CN107085247B - 雨量滴定测试仪及雨量滴定测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨量滴定测试仪，包括机箱，所述机箱内设有单片机，所述单片机连接有存储器、注水计量单元、显示控制单元和供电单元。雨量滴定测试方法,包括以下步骤：仪器校准；滴定测试。由于采用了上述技术方案，本发明利用灌注泵恒流抽水原理，排除由于人工滴定注水速度难以控制造成的人为误差，带来的现场标定的不确定性。规范且统一误差评定标准，提高降水量的采集准确性。为提高防洪预警预报精度提供更可靠的决策依据，填补降雨量采集准确性的现场标定与测试工具的空白。

Description

雨量滴定测试仪及雨量滴定测试方法

技术领域

本发明涉及降雨量自动采集传感器误差现场检测与标校领域，具体的说涉及一种雨量滴定测试仪及雨量滴定测试方法。

背景技术

目前在水文、水利等行业广泛采用自动雨量站来收集降水量资料。雨量计滴定测试通常是利用专用量杯由人工进行。由于注水滴定速度难以控制，操作人员对滴定方法、误差评定要求的理解不同，滴定测试中存在人为操作误差、误差评定不规范等问题，带来降水量采集不准确的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种雨量滴定测试仪及雨量滴定测试方法，专门用于野外翻斗式雨量传感器计量现场误差的校定。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

雨量滴定测试仪，包括机箱，所述机箱内设有单片机，所述单片机连接有存储器、注水计量单元、显示控制单元和供电单元；

所述注水计量单元包括灌注泵、储水箱；

所述显示控制单元包括显示控制屏；

所述供电单元包括电源接口，所述机箱内设有锂电池和充电适配器。

作为一种改进：所述单片机还连接有音响、状态指示灯、数据接口和脉冲信号采集接口。

作为一种改进：所述脉冲信号采集接口可拆卸连接有脉冲信号电缆，所述脉冲信号电缆上设有鳄鱼夹。

作为一种改进：所述机箱上设有面板，所述注水计量单元、显示控制单元设置于面板上。

雨量滴定测试方法，包括以下步骤：

仪器校准，对雨量滴定测试仪模拟降雨量数据进行测试校准，并对雨量滴定测试仪滴定出水速度进行测试校准；

滴定测试，将灌注泵进水口与储水箱连通，将灌注泵出水口与被测雨量计的漏斗连通，运行灌注泵，当翻斗翻动第一斗时，雨量滴定测试仪接收到第一个脉冲信号，此时开始测试；

在滴定测试过程中，每接收到一个脉冲信号，雨量滴定测试仪显示并记录滴定过程信息：

当雨量计产生的脉冲信号累计值等于预设值的同时，雨量滴定测试仪停止滴定，显示并记录上述滴定过程信息，即为本次滴定的最后测试成果。

作为一种改进：对雨量滴定测试仪模拟降雨量数据进行测试校准时，灌注泵进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，进水管与储水箱连通，运行灌注泵，待出水管充满水时，停止运行灌注泵；此时将出水管接入雨量计专用量杯，再次运行灌注泵，雨量滴定测试仪开始计量，当雨量滴定测试仪计量达到设定值时，灌注泵停止注水；对比雨量滴定测试仪计量数据与量杯中量读数，若不一致则重复进行校准，直到雨量滴定测试仪计量数据与量杯中量读数一致，则完成校准。

作为一种改进：对雨量滴定测试仪滴定出水速度进行测试校准时，灌注泵进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，进水管与储水箱连通，运行灌注泵，待出水管充满水时，停止运行灌注泵；此时将出水管接入雨量计专用量杯，再次运行灌注泵，雨量滴定测试仪开始计量、计时，当雨量滴定测试仪计量达到设定值时，灌注泵停止注水，同时雨量滴定测试仪停止计量、计时，此时雨量滴定测试仪模拟降水速度应等于或小于设定值。

作为一种改进：所述滴定过程信息包括滴定日期、滴定用时、滴定水量、脉冲计数、雨量计计量、滴定绝对误差、滴定相对误差。

作为一种改进：在无风环境中测试时，滴定测试前将被测的翻斗雨量计的外壳取下，露出翻斗和接线端，将脉冲信号电缆接到雨量传感器信号输出口；在有风的环境中测试时，为排除风对翻斗翻动的影响，在完成雨量计维护检查后，将雨量筒装配还原,将脉冲信号电缆接到RTU雨量信号接入口。

作为一种改进：雨量滴定测试仪校准前先对灌注泵进行预热。

由于采用了上述技术方案，本发明利用灌注泵恒流抽水原理，排除由于人工滴定注水速度难以控制造成的人为误差，带来的现场标定的不确定性。规范且统一误差评定标准，提高降水量的采集准确性。为提高防洪预警预报精度提供更可靠的决策依据，填补降雨量采集准确性的现场标定与测试工具的空白。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明雨量滴定测试仪的结构示意图；

附图2为本发明雨量滴定测试仪中面板的结构示意图；

附图3为本发明雨量滴定测试仪的原理拓扑图。

图中：1-机箱；2-箱盖；3-面板；4-蠕动管；5-蠕动泵；6-音响；7-状态指示灯；8-显示控制屏；9-开关；10-电源接口；11-数据接口；12-脉冲信号采集接口；13-储水箱。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2和3所示，雨量滴定测试仪，包括ABS材质机箱1和箱盖2，机箱1内设有单片机和存储器，机箱1上设有铝合金材质面板3，面板3上设有注水计量单元、显示控制单元、供电单元。单片机与存储器、注水计量单元、显示控制单元和供电单元连接。

注水计量单元，包括灌注泵、储水箱13和若干水管；其中灌注泵为计量蠕动泵5，计量蠕动泵5连接有蠕动管4，水管为硅胶水管；

灌注泵，用于计量抽水，精度为0.01毫升；

储水箱13，用于预装模拟降雨滴定测试用水。

显示控制单元，包括显示控制屏8；

显示控制屏8，用于显示仪器状态、测试数据，并用于仪器的校准、运行、滴定、误差评定等操作。

供电单元，包括电源接口10，机箱1内设有锂电池和充电适配器；

锂电池，DC12V，容量13.2Ah。

电源接口10，为DC-12V接口，可连接充电适配器向机箱1内置的锂电池充电，也可在内置锂电池缺电时外接DC-12V电源。

面板3上设有开关9，用于开启、关闭电源。

面板3上还设有音响6、状态指示灯7、数据接口11、脉冲信号采集接口12。单片机与音响6、状态指示灯7、数据接口11、脉冲信号采集接口12连接。

音响6，用于在滴定测试开始、滴定测试结束音响提示，及滴定测试过程中的翻斗脉冲信号音响提示。

状态指示灯7，为LED发光二极管指示灯，用于显示当前仪器的工作状态及雨量传感器脉冲信号的灯光提示。

数据接口11，为RS232接口，用于连接计算机串口，下载历史测试数据，也可用于实时监测仪器的运行数据。

脉冲信号采集接口12，用于接入被测雨量计的翻斗脉冲、互补信号，本接口不需改变遥测站既有接线，不影响其既有运行状态，支持单脉冲和互补脉冲信号接入。脉冲信号采集接口12可拆卸连接有脉冲信号电缆，所述脉冲信号电缆上设有鳄鱼夹。

本雨量滴定测试仪的性能指标如下：

本雨量滴定测试仪操作主界面包括参数设置、仪器校定、滴定操作三个选项。

本雨量计滴定测试仪器，利用高精度灌注泵恒流抽水原理，通过控制灌注泵抽水转速实现恒流注水和记取实际注水计量，同时自动采集传感器计量(脉冲)信号，从而自动按相关要求进行雨量传感器误差评定；

该设备是由单片机与存储器等完成设备控制、各项参数与测试数据的存储，通过LCD显示屏控制仪器的参数设置、校准、校验、运行、滴定、误差评定等操作各类数据的显示。

该设备采取直接并接被测自动雨量遥测站脉冲信号接口，不影响现场设备的物理连接与工作状态，在滴定测试时一并对整个遥测站的工作状态进行检测。建议在滴定测试前，先将自动雨量站的RTU设置为“测试”模式。

实施例2：

雨量滴定测试方法，包括以下步骤：

A0、开机，打开实施例1所述雨量滴定测试仪的开关9，开启电源。

A01、设置参数，

参数设置包括基本参数设置和工况参数设置：

基本参数包括：

测站号：被测站的测站号，一般由10位数字或字母组成的水情编码；

测试序号：同一测站测试的次数计数，可以从1或续既有序号开始记录；

雨量计类型：包括脉冲型、串口型等；

脉冲信号类型：被测雨量计接入方式为脉冲或互补脉冲(一通一断)；

雨量计分辨率：被测雨量计每个脉冲对应的降雨量(0.1、0.2、0.5、1.0mm)；

滴定模式：包括定时计量，脉冲计量(翻斗次数)，对于脉冲型雨量计，均采用脉冲计量；

雨量计承雨口径：被测雨量计的承雨口尺寸，一般是200mm口径；

滴定雨量：单次测试所需计量的雨量数，一般10、12.5mm等；

雨量计最大雨强：被测雨量计最大能测试的雨量强度，一般是4.0mm/min(4毫米/分)；

滴定速度：单次测试采用的雨量滴定速度，以4.0mm/min的降雨强度为默认滴定速度。

工况参数包括：

数据存储模式：选择数据存储模式；

数据帧长度：数据帧占用存储器长度，选优为64字节；

存储器地址指针：当前数据在存储的位置；

存储器剩余容量：雨量滴定测试仪剩余存储空间；

数据是否存满：确认雨量滴定测试仪存储器是否存满，从而进入循环存储，将覆盖前部分数据；

测试次数：雨量滴定测试仪记录已经测试完整、有效的滴定测试次数，即测试数据组的编号，用户可以通过这个编号下载对应的测试数据。

步骤A01对应的雨量滴定测试仪操作界面的操作为；

选取参数设置选项，参数设置界面有三个操作区：测站基本数据操作区、滴定仪工况数据区、滴定仪预热操作区：

在测站基本数据操作区和滴定仪工况数据区中进行设置时，弹出键盘界面，用于修改参数及输入代号选则雨量计、脉冲信号、滴定模式、数据存储模式的类型。

选取确定选项：用于保存本次设置与修改的参数，再点击左上角的选取返回选项退回到主界面；选取取消选项：是放弃本次设置或修改的参数后返回到主界面。

A02、预热，灌注泵5和蠕动管4在长期不用的情况下，蠕动管4有一定的变形问题，会导致计量误差，为尽可能的消除设备运行的误差，需要对灌注泵5和蠕动管4进行预热处理。

为节约滴定测试时间，预热操作可与参数设置同时进行，具体操作是：灌注泵以模拟每分钟4毫米降雨量的速度转动。预热1～3分钟后灌注泵停止转动；通常夏天或环境温度较高时预热时间短些，冬天或环境温度较低时预热时间长些。

蠕动管4预热时有无水均可。

步骤A02对应的雨量滴定测试仪操作界面的操作为；

选取参数设置选项，参数设置界面有三个操作区：测站基本数据操作区、滴定仪工况数据区、滴定仪预热操作区：

在滴定仪预热操作区中选取预热选项，预热1～3分钟后选取停止选项。

A、仪器校准，

A1、对雨量滴定测试仪模拟降雨量数据进行测试校准，用于提高或改善滴定测试仪计量精度的操作，以每分钟4毫米的滴定速度模拟降雨量10毫米，具体操作如下：

灌注泵进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，进水管和出水管为硅胶水管，其中出水管长度长于进水管长度，进水管与储水箱13连通，储水箱13内预装足量的清水。

出水管悬空。

运行灌注泵，待出水管充满水(管中无气泡、管口已经出水)时，停止运行灌注泵；此时将出水管接入雨量计专用量杯，雨量计专用量杯应当清洁、无余水。

再次运行灌注泵，雨量滴定测试仪开始计量，当雨量滴定测试仪计量达到设定值时，灌注泵停止注水；对比雨量滴定测试仪计量数据与量杯中量读数，这时量杯中量读的水量应与仪器计量数据一致，若不一致则进行校准。

A2、对雨量滴定测试仪滴定出水速度进行测试校准，是对滴定测试仪滴定出水速度的测试，以每分钟4毫米降雨强度进行测试，测试量为8毫米，应在120秒或约大于120秒完成，具体操作如下：

灌注泵进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，进水管和出水管为硅胶水管，其中出水管长度长于进水管长度，进水管与储水箱13连通，储水箱13内预装足量的清水。

出水管悬空。

运行灌注泵，待出水管充满水(管中无气泡、管口已经出水)时，停止运行灌注泵；此时将出水管接入雨量计专用量杯，雨量计专用量杯应当清洁、无余水。

再次运行灌注泵，雨量滴定测试仪开始计量、计时，此时也可以启动计时器，使用人工计时，当雨量滴定测试仪计量达到设定值时，灌注泵停止注水，同时雨量滴定测试仪停止计量、计时，此时雨量滴定测试仪模拟降水速度应等于或小于设定值。即：计量应为8mm，滴定时间应等于或大于规定的120秒。

重复步骤A1或A2，对其进行多次复核与校准，直到雨量滴定测试仪计量数据与量杯中量读数一致，误差消除，则完成校准。

步骤A对应的雨量滴定测试仪操作界面的操作为；

选取仪器校定选项，仪器校定界面包括速度测试选项、实时数据、校准数据操作区和若干校准结果显示区，校准结果显示区包括滴定选项，主要完成仪器校准、滴定速度测试等操作；其中状态栏，显示仪器的工作状态。

步骤A1：首先选取No.1校准结果对应的滴定选项，运行灌注泵，待出水管充满水时选取暂停选项，停止运行灌注泵，将出水管接入雨量计专用量杯，选取启动选项，再次运行灌注泵，当仪器计量达到10mm时，灌注泵自动停止注水。

这时量杯中量读的水量应与仪器计量数据一致，如存在误差则将实际水量输入校准数据置数框，确认输入数据无误后选取校准选项。

再次选取No.2校准结果对应的滴定选项，进行多次复核与校准。

步骤A2：选取速度测试选项，运行灌注泵，待出水管充满水时选取暂停选项，停止运行灌注泵，将出水管接入雨量计专用量杯，选取启动选项，再次运行灌注泵，当仪器计量达到8mm时，灌注泵自动停止注水。

校准、测试完成后选取返回选项退回到主界面，进行后面的操作。

B、滴定测试，

为保证雨量滴定测试的准确性与真实性，在正式滴定之前先按雨量传感器维护要求完成传感器的维护与清洗，确保被测雨量传感处于以下正常状态:

雨量传感器应该安装稳定牢固，脚螺栓不应有松动现象。

承雨口水平、园水准泡居中。

传感器各水流通道应畅通，确保没有尘埃淤积或污物堵塞。

各翻斗在翻动过程中应转动灵活，无任何阻滞现象。

各翻斗翻转角度定位调节螺钉应紧固，不得松动。

干簧管与磁钢的相对位置应正确，其脉冲信号应正常。

在无风环境中测试时，滴定测试前，将被测的翻斗雨量计的外壳取下，露出翻斗和接线端，将脉冲信号电缆接到雨量传感器信号输出口；若在有风的环境中测试时，为排除风对翻斗翻动的影响，在完成雨量计维护检查后，应当将雨量筒装配还原,将脉冲信号电缆接到RTU雨量信号接入口。

灌注泵进水口和出水口分别连接有硅胶水管，进水管与储水箱13连通，储水箱13内预装足量的清水。出水管接入被测雨量计的漏斗，可以使用一支中号长尾夹做硅胶管固定支架，以免硅胶管滑落。

将脉冲信号电缆的鳄鱼夹，直接夹在翻斗雨量计脉冲信号连接端口，在有风扰环境中测试时，为避免风扰带来的测试误差，可将鳄鱼夹直接并接在传感器与RTU连接的端子上；再将“五芯”接插头对应插接在数据接口11。

运行灌注泵，当翻斗翻动第一斗时，雨量滴定测试仪接收到第一个脉冲信号，此时开始测试；在滴定测试过程中，每接收到一个脉冲信号，雨量滴定测试仪显示并记录滴定过程信息：

当雨量计产生的脉冲信号累计值等于预设值的同时，雨量滴定测试仪停止滴定，上述显示并记录的滴定过程信息，即为本次滴定的最后测试成果。

若设置的滴定雨量为10mm，即脉冲数量为20次，由于需要完整的20个脉冲信号，因此第1个脉冲信号是作为起始脉冲，而第2个脉冲才是第一个有效的脉冲，依此类推，测试完毕时总共产生了21个脉冲，即有效10mm模拟降水量。

为便于提示和区分，当第一个脉冲产生时音响6会发出1.5秒的声响，最后一个，即第21个脉冲产生时发出2.5秒的声响，中间产生的脉冲发出0.5秒的声响，用于提示雨量滴定测试仪工作状态与滴定情况。

滴定过程信息包括：

实时数据：当前滴定测试最新实时数据；

滴定日期：当前日期信息，格式为年/月/日；

剩余电池电量：当前电池剩余电量，当电量低于25％时应接入外接电源工作或向电池充电；

开始时间：滴定测试开始的时间，格式为时/分/秒；

结束时间：脉冲信号产生(翻斗翻动)时刻的时间，格式为时/分/秒；

滴定用时：滴定测试累计用时；

滴定水量：滴定测试实际注入水量；

脉冲计数：接收来自雨量计的脉冲信号数(翻斗翻动斗数)；

雨量计计量：雨量计记录的累计雨量；

滴定绝对误差：雨量计测量值减仪器计量值计算滴定绝对误差，当雨量计测量值大于仪器计量值时，误差为“+”，反之误差为“-”；

滴定相对误差：滴定绝对误差除仪器计量值乘100％。

步骤B对应的雨量滴定测试仪操作界面的操作为；

选取滴定操作选项，在需要运行灌注泵时，选取启动选项。

测试结束后，如认可本次测试，选取返回选项保存本次测试数据并退到主界面。如需要再次测试，在测试准备工作完成后，选取启动选项则开始新一次的滴定测试。

C、如果结束该站的滴定测试，选取返回选项则返回到主界面，关闭雨量滴定测试仪电源。

D、测试数据下载，

计算机启动串口调试终端，发送指令下载滴定仪存储的滴定历史数据，也可使用U盘直接下载历史数据，具体操作如下：

用串口通讯线将仪器RS-232C通讯接口与计算机串口连接，若没有串口的，需要安装USB转串口设备。

步骤D对应的雨量滴定测试仪操作界面的操作为；选取参数设置选项，在滴定仪工况数据区中，测试次数显示的数据，既为此次测试的数据编号。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的最佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.雨量滴定测试仪进行雨量滴定测试方法，其特征在于：使用雨量滴定测试仪进行，所述雨量滴定测试仪包括机箱（1），所述机箱（1）内设有单片机，所述单片机连接有存储器、注水计量单元、显示控制单元和供电单元；

所述注水计量单元包括灌注泵、储水箱（13），所述灌注泵为计量蠕动泵（5），计量蠕动泵（5）精度为0.01毫升；

所述显示控制单元包括显示控制屏（8）；

所述供电单元包括电源接口（10），所述机箱（1）内设有锂电池和充电适配器；

所述单片机还连接有音响（6）、状态指示灯（7）、数据接口（11）和脉冲信号采集接口（12）；

所述脉冲信号采集接口（12）可拆卸连接有脉冲信号电缆，所述脉冲信号电缆上设有鳄鱼夹；

所述机箱（1）上设有面板（3），所述注水计量单元、显示控制单元设置于面板（3）上；

使用上述雨量滴定测试仪进行雨量滴定测试方法包括以下步骤：

A、仪器校准，雨量滴定测试仪校准前先对灌注泵进行预热；预热操作与参数设置同时进行，预热操作为灌注泵以模拟每分钟4毫米降雨量的速度转动，预热1～3分钟后灌注泵停止转动；

A1、对雨量滴定测试仪模拟降雨量数据进行测试校准，

其中，灌注泵进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，进水管与储水箱（13）连通，运行灌注泵，待出水管充满水时，停止运行灌注泵；此时将出水管接入雨量计专用量杯，再次运行灌注泵，雨量滴定测试仪开始计量，当雨量滴定测试仪计量达到设定值时，灌注泵停止注水；对比雨量滴定测试仪计量数据与量杯中量读数，若不一致则重复进行校准，直到雨量滴定测试仪计量数据与量杯中量读数一致，则完成校准；

A2、并对雨量滴定测试仪滴定出水速度进行测试校准；

其中，灌注泵进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，进水管与储水箱（13）连通，运行灌注泵，待出水管充满水时，停止运行灌注泵；此时将出水管接入雨量计专用量杯，再次运行灌注泵，雨量滴定测试仪开始计量、计时，当雨量滴定测试仪计量达到设定值时，灌注泵停止注水，同时雨量滴定测试仪停止计量、计时，此时雨量滴定测试仪模拟降水速度应等于或小于设定值；

B、滴定测试，将灌注泵进水口与储水箱（13）连通，将灌注泵出水口与被测雨量计的漏斗连通，运行灌注泵，当翻斗翻动第一斗时，雨量滴定测试仪接收到第一个脉冲信号，此时开始测试；

在滴定测试过程中，每接收到一个脉冲信号，雨量滴定测试仪显示并记录滴定过程信息：

当雨量计产生的脉冲信号累计值等于预设值的同时，雨量滴定测试仪停止滴定，记录上述滴定过程信息，即为本次滴定的最后测试成果。

2.根据权利要求1所述的雨量滴定测试仪进行雨量滴定测试方法，其特征在于：所述滴定过程信息包括滴定日期、滴定用时、滴定水量、脉冲计数、雨量计计量、滴定绝对误差、滴定相对误差。

3.根据权利要求1或2所述的雨量滴定测试仪进行雨量滴定测试方法，其特征在于：在无风环境中测试时，滴定测试前将被测的翻斗雨量计的外壳取下，露出翻斗和接线端，将脉冲信号电缆接到雨量传感器信号输出口；在有风的环境中测试时，为排除风对翻斗翻动的影响，在完成雨量计维护检查后，将雨量筒装配还原,将脉冲信号电缆接到RTU雨量信号接入口。