[其他]浮力天平

说明书

本实用新型系对于气象学和水文学领域中称量土壤（包括植物－以下同）蒸发散量仪器的改进。

土壤蒸发散量的直接称量是水文测量学和气象观测学中的一个难题，它要求称量仪器的量程大、感量小，即精度要高，因为只有这样才能称量出较大的土体在较短的时间内因蒸发耗散而失去的水分重量。目前称量土壤蒸发散量的仪器大致可分为两类：一类为机械磅秤和双铊秤；另一类为水力秤，后者由于其量程大而受到重视。水力秤是利用阿基米德原理，通过测量浮筒盛装土柱前后在静水中的相对位置（即吃水线）的变化来计算土柱重量，中国科学院北京地理所山东禹城实验站和中国科学院长白山森林生态系统定位站（吉林省安图县）所使用的“水力蒸发器”和苏联瓦尔达依水文试验站所使用的大型水力蒸发器都是根据上述原理而设计的。上述已知的水力秤的称量精度不仅取决于浮筒相对位置（吃水线）的测量精度，还会要受下面两个因素的影响，一是大型浮筒很难保证其下沉深度同浮力大小之间呈线性关系；二是一些环境因素（如水密度、水温）也会使浮力大小发生变化、故此水力秤的实际测量精度只能达到几千分之一，远远小于只按浮筒相对位置的测量误差而推算的理论精度。然而，水力秤可以称量较大较重的土柱，其量程大（如苏联的大型水力蒸发器可以盛装整棵大树及其所需的土柱）仍不失为一个突出的优点。

本实用新型提供了一种可消除水力秤上述缺点的浮力天平，其特征在于使浮筒与土柱相分离并且采用法码来测量土柱的重量。本实用新型所提供的浮力天平虽然也利用浮筒在静液中的浮力来平衡土柱的重量，但它不同于水力秤，并不以浮筒在静液中的相对位置变化来称量土柱的重量，浮筒在静液中的相对位置在本浮力天平中只起一个标记作用，用这一标记来确认法码的重量同土柱的重量相等，土柱的重量最终将直接以它相平衡的法码重量来称量。这样，本实用新型所提供的浮力天平既有效地排除了影响浮力的诸环境因子对测量精度的影响，也避免了体积大的浮筒（指水力秤）的非线性关系所造成的误差。

本实用新型所提供的浮力天平其结构由液池、浮子、支架和吊筐等部件组成。液池为一带空心管的中空的圆柱形（或棱柱形）大筒，其底端封闭、上部则敞开用以盛装液体和浮子。浮子包括浮筒、阻尼器、横梁和测杆等零件，浮筒为中空的全封闭圆柱体，圆柱体外径小于液池的外径，而内径则大于液池的内径，当将它置于液池中时不会接触到液池的内外壁，可在液池中自由地上下浮动。浮筒上平面垂直焊有数根钢管，钢管上架有横梁，横梁上装有调平配重，横梁的中心部位连有一根垂直而下的测杆，测杆穿过液池的中空管而同吊框相连接。为了便于浮力天平的调整，分别在浮筒顶面上安有阻尼器，测杆下部安有制动挡板。支架的上平面为略大于液池底面的平板，以让液池固定在其平板上，平板中心部位有一圆孔，其孔径应等于或略大于液池的中空管直径，圆孔下沿装有向上制动挡环，用它同测杆上的制动挡板相配合，以防止浮筒在空载时冲出液面，支架下部由三根以上支柱支承，支柱下端安装有调平螺旋和垫块，用于调整浮力天平的水平状态。吊筐则盛装土柱和法码，它上部用挂钩和测杆相连接。

采用本实用新型所提供的浮力天平，可使测定土壤蒸发散量的精度达到0.02毫米水深，而已有的水力秤只能测出水深大于0.1毫米的蒸发散量数值。如果使测杆同光杠杆或其它高精度的长度测量装置配合来读取数据，则测量精度还能得到进一步的提高。用这种浮力天平可以研究土壤蒸发散量的日变程，而在这一领域中，长期以来由于测重方法没有过关，目前还是一个空白点。本实用新型所提供的浮力天平将填补这个空白领域，使我国土壤蒸发散量的观测技术处于世界领先地位。

本实用新型所提供的浮力天平，其实施例如图1所示。图1中的液池为带空心管的中空圆柱形大筒，其外壁（1）和内壁（2）两圆同心。浮筒（3）为中空的全封闭圆柱体，浮筒上顶面焊有两根以上的钢管（4），筒上还装有两个以上的阻尼器（5），阻尼器垂于液面呈舵形，可抑制浮筒水平方向的振动。管上架有横梁（6），横梁端部装有调平配重（7），梁的中心部位向下垂直连有一根测杆（8），测杆和横梁之间为螺旋连接。测杆上除镶有标尺（9）外，下部有片状制动挡板（10）和挂钩（11）。液池底部座落在支架的平板（12）上，平板中心开有圆孔，圆孔下沿装有制动挡环（13）。支架下部由四根支柱（14）支承，支柱之间三面有牚（15），一面开放，以便于取换盛装法码块或土柱（17）、配平用小法码（18）的吊筐（16）支柱下端装有调平螺旋和垫块（19），（20）为液池中所充注的液体。本实用新型所提供的浮力天平可以通过观测者用肉眼从标尺上直接读数；也可以通过光杠杆或其它高精度的长度测量装置进行测量，这样做，不仅可使浮力天平的测量精度得到提高，还有利于实现观测自动化。