CN102890296B - 有双向配重槽的翻斗式雨量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有双向配重槽机构的翻新式雨量计，涉及一种水文仪器。它包括承雨口组件、注水漏斗、翻斗、支架等。其特征在于:在翻斗中隔板上方设置双向配重槽，所述的双向配重槽由槽壳、转轴、摆杆三者连接组成，槽壳的两端设置节流孔和槽壳支杆，节流孔上端没置调节螺杆，摆杆的两侧设置左、右限位根杆，左、在限位杆固定在支架上。降雨时雨水经注水漏斗注入双向配重槽、再经节流孔注入翻斗中，当雨强增大时，所述的双向配重槽机构能随雨强变化自动地调减称量斗的容量，用以抵消甚至完全消除翻斗翻转水损失，提高仪器计量准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种雨量计，具体是指一种具有双向配重槽的翻斗式雨量计。
背景领域
翻斗式雨量计在测量降水时，雨水经承雨口组件通过注水漏斗垂直向下注入翻斗中，当翻斗中的蓄水量达到临界翻水量时，翻斗即刻翻转，翻斗上的永磁体掠过干簧管，使干簧管输出一个通断开关量信号；随后，降水泄入另一个称重斗，当斗中蓄水量再次达到临界翻水量时，翻斗再次翻转，干簧管再次输出一个通断开关量信号。依次类推，实现降雨量的测量。
GB/T11832-2002《翻斗式雨量计》标准规定了翻斗式雨量计的准确度标准：雨强范围在（0.01～4）mm/min范围时，一级准确度:相对误差≤±2％，二级准确度：相对误差≤±3％，三级准确度:相对误差≤±4％。
翻斗式雨量计的优点是：构造简单，可靠性高，造价低，输出信号为通断开关量信号，工作时无需外接电源，使用维护方便。翻斗式雨量计发明已经一百余年，至今仍然是世界上采用量最多的一种雨量计，其装备量约占到所有雨量计总份额的95%以上。
翻斗式雨量计的不足之处是：与人工观测雨量器、虹吸式雨量计、浮子式雨量计相比较，其测量误差远大于上述雨量计。究其原因与其本身的构造、工作原理密切相关:翻斗蓄水量达到临界翻水量时，从静止位置开始翻转，至中隔板完全跨越泄流水柱的降水切换时间段△t内、仍然有漏测降水量Px落入本斗内，翻斗翻转时将本斗蓄水量P0与该部分水体Px一起倾倒入排水漏斗中，Px即是翻斗翻转一次产生的水损失，也是构成翻斗计量误差的主体。
翻斗翻转水损失Px与雨强Q大小及降水切换时间△t的长短成正比，Px＝ Q·△t，式中：Q为雨强，单位:mm/min，△t为降水切换时间，单位:秒。翻斗排水量P的表达式为: P = P0+Px = P0+Q·△t······（A）
国家标准还规定：翻汁式雨量计 “以仪器的排水量与理论值之间的差值”计算雨量计的测量误差。实践表明，当雨强在（0.01～4）mm/min范围时，0.2mm翻斗大雨时的排水量比小雨时的排水量高出（7～8）%，而0.1mm翻斗大雨时的排水量要比小雨时的排水量高出（14～15）%,已远远超出国家标准要求，其根本原因是翻斗翻转时产生水损失。
数十年来，世界各国的水文、气象工作者都在为提高翻斗雨量计的测量准确度而不懈的工作，并取得了成效。最具代表的实例是一种《多翻斗式翻斗雨量计》，它是在注水漏斗与计量翻斗之间增设了一个上翻斗和一个小口径的缓释漏斗用以平滑雨强。上翻斗水满时翻转，将水倾入缓释漏斗中，然后以较平滑的流速注入计量斗；另一种平滑雨强的方法是改变注水漏斗的结构，在漏斗内设置一个类虹吸管装置、每当注水漏斗的水位高度超越虹吸临界值时，该部分蓄存水体以可控的流速经类虹吸装置注入计量斗来平滑雨强。
上述两种提高翻斗雨量计测量准确度的方法可将注入计量斗的雨强平滑在（2～4）mm/min范围，使翻斗计量误差减少至≤±2%范围，但不能根除翻斗翻转水损失。
以上两种方法的共同缺点是：所增加的上翻斗或者有类虹吸装置的注水漏斗均截留部分降水，被截留的降水将降低仪器灵敏度，并且还因此影响降水起、止时间的精确测定。类虹吸装置还存在小雨时形成“滴流”和因虹吸管脏污使虹吸作用失效等缺陷，因此这种方案已极少被采用。
为了减少降水切换时间△t、有效地减小翻斗计量误差，本发明人2011年2月12日设计了一种《具有双稳态翻板机构的翻斗式雨量计》，并获得了国家发明专利（专利公开号CN101782662A），“双稳态翻板机构”能有效的减小降水切换延迟角ωy，进而缩短左、右称重斗降水切换时间△t、减小翻斗翻转时的水损失 ，提高仪器测量准确度。这种方法的优点是双稳态翻板不截留降水、不影响降水时间的精确测定，但是其降水切换角ωd仍达到3.5°～4°数量级，并且降水切换时的初始速度为“0”，故而该方案的降水切换时间△t不太可能小于0.1秒，仅能将0.5、0.2mm分辨力的翻斗计量误差减小至≤±2%范围，不能消除翻斗翻转水损失。
上述改进方案的实施效果均印证了世界气象组织撰写的《气象观测方法指南》第六版、第6.5.2节作出的结论性判语,“翻斗式雨量计大雨时翻斗翻转的水损失虽能减少，但无法根除”。
现有翻斗式雨量计还存在小雨时仪器蒸发量偏大的问题，在炎热的夏季该蒸发损失可达（1-2）%。
当今，出厂检验合格的翻斗雨量计均是将小雨时的排水量调整在小于理论值(2～4)%范围、大雨时的排水量调整在大于理论值(2～4)%范围，使大、小雨时排水量距理论值的偏差量趋于均衡 ，但上述措施并没有丝毫地改变大雨时翻斗排水量远大于小雨时翻斗排水量这一现实，也无法调减小雨时仪器蒸发量偏大的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种具有双向配重槽的翻斗式雨量计，该发明方案保留了已知翻斗雨量计构造简单、造价低、工作时不耗电等优点，增加了双向配重槽，当雨强增大时，双向配重槽能自动地调减称重斗的容量，用斗容的调减量来抵消翻斗翻转时的水损失，提高仪器测量准确度，并能克服上述各种方案存在的其它缺点与不足之处。
本发明是以如下技术方案实现的：一种有双向配重槽的翻斗式雨量计，它包括：底座、外筒、承雨口组件、注水漏斗、支架、翻斗、翻斗倾角调节装置、支架调水平装置、排水漏斗和干簧管。所述的翻斗通过翻斗支承安装在支架上，翻斗的中部有中隔板，所述的中隔板将翻斗分割为对称的左称重斗和右称重斗，翻斗上设置永磁体。其特征在于:在翻斗上设置双向配重槽；所述的双向配重槽位于注水漏斗的下方；双
向配重槽由槽壳、中轴和摆杆三者连接而成；槽壳、中轴和摆杆三者的中轴线相互垂直；所述的槽壳为四边封闭的长条形槽壳，槽壳的横截面的形状为类〝V〞字形；槽壳底部的两端对称设置槽壳左支杆、槽壳右支杆、左节流孔和右节流孔；双向配重槽通过中轴、轴支承安装在所述的中隔板的正上方。槽壳左向倾斜至极限位置时，槽壳左支杆的底端停靠于左称重斗的底部位置；槽壳右向倾斜至极限位置时、槽壳右支杆的底端停靠于右称重斗的底部位置。所述的摆杆的两侧分别设置左限位杆和右限位杆；所述的左、右限位杆安装在支架上；当摆杆左向倾斜至极限位置时，摆杆紧贴左限位杆；当摆杆右向倾斜至极限位置时，摆杆紧贴右限位杆。
所述左节流孔上端设置左调节螺杆，所述的左调节螺杆通过左螺孔与槽壳连接。所述右节流孔上端设置右调节螺杆，所述的右调节螺杆通过右螺孔与槽壳连接。
本发明的积极效果是：
1、雨强在（0.01～4）mm/min范围内，可以最大限度的消除或者完全消除翻斗翻转时的水损失、大幅度提高仪器测量准确度。
2、不截留降水，也不影响降水起、止时刻的精确测定。
3、已知技术无法补偿仪器的蒸发水损失，本发明方案则可以在仪器出厂时将小雨时的排水量调整至大于理论值（1～2）%范围，用以消除现场观测蒸发水损失。
综上所述，本发明通过设置双向双向配重槽的方法有效的调减、消除了翻斗翻转时引入的翻水误差，既提高了仪器测量准确度，又能精确测定降水起止时间并且不消耗外部能源。
附图说明
下面结合附体和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是本发明左称重斗位于承水稳定状态时的示意图。
图4是本发明右称重斗位于承水稳定状态时的示意图。
图5是本发明中双向配重槽的构造示意图。
图6是本发明中双向配重槽的简化构造图。
图中：1、承雨口组件，2、外筒，3、注水漏斗，4、支架，5、双向配重槽，5-1、槽壳，5-2、中轴，5-3、摆杆，5-4、槽壳左支杆，5-5、槽壳右支杆，5-6、左节流孔，5-7、右节流孔，5-8、左调节螺杆，5-9、右调节螺杆，5-10、左螺孔，5-11、右螺孔，6、翻斗，6-1、左称重斗，6-2、右称重斗，6-3、中隔板，6-4、永磁体，7、排水漏斗，8、干簧管，9、翻斗倾角调节装置，10、支架调水平装置，11、底座，12、翻斗支承，13、左限位杆，14、右限位杆，15、轴支承。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图5所示：一种有双向配重槽的翻斗式雨量计，它包括：底座11、外筒2、承雨口组件1、注水漏斗3、支架4、翻斗6、翻斗倾角调节装置9、支架调水平装置10、排水漏斗7和干簧管8。所述的翻斗6通过翻斗支承12安装在支架4上，翻斗6的中部有中隔板6-3，所述的中隔板6-3将翻斗6分割为对称的左称重斗6-l和右称重斗6-2，翻斗6上设置永磁体6-4。其特征在于:在翻斗6上设置双向配重槽5；所述的双向配重槽5位于注水漏斗3的下方；双向配重槽5由槽壳5-1、中轴5-2和摆杆5-3三者连接而成，槽壳5-1、中轴5-2和摆杆5-3三者的中轴线相互垂直。所述的槽壳5-1为 四边封闭的长条形槽壳，槽壳的横截面的形状为类〝V〞字形；槽壳5-1底部的两端对称设置槽壳左支杆5-4、槽壳右支杆5-5、左节流孔5-6和右节流孔5-7；双向配重槽5通过中轴5-2、轴支承15安装在所述的中隔板6-3的正上方；槽壳5-1左向倾斜至极限位置时，槽壳左支杆5-4的底端停靠于左称重斗6-1的底部位置；槽壳5-1右向倾斜至极限位置时、槽壳右支杆5-5的底端停靠于右称重斗6-2的底部位置。所述的摆杆5-3的两侧分别设置左限位杆13和右限位杆14；所述的左、右限位杆13、14安装在支架4上；当摆杆5-3左向倾斜至极限位置时，摆杆5-3紧贴左限位杆13；当摆杆5-3右向倾斜至极限位置时，摆杆5-3紧贴右限位杆14。
所述左节流孔5-6上端设置左调节螺杆5-8，所述的左调节螺杆5-8通过左螺孔5-10与槽壳5-1连接；所述右节流孔5-7上端设置右调节螺杆5-9，所述的右调节螺杆5-9通过右螺孔5-11与槽壳5-1连接。
如附图1、图2所示：降雨时，雨水经承雨口组件1和注水漏斗3注入槽壳5-1中，槽壳5-1中的降雨经节流孔泄入翻斗6。小雨时槽壳5-1中存蓄的水接近于零，雨强增大时，在节流孔的限制下，槽壳5-1存蓄的水量随之增加，翻斗6在称量本斗中的存水量时，也同时称量了槽壳5-1中的存水量。
如图3、图4、图5所示：本实施例的工作过程为：当左称重斗6-1处于蓄水状态时，槽壳左支杆5-4稳定的停靠于左称重斗6-1底部，降水经注水漏斗3注入双向配重槽5后，经左节流孔5-6注入左称重斗6-1中，使双向配重槽5左端及左称重斗6-1同时蓄水。
当左称重斗6-1蓄水量Pt产生的翻水力矩与双向配重槽5左端蓄水量Pp产生的翻水力矩之和达到临界翻转量值时，翻斗6左向翻水过程立即发生，并带动双向配重槽5左向运动，当摆杆5-3撞击左限位杆13时，在其反作用力驱动下，摆杆5-3驱动双向配重槽5向右翻转，使槽壳右支杆5-5停靠于右称重斗6-2底部，翻斗6翻转时，将左称重斗6-1蓄存的水量Pt及降水切换时经左节流孔5-6流出的未经称量的水损失量Px一起排入排水漏斗7中；并将双向配重槽5中存蓄的水量Pp自槽壳5-1左端转移至右端，这时降水经注水漏斗3注入槽壳5-1，经右节流孔5-7注入右称重斗6-2。
当右称重斗6-2蓄水量Pt所产生的翻水力矩与双向配重槽5右端蓄水量Pp所产生的翻水力矩之和再次达到临界翻水力矩量值时，右称重斗6-2及双向配重槽5将再次反向重现上述翻水→排水→自动转移水体Pp的过程，如此往复循环，翻斗6每翻转一次，永磁体6-4便掠过干簧管8一次，雨量计便发出一次通、断开关量信号，实现降水量的自动测量。
实现翻斗翻转水损失最佳消除的具体方法是：(1)、在(0.01～0.4)mm/min的小雨强下分别调节槽壳5-1左、右两个调节螺杆5-8、5-9的高度至中间位置，然后调节翻斗6倾角α使翻斗排水量P等于理论排水量并锁定翻斗倾角；(2)、在4.0mm/min的大雨强下调节槽壳5-1左、右两个调节螺杆5-8、5-9的高度，改变节流孔5-4、5-5的出流面积至最佳适配值，并观测翻斗排水量P，使排水量值P等于理论排水量，即可实现大雨时翻斗翻转水损失的完全扣除；
本实施方式还可以在小雨时调节翻斗倾角α将小雨时翻斗的排水量P调节至大于理论排水量的1%～2%范围,然后在4.0mm/min的大雨下分别调节左右两个调节螺杆5-8、5-9的高度至最佳适配值，使大雨时的排水量P等于理论值，实现弥补仪器存在的小雨时蒸发量偏大的缺点。
图6是本发明方案双向双向配重槽5的简化实施方式，本实施方式与上实施方式不同之处仅在于：当节流孔5-6、5-7的出流面积为最佳适配值情况下，所述的调节螺杆5-8、5-9及螺孔5-10、5-11均可省略。
本发明翻斗排水量P的算式为: P=Pt-Pp·dp/dt+Px······（B）,(B)式中:
Pt 表示称重斗降水切换时的蓄存水量 单位 :克
Pp表示双向配重槽降水切换时的蓄存水量 单位 :克;
dt表示称重斗蓄水量Pt的几何中心距翻斗轴心垂线间的距离，单位为厘米；
dp表示双向配重槽蓄水量Pp的几何中心距翻斗轴心垂线间的距离，单位为厘米;
Pp·dp/dt表示称重斗斗容的调减量 单位:克
称重斗降水切换时的容量调减量Pp·dp/dt等于翻斗翻转时的水损失Px时，即可实现称重斗斗容的最佳调减 ，消除翻斗翻转水损失。
本发明所述左、右节流孔5-6、5-7的出流面积为最佳适配值时，节流孔上端的左、右流量调节螺杆5-8、5-9及左、右螺孔5-10、5-11可以省略。
Claims (2)
1.一种有双向配重槽的翻斗式雨量计，它包括：底座（11）、外筒（2）、承雨口组件（1）、注水漏斗（3）、支架（4）、翻斗（6）、翻斗倾角调节装置（9）、支架调水平装置（10）、排水漏斗（7）和干簧管（8）；所述的翻斗（6）通过翻斗支承（12）安装在支架（4）上，翻斗（6）的中部有中隔板（6-3），所述的中隔板(6-3)将翻斗(6)分割为对称的左称重斗(6-l)和右称重斗(6-2)，翻斗（6）上设置永磁体（6-4）；其特征在于:在翻斗(6)的上端设置双向配重槽(5)；双向配重槽(5)由槽壳(5-1)、中轴(5-2)和摆杆(5-3)三者连接而成；槽壳(5-1)、中轴(5-2)和摆杆(5-3)三者的中轴线相互垂直，槽壳(5-1)为四边封闭的长条形槽壳，槽壳的横截面的形状为类〝V〞字形；槽壳(5-1)底部的两端对称设置槽壳左支杆（5-4）、槽壳右支杆(5-5)、左节流孔（5-6）和右节流孔(5-7)；双向配重槽(5)通过中轴(5-2)、轴支承(15)安装在所述的中隔板（6-3）上；槽壳(5-1)左向倾斜至极限位置时，槽壳左支杆(5-4)的底端停靠于左称重斗(6-1)的底部位置；槽壳(5-1)右向倾斜至极限位置时，槽壳右支杆(5-5)的底端停靠于右称重斗(6-2)的底部位置；所述的摆杆(5-3)的两侧分别设置左限位杆（13）和右限位杆(14)；所述的左、右限位杆(13、14)安装在支架(4)上；当摆杆(5-3)左向倾斜至极限位置时，摆杆(5-3)紧贴左限位杆(13)；当摆杆(5-3)右向倾斜至极限位置时，摆杆(5-3)紧贴右限位杆(14)。
2.根据权利要求1所述的有双向配重槽的翻斗式雨量计，其特征在于：所述左节流孔（5-6）上端设置左调节螺杆(5-8)，所述的左调节螺杆(5-8)通过左螺孔（5-10）与槽壳(5-1)连接；所述右节流孔(5-7)上端设置右调节螺杆（5-9），所述的右调节螺杆(5-9)通过右螺孔(5-11)与槽壳(5-1)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141015 Termination date: 20180919 |