自动蒸发站 FFZ-01

图2 FFZ-01型数字式水面蒸发站立面展开图

2.2 工作原理

投入运行的蒸发站蒸发桶水位高度应保持在水位标志线上。无降水日时，采集器自动采集蒸发桶内水面高度变化计算蒸发量。每当蒸发桶内水面高度降至约定值（水位标志线以下10mm）时，采集器在观测日分界时刻（水文分界日为8：00，气象分界日为20：00）控制补水泵B₂工作，给蒸发桶、水圈自动补水，使桶中水位恢复至水位标志线高度，然后，以补水后的高度作为起测点，测量下一时段的蒸发量。

在降水日，当感雨器测得有降雨时，采集器采集此时蒸发桶内水面高度数值后计算此时刻以前的蒸发量并保存在暂存器内。降雨停止后立即测量蒸发桶内水面高度数值，如果超出水位标志线以上10mm，驱动排水泵B₁工作，使蒸发桶中的水排出直至水面高度恢复至水位标志线。当降雨使蒸发桶水位上升但未超出水位标志线以上10mm，采集器继续以蒸发桶内新的水位高度开始计算蒸发量。日蒸发量为降雨前和降雨后的蒸发量之和。

3   蒸发计结构、工作原理

3.1   蒸发计组成

蒸发计是由一台精密数字式水位计和一个由单片计算机为核心的电气控制装置组合在一起的一台机电一体化的设备，它用于检测蒸发桶水位，控制补水泵动作，蒸发计与采集器通过系统内部RS-485通讯总线通讯。

精密数字式水位计由玻璃钢桶、光电旋转编码器、浮子、平衡重锤、固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮，以及光电旋转编码器保护罩、底座等组成。

在蒸发计底座上固定有电气控制盒，电气控制装置的电路板固定在电气控制盒内，通过接线端子和信号电缆与外部电路和数字式水位计连接。

在蒸发计底座上有控制补水泵工作的继电器，它受电气控制装置控制，当继电器吸合时，补水泵工作，给蒸发桶补水。

在蒸发计底座上有与其他设备连接用的接线端子排，通过多芯信号和控制电缆与蒸发站的溢流桶、雨量计、补水泵和电源供给系统等等连接。

蒸发计的玻璃钢桶埋于观测现场的土中，蒸发计的玻璃钢桶下部通过连通管与蒸发桶连接，与蒸发桶形成连通结构，实现两者水面同步变化。

在蒸发计底座上有一个水平泡，用于蒸发计安装时观测和调整蒸发计底座的水平。蒸发计底座用螺栓与蒸发计的玻璃钢桶连接成整体。

在蒸发计底座上还安装有采集器，它是蒸发站的通讯和控制核心。

蒸发计外部有圆形不锈钢保护罩，保护罩下部有螺栓将保护罩固定在蒸发计底座上。

3.2   蒸发计工作原理

蒸发量的检测主要是测量蒸发桶内水位的变化，蒸发计可以在不改变蒸发桶周围自然环境的情况下实时测量蒸发桶内水位变化。同时，蒸发计将测量的蒸发桶内水位变化转换为数字量提供给采集器，采集器根据蒸发计提供的蒸发桶水位变化以及雨量、溢流等数据综合计算出蒸发量。

按照《水面蒸发观测规范》要求，蒸发桶必须埋设于观测现场的土中，使蒸发桶内部的水温接近地表温度，因此蒸发计的玻璃钢桶也要同时埋于观测现场的土中。蒸发计的玻璃钢桶下部通过连通管与蒸发桶连接，与蒸发桶形成连通结构，实现两者水面同步变化，因此测量蒸发计的玻璃钢桶内部水位变化也就等于测量了蒸发桶内的水位变化。

蒸发计的玻璃钢桶内部水位变化的测量是由安装在蒸发计底座上的一台精密数字式水位计和一个由单片计算机为核心的电气控制装置联合完成的。精密数字式水位计由光电旋转编码器、浮子、平衡重锤、固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮，以及连接浮子和平衡重锤的钢丝绳等组成。浮子置于蒸发计的玻璃钢桶内水中，与玻璃钢桶内的水位同时上升或下降。浮子中心固定有钢丝绳，钢丝绳另一端固定在光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮上，平衡重锤通过钢丝绳也固定在光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮上，由于平衡重锤的平衡作用，浮子可以稳定的飘浮在蒸发计的玻璃钢桶内水面上，并且可以跟随蒸发计的玻璃钢桶内部水面变化。浮子随水面的上下浮动带动固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮灵活的转动，实现玻璃钢桶内部水位垂直变化转换为光电旋转编码器转轴的旋转变化。光电旋转编码器转轴转过的角度不同，光电旋转编码器输出不同的数字信息，从而将玻璃钢桶内部水位垂直变化转换为对应的数字信息。

光电旋转编码器输出的数字信息通过信号电缆接至电气控制装置的电路板上，以单片计算机为控制核心的电气控制装置负责给光电旋转编码器供电，同时读取光电旋转编码器的输出信息。电气控制装置对光电旋转编码器的输出信息进行处理之后通过系统内部RS-485通讯总线发送给采集器，电气控制装置还接受采集器的命令控制补水泵的工作，实现自动补水操作。电气控制装置还监测蒸发计的电源电压和补水泵的工作状态并将信息发送给采集器。