一、產(chǎn)品簡介及設(shè)計目標(biāo)
QYJL-CZ002型卡口直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀是我公司在現(xiàn)代電子技術(shù)、土壤物理學(xué)和微氣候?qū)W等學(xué)科領(lǐng)域不斷深入發(fā)展的基礎(chǔ)上，為測定徑流小區(qū)徑流量與泥沙量隨降雨變化而研發(fā)生產(chǎn)的一種更系統(tǒng)更綜合的標(biāo)準(zhǔn)實驗設(shè)備。其通過對被測徑流的記錄分析，以研究不同降雨量下的水土流失狀況。該儀器采用*的高分辨率稱重系統(tǒng)和液位測量系統(tǒng)，配置了智能數(shù)據(jù)采集器和信號傳感器，可同時檢測降雨量的大小。并對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時在線快速分析處理、記錄儲存，做到了數(shù)據(jù)采集的高速化、準(zhǔn)確化和人性化，大大提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度。適用于農(nóng)田、草原、森林及河流濕地等生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)的長期監(jiān)測。
卡口直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀，是我公司在充分汲取國內(nèi)外有關(guān)系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計研制的新款設(shè)備。其主要特點是：緊跟傳感器技術(shù)和檢測技術(shù)的革新提高了相關(guān)參數(shù)的測量精度；同時，進(jìn)一步改善和提高了直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀使用中的效率，降低了勞動強(qiáng)度和維護(hù)工作量。其筒體結(jié)構(gòu)與工作原理如圖所示，主要包括箱體（主體系統(tǒng)的核心）、稱重系統(tǒng)、液位測量系統(tǒng)、雨量采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。
卡口站直稱式土壤蒸滲儀整機(jī)總體結(jié)構(gòu)
二、系統(tǒng)組成及總體結(jié)構(gòu)
直稱式土壤蒸滲儀整機(jī)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，共四個板塊：
（1）測量部分：由采樣桶、稱重系統(tǒng)平臺，液位測量平臺、雨量筒以及配套傳感器等組成、
（2）數(shù)據(jù)傳輸部分：由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、放大器、網(wǎng)絡(luò)模塊及供電系統(tǒng)等組成。
（3）終端顯示部分：由數(shù)據(jù)采集器、主控制器、配套軟件及液晶顯示屏等組成。
QYJL-CZ002型卡口站直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（單套）
| 序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
| 1 | 高精度稱重傳感器 | 1個 | |
| 2 | 高精度液位傳感器 | 2個 | |
| 3 | 數(shù)據(jù)采集器及主控制器 | 1臺 | 含控制模塊 |
| 4 | 雨量筒 | 1臺 | |
| 5 | 采樣桶及支架 | 1套 | |
| 6 | 卡口堰板 | 1套 | |
| 7 | 控制閥 | 2臺 | |
| 8 | 供電箱和太陽能電池板及蓄電池 | 1套 | |
| 9 | 配套軟件 | 1套 | |
卡口站直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（照片）
卡口站直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（照片）
三、整體解決方案
1、測量原理
對于被測量的泥水混合物密度方程為：
(1)
式中為泥水密度，m為泥水重量，V為泥水體積。
對于本設(shè)備應(yīng)用以下公式：
（2）
S為桶體的橫截面積，h為液位高度，可求出泥水混合物體積，進(jìn)而計算出密度，根據(jù)密度可得出水中泥沙含量。
2、稱重原理及方案
直稱式蒸滲儀稱重機(jī)構(gòu)原理如下圖所示：稱重系統(tǒng)采購專用的稱重傳感器，作用在稱重平臺上，直接稱重桶體的總重量。利用污水泵抽取卡口中的泥水混合物到采樣桶。
直稱式蒸滲儀稱重結(jié)構(gòu)
稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，在稱重平臺下1個支點支撐稱重土箱，支點放置一個稱重傳感器稱重計算。
選用稱重傳感器照片
稱重傳感器的主要性能指標(biāo)如下：
1）稱重范圍：0~1000.0Kg，分辨率0.01Kg；
2）綜合精度：0.01%；
3）稱重采樣速率：1秒；
4）輸出阻抗：2.0（+/-0.25%）；
5）材質(zhì)：不銹鋼，全焊接密封，并通過IP68工業(yè)防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)；
由于稱重傳感器固有的零漂和蠕變特性，在長期受力狀態(tài)下不可避免影響測量精度，并且每只傳感器的誤差參數(shù)又不同。我公司專門設(shè)計開發(fā)了稱重傳感器校驗設(shè)備和方法，對其量程、穩(wěn)定性、重復(fù)性和敏感性進(jìn)行測試和校驗。如量程的測試采用依次加載已知重量砝碼2~300Kg然后再依次減載的方法；為了測試其穩(wěn)定性，在2h內(nèi)向稱重傳感器加載300Kg重物，然后每30min測量度數(shù)，判斷其穩(wěn)定。稱重傳感器的敏感性采用依次加載和減載10g、20g、20g、30g、20g、100g、100g、200g的方法來測量。從而有效的清除零漂和蠕變帶來的測量誤差。
3、液位測量原理
在測量中超聲波脈沖由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)液體表面反射后被同一傳感器接收或超聲波接收器，通過壓電晶體或磁致伸縮器件轉(zhuǎn)換成電信號，并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器到被測液體表面的距離。 由于采用非接觸的測量，被測介質(zhì)幾乎不受限制，可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。
超聲波物位計工作原理是由超聲波換能器（探頭）發(fā)出高頻脈沖聲波遇到被測物位（物料）表面被反射折回反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號.聲波的傳播時間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比.聲波傳輸距離S與聲速C和聲傳輸時間T的關(guān)系可用公式表示：S=C×T/2.
由于發(fā)射的超聲波脈沖有一定的寬度，使得距離換能器較近的小段區(qū)域內(nèi)的反射波與發(fā)射波重迭，無法識別，不能測量其距離值。這個區(qū)域稱為測量盲區(qū)。盲區(qū)的大小與超聲波物位計的型號有關(guān)。
探頭部分發(fā)射出超聲波，然后被液面反射，探頭部分再接收，探頭到液（物）面的距離和超聲波經(jīng)過的時間成比例：
距離 [m] = 時間×聲速/2 [m]
聲速的溫度補(bǔ)償公式：環(huán)境聲速= 331.5 + 0.6×溫度
4、徑流流量測量原理
依據(jù)卡口的實際徑流量范圍而制作的30°角量水堰，能夠比較真實準(zhǔn)確的反映出流量結(jié)果。是通過超聲波水位計測量流過堰口的水位高低利用量水堰公式計算流量來的，可以通過管理軟件修改相關(guān)參數(shù)或通過標(biāo)定段來計算，以提高計算精度
選用超聲波液位傳感器照片
5、數(shù)據(jù)采集原理及方案
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集全部為自動化采集，數(shù)據(jù)可直接保存到采集器中，也可以數(shù)據(jù)文件的形式按設(shè)計定的周期保存，并且能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳遞和狀態(tài)監(jiān)控。
直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀系統(tǒng)組成框圖
四、性能參數(shù)
1）水位量程： 0~30m、精度5mm
2）雨量精度： 0.2mm
3）泥沙含量測量范圍： 0~300.0kg/m3，誤差小于5%
4）工作溫度： 0℃~60℃
5）工作條件： 220V交流隔離供電或太陽能
6）顯示屏： 4行中英文字福
7）輸出： RS232、RS485、WIFI、GPRS等
8）稱重采樣速率： 60~3600秒可調(diào)
