунта просохшего слоя почвы. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регистрации интенсивности испарения с поверхности почвы, содержащее датчик и измерительный прибор 2 . Устройство моделирует соотношение Боуэна - СР-р)&е 1(,б U.T) -радиационный баланс; -поток тепла в почву; Тн&е -разности температуры и влажности воздуха на двух высотах; L -. удельная теплота испарения. В зтом способе на вход злектронно-вычислительного устройства, осу- ществляющего определение отношения произведения двух величин к третьей, подаются злектрические сигналы,пропорциональные соответственно вели3

чинам (R-F),Al 0,64uT. Ha выходе электронно-вычислительного устройства получаются сигналы, пропорциональные Е.

Соотношение Боуэна (1) , основанное на уравнении теплового баланса применительно к поверхности почвы, оправдано при испарении с поверхности влажной почвы. Испарение их почвы, как правило, происходит при наличии на поверхности почвы просохшего слоя, который, действуя как мульчслой, существенным образом уменьшает расход почвенной влаги на физическое испарение.Испарение с поверхности влажной почвы представляет частный случай, когда толщина просохшего слоя (h) равна нулю. В соотношении (1) не учитывается зависимость величины испарения от толщины просохшего слоя, образовавшегося на поверхности почвы, а также не учитывается влияние ветра на процесс испарения воды из почвы.

Поток тепла в почву (F) для измерения испарения посредством электротехнической схемы, модели- рующей соотношение (1) , определ ет тепломером, образованным системой дифференциальных термопар, устанавливаемых в почве заранее на месте наблюдения. Электрические сигналы, пропорциональные разности температуры и разности влажности,передают по схеме двух дифференциальных мостов посредством двух сухих и двух смоченных термосопротивлений на уровнях 2 и 0,5 м над поверхностью почвы. Ди})ференциапьные данные температуры и влажности приземного воздуха в силу того, что грдиенты их малы, а процессы, происходящие в приземном воздухе, сложны определяются разностнь1ми методами с большой погрешностью.

Цель изобретения - повьш1ение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены измертель плотности насыщенных паров почвы, включающий источник тока, терморезистор и постоянное сопротивление задатчик плотности пара в воздухе, включающий источник тока и переменн сопротивление, причем измеритель и задатчик ппотности через переменный резистор включен на вход измери12354

тельного прибора, который зашунтирован переменным сопротивлением.

В устройстве моделируется формула

,)

«Vei

п.ср.

сГ

где Mg - количество влаги, испарившейся непосредственно из почвы за суточный период;

HS hfCp) плотность насыщенных паров при средней за суточный период Температур,.

(h ср) - на уровне нижнего края просохшего слоя почвы толщиною h ; - плотность паров,содержащихся в приземном воздухе; коэффициент обмена;

DQ - коэффициент молекулярной диффузии водяных паров в воздухе; Р - пористость почвы;

V - скорость ветра; 2ffeMat(j - постоянные.

Формула (2) получена путем интегрирования (за суточный период) функ-. ции скорости испарения (первой компоненты ее Е) вида

г -DOV&Ct.it)

()

1 л

где D - эффективный коэффициент диффузии волновых паров в почве;

t-время; - оС --SE;..

D Параметры и переменные, входящие

в формулу, представляют величины, от которых непосредственно зависит испарение воды из почвы.

Способ измерения из почвы сводится к осуществлению посредством электротехнической схемы операций, выраженных формулой (2).

Для этого вводят в почву терморезистор до уровня нижнего края просохшего слоя почвы, образовавшегося из поверхности грунта, и на основе того, что его электропроводность будет определяться той же температурой, что и плотность насьш енных паров на этом уровне почвы, получают ток, пропорциональный плотности паров на уровне нижнего края просохшего слоя почвы. От этого тока вычита ют ток, заданный пропорционально

luiOTHOCTH паров, содержащихся в приземном воздухе. Полученную разность токов преобразовывают в напряжение, которое делят на сумму сопротивлений, одно из которых задают пропорционально отношению толщины просохшего слоя почвы и ее пористости,а другое - обратно пропорционально скорости ветра над почвой, и в результате получают ток, по силе которого го отсичтывают по шкапе электроизмерительного прибора величину испарения воды непосредственно из поч за суточный период. Измеряется вели чина испарения воды из почвы за суточный период через величины,от, кот РЬ1Х непосредственно зависит физическ испарение, происходящее помимо pact ний. Ппотность насьпценных паров на уровне нижнего края просохшего слоя почвы определяется посредством терморезистора. Дпя определения тол ны просохшего слоя делают в почве неглубокий срез и по контрасту в цв те почвы определяют её (сухая поч,ва светлее влажной). Влажность приземй го воздуха и скорость ветра будут и вестныьш по материалам наблюдений метеорологических станций. На чертеже изображено устройство Устройство состоит из источника тока I, постоянного сопротивления 2 и терморезистора 3, замурованного в наконечнике 4, зонда 5, вводимого в почву при осуществлении измерения Глубину ввода зонда 5 до уровня нижнего края просохшего слоя почвы контролируют по положению указателя 6 на шкапе 7, прикрепленной к стойке 8. Последняя в свою очередь прикреплена к пластинке 9, устанавливаемой при производстве измерения на поверхности почвы. Контур задания плотности паров приземного Ьоздуха состоит из своего источиикд, 10 тока, переменного резистора 11 и постоянного сопротивления 2. Контур измерения состоит из электроизмерительного прибора 12, шунтированного переменным резистором 13, постоянного сопротивления 2 и переменного резистора 14. Постоянное сопротивление 2 является общим для всех конту15ов. Измерение испарения воды происхо-55 дящего непосредственно из почвы, осуществляют в момент прохождения суточным ходом температуры почвы своего .

среднего значения, определяемого по показаниям максимального и минимального термометров, установленных на поверхности почвы, или же по записи почвёииого термографа.

Дпя производства измерения испарения, происходящего непосредственно из почвы, вводят зоцд 5 в почву до тех пор пока терморезистор 3 не окажется в области влажной почвы. приьшкающей к просохшему слою, образовавшемуся на поверхности грунта, и получают из источника I ток, пропорциональный плотности насыщенных паров на уровне нижнего края просохшего слоя почвы.Ток от источника . 10 путем установления сопротивления 14 устанавливают пропорциональным плотности паров в приземном воздухе. Токи от источников 1 и 10, проходя через постоянное со противление 2 навстречу друг другу создают на концах этого сопротивления разность потенциалов, , пропорциональную разности между плотностью насыщенных паров на 5гровне нижнего края просохшего слоя почв(1 и плотностью паров в приземном воздухе. В результате псшучается, что числитель формулы С.2) преобразован в напряжение, которое в контуре измерения действуют как ЭДС. Дпя моделирования формулы . 2 , когда ее числитель преобразован в напряжение, достаточ1Ю сопротивление резистора 14 установить пропорциональным отношению толщины просохшего слоя почвы к ее пористости, а сопротивление резистора 13 обратно пропорциональным скорое- . ти ветра. В контуре измерения получают ток, пропорциональный величине испарения воды непосредственно из Д1ОЧВЫ за суточный период, которую отсчитывают по шкале электроизмерительного- прибора J2. Устройство представляет малогабаритшлй, легкий, простой в обращении прибор, применение которого ие связано с тем, что нужно проводить заранее какие-либо мероприятия подготовительного характера. Дпя измерения величины испарения непосредственно из почвы не требуется вводить в электротехническую схему. моделируницую формулу ( 2 , -влажность приземного воздуха и скорость ветра. Изобретение позволяет исследовать испарение с поверхности значительного по площади массива и полу-. чить за короткве время данные, нужны при разработке гидротехнических соор жений и осуществлении мелиоративных работ. Формула изобретения Устройство для определения количества влаги, испарившейся из почвы за суточный период, содержащее измерительную схему с первичным преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены измеритель плотности насыщенных па8ров, выполненный в виде последова - тельно соединенных источника тока и терморезистора, задатчик плотности пара в воздухе, выполненный в виде последовательно включенных источника тока и переменного резистора, причем измеритель плотности и задатчик плотности пара включены на вход измерительного прибора через последовательно включенные переменный и постоянный резисторы. Истбчники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 5229, кл. G 01 N 25/00. 19AI. 2.. Авторское свидетельство СССР 124173, кл. G 01 N 1/00, 1955 (прототип).