CN107748401B - 消除大小雨动态误差的补偿结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消除大小雨动态误差的补偿结构及方法，包括机架、上斗、翻斗本体，翻斗本体上左右对称设置两个翻斗室，上斗、翻斗本体分别与机架转动连接，上斗、翻斗本体经一联动件实现同步翻转，上斗、翻斗本体翻转方向相反，上斗上中部经转轴A与机架转动连接，翻斗本体下中部经转轴O与机架转动连接，转轴A与转轴O平行，翻斗室底面为旋转曲面，旋转曲面的旋转轴与翻斗上的转轴O平行，且位于翻斗室上旁侧，所述上斗底部向下凹陷形成暂存雨水的暂存室，上斗包括前后对称设置的两个侧板，两个侧板下部经底板相连接成一体，底板中部向下凹陷，所述上斗两端较中间窄，本发明结构简单，设置合理，能对动态误差进行补偿，提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除大小雨动态误差的补偿结构及方法。
背景技术
降水量是一种重要的气象要素，降水的观测无论是对于气象、水文、海洋、环境的观测还是对航空、铁路交通的安全都具有重要的意义。雨量计是观测降水量的重要仪器，它的准确度直接关系到所测量数据的可靠性，特别在人工降雨的效果检验和气象科研方面，其测量的准确度显得尤为重要。现有的翻斗式雨量计，其翻斗翻转角度的调节很难呈线性比例对应翻斗内的整水质量，其调节困难，精度差。
当水滴注好一斗，达到临界平衡状态的时候，翻斗就会翻转，翻转过程中，雨水还是继续往下流，直到翻斗翻过中轴线，这些水不在理论计量中，我们称之为动态损失，很明显，大雨的损失会比小雨大的多，这就造成了，大雨的斗数就会比小雨少，造成了测量的不准.
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种消除大小雨动态误差的补偿结构及方法。
本发明解决技术问题所采用的方案是，一种消除大小雨动态误差的补偿结构，包括机架、上斗、位于上斗下方的翻斗本体，翻斗本体上左右对称设置两个翻斗室，上斗、翻斗本体分别与机架转动连接，上斗、翻斗本体经一联动件实现同步翻转，上斗、翻斗本体翻转方向相反。
进一步的，所述翻斗本体上设置有转轴O，翻斗室底面为旋转曲面，旋转曲面的旋转轴与翻斗上的转轴O平行，且位于翻斗室上旁侧。
进一步的，所述上斗上中部经转轴A与机架转动连接，翻斗本体下中部经转轴O与机架转动连接，所述转轴A与转轴O平行，转轴A与转轴O均处于竖直面内。
进一步的，所述转轴O设置在翻斗重心下方，转轴O与翻斗本体制成一体；或翻斗本体上设置轴套，转轴O安装在轴套内，翻斗本体通过转轴O与壳体转动连接。
进一步的，所述上斗底部向下凹陷形成暂存雨水的暂存室，上斗包括前后对称设置的两个侧板，两个侧板下部经底板相连接成一体，底板中部向下凹陷，所述上斗两端较中间窄，形成出水口。
进一步的，所述侧板上中部设置有容纳转轴A的轴孔，转轴A设置两个，分别安装于两个侧板的轴孔内；或所述转轴A设置两个，两个转轴A分别设置在两个侧板的上中部并与侧板制成一体。
进一步的，所述侧板上中部设置有向上延伸的柱体，所述柱体顶部自上而下设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有与其相配合上斗重心调节螺丝。
进一步的，所述联动件包括设置在侧板下中部的销柱、对称设置在翻斗本体上中部前后两侧的拨叉，拨叉与销柱相连接，销柱上安装有轴承。
进一步的，所述联动件包括设置在侧板下端及翻斗本体上中部前后两侧的弧形板，弧形板外周设置有齿轮部，侧板上的弧形板与翻斗本体上的弧形板经各自的齿轮部相互啮合。
一种消除大小雨动态误差的补偿方法:初始状态时，上斗向一侧倾斜，翻斗本体向另一侧倾斜，雨水先流入上斗，上斗能通过暂存室暂存一小部分雨水，其他雨水由上斗一侧流入与其同侧的翻斗本体的翻斗室，翻斗室内的雨水积累到一定量时，翻斗本体本受力达到临界平衡状态后翻转，此时拨叉也带动上斗翻转，上斗内的水继续流入翻斗本体另一个翻斗室内，从而降低翻斗本体翻转过程中上方相翻斗本体掉落的雨水的流失。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设置合理，能对动态误差进行补偿，提高测量精度。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1本发明的一种实施结构示意图；
图2翻斗质量m1的影响受力分析图；
图3为上斗质量m2的影响受力分析图；
图4为调节螺丝质量m3的影响受力分析图；
图5本发明的另一种实施结构示意图。
图中：
1-翻斗室、2-摆杆、3-轴孔、4-凸块、5-导流板、6-拨叉、7-销柱、8-底板、9-侧板、10-柱体、11-调节螺丝、12-上斗、13-翻斗本体、14-固定水槽、15-弧形板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种消除大小雨动态误差的补偿结构，包括机架、上斗、位于上斗下方的翻斗本体，翻斗本体上左右对称设置两个翻斗室，上斗、翻斗本体分别与机架转动连接，上斗、翻斗本体经一联动件实现同步翻转，上斗、翻斗本体翻转方向相反。
在本实施例中，所述翻斗本体上设置有转轴O，翻斗室底面为旋转曲面，需要说明的是，翻斗室底面为仅为旋转曲面的部分，该旋转曲面的旋转轴位于翻斗室外，围绕该旋转轴构成的回转体,其部分与翻斗本体重合，该重合部分即为翻斗室，旋转曲面的旋转轴与翻斗上的转轴O平行，且位于翻斗室上旁侧。
在本实施例中，所述上斗上中部经转轴A与机架转动连接，翻斗本体下中部经转轴O与机架转动连接，所述转轴A与转轴O平行，转轴A与转轴O均处于竖直面内。
在本实施例中，所述转轴O设置在翻斗重心下方，转轴O与翻斗本体制成一体；或翻斗本体上设置轴套，转轴O安装在轴套内，翻斗本体通过转轴O与壳体转动连接。
在本实施例中，所述翻斗本体中部向下延伸有摆杆，转轴O设置在摆杆末端，转轴O与摆杆末端制成一体；或摆杆末端设置轴孔，转轴O安装在轴孔内。
在本实施例中，所述上斗底部向下凹陷形成暂存雨水的暂存室，上斗包括前后对称设置的两个侧板，两个侧板下部经底板相连接成一体，底板中部向下凹陷，所述上斗两端较中间窄，形成出水口。
在本实施例中，所述侧板上中部设置有容纳转轴A的轴孔，转轴A设置两个，分别安装于两个侧板的轴孔内；或所述转轴A设置两个，两个转轴A分别设置在两个侧板的上中在本实施例中进一步的，所述侧板上中部设置有向上延伸的柱体，所述柱体顶部自上而下设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有与其相配合上斗重心调节螺丝。
在本实施例中，所述联动件包括设置在侧板下中部的销柱、对称设置在翻斗本体上中部前后两侧的拨叉，拨叉与销柱相连接，销柱上安装有轴承。
在本实施例中，所述联动件包括设置在侧板下端及翻斗本体上中部前后两侧的弧形板，弧形板外周设置有齿轮部，侧板上的弧形板与翻斗本体上的弧形板经各自的齿轮部相互啮合(如图5所示)。
在本实施例中，所述联动件为连杆，连杆两端分别连接上斗、翻斗本体。
在本实施例中，两个翻斗室内端相连接，外端的出水口处设置有导流板。
在本实施例中，所述翻斗室内底面设置有固定水槽。
一种消除大小雨动态误差的补偿方法:初始状态时，上斗向一侧倾斜，翻斗本体向另一侧倾斜，雨水先流入上斗，上斗能通过暂存室暂存一小部分雨水，其他雨水由上斗一侧流入与其同侧的翻斗本体的翻斗室，翻斗室内的雨水积累到一定量时，翻斗本体本受力达到临界平衡状态后翻转，此时拨叉也带动上斗翻转，上斗内的水继续流入翻斗本体另一个翻斗室内，从而降低翻斗本体翻转过程中上方相翻斗本体掉落的雨水的流失。
在本实施例中，通过调整上斗出水口的大小，从而可以改变不同雨量在上斗的积水量，雨越大积水越多，积水越多，就会产生一个更大的重力来推动翻斗的翻转，从而起到一个补偿雨量不同造成的动态误差。
下面是力学分析：
以下没有特别的注明，质量的单位为g，长度单位为mm；
设转动轴为O，翻斗的质量为m1，翻斗的重心为G1，令OG1＝r；
水的质量受到翻斗的质量m1、上斗的质量m2、上斗重心调节螺丝质量m3、滞留在上斗中水的质量的质量影响，下面分别分析各个因素的影响值。
翻斗质量m1的影响(受力分析如图2所示，)：
翻斗的力臂是G1P＝rsinα；
则翻斗的力矩M1＝m1grsinα；
设水的质量为mW1，水的重心为GW，翻斗圆心为Q，
令OQ＝R；∠EOQ＝β；
则HE＝Rsinβcosα；EF＝Rcosβsinα
水的力臂HF＝HE-EF＝Rsinβcosα-Rcosβsinα＝Rsin(β-α)；
则水的力矩MW1＝mW1gRsin(β-α)
翻斗在即将翻动的时候，此时翻斗在挡块受到的支撑力为0，我们称这个状态为临界平衡状态。
在临界平衡状态，M1＝MW1
即m1grsinα＝mW1gRsin(β-α)
可以得到：
上斗质量m2的影响(受力分析如图3所示，)：
为了简化设计，取AB＝OB＝d，对上斗进行力学分析，设，上斗的轴销对翻斗槽的压力为F2，设上斗重心G2距离转轴A为b，则上斗重力产生的力矩为M2＝m2gbsinα，其中m2为包含调节螺丝的质量。
F2对上斗转轴A产生的力矩为MF2A＝F2dcos2α
在临界平衡状态，以上两个力矩相等，即m2gbsinα＝F2dcos2α
F2对上斗转轴O产生的力矩为
根据上面的说明，水质量W2对O产生力矩为：
Mw2＝mW2gRsin(β-α)
在临界平衡状态，MF2O＝MW2
即
可以得到
调节螺丝质量m3的影响(受力分析如图4所示，)：
同理可以得到,调节螺丝m3对水质量的影响为：
上斗积水质量m4的影响
在水流到上斗的时候，会先积一定水在上斗，设这些水的重心距离转轴为a，则积水对水质量的影响值为：
水每斗的质量为以上四个因素的叠加，
即
我们知道，mW2、mW4都是上斗通过销、拨叉转换力度到翻斗本体的，而销在拨叉槽中尚存在静摩擦力，我们现在的计算是忽略不计的，而如果我们设计的时候，让mW2+mW4的值接近0，则F值也为零，静摩擦力的值也接近为0，则静摩擦力也可以忽略不计。
因为水从上斗流入翻斗的时候，过了临界平衡状态后翻转，水继续从上斗流到下斗的水量是不参与打破平衡的，我们称这些没有参与打破平衡的水量为水损失，而流量越大的时候，这水损失也越大，水损失越大，就造成了大雨总斗数比小雨的总斗数少。针对这个问题，我们设计水流到下斗开口的大小为一个适当的值，那么，水流大的时候，就造成了积水多，根据式子：mW＝mW1-mW2-mW4
我们可以得到，积水越多，每斗的水量mW就越少，这也就造成了总斗数的增加，所以可以通过积水量来补偿水损失，从而让大小雨总斗数趋近于相等。其开口的值可以通过实验来获得。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种消除大小雨动态误差的补偿结构，其特征在于：包括机架、上斗、位于上斗下方的翻斗本体，翻斗本体上左右对称设置两个翻斗室，上斗、翻斗本体分别与机架转动连接，上斗、翻斗本体经一联动件实现同步翻转，上斗、翻斗本体翻转方向相反；所述翻斗本体上设置有转轴O，翻斗室底面为旋转曲面，旋转曲面的旋转轴与翻斗上的转轴O平行，且位于翻斗室上旁侧；所述转轴O设置在翻斗重心下方，转轴O与翻斗本体制成一体；或翻斗本体上设置轴套，转轴O安装在轴套内，翻斗本体通过转轴O与壳体转动连接；所述上斗上中部经转轴A与机架转动连接，翻斗本体下中部经转轴O与机架转动连接，所述转轴A与转轴O平行，转轴A与转轴O均处于竖直面内。
2.根据权利要求1所述的消除大小雨动态误差的补偿结构,其特征在于：所述上斗底部向下凹陷形成暂存雨水的暂存室，上斗包括前后对称设置的两个侧板，两个侧板下部经底板相连接成一体，底板中部向下凹陷，所述上斗两端较中间窄，形成出水口。
3.根据权利要求2所述的消除大小雨动态误差的补偿结构,其特征在于：所述侧板上中部设置有容纳转轴A的轴孔，转轴A设置两个，分别安装于两个侧板的轴孔内；或所述转轴A设置两个，两个转轴A分别设置在两个侧板的上中部并与侧板制成一体。
4.根据权利要求3所述的消除大小雨动态误差的补偿结构,其特征在于：所述侧板上中部设置有向上延伸的柱体，所述柱体顶部自上而下设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有与其相配合上斗重心调节螺丝。
5.据权利要求1所述的消除大小雨动态误差的补偿结构,其特征在于：所述联动件包括设置在侧板下中部的销柱、对称设置在翻斗本体上中部前后两侧的拨叉，拨叉与销柱相连接。
6.根据权利要求1所述的消除大小雨动态误差的补偿结构,其特征在于：所述联动件包括设置在侧板下端及翻斗本体上中部前后两侧的弧形板，弧形板外周设置有齿轮部，侧板上的弧形板与翻斗本体上的弧形板经各自的齿轮部相互啮合。
7.一种消除大小雨动态误差的补偿方法，采用如权利要求5所述的消除大小雨动态误差的补偿结构，其特征在于:初始状态时，上斗向一侧倾斜，翻斗本体向另一侧倾斜，雨水先流入上斗，上斗能通过暂存室暂存一小部分雨水，其他雨水由上斗一侧流入与其同侧的翻斗本体的翻斗室，翻斗室内的雨水积累到一定量时，翻斗本体本受力达到临界平衡状态后翻转，此时拨叉也带动上斗翻转，上斗内的水继续流入翻斗本体另一个翻斗室内，从而降低翻斗本体翻转过程中上方相翻斗本体掉落的雨水的流失。
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