CN109459804A - 一种雨量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雨量计，将称重式结构和虹吸式结构结合改进，在虹吸式结构的盛雨器下方增加过滤网，解决了虹吸管清理不便以及虹吸管堵塞的问题；在虹吸位置上方加装水位检测装置和在过滤网下方设置电磁阀，避免虹吸过程发生时雨水仍然通过盛雨器流入浮子室影响虹吸效果，提高了测量精度和准确度；通过虹吸过程阶段性的引流进入称重装置，保证了称重传感器感应降水重量变化的连续性，提高了降水测量的准确性和可靠性；在集雨桶底部安装出水管，出水管中部连接电磁阀，通过控制器控制电磁阀，当集雨桶内存水量达到设定的存水上限值后自动排水，解决了雨水长期囤积的问题。

Description

一种雨量计
技术领域
本发明属于气象仪器仪表装置技术领域，尤其涉及一种雨量计。
背景技术
准确预报天气是现代社会越来越重要的一个需求，而雨量计是一种用于测量阶段时间内降雨量的仪器，广泛应用在气象、水利、农业生产等领域，可以为各个领域的生产生活提供预报的降水数据。常用的雨量计一般有翻斗式和虹吸式；翻斗式由盛雨器、上翻斗、下翻斗、计数翻斗组成；虹吸式是根据虹吸原理设计，包括进水口、浮子室、自记钟和外壳。
在实际使用中，虹吸式雨量计虽然不存在翻斗式的机械结构摩擦老化的影响，但是虹吸式不能够实现自动测量和数据的处理；而且虹吸管清理不方便，当有较多的杂质混入后容易造成虹吸管的堵塞，并且系统误差也比较大。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种雨量计，有效解决了虹吸式雨量计虹吸管清理不方便，容易造成虹吸管堵塞的问题；可以避免虹吸过程正在发生时雨水仍然通过盛雨器流入浮子室影响虹吸效果，提高了测量精度和准确度。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种雨量计，包括盛雨器1、盛雨器1的底部出水口处装有过滤网2、位于过滤网2下方的电磁阀3、浮子4、浮子室5、自记笔6、自记钟7、水位检测装置8、虹吸管9、外层防护罩18、引流管19、钢板20、引流漏斗21、引流管22、连接杆23、连接杆24、齿轮25、连接杆27、连接杆28和称重装置26；盛雨器1水平安装在外层保护罩18顶端，并通过引流管22与浮子室5侧壁底部相连；浮子4置于浮子室5中，并与连接杆23垂直连接；连接杆24沿水平方向与连接杆23通过齿轮25相连接，自记笔6位于浮子室5的顶部并与连接杆24固定垂直连接；自记钟7一端与连接杆24水平连接，另一端与浮子室5的侧壁固定相连；水平安装的连接杆27一端与连接杆23相连，另一端与垂直固定于浮子室5上的连接杆28相连；水位检测装置8位于浮子室5中的虹吸位置上方，虹吸管9一端与浮子室5侧壁相连，虹吸管9另一端连接引流漏斗21，引流漏斗21另一端连接引流管19，引流管19另一端与称重装置26连接，称重装置26包括一个出水管11，出水管11的中部连接有电磁阀12，电磁阀3和电磁阀12通过驱动电路与控制器10相连接，水位检测装置8与控制器10相连，称重装置26和控制器10位于外层防护罩18底部。
本发明是一种上下结构设计，上方是虹吸式结构，下方是称重式结构；当开始降雨时，虹吸式结构进行虹吸过程，通过虹吸管，将降水引入称重式结构中进行再次测量，提高测量精度；在虹吸式结构的盛雨器下方安装有过滤网，可以避免杂物进入浮子室造成虹吸管堵塞，并且能够提高测量精度；在虹吸位置上方加装水位检测装置和在过滤网下方安装电磁阀，当水位达到虹吸位置时，水位检测装置发送信号给控制器，当控制器接收到信号后，发送命令给电磁阀，电磁阀关闭，盛雨器中的雨水将不会进入到浮子室中，当虹吸过程结束后，水位检测装置会再次发送信号给控制器，控制器发送命令给电磁阀，电磁阀开通，盛雨器中的雨水开始继续流到浮子室；所述虹吸位置是指虹吸管进水口的顶端位置，距离浮子室的底部高度通常是10毫米；所述虹吸过程是利用液面高度差的作用力现象，将液体充满一根倒U形的管状结构内后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出。
本发明的称重装置是由控制器、称重传感器和外围组件组成，外围组件包括底座的固定组件、法兰盘、集雨桶、保护罩和集雨桶底部的出水管，出水管中部连接有电磁阀，电磁阀通过驱动电路与控制器相连接，控制称重式结构排水。
本发明的控制器将称重传感器采集的信号进行数据运算处理，得到降水量，还可以进行数据的传输和存储；控制器采用MSP430系列的单片机，具有超低功耗，当不进行降雨测量时，就会进入低功耗模式；MSP430系列单片机具备TI的先进集成技术，具有比较丰厚的片内外资源；大多数的MSP430系列单片机都具有16位Timer A和Timer B定时器，看门狗定时器，12/14位的ADC(Analog-to-Digital Converter)和12/14位的DAC(Digital-to-Analog Converter)，六组I/O端口；具有上述结构的MSP430系列的单片机都可以作为本发明的实施例，例如MSP430F169型号单片机。
过滤网下方的电磁阀和出水管中部的电磁阀都通过驱动电路和控制器相连；由于控制器的输出功率比较小，不足以驱动电磁阀动作，因此需要一个驱动电路进行功率放大；所述驱动电路是由三极管或者MOSFET分立元件构成的电路，通过分立元件的作用来驱动电磁阀的通断。
由于控制器输出的是数字量，而电磁阀是用模拟量来驱动的，因此还需要运用控制器的AD(Analog-to-Digital)转换单元。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
(1)本发明是虹吸式雨量计和称重式雨量计相结合，可以减小称重式雨量计在强降雨情况下的测量误差，提高了测量的精度；
(2)在盛雨器下方增加过滤网，有效解决了虹吸管清理不方便，容易造成虹吸管堵塞的问题，也减小了测量误差，提高了测量的精度；
(3)在虹吸位置上方加装水位检测装置和在盛雨器下方安装电磁阀，可以避免当虹吸过程发生时雨水仍然通过盛雨器流入浮子室，因此不会影响虹吸效果，提高了测量精度；
(4)通过虹吸过程阶段性的引流进入称重装置，保证了称重传感器感应降水重量变化的连续性，提高了降水测量的准确性和可靠性；
(5)在集雨桶底部安装出水管，出水管中部连接电磁阀，通过控制器控制电磁阀，当集雨桶内存水量达到设定的存水上限值后自动排水，解决了雨水长期囤积的问题；
(6)现有技术中的虹吸式雨量计通过自记钟和自记笔配合绘制出雨量数据，需要人工更换纸张，本发明称重式测量的数据可以通过控制器传输到终端上位机进行显示和存储，解决了人工频繁更换纸张的问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明控制器连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种雨量计，提高了降雨量的测量精度；在装置结构上了做了改变，将虹吸式和称重式相结合，加入了传感器技术，通信技术，体现了现代技术的应用，是一种可以用于雨量基础测量的装置。
如图1所示，本发明所述的一种雨量计，包括外层防护罩18、盛雨器1、位于盛雨器下方的过滤网2、位于过滤网下方的电磁阀3、位于浮子室5中的浮子4、自记笔6、自记钟7、位于虹吸位置上方的水位检测装置8、虹吸管9、引流管19、钢板20、引流漏斗21、引流管22、位于浮子室下方的称重装置26；
其中，盛雨器1水平安装在外层保护罩18顶端，盛雨器1的上部为圆锥形，下部为圆柱形，底部有出水口，出水口处装有过滤网2，过滤网2的下方安装有电磁阀3，电磁阀3通过驱动电路和控制器相连，本发明还具备虹吸式雨量计的基本组件，包括浮子室5、自记笔6、自记钟7、虹吸管9，盛雨器1通过引流管22与浮子室5侧壁底部相连，浮子4垂直相连一根连接杆23，随着水位的上升浮子4带动连接杆23一起升高，浮子4置于浮子室5中，连接杆24沿水平方向与连接杆23通过齿轮25相接，自记笔6位于浮子室5的顶部并与连接杆24垂直固定连接，自记钟7一端与连接杆24水平连接，另一端与浮子室5的侧壁固定相连；水平安装的连接杆27一端与连接杆23相连，另一端与垂直固定于浮子室5上的连接杆28相连，连接杆27和连接杆28起固定作用，防止与浮子相连的连接杆23发生倾斜；虹吸管9一端与浮子室5侧壁相连，在虹吸管9的一端位于虹吸位置上方装有水位检测装置8，可以检测浮子室内的水位情况，水位检测装置8和控制器10相连，虹吸管9的另一端连接引流漏斗21，引流漏斗21另一端连接引流管19，引流管19另一端与称重装置26连接；虹吸式结构通过钢板20固定于称重式结构上方，将虹吸过程排出的水直接引入称重装置26的集雨桶17中；
进一步，称重装置26由控制器10、称重传感器15和外围组件组成，外围组件包括底座的固定组件13、法兰盘14、保护罩16和集雨桶17，在集雨桶17的底部还设有一个出水管11，出水管11的中部连接有电磁阀12，电磁阀12通过驱动电路和控制器10相连，控制称重装置26排水。
本发明工作流程如下：
当开始降雨时，雨水汇集在盛雨器1中，通过盛雨器1中的锥形引流从出水口流出，通过过滤网2进行过滤，避免泥沙等杂质进入浮子室5中，此时的电磁阀3处于开通状态，雨水直接进入浮子室5，浮子室5中的水位慢慢抬升，浮子4随之上浮，与浮子4垂直相连的连接杆23也随之上升并带动齿轮25转动起来，齿轮25带动连接杆24动作，自记钟7随着连接杆24的动作开始转动，自记笔6在浮子室5上方的圆盘上划出雨量变化情况，当虹吸过程结束后，自记笔6会回到起始位置，重新开始记录；当浮子室5的水位达到虹吸位置，水位检测装置8进行动作，发送信号给控制器10，控制器10接收到水位满的信号后，给电磁阀3发送关断命令，此时电磁阀3进行阻水，雨水无法进入浮子室5，虹吸过程开始，水位开始慢慢下降，当虹吸过程结束，浮子室5中的水完全排完，此时水位检测装置8会再次给控制器10发送信号，控制器10收到信号以后，发送开通命令给电磁阀3，电磁阀3阻水结束，雨水通过盛雨器1再次进入浮子室5；
所述水位检测装置8安装在虹吸管进水口的上方，是一种超声波测量水位的装置，通过超声波探头发射超声波，超声波探头接触到水面以后产生反射，再通过探头进行接收，通过接收到的时间差计算水位高度，该检测装置集成驱动电路，直接与控制器引脚相连接。
通过虹吸管9的引流将雨水引入下方的集雨桶17中，称重传感器15进行雨水重量的测量，将测量数据通过串口传输到相连的控制器10进行处理，控制器10处理完成后发送到终端进行显示和保存。
当集雨桶17内雨水重量长时间不变化，说明此时无降雨；当集雨桶17内存水量达到设定的上限值时，控制器10通过驱动电路使出水管11中部设置的电磁阀12开启，集雨桶17中的积水即可流出；当集雨桶17内存水量低于设定的下限值时，控制器10通过驱动电路使电磁阀12关闭，集雨桶17继续集水；上下限值的设定可以根据集雨桶高度进行计算，例如，上限值设定为集雨桶高度的五分之四，下限值设定为集雨桶高度的五分之一；上限值设定是为了防止强降雨时集满溢出，影响测量精度，下限值设定是为了保证重量，使得称重传感器承受足够的压力，传感器变化更明显，增加测量精度。

Claims (5)

1.一种雨量计，其特征在于：包括盛雨器(1)、盛雨器(1)的底部出水口处装有过滤网(2)、位于过滤网(2)下方的电磁阀(3)、浮子(4)、浮子室(5)、自记笔(6)、自记钟(7)、水位检测装置(8)、虹吸管(9)、外层防护罩(18)、引流管(19)、钢板(20)、引流漏斗(21)、引流管(22)、连接杆(23)、连接杆(24)、齿轮(25)、连接杆(27)、连接杆(28)和称重装置(26)；盛雨器(1)水平安装在外层保护罩(18)顶端，并通过引流管(22)与浮子室(5)侧壁底部相连；浮子(4)置于浮子室(5)中，并与连接杆(23)垂直连接；连接杆(24)沿水平方向与连接杆(23)通过齿轮(25)相连接，自记笔(6)位于浮子室(5)的顶部并与连接杆(24)固定垂直连接；自记钟(7)一端与连接杆(24)水平连接，另一端与浮子室(5)的侧壁固定相连；水平安装的连接杆(27)一端与连接杆(23)相连，另一端与垂直固定于浮子室(5)上的连接杆(28)相连；水位检测装置(8)位于浮子室(5)中的虹吸位置上方，虹吸管(9)一端与浮子室(5)侧壁相连，虹吸管(9)另一端连接引流漏斗(21)，引流漏斗(21)另一端连接引流管(19)，引流管(19)另一端与称重装置(26)连接，称重装置(26)包括一个出水管(11)，出水管(11)的中部连接有电磁阀(12)，电磁阀(3)和电磁阀(12)通过驱动电路与控制器(10)相连接，水位检测装置(8)与控制器(10)相连，称重装置(26)和控制器(10)位于外层防护罩(18)底部。
2.根据权利要求1所述的一种雨量计，其特征在于：所述称重装置(26)包括控制器(10)、称重传感器(15)和外围组件，称重传感器(15)通过串口与控制器(10)相连。
3.根据权利要求2所述的一种雨量计，其特征在于：所述外围组件包括底座的固定组件(13)、法兰盘(14)、保护罩(16)、集雨桶(17)以及在集雨桶(17)底部设置的一个出水管(11)。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种雨量计，其特征在于：所述控制器采用MSP430系列单片机；所述MSP430系列单片机具有16位Timer A和Timer B定时器，看门狗定时器，12/14位的ADC和12/14位的DAC，六组I/O端口。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种雨量计，其特征在于：所述控制器采用MSP430F169型号单片机。
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