CN114779372A - 翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法及装置 - Google Patents

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叶滋杰
陈子翘
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Fuzhou Oner Industrial Products Design Co ltd
Fujian Youtong Industrial Co ltd
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Fuzhou Oner Industrial Products Design Co ltd
Fujian Youtong Industrial Co ltd
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Abstract

本发明提出一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法及装置，在储水容器上设置注水口位于高位的注水管，出水口位于低位的溢水管和出水管，其中，所述溢水管的溢水高度可调，出水管上设置有电磁阀；在进行降雨模拟时，不通过控制所述电磁阀的开度，而是通过将溢水管的溢水高度锁定在H0且控制注水管的注水量使水位高度不低于H0，以模拟恒定雨强。其为一种低成本地获得模拟恒定雨量的实现方案。

Description

翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法及装置
技术领域
本发明涉及雨量传感器领域，尤其涉及一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法及装置。
背景技术
如说明书附图1所示，根据翻斗式雨量传感器的工作原理其必然存在的固有缺陷为，当水滴注好一斗，达到临界平衡状态的时候，翻斗失去平衡产生翻转，翻转过程中。此时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，称之为动态损失，即动态误差。很明显，对于单翻斗，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。
传统的雨量校准仪，一般采用一个标准球，里面装有固定容量的水，将这个球体的水流出，此为固定的降雨量，通过控制流量，以模拟不同的雨量大小，但因为随着标准球的水位变化，其流量会逐步减小，实际上无法获得恒定的降雨量，使得通过这种方法来分析误差实际上精确度有限。
发明内容
为了解决现有技术存在的缺陷和不足的问题，本发明提出一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法及装置，旨在低成本地获得模拟恒定雨量的实现方案。
本发明具体采用以下技术方案：
一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法，其特征在于：在储水容器上设置注水口位于高位的注水管，出水口位于低位的溢水管和出水管，其中，所述溢水管的溢水高度可调，出水管上设置有电磁阀；
在进行降雨模拟时，不通过控制所述电磁阀的开度，而是通过将溢水管的溢水高度锁定在H0且控制注水管的注水量使水位高度不低于H0，以模拟恒定雨强。
进一步地，在需要调节模拟恒定雨强的出水流量时，不通过控制所述电磁阀的开度，而是通过调节溢水管的溢水高度H0，并依据公式
Figure BDA0003619205660000011
根据需要的流量Q确定H0的大小，其中，
Figure BDA0003619205660000012
g是常量，A是出水口的截面积。
进一步地，在待测翻斗式雨量传感器的下方设置有集水盆和电子秤，用于计算获得模拟总降雨量的值。
一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的装置，其特征在于：在储水容器上设置注水口位于高位的注水管，出水口位于低位的溢水管和出水管，其中，所述溢水管的溢水高度可调，出水管上设置有电磁阀；待测翻斗式雨量传感器的翻斗设置在出水口下方；在所述待测翻斗式雨量传感器的下方设置有集水盆和电子秤，用于计算获得模拟总降雨量的值。
进一步地，所述注水管从下往上伸入储水容器；所述溢水管采用软管安装在可升降支架上，与储水容器的连通部位于低位，溢水口高度通过调节可升降支架进行调整。
本发明及其优选方案以较低成本即实现了模拟恒定雨量，使翻斗式雨量传感器的精度校准精确性显著提升，无需再通过曲线拟合等较复杂方案克服标准球测试雨量不恒定的固有缺陷，且模拟雨量大小的调节相对调整阀门开度的方案更为精确，具备很高的实用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为翻斗式雨量传感器动态损失产生原理示意图；
图2为本发明实施例装置结构和工作原理示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图2所示，本实施例提供的能够模拟恒定雨强的储水罐设计有一个可以调节高度的溢水口(出水口上面同时刻有刻度)，同时从底部穿上一根进水管，进入的水可以沿着外管壁流到储水罐，可以调节进水的流量比最大雨量所需的流量略大。在储水罐的底部则设计有一个出水口，由于出水口距离上水面为恒定，那么出水的压力就可以保持恒定，那出水的流量就可以保持稳定。出水口位置同时装有一个电磁阀起开关或备用调节流量的作用。
同时，为了获得模拟总降雨量的值，在翻斗式雨量传感器下方设置有一个储水盆，同时准备有一个电子秤。即可实时获得总雨量的质量。
为进行进一步的设计和分析，进行下列计算：
首先，列1-1(溢水高度)、2-2(出水口处)断面的能量方程：
Figure BDA0003619205660000031
Figure BDA0003619205660000032
以左式作为水头H0：
Figure BDA0003619205660000033
有流速
Figure BDA0003619205660000034
对于锐缘进口的管嘴，ζ＝0.5，
Figure BDA0003619205660000035
可以获得流量
Figure BDA0003619205660000036
的方程。
本实施例以特大雨雨量为u＝6mm/min＝10-4m/s为例进行模拟推算：
假设受雨口径为直径为125mm的圆，那受雨面积：
s＝πr2＝3.14×62.52×10-6＝1.2265625×10-2m2
则流到翻斗的流量为Q＝uS＝10-4×1.2265625×10-2＝1.2265625×10-6m3/s
如果有本实施例所提供的设备来模拟降雨，根据：
Figure BDA0003619205660000037
设H0＝400mm
那么有：
Figure BDA0003619205660000038
假设出水口管径为d，
Figure BDA0003619205660000039
Figure BDA0003619205660000041
也就是出水口的管径设计为0.15mm是一个可以实现高精度模拟的优选值。
根据公式
Figure BDA0003619205660000042
因为
Figure BDA0003619205660000043
g是常量，可以看出只有两个途径来改变流量，一个是通过改变出水口的截面积A，另一个是改变H0，通过以上计算，可以根据需要比较轻易的将出水口管径做到比较准确的0.15mm，但是，在现有技术的基础上，很难低成本地通过改变出水口的面积来精确改变流量，因为0.15mm是一个比较小的尺寸，这么小的尺寸要来改变，要求阀门的精度很高，所以这实现起来很有难度。
所以本实施例设计为采用改变水头H0，来改变出水流量，从而能轻易的得到精确的模拟降雨量。
在此基础上，具体的翻斗式雨量传感器精度校准实验中，将溢水口调到一个适当的位置，打开电磁阀，水就模拟下雨从出水口位置流到雨量传感器，由于雨量传感器具有计时与自动计算翻斗翻转的次数功能，通过单片机等控制器的连接，可以使电磁阀打开的同时，计时与计数开始，可以设定次数为n＝100次的时候，自动将电磁阀切断，同时读取总共用时T，并且通过电子秤，测量出水的总重量m。
ρπD2H＝m
其中ρ为水的密度，单位为g/mm3，水的密度为0.001g/mm3
D为雨量传感器集水口直径，单位：mm
H为降雨高度，单位：mm
所以：
Figure BDA0003619205660000044
对应的每一斗降雨高度为
Figure BDA0003619205660000045
每一斗对应的时间是
Figure BDA0003619205660000046
之后，可以调节水头H0，根据公式
Figure BDA0003619205660000047
从小雨到大雨，依次测量出一系列的数组(t1,h1)，(t2,h2)，......，(tn,hn)
这样就能精确的得出，翻转一斗所用的时间，同时得出一个对应的精确的降雨量的数值。
通过将溢水管(软管)安装在(电动)升降调节支架上，能够更方便地完成上述的调节和控制。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法及装置，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法，其特征在于：在储水容器上设置注水口位于高位的注水管，出水口位于低位的溢水管和出水管，其中，所述溢水管的溢水高度可调，出水管上设置有电磁阀；
在进行降雨模拟时，不通过控制所述电磁阀的开度，而是通过将溢水管的溢水高度锁定在H0且控制注水管的注水量使水位高度不低于H0，以模拟恒定雨强。
2.根据权利要求1所述的翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法，其特征在于：在需要调节模拟恒定雨强的出水流量时，不通过控制所述电磁阀的开度，而是通过调节溢水管的溢水高度H0，并依据公式
Figure FDA0003619205650000011
根据需要的流量Q确定H0的大小，其中，
Figure FDA0003619205650000012
g是常量，A是出水口的截面积。
3.根据权利要求1或2所述的翻斗式雨量传感器进行精度校正的方法，其特征在于：在待测翻斗式雨量传感器的下方设置有集水盆和电子秤，用于计算获得模拟总降雨量的值。
4.一种翻斗式雨量传感器进行精度校正的装置，其特征在于：在储水容器上设置注水口位于高位的注水管，出水口位于低位的溢水管和出水管，其中，所述溢水管的溢水高度可调，出水管上设置有电磁阀；待测翻斗式雨量传感器的翻斗设置在出水口下方；在所述待测翻斗式雨量传感器的下方设置有集水盆和电子秤，用于计算获得模拟总降雨量的值。
5.根据权利要求4所述的翻斗式雨量传感器进行精度校正的装置，其特征在于：所述注水管从下往上伸入储水容器；所述溢水管采用软管安装在可升降支架上，与储水容器的连通部位于低位，溢水口高度通过调节可升降支架进行调整。
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