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波文比觀(guān)測(cè)系統(tǒng)

能量平衡-波文比法(EBBR)是指通過(guò)測(cè)量?jī)糨椛?、土壤熱通量以及溫度差和水汽壓差,求出潛熱和顯熱通量的一種方法。測(cè)量系統(tǒng)主要由四部分組成:數(shù)據(jù)采集器、高精度傳感器、自動(dòng)換位系統(tǒng)和自動(dòng)切換系統(tǒng)。其中,數(shù)據(jù)采集器是通過(guò)采集和存儲(chǔ)凈輻射和土壤熱通量等;通過(guò)自動(dòng)換位測(cè)定系統(tǒng)采集和存儲(chǔ)的溫度和濕度差,以及對(duì)自動(dòng)換位裝置的觸發(fā)換位控制;

英國(guó)物理學(xué)家Bowen(1926)在研究自由水面的能量平衡時(shí)提出能量平衡-波文比法(Energy Balance-Bowen Ratio,EBBR),利用水面與空氣間的亂流交換熱量(顯熱通量H)與自由水面蒸發(fā)水汽的耗熱(潛熱通量LE)之比,并結(jié)合能量平衡公式,求得顯熱通量和潛熱通量的方法。

Bowen比推導(dǎo)公式如下:?

其中,β為波文比,Kh和Kq分別為水、熱湍流交換系數(shù)(假設(shè)Kh Kq);為濕球常數(shù),0.665(kPa/℃);L為蒸發(fā)潛熱系數(shù),2.45(MJ/kg);Cp為比氣體常數(shù);為溫度差(可用實(shí)測(cè)溫度差代替);?為兩個(gè)不同觀(guān)測(cè)層間的水汽壓差。

通過(guò)換位技術(shù),消除由測(cè)量?jī)x器本身產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,從而使波文比的測(cè)量計(jì)算精度有較明顯的提高。對(duì)兩個(gè)溫濕度傳感器在一個(gè)換位周期的兩組測(cè)量值之差取平均值,以消除系統(tǒng)誤差,提高波文比的測(cè)量精度。

系統(tǒng)組成

1)CR3000數(shù)據(jù)采集器


最大掃描速率:100Hz

模擬輸入通道:28個(gè)單端或14對(duì)差分

脈沖計(jì)數(shù)器:4個(gè)

開(kāi)關(guān)激光通道:4個(gè)電壓激發(fā),3個(gè)電流激發(fā)

數(shù)字控制端口:3個(gè)SDM, 8個(gè)I/O或4個(gè)RS-232

通訊/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)端口:1個(gè)CS I/O,1個(gè)RS-232,1個(gè)并行外圍設(shè)備

輸入電壓范圍:±5Vdc

模擬電壓測(cè)量精度:±(0.04%讀數(shù)+偏移量),040℃

模擬分辨率:0.33μV

模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換位數(shù):16位

操作溫度:-25~50℃(標(biāo)準(zhǔn));-40~85℃(低溫?cái)U(kuò)展)

內(nèi)存:2MB用于運(yùn)行系統(tǒng),4MB用于CPU、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

供電要求:10~16VDC

功耗:2mA(休眠狀態(tài)),3mA(1Hz采樣頻率),10mA(100Hz采樣頻率)

可支持的通信協(xié)議:PakBus,Modbus, DNP3,SDI-12,SDM

可支持的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議:FTP, HTTP, XML POP3, SMTP, Telnet, NTCIP, NTP

2)HC2A-S3 空氣溫濕度傳感器


HC2A-S3是由瑞士Rotronic公司生產(chǎn)的溫度和濕度一體式探頭,是一種準(zhǔn)確度高、堅(jiān)實(shí)、耐用的可適用于野外長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)的溫濕度傳感器。該傳感器配有一個(gè)聚乙烯過(guò)濾器,用來(lái)防止灰塵和微粒進(jìn)入,保證了傳感器測(cè)量的優(yōu)越性和可靠性。在配備聚四氟乙烯(特氟龍)的過(guò)濾器后,HC2A-S3雖在響應(yīng)時(shí)間方面略有下降(≤30s),但可大幅提高環(huán)境適應(yīng)性,能夠在海洋等高鹽分、高濕度環(huán)境下正常使用。
主要技術(shù)參數(shù)

溫度量程:-40~60℃(出廠(chǎng)標(biāo)定量程);-50℃~100℃(溫度極限范圍) ?

溫度精度:±0.1℃(@10~30℃)

相對(duì)濕度量程:0~100%RH
相對(duì)濕度精度:±0.8%RH(@10~30℃)
長(zhǎng)期穩(wěn)定性:<1%RH/年
????電:3.3~5Vdc

3)四分量?jī)糨椛鋫鞲衅?/span>

測(cè)量參數(shù):向上的長(zhǎng)波輻射,向下的長(zhǎng)波輻射,太陽(yáng)總輻射,反射太陽(yáng)輻射、凈輻射

可選測(cè)量:反照率或太陽(yáng)反射比,天空溫度,日照時(shí)數(shù)和表面溫度

光譜范圍:短波300~2800nm,長(zhǎng)波4.5~42μm

靈敏度:5~20μV/W/m2(短波);5~15μV/W/m2(長(zhǎng)波)

響應(yīng)時(shí)間:<6s63%);<18s95%

非線(xiàn)性誤差:<1%

非穩(wěn)定性(年變化):<2%

溫度依賴(lài)靈敏度:<5%

溫度響應(yīng):<5%-10~40℃)

定向響應(yīng):<20W/m2<80°,1000W/m2

水平泡精度:<0.2°

工作環(huán)境:-40~80℃,0~100%RH

視角:短波輻射傳感器180o,長(zhǎng)波輻射傳感器向下150o,長(zhǎng)波輻射傳感器向上180o

輻射表內(nèi)置的溫度傳感器:10K的熱敏電阻和PT-100 鉑電阻

安裝支架:螺絲旋緊,螺絲直徑為16mm,長(zhǎng)350mm

標(biāo)準(zhǔn)電纜長(zhǎng)度:10m

可選電纜長(zhǎng)度:20m,50m

防護(hù)等級(jí):IP67

重量:850g

4)土壤熱通量板


HFP01是世界上流行的土壤熱通量測(cè)量傳感器,也可以通過(guò)墻壁和建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。傳感器采用陶瓷/塑料復(fù)合材料本體,使總熱阻保持較小。傳感器非常堅(jiān)固,性能穩(wěn)定。它適用于在一個(gè)位置長(zhǎng)期測(cè)量,以及多個(gè)位置進(jìn)行系統(tǒng)集成測(cè)量。

技術(shù)性能參數(shù)

測(cè)量參數(shù):熱通量

感應(yīng)區(qū)域:8×10-4m2

????: ?-2000~﹢2000W/m2

靈敏度: ?60×10-6V/(W/m2)

傳感器熱阻:71×10-4K/(W/m2)

傳感器電阻范圍: 1~4Ω

校準(zhǔn)不確定性:±3%(k=2)

工作溫度范圍:?-30~70℃

IP防護(hù)等級(jí):IP67

5)03002風(fēng)速風(fēng)向傳感器


操作溫度:-50~50℃

風(fēng)速測(cè)量

測(cè)量范圍:0~50m/s,陣風(fēng)60m/s
精度:±0.5m/s

啟動(dòng)風(fēng)速:1.1m/s

輸出信號(hào):交流正弦波,每轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖

風(fēng)向測(cè)量

量程:?0~360°(機(jī)械),0~352°(電子,8°開(kāi)口)
精度:±5°

啟動(dòng)風(fēng)速:1.3m/s

輸出信號(hào):模擬電壓信號(hào)

????電:電位計(jì)激發(fā)電壓最大15VDC(03002)

6)TCAV平均土壤溫度傳感器


TCAV土壤平均溫度探頭采用E型(鎳鉻-康銅)熱電偶探頭,用于測(cè)量土壤表層以下6~8cm的土壤平均溫度,可測(cè)得小面積土壤的垂直、水平兩個(gè)方向的平均溫度。每組探頭擁有2×2共4個(gè)平行探針,每一個(gè)探針用于測(cè)量不同深度的溫度。TCAV可與土壤熱通量板和土壤溫濕度傳感器配合使用,從而計(jì)算出總土壤熱通量。

技術(shù)性能參數(shù)

傳感器類(lèi)型:鎳鎘-康銅熱電偶
典型輸出:60μV/℃

重量:0.45kg(含15.24m電纜)

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