CN101915945A - 一种带pH等多参数测量的雨量计 - Google Patents

Abstract

本发明是一种带pH等多参数测量的雨量计，其特征是包括承雨筒、层流流量计、机箱、金属横梁支架、弹性锥形密封垫、电容式微差变送器、pH测量系统、温度·浊度测量系统、风速测量系统、智能显示系统、透明防水膜；优点：用层流流量计取代传统的储雨瓶，使仪器一直连续工作成为可能；采用高强度、低密度又不锈蚀制作材质为野外作业提供方便并大幅降低造价；又集先进的pH和温度·浊度以及风速测量新技术为一体有力的提升了技术率先性；在坐标的x轴上的任一单位时间都在y轴上同时有对应的雨量、pH、温度、含尘量(浊度)和风速的测量结果，较之现用单一的以min为单位的降雨量和降雨强度的测量方法无疑更精确更全面。

Description

一种带PH等多参数测量的雨量计

技术领域

本发明涉及一种带PH等多参数测量的雨量计，属水文气象测验领域，尤其是能测PH等多参数的雨量计。

背景技术

中国的雨量测量定性记载，早于1247年前的秦代；西欧出现雨量器是1637年前后；中国近代雨量观察始于1841年，现用雨量测点为2.3万左右。至今，雨量测量用仪器在漫长的发展历程中大致形成三大类：

雨量器(rain-gauge)一种直接测量雨量的仪器

雨量计(rainfall recorder)一种可观察降雨过程的自计式仪器。如：立式自记雨量计、双翻斗式雨量计等等。

遥感测雨，如：测雨雷达(radar for rainfall measurement)等等。他们在研究流域或区域水文循环系统的动态输入与水资源方面，对工农业生产、水利开发、江河流域防洪和工程管理方面等等有着巨大贡献。但面对而今的全球性气候变化，它们的功能急待提升为其一，希望一个雨量测点除雨量测量外能够测量PH值、温度·浊度和风速风向，目的是得到某地同一个时间里水文气象较全面的综合性资料；其二是他们的造价必须降低，因为雨量测点的密度Ku【＝F/n，F～集雨面积(平方公里)，n～雨量测点(点数)】要求为0.2～11.0左右，中国959.6960万平方公里的土地需用雨量测量仪器的数量太多，必须降低造价。必须先进、经济、实用，促成一种带PH等多参数测量的雨量计的研究。

发明内容

本发明提出的一种带PH等多参数测量的雨量计，用不间断电源条件支持可以是一直连续工作的雨量计，所谓多参数是雨量测量外的PH测量，温度·浊度测量和风速测量，也可方便的加测紫外线等等。

本发明的技术解决方案，其特征是包括承雨筒、层流流量计、机箱、金属横梁支架、弹性锥形密封垫、电容式微差变送器、PH测量系统、温度·浊度测量系统、风速测量系统、智能显示系统、透明防水膜、不间断电源；其中承雨筒与层流流量计相接，金属横梁支架5支撑风速测量系统中的风速计，支撑风速测量系统，层流流量计的压差高压管与电容式微差变送器8的高压孔接通，层流流量计的差压低压管与电容式微差变送器的低压孔接通，智能显示系统的模数(A/D)转换器与电容式微差变送器输出信号接通；智能显示系统中的模数(A/D)转换器的信号输入端与PH测量系统中的PH测量探头的信号输出端和温度·浊度测量系统中的温度·浊度测量探头的信号输出端以及风速测量系统中的风速测量探头的信号输出相接；透明防水膜粘接在机箱面板上，机箱上开有用环氢树脂浇注不间断电源进线孔；弹性锥形密封垫装在承雨筒和机箱之间，PH测量系统中的PH测量探头、温度·浊度测量系统中的温度·浊度测量探头、风速测量系统中的风速测量探头均用紧固件固定在承雨筒上。

本发明的优点是：用层流流量计取代传统的储雨瓶，使仪器一直连续工作成为可能；采用高强度(25m处的冲锋枪弹无力穿透)低密度又不锈蚀制作材质为野外作业提供方便并大幅降低造价；又集先进的PH和温度·浊度以及风速测量新技术为一体有力的提升了本发明的技术率先性；在座标的x轴上的任一单位时间都在y轴上同时有对应的雨量、PH、温度、含尘量(浊度)和风速的测量结果，较之现用单一的以min为单位的降雨量和降雨强度的测量方法无疑更精确更全面。

附图说明：

图1是带PH等多参数测量的雨量计的结构示意图。

图2是基地式仪表时用面板的示意图。图3是智能显示系统结构的示意图。

图4是PH测量系统结构(用模块DDC-1000的方法)示意图。

图5是温度·浊度测量系统结构(用模块APMS-10G的方法)示意图。

图6是风速测量系统结构(用模块T216D的方法)示意图。

图中的1是承雨筒、1′是直角弯头、1″是差压高压(P1)管、2是终端出口直角弯头、2′是长度为L半径为R的细管、2″是差压低压(P2)管、3是机箱、4是机箱底板、5是金属横梁支架、6是弹性锥形密封垫、7是不间断电源进线、8是电容式微差变送器、9是PH测量探头、9′是PH计9PH测量模块、9″是PH测量用功能开关(其中PH测量探头9、PH计9PH测量模块9′与PH测量用功能开关9″为成套商品)、10是温度·浊度测量探头、10′是温度·浊度计模块、10″是温度·浊度测量用功能开关(其中温度·浊度测量探头10、温度·浊度计模块10′与温度·浊度测量用功能开关10″为成套商品)、11是风速测量探头、11′是风速测量模块、11″是风速测量用功能开关(其中风速测量探头11、风速测量模块11′与风速测量用功能开关11″为成套商品)、12是智能显示系统、12′是智能显示系统的显示器、12″是智能显示模块、13是透明防水膜。

具体实施方式：

对照图1，其结构包括承雨筒1、终端出口直角弯头2、机箱3、金属横梁支架5、弹性锥形密封垫6、电容式微差变送器8、PH测量系统9、温度·浊度测量系统、风速测量系统、智能显示系统12、透明防水膜13；其中承雨筒1与终端出口直角弯头2相接，金属横梁支架5支撑风速测量系统中的风速计，终端出口直角弯头2内的压差高压(P1)管1″与电容式微差变送器8的高压孔接通，终端出口直角弯头2内的差压低压(P2)管2″与电容式微差变送器8的低压孔接通，终端出口直角弯头2内的长度为L半径为R的细管2′伸入直角弯头1′中并用胶泥胶合；

智能显示系统12的模数(A/D)转换器与电容式微差变送器8输出的(ΔP)信号接通；透明防水膜13粘接在机箱3面板上，机箱3开有用环氢树脂浇注不间断电源进线孔7；弹性锥形密封垫6装在承雨筒1和机箱3之间，智能显示系统中的模数(A/D)转换器的信号输入端与PH测量系统中的PH测量探头的信号输出端和温度·浊度测量系统中的温度·浊度测量探头的信号输出端以及风速测量系统中的风速测量探头的信号输出相接；PH测量系统中的PH测量探头、温度·浊度测量系统中的温度·浊度测量探头、和风速测量系统中的风速测量探头均用紧固件固定在承雨筒上。

所述的承雨筒1是三级收缩体，第一收缩角B＝21°/2，第二收缩角B′＝21°/2，第三收缩角B″＝79°/2，该三级收缩体承插套入直角弯头1′与差压高压(P1)管1″形成一体化；三级收缩的最大直径Φ1为200mm，由它确定的面积称为F1，依次直径Φ2、Φ3、Φ4分别确定的面积为F2、F3、F4，需求F1/F2＝10、F2/F3＝10、F3/F4＝2.7778；

机箱3是一个Φ1至Φ2段(高度)为圆形、接着为正方形和卧置的矩形体结构；

金属横梁支架5设在低于最大直接Φ1沿圆周线以下25mm处。

实施时，依据现有资料将水的温度与粘度(η)对照表存入智能显示系统12的程序存储器EPROM，将流量公式存入智能显示系统12的程序存储器12的EPROM、流量(Q)的公式是

Q＝C×(P₁-P₂)/n    (1)

式中C～装置常数；C＝πR⁴/8L，要求高准确时，式(1)应改为式(2)

Q＝C×ΔP/n-mPQ²/8πLn    (2)

式中P是水的密度，m是动能修正系数，随雷诺数R_D和L、R的比值(即L/R)变化而变化，实验表明m＝0.5～1.0，高准确度测量时由流量标定实验确定。将确定m值的流量公式(2)、将流量Q的单位换算成传统的以mm为单位的雨量计算式或表格存入程序存储器EPROM，本发明以期革掉传统的雨量瓶及机械式自计装置的层流流量计具备一直连续测量功能。

对照图2，其结构是在呈正方形的面板上开孔，分别安装PH测量用模块9′(如：DDC-1000)和PH测量用功能开关9″、温度·浊度计模块10′(如：APMS-10G)和温度·浊度测量用功能开关10″、风速测量模块11′(如：7216D)和风速计用功能开关11″、智能显示系统的显示器12′和键盘12″、透明防水膜13。其中风速测量用探头11输出信号线与风速测量模块11′的输出信号线接牢；将温度·浊度测量用探头10输出信号∑S2线与温度·浊度计模块10′输出信号线接牢；将PH测量用探头9输出信号∑S1线与PH计9显示器9′的输出信号线接牢；经不间断电源向各模块供电；将透明防水膜13在机箱3面板上粘牢；

在机箱3与面板开孔组成90°的一面做环氢树脂浇注的不间断电源进线7嵌入金属三脚架的机箱底板4。

透明防水膜13，由专业制造商定做。

为PH测量、温度·浊度测量和风速测量能够共享智能显示系统12的自记及远传功能，可以将上述三个探头采集的信号经放大整形后接入智能显示系统12的模数(A/D)转换器，用分时采信分时显示实现自动测量。

使用时，雨水，经承雨筒1的三级收缩后在直角弯头1′中形成满管流Q，以雷诺数R_D≤2320流动状态流过长度为L、半径为R的细管2′再经终端出口直角弯头2流出Q；长度为L、半径为R的细管2′的入口压强为P1，出口压强为P2，P1＞P2则产生差压ΔP＝(P1-P2)，电容式微差压变送器将非电量ΔP转换成电信号作智能显示系统12模数(A/D)转换的输入；温度和粘度n对照表或计算式，流量Q的单位换算成传统的以mm为单位的雨量对照表或计算式，细管长度L和半径R以及动能修正系数m(0.5～1.0之间)以先期存入智能显示系统12中程序存储器EPROM的条件合成式(2)可算。并以计算结果送LED显示，记录或远传；

雨，经承雨筒1的第一级收缩，形成缩流经PH测量探头9流过，PH测量探头9输出信号∑S1，PH计9显示器9′接收∑S1经放大整形一路去驱动显示器、一路作智能显示系统12模数(A/D)转换器的输入，提供共享智能显示系统12显示、记录和远传功能通道。

雨，经承雨筒1的第二级收缩，形成缩流经温度·浊度测量探头10流过，温度·浊度测量探头10输出信号∑S2，10′是温度·浊度计模块10′接收∑S2经放大整形一路去驱动显示器、一路作智能显示系统12模数(A/D)转换器的输入，提供共享智能显示系统12显示、记录和远传功能通道。

风，驱动风速测量探头11转动、输出信号为风速测量模块11′的输入信号，经放大整形后一路去驱动显示器、一路作智能显示系统12模数(A/D)转换器的输入，提供共享智能显示系统12显示、记录和远传功能通道。

对照图3，智能显示系统12由模数(A/D)转换器(如：7135)、单片微型计算机(如：8031)、并行接口I/O(如：8155)、程序存储器(如：2764)、LED显示器、记录器具(如：微型打印机、与另一台微机通讯或磁带机等等)与键盘等部分组成。

本发明涉及的浊度测量，实测的是雨的浊度，得到的测量结果原因“模糊”。原因是该测量结果的相关量不仅是同一时间雨与固体尘粒，还与(空)气量以及酸雨为酸性气体的种类和数量以及反应条件(如：温度)等等因素相关，迄今未见相关资料的记载和测量方法，延伸本发明的研究以应对而今多变的气候变化具有重要意义。

Claims (2)

1.一种带PH等多参数测量的雨量计，其特征是包括承雨筒(1)、层流流量计、机箱(3)、金属横梁支架(5)、弹性锥形密封垫(6)、电容式微差变送器(8)、PH测量系统、温度·浊度测量系统、风速测量系统、智能显示系统(12)、透明防水膜(13)、不间断电源；其中承雨筒(1)与层流流量计相接，金属横梁支架(5)支撑风速测量系统中的风速计，层流流量计的压差高压管(1″)与电容式微差变送器的高压孔接通，层流流量计的差压低压管(2″)与电容式微差变送器(8)的低压孔接通，智能显示系统(12)的模数(A/D)转换器与电容式微差变送器(8)输出信号接通；智能显示系统(12)中的模数(A/D)转换器的信号输入端与PH测量系统中的PH测量探头的信号输出端和温度·浊度测量系统中的温度·浊度测量探头(10)的信号输出端以及风速测量系统中的风速测量探头(11)的信号输出相接；透明防水膜(13)粘接在机箱(3)面板上，机箱(3)上开有用环氢树脂浇注不间断电源进线孔(7)；弹性锥形密封垫(6)装在承雨筒(1)和机箱(3)之间，PH测量系统中的PH测量探头(9)、温度·浊度测量系统中的温度·浊度测量探头(10)、风速测量系统中的风速测量探头(11)均用紧固件固定在承雨筒(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种带PH等多参数测量的雨量计，其特征是所述的承雨筒(1)是三级收缩体，第一收缩角B＝21°/2，第二收缩角B′＝21°/2，第三收缩角B″＝79°/2，该三级收缩体承插套入直角弯头(1′)与差压高压管(1″)形成一体化；三级收缩的最大直径Φ1为200mm，由它确定的面积称为F1，依次三级收缩的另外三个直径(Φ2、Φ3、Φ4)对应确定的面积为F2、F3、F4，F1/F2＝10、F2/F3＝10、F3/F4＝2.7778。

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