CN103471748A - 一种降雨雨滴动能测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降雨雨滴动能测定装置，旋转罗盘由一根中轴两端连接两相同的圆盘组成，两圆盘之间的距离为L，且由中轴带动以一固定的角速度W旋转，底盘铺有杭州新华造纸厂生产的Φ60cm定性中速滤纸，滤纸上涂有均匀的曙红水溶性染料和滑石粉的混合粉末，在干燥情况下这种混合粉末不显色，雨滴降落到底盘的混合粉末上，即留下永久性的近似圆形色斑。顶盘上有开一小缝，在小缝正下方做一标记。本发明采用罗盘旋转法测定降雨雨滴的降落速度，所用的罗盘旋转法科学合理，实验步骤操作简单，成本低廉，克服了传统测量方法的一些弊端。测出雨滴落地速度，求得雨滴动能，从而为降雨侵蚀研究提供理论基础。

Description

一种降雨雨滴动能测定装置

技术领域

本发明涉及一种降雨雨滴动能测定装置，属于检测领域。

背景技术

雨滴动能与土壤侵蚀密切相关；雨滴动能测定核心是确定雨滴直径和雨滴降落速度，雨滴直径测定方法较多，在实际工作中有一定应用，但雨滴降落速度目前仅有高速摄影法。高速摄影法是测定雨滴降落速度的方法，但高速摄影仪造价太高，使用成本过高；因此需要寻求一种简便有效雨滴降落速度测定方法。

发明内容

本发明涉及一种降雨雨滴动能测定装置，所述装置包括如下结构：

旋转罗盘，由一根中轴两端连接两相同的圆盘组成，两圆盘之间的距离为L，且由中轴带动以一固定的角速度W旋转；

底盘，铺有定性中速滤纸，滤纸上涂有均匀的曙红水溶性染料和滑石粉的混合粉末，在干燥情况下这种混合粉末不显色，雨滴降落到底盘的混合粉末上，即留下永久性的近似圆形色斑；

顶盘上有开一小缝。

进一步地，所述装置进一步包括罩桶，将上下盘密封。

进一步地，设置不同上下盘距离，获得多个测定结果，矫正测量误差。

本发明采用罗盘旋转法测定降雨雨滴的降落速度，所用的罗盘旋转法科学合理，实验步骤操作简单，成本低廉，克服了传统测量方法的一些弊端。测出雨滴落地速度，求得雨滴动能，从而为降雨侵蚀研究提供理论基础。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为本发明的一种降雨雨滴动能测定装置的纵剖面结构示意图；

图2为本发明的一种降雨雨滴动能测定装置的立体结构示意图；

图3为本发明的一种降雨雨滴动能测定装置的主视图；

图4为本发明的一种降雨雨滴动能测定装置的左视图；

图5为本发明的一种降雨雨滴动能测定装置的俯视图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

参考附图1-5，旋转罗盘由一根中轴两端连接两相同的圆盘组成，两圆盘之间的距离为L，且由中轴带动以一固定的角速度W旋转，底盘铺有杭州新华造纸厂生产的Φ60cm定性中速滤纸，滤纸上涂有均匀的曙红水溶性染料和滑石粉的混合粉末，在干燥情况下这种混合粉末不显色，雨滴降落到底盘的混合粉末上，即留下永久性的近似圆形色斑。顶盘上有开一小缝，在小缝正下方做一标记，实验前，先用盖板挡住小缝，按下罗盘仪的按钮，使罗盘转速稳定后，将盖板移开后两分钟后立即将盖板移回将小缝重新挡住，此时降雨已进入罗盘，在底盘滤纸上留下色斑，测量出标记色斑直径D和雨滴色斑与标记线间的偏转角度α，除以转速W即为雨滴从顶盘到底盘的降落时间T。再根据上下盘之间的距离L即可得到雨滴的降落速度V。

测定原理如下：

一、雨滴直径计算：

d＝a×D^b

式中：d-雨滴直径(mm)；

D-色斑直径(cm)；

a、b-为滤纸参数，本实验所用滤纸a、b分别为0.478和0.61。

二、雨滴速度的计算：

$V=\frac{L}{T}$

$T=\frac{\mathrm{\α}}{360}\·t$

式中：V——雨滴降落速度(m/s)；

L——上、下盘之间的距离

t——电动机旋转一圈所用的时间(S)，实验采用电机旋转一圈所用时间为1.71s；

α——雨滴在L中运动转盘旋转的角度。

用罗盘旋转法测定出来的雨滴速度——在此命名为测定速度。

三、

测定结果验证

针对场降雨，采用高速摄影法测定降雨雨滴降落速度，称为参照速度，作为对设备的校核。分别设置两盘间间距为65cm和70cm进行雨滴速度测定，并与参照速度进行对照。

设L1＝65cm时，测定结果为：

设L2＝70cm时，测定结果为：

雨滴直径	参照速度(m/s)	测定速度(m/s)	相对误差(％)
				0.814	4.48	4.45	-0.61
1.008	5.09	4.94	-2.86
				1.19	5.39	5.47	1.47
1.363	5.97	5.48	-8.25
				1.528	6.31	6.60	4.61
1.842	6.86	6.74	-1.74
				1.992	7.08	6.81	-3.75
2.138	7.28	6.92	-4.93
				2.281	7.46	7.08	-5.03
2.421	7.62	7.65	0.40

以上两组数据显示，测定速度与参照速度一致，最大相对误差为9.33％。。

经实际操作，总结出以下几点：

1、增加电动机转速档位，以便在不同转速下测定雨滴速度；

2、加大中轴长度，使得两转盘间距离L有足够的调节范围；

3、增加罩桶，将上下盘密封，以防其他方向的雨滴打到下盘滤纸，造成误差。

总结：经仪器的设计、制造、实验过程操作以及数据的分析，发明已经取得初步成果。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种降雨雨滴动能测定装置，其特征在于：

所述装置包括如下结构：

旋转罗盘，由一根中轴两端连接两相同的圆盘组成，两圆盘之间的距离为L，且由中轴带动以一固定的角速度W旋转；

底盘，铺有定性中速滤纸，滤纸上涂有均匀的曙红水溶性染料和滑石粉的混合粉末，在干燥情况下这种混合粉末不显色，雨滴降落到底盘的混合粉末上，即留下永久性的近似圆形色斑；

顶盘上有开一小缝。

2.如权利要求1所述的一种降雨雨滴动能测定装置，其特征在于：

所述装置进一步包括罩桶，将上下盘密封。

3.如权利要求2所述的一种降雨雨滴动能测定装置，其特征在于：设置不同上下盘距离，获得多个测定结果，矫正测量误差。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种降雨雨滴动能测定装置的测量方法，其特征在于：在小缝正下方做一标记，先用纸板挡住小缝，按下罗盘的按钮，使罗盘转速稳定后，将纸板移开后两分钟后立即将纸板移回将小缝重新挡住，此时降雨已进入罗盘，在底盘滤纸上留下色斑，计算出标记色斑与雨滴色斑之间的角度&，除以转速W即为雨滴从顶盘到底盘的降落时间T，再根据上下盘之间的距离L即可得到雨滴的降落速度V。

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