000011　概述

ZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計是依據(jù)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)觀測規(guī)范》SD265-88和中國氣象局2003年版《地面氣象觀測規(guī)范》相關要求制造，用于自動觀測水面蒸發(fā)過程。

ZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計由蒸發(fā)桶（池）和數(shù)字式水面蒸發(fā)傳感器為蒸發(fā)量觀測器具，以專用采集控制器采集處理蒸發(fā)數(shù)據(jù)并完成蒸發(fā)器自動補排水控制，實現(xiàn)水面蒸發(fā)過程的高精度實時在線測量。

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

2.1 ZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計的工作原理和結(jié)構(gòu)

ZF-01型數(shù)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(diào)水平裝置、自動補排水裝置、采集控制器（以下簡稱采集器）等組成。安裝時將蒸發(fā)桶、連通管、靜水桶組成連通器；水位編碼器、采集器、調(diào)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凹槽內(nèi)，浮子安裝在靜水桶內(nèi)。當蒸發(fā)桶中的水面蒸發(fā)引起水位下降時，靜水桶中的水面同步下降，浮子即拉動測纜帶動測輪和編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器即可輸出與水面下降量相對應的編碼數(shù)據(jù)。采集器通過采集對應時段范圍內(nèi)的水位變化量，計算出時段水面蒸發(fā)量。

2.2  本儀器裝有不銹鋼防風、防塵外罩，靜水桶采用了和蒸發(fā)桶同樣的半埋式結(jié)構(gòu)，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。

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

2.4  ZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計與20平方米蒸發(fā)池配套使用時，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。可以用連通管直接與蒸發(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，應配套相應直徑的測輪，在訂貨時應加以補充說明）。

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

2.6  使用本蒸發(fā)計，只能準確測量非降水時段的水面蒸發(fā)量。如欲測量包括降雨期內(nèi)的日蒸發(fā)量，依照國家水文局和國家氣象局的要求，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)%〕等相關裝置才能實現(xiàn)。

3  技術參數(shù)

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(shù)量及包裝內(nèi)容，檢查包裝是否有破損和缺漏。

4.2.2  打開包裝箱，按裝箱單核對裝箱物品并檢查儀器的外觀及裝箱零件，有無損傷。

4.1.3  閱讀使用說明書，了解儀器性能、結(jié)構(gòu)、安裝方法和使用、檢定方法。

4.2  搬運

4.2.1  產(chǎn)品搬運時一般應連包裝一起進行。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行搬運和放置，切忌睡倒和顛倒搬運。

4.2.3  安裝過程中，需要打開傳感器的外筒，此時挪動傳感器時同樣應當托住圓形支板進行，切不可拿住傳感器內(nèi)部零件來回搖動。

4.2.4  傳感器內(nèi)部*精密，未做好減震包裝之前，應避免使用顛簸過大的運輸工具運輸。

4.3  儲存和保管

4.3.1  產(chǎn)品儲存時**連包裝進行。

4.3.2  產(chǎn)品儲存應當放置在通風干燥的倉庫內(nèi)，環(huán)境溫度和濕度應當遵循技術規(guī)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(jié)收回室內(nèi)保養(yǎng)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)品長期儲存時應定期檢查其外觀和功能，并至少每年通電一次，防止意外損壞。

5.1  安裝場地的要求

根據(jù)“觀測規(guī)范”，蒸發(fā)計的安裝場地應滿足以下要求：

5.1.1  觀測場一般為25m×25m的平整場地，確因條件限制，也可取16m（東西向）×20m（南北向），高山站、海島站、無人站不受此限。場地內(nèi)應有良好的排水設施，保證在大暴雨情況下場地內(nèi)的積水不得高于地面以上5cm。

5.1.2  觀測場四周一般設置約1.2m高的稀疏圍欄，圍欄不宜采用反光太強的材料。觀測場圍欄的門一般開在北面。場地應平整，保持有均勻草層（不長草的地區(qū)例外），草高不能超過20厘米。對草層的養(yǎng)護，不能對觀測記錄造成影響。場內(nèi)不準種植作物。

5.1.3  為保持觀測場地自然狀態(tài)，場內(nèi)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，除小路上的積雪可以清除外，應保護場地積雪的自然狀態(tài)。

5.1.4  根據(jù)場內(nèi)儀器布設位置和線纜鋪設需要，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  觀測場的防雷設施必須符合氣象行業(yè)規(guī)定的防雷技術標準的要求。

5.2  觀測場內(nèi)儀器設施的布置 

觀測場內(nèi)儀器設施的布置要注意互不影響，便于觀測操作。見圖2 ZF-01型數(shù)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，儀器距觀測場邊緣護欄不小于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尺寸要求挖好觀測場內(nèi)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，穿線后測試確保各條線路暢通后填土埋實。溝槽如果必須經(jīng)過草皮，應當重新鋪好草皮。

000035.3.2  要求自來水管路鋪設到觀測場內(nèi)補水桶處。

5.4  蒸發(fā)桶和水圈的安裝

5.4.1  結(jié)構(gòu)

1、蒸發(fā)桶是一個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，由四個形狀和大小都相同的弧形水槽組成。四個水槽內(nèi)壁所組成的圓應與蒸發(fā)桶外壁相吻合。為保證每個水槽的水位相同，在每個水槽的兩側(cè)開孔后用空心銅接頭連接。
    3、排水機構(gòu)：由排水泵和排水管道組成，供降雨時排水用。

 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。埋設時可用水平尺在至少三個不同方向校驗，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(nèi)壁的問隙應小于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(nèi))、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的觀測缺口。

    4、埋設儀器時應力求少擾動原土，坑壁與桶壁的間隙用原土回填搗實。在距蒸發(fā)桶1.2m處用磚砌一深50cm的窨井，內(nèi)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(nèi)，球閥安裝在窨井中。

6、排水泵進水口應方向向下，并在進水孔上覆蓋濾網(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，不能有滲漏水現(xiàn)象，待傳感器工作正常后，再檢查所有接點無漏水時將溝槽填平、壓實。

5.5  蒸發(fā)傳感器靜水桶的安裝

    ZF-01數(shù)字水面蒸發(fā)計靜水桶的埋設，可按圖1的尺寸進行。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(nèi))、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、埋設靜水桶時應力求少擾動原土，坑壁與桶壁的間隙用原土回填搗實。桶壁連接的連通管和在距蒸發(fā)筒1.2m米處的窨井內(nèi)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(xiàn)象，待傳感器工作正常后，再檢查所有接點無漏水時將溝槽填平、壓實。

5.6  自動補水裝置的安裝

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。

5.6.3  接上手動閥并連接外部供水管道，蓋上補水桶蓋。

5.7  傳感器的安裝

ZF-01型數(shù)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(diào)水平裝置。采集控制器安裝在圓形支板上。

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(nèi)，放下傳感器部分。

5.7.3  調(diào)整圓形支板上的3顆調(diào)平螺釘，并觀察圓形支板上的水平泡，當水平泡內(nèi)的氣泡處于中心位置時，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(nèi)，當浮子測纜靜止時應位于圓形支板中央的過線孔的中心，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(nèi)。

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(jié)軟管和接頭。在窨井位置安裝手動閥門。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(guī)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），使得補水桶能同時向蒸發(fā)桶和水圈補水。

5.8.3 電路連接

自動補水裝置的補水桶下方有補水水泵，蒸發(fā)桶內(nèi)有排水水泵，分別用截面積不小于0.5mm² 的2芯電纜從接線端子處連接至蒸發(fā)傳感器內(nèi)的采集控制盒，接線方式如圖5所示。（注意：補、排水泵的連線電阻值均不得大于1Ω）。所有外引線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(diào)整前檢查各手動閥和電動泵應全部為關閉狀態(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(xiàn)象，仔細核對電器接線的正確性。

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、排水泵工作時電源電壓應不低于10.2V。

6.2  設備初始狀態(tài)的設定及調(diào)整

6.2.1  補水桶加水

開啟自來水閥門，補水桶應自動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

打開窨井中的手動閥，使之處于全開狀態(tài)，使蒸發(fā)桶與蒸發(fā)傳感器靜水桶形成連通器，這時蒸發(fā)桶中的水能夠自動流入蒸發(fā)傳感器靜水桶，按照采集控制器說明啟動補水水泵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高度，然后關閉DF1。

6.2.3  蒸發(fā)傳感器起算點的調(diào)整

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

注意：由于蒸發(fā)桶內(nèi)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，蒸發(fā)桶內(nèi)水位上升，浮子也上升，此時編碼器數(shù)值反而減小。

7  采集控制器的系統(tǒng)運行

7.1  特點

ZF-01型數(shù)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，可以實現(xiàn)蒸發(fā)量的自動采集、控制和數(shù)據(jù)上傳，采用中文液晶顯示，具有良好的人機接口性能。

7.2  技術參數(shù)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RS485口連接，通過RS485口讀取蒸發(fā)傳感器數(shù)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(shù)據(jù)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和關斷。

7.2.4  排水泵控制口：控制溢流桶排水泵打開和關斷。

7.2.5  顯示方式：中文液晶顯示。

7.4  操作使用說明

7.4.1  設備使用應在各電纜連接完畢并檢查正確之后進行。

7.4.2  系統(tǒng)沒有總電源開關，連接12V電源（穩(wěn)壓電源或蓄電池）就相當于給全部設備通電。

7.4.3  通過采集控制器面板的LCM顯示器可以了解蒸發(fā)計水位和系統(tǒng)工作狀態(tài)。

7.4.4  設備通電時裝置開始自檢：

① 檢測水面蒸發(fā)檢測傳感器是否工作正常，若不正常則報警并再次查找和檢測；

② 當系統(tǒng)自檢完成后，采集控制器面板的LCM顯示器顯示蒸發(fā)計水位數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)日期和時間；

③ 采集控制器每2秒檢測一次蒸發(fā)計水位并在采集控制器面板的LCM顯示器上顯示。

7.4.5  正常工作時LCM顯示器上顯示四行數(shù)據(jù)，由上向下依次為：

電源電壓（分辨率0.1V,準確度±0.5V）；

實時水位（相對值，分辨率0.1mm）；

穩(wěn)定水位（相對值，分辨率0.1mm）；

日期、時間。

7.4.6  當蒸發(fā)計水位值大于400時，采集控制器啟動自動補水，補水至水位值大約300時停止。

7.4.7  當蒸發(fā)計水位值小于200時，采集控制器啟動自動排水，排水至水位值大約300時停止。

7.4.8  在采集控制器進行補水或者排水操作時，面板上的LCM顯示器顯示相應信息，直至操作完畢后再次進入休眠節(jié)電狀態(tài)。

7.4.9  上位計算機隨時可以讀取采集控制器內(nèi)部的各種信息。

7.4.10  利用采集控制器面板的四個按鍵可以查看部分數(shù)據(jù)和操作各個水泵：

①按一次面板按鍵，LCM顯示器顯示設備信息和日期、時間，

②再次按下面板右邊的“選擇”按鍵，LCM顯示器顯示電源電壓、實時水位、穩(wěn)定水位等，

③此時按下“A”按鍵可以啟動補水，按下“B”按鍵可以啟動排水，按下“C”按鍵可以停止水泵。

④按下“選擇”鍵或5秒之內(nèi)無鍵按下，水泵自動停止，

⑤反復按下面板右邊的“選擇”按鍵，則LCM顯示器在上述功能之間循環(huán)，

⑥6秒之內(nèi)無鍵按下，自動進入休眠，

⑦按鍵操作應緩慢，兩次按鍵操作之間應間隔0.5～1秒。

7.5  注意事項

7.5.1  請確認潛水泵正、負極沒有接反。

7.5.2  如控制器發(fā)生故障，請斷電重啟。

8  準確度現(xiàn)場檢定

ZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計準確度的現(xiàn)場檢定采用定量汲水法。其方法為：從蒸發(fā)桶（池）中汲取定量的水與蒸發(fā)計輸出顯示值相對比。

8.1   檢定準備

8.1.1  向蒸發(fā)桶內(nèi)加水至水位標志線，檢查所有設備水路連接處均無滲漏水現(xiàn)象。

8.1.2  接通電源，將編碼器顯示水位值調(diào)整在300±50之內(nèi)，并關閉自動補、排水程序。

8.1.3  從蒸發(fā)桶內(nèi)汲取約100ml～200ml的水，觀察顯示裝置顯示水位值是否正常變化，然后依該顯示值作為起始點進行準確度檢定。

8.2   測試步驟

從蒸發(fā)桶（池）向外汲水，每次汲水量為1000ml，待顯示數(shù)值穩(wěn)定后，記錄各次的顯示值。上述汲水操作次數(shù)共為6次，全部汲水步驟結(jié)束后，按表1的記錄數(shù)值進行測量誤差的統(tǒng)計計算。

表1　測量誤差計算表

9  維護和檢查

9.1  日常檢查

9.1.1  使用期內(nèi)每天應巡視一遍儀器設備，檢查有無異樣。

9.1.2  每年對傳感器靜水桶進行一次清理，排除污垢并重新安裝傳感器和初始狀態(tài)設定。

9.1.3  遇到設備報警要及時處理。

9.2  定期維護和檢查

9.2.1  每年使用季節(jié)開始前應進行一次檢定工作，檢查儀器的工作精度，檢定方法可參看第8章。

9.2.2  按照《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》要求，定時清理蒸發(fā)桶。

9.2.3  每年使用季節(jié)結(jié)束后，應當將蒸發(fā)傳感器搬回室內(nèi)保養(yǎng)，清洗靜水桶，然后放在符合條件的室內(nèi)存放。次年重新安裝傳感器時應當重新進行初始狀態(tài)設定。

9.3  部件更換

9.3.1  如遇部件損壞需更換時，應當由了解該設備原理的工程師進行，更換新部件后，如果可能影響儀器性能，應當重新標定后投入使用。

9.3.2  保修期內(nèi)非人為因素的部件損壞，廠家將免費提供部件更換。

10  儀器全套設備清單

見表2。

表2 儀器包裝清單