CN103645521A - 具有自动注水的虹吸管的雨量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自动注水的虹吸管的雨量计，通过确定降雨重量来使用降雨量的间接测量原理，其具有底座（1），所述底座（1）上设置有承载容器（2）的测压元件（3），所述容器（2）经由口（4）接收雨水，通过虹吸管（7）可以周期性地确保所述容器（2）的排空，其中所述容器（2）具有可变截面，在所述虹吸管（7）弯曲部的高度处截面最小，通过这种方式，所述虹吸管（7）的注水时间彻底减小，而不会影响其排水时间。此外，所述容器（2）的底部截面减小，并且所述容器（2）的底部附接有阻尼器（6），所述阻尼器（6）直接接收经由所述口（4）引导进入的雨水，通过这种方式，虹吸管（7）的功能精确性和保障得到进一步的提高。

Description

具有自动注水的虹吸管的雨量计
技术领域
本发明涉及一种具有自动注水的虹吸管的雨量计，所述雨量计显示出在注水和排水方面的改进操作。所述雨量计用于气象站的检测设备，具体而言，用于测量降雨量。
背景技术
最简单的雨量计由配备有分度标的容器组成，其以合适的方式进行布置，用于接收雨水。此种解决方案仅允许在一个读数与下一读数之间而获得总降雨量。
如实际申请人的文档ES287166U中所述，为了解决这种问题，研发了一种摇臂雨量计。这种装置包括配备有两个杯子的摇臂，所述杯子中交替地装满水，并将水排空到外部。测量根据微动开关检测到的摇臂的倾斜次数进行。所述装置具有较低的分辨率以及较低的响应速度，因此不适用于较低降雨强度和较高降雨强度。其应用范围是有限的。
通常，虹吸式雨量计不具有可动零件，并且理论上，虹吸式雨量计更像是一种极吸引人的解决方案。然而，在虹吸管的注水和排水过程中，虹吸式雨量计存在很多问题。
可以想到，虹吸管由倒置“U”形空心管组成，所述虹吸管的两个臂由弯曲部连接。为了使虹吸管起作用，其一端必须浸没在液体中而另一端必须处于低于第一端的高度。
在虹吸式雨量计中，水收集在容器中，从而使液位逐渐上升。当水达到虹吸管弯曲部内部截面的上限时进行注水，在这一时刻，由于重力作用，水开始穿过形成虹吸管的管子下降，从而在引入到容器中的管子部分中产生吸入效应，使该管子部分被完全排空。如果管子内部没有空气，那么系统会比较稳定，并且通过这种方式，系统将保持注满状态。容器中的液位下降到管子入口的高度之后，空气将进入管子中并且系统不会保持注满状态，从而使管子将其全部液体从内部排出。此刻，系统将返回初始点并且容器中的液位开始上升。
然而，问题是在降雨强度较低的情况下，容器中的液位上升极为缓慢。当液位达到虹吸管弯曲部横切面的较低部分时，由于溢流，水逐渐减少。水的减少可以降低容器中液位上升的速率。如果降雨强度较低，那么注水时间显著增加。在这段时间内，当在未达到处于注满状态的点的情况下管子便将水部分排出时，测量结果是不正确的。
如果通常为圆形的虹吸管直径减小，从而引起其截面直径减小，那么临界高度和注水时间缩短，但是期间不进行测量的排水时间明显加长。
为了尝试解决这个问题，已构想了多种装置。因此，文档GB190008809描述一种自纪录雨量计，在所述自记录雨量计中，随着容器重量增加，容器会下降到其发生倾斜的某一点，从而使排水虹吸管突然注水。这种机构比较复杂且易于发生故障和磨损。
文档GB191030040描述了一种自记录雨量计，在所述自纪录雨量计中，基于容器中提供的浮标机械地进行测量。当达到某一液位时，浮标致动杆，所述杆基于包含在用于此目的的罐中的水而使虹吸管突然注水。这种机械结构易于磨损。
文档GB162501描述了一种浮标自记录雨量计，所述浮标自记录雨量计使用具有同心的进入臂和输出臂的虹吸管，所述进入臂和输出臂覆盖有以间隔极短距离布置的盖子，目的在于通过毛细作用来促进注水。注水时间过长问题部分得到解决，但导致了排水时间明显增加。
文档GB722717描述了一种浮标自记录雨量计，所述浮标自记录雨量计使用具有压扁的弯曲部的虹吸管，用于降低注水高度。如果为了不明显减小排水时的喉部截面而同时增加弯曲部的宽度，假设虹吸管的溢流速度也增加，那么会部分失去通过降低弯曲部高度而产生的改进效果。
因此，本发明的目标在于提供一种自记录雨量计，在所述自记录雨量计中，虹吸管的注水和排水时间被最小化，从而增加每次循环的有用记录时间。
本发明的另一目标在于提供一种不具有可动零件的自记录雨量计。
发明内容
为了实现提出的目标，构想一种雨量计，所述雨量计通过确定重量来使用降雨量的间接测量原理，所述雨量计提供有接收降雨并位于测压元件上的容器。通过虹吸管可以周期性地确保容器的排空，其中容器具有可变截面，在虹吸管弯曲部高度处截面最小。此处的“最小”指可以在特定区域中构造的截面最小，而与容器其他区域中的截面无关。
本发明的基础在于克服雨量计技术中常见的技术偏见，这种技术偏见源于从附接到自记录装置的分度标或浮标用于进行测量时的时间。如果降雨量的测量通过确定重量来完成，那么容器的形状不相关并且因此，容器沿着其高度的截面可以变化，其中容器在中间区域和较低区域的截面较大，以确保存在较大的容量和有用的记录时间，而在虹吸管弯曲部高度处截面最小，以便能急剧增加液位在容器中上升的速度，从而减少注水时间。应注意，尽管直接测量液位上升的雨量计必须具有恒定截面来确保线性增加，但是当降雨量通过确定重量进行间接测量时，可以用容器的不同截面以及在不同截面中液位上升速度进行测试，以最切合我们的需要。
简言之，本发明的发明性概念通过以下方式显现：针对与不同元件的截面相关的形状和值的选择，所述元件包括雨量计，检测该种选择可以用于解决上述问题。液位上升速度中的最重要因素不是降雨量的强度，而是液位表面的有效截面。以每单位表面区域的容量以及高度来表示降雨量的通常方式产生了这种混淆。以高度表示降雨量仅在捕获的表面区域和存储的表面区域相同的情况下有效。这可以解释多年来针对这个问题却未成功寻求各种解决方案的原因。
出乎意料的是，尽管提出的解决方案看似简单，但是就结果而言，本发明中使用的概念十分有效。容器直径（在容器为圆形的情况下）减小至1/6倍意味着注水时间减小至原时间的1/36倍。并且这样不会影响排水时间。
如现有技术的重要描述中所阐述，如果上述想法与包括进入臂和排出臂的虹吸管相结合，所述进入臂和所述排出臂在它们的上部部分处通过细长截面型的弯曲部连接，所述弯曲部的高度小于其宽度，那么可以获得一定的额外改进效果。
此外，可以看出，容器中水从某一高度下降会产生气泡，这会影响虹吸管端部进行排水操作时的精确性和保障性。为了改进这个方面，容器可以配备有阻尼器，这样降雨落在所述阻尼器上而不是直接落在容器中的水表面上。
如果容器下部部分的截面呈现出朝着排放端逐渐减小，那么还可以改进端部排水阶段的保障性，当液位接近虹吸管的进入臂的下部部分时，液位下降的速度最大。可以仅通过使容器底部倾斜来有利地实现此目标。这种解决方案是基于用于减少注水时间的相同发明性概念来实施的。
本发明中的雨量计的优点很多。
-虹吸管的注水时间减少。
-虹吸管排水的精确性提高。
-有用记录时间显著增加，其中注水时间和排水时间的影响与有用记录时间无关。
-不存在可动零件，因此成本降低且可靠性提高。
附图说明
为了补充上述描述并且为了帮助更好地理解本发明的特性，基于叙述性说明书所附的一组平面图对优选实施例进行详细描述，在平面图中，下述内容基于说明性且非限制性进行描述。
图1示出常规实施例中的当虹吸管的弯曲部发生溢流时注水过程截面的细节。
图2示出本发明的雨量计的截面图。
图3示出本发明的雨量计的虹吸管弯曲部的横切面图。
在上述图中，数字标号对应于以下零件和元件。
1.底座
2.容器
3.测压元件
4.口
5.支撑件
6.阻尼器
7.虹吸管
8.入口臂
9.排出臂
10.弯曲部
具体实施方式
图1可以看出常规雨量计注水过程期间虹吸管发生溢流的时刻。应注意，由于使用具有恒定圆形截面的管子，故弯曲部截面的高度过高。
图2和图3示出本发明的雨量计，其包括底座（1），底座（1）上设置有容器（2）并且在这两者之间具有测压元件（3）。雨水经由附接到支撑件（5）上的口（4）而导向容器（2），落在阻尼器（6）上，所述阻尼器（6）连接到形成容器（2）底部的倾斜平面上。更好的是，阻尼器（6）呈现出带有圆形上尖端的略呈锥形杆的形状。
容器（2）中设有由进入臂（8）和排出臂（9）组成的虹吸管（7），所述进入臂（8）和所述排出臂（9）在它们上部通过弯曲部（10）连接。如图3所示，所述弯曲部（10）的横切面为细长的，其中高度相对于宽度较小。
容器（2）的横切面在其中间部分恒定并且尽可能大，其目的在于实现较大的存储容量，并且因此使虹吸管注水之前的记录时间较长。容器（2）上部部分的横切面尽可能窄，以使得液位上升的速度能够较快。
本发明的雨量计的功能如下。首先，雨水经由口（4）导向阻尼器（6），其中由于所述容器（2）的中间部分横截面较大，因此容器（2）中的液位缓慢上升。包含在容器（2）中的雨水的重量通过测压元件（3）传送到测量和记录装置，所述测量和记录装置适当地形成本发明的一部分，并且为所属领域的技术人员所熟知（微处理器、数字存储器、通信端口等）。当容器（2）中的液位接近虹吸管（7）的弯曲部（10）的高度时，由于容器（2）截面的突然减小，液位上升的速度将急剧增加，这意味着将快速进行注水。一旦虹吸管（7）注满水，因为弯曲部（10）（由于其宽度）、进入臂（8）以及排出臂（9）中的喉部截面较大，因此排水也会快速进行。更好的是，两个臂中的喉部截面为圆形，这最适合流体的循环。
存在所属领域的技术人员所清楚的且关系到本发明本质的一系列变体和替代物，使实施例适合于该设计并适合于产品的可用构件。
所用的尺寸和材料应适合于其功能。
容器（2）和虹吸管（7）的截面形状是自由的，这关系到构成本发明基础的所有概念。在优选实施例中，已将容器（2）的底部描述为倾斜平面，但是它可以等效地为锥形平面或可能呈现任何功能上相等的形状。能够通过任何方法来确定雨水的重量。使用测压元件（3）是非常有优势的，但是也可以使用平衡装置、弹簧或任何相等的解决方案。

Claims (7)

1.具有自动注水的虹吸管的雨量计，所述雨量计确定包含在容器（2）中的雨水重量，所述雨水通过包括进入臂（8）和排出臂（9）的虹吸管（7）周期性地排出，所述进入臂（8）和所述排出臂（9）在它们的上部通过弯曲部（10）来连接，其特征在于，所述容器（2）具有可变截面，并且所述虹吸管（7）在所述弯曲部（10）的高度处的截面最小。
2.根据权利要求1所述的具有自动注水的虹吸管的雨量计，其特征在于，所述虹吸管（7）的所述弯曲部（10）呈现细长的横切面，所述横切面高度小于其宽度。
3.根据权利要求1所述的具有自动注水的虹吸管的雨量计，其特征在于，通过测压元件（3）确定雨水的重量。
4.根据权利要求1所述的具有自动注水的虹吸管的雨量计，其特征在于，所述容器（2）在其下部截面减小。
5.根据权利要求4所述的具有自动注水的虹吸管的雨量计，其特征在于，所述容器（2）下部的截面减小是通过倾斜平面实现的。
6.根据权利要求4所述的具有自动注水的虹吸管的雨量计，其特征在于，所述容器（2）下部部分的截面减小是通过锥形表面实现的。
7.根据权利要求1所述的具有自动注水的虹吸管的雨量计，其特征在于，所述雨水通过口（4）被导向至设置在所述容器（2）中的阻尼器（6）。
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