CN210465731U - 一种磁致伸缩式雨量计 - Google Patents

Abstract

一种磁致伸缩式雨量计，属于降雨量测量仪器。以截面积为314.16cm²的承雨口承接降水，将人工雨量器的储水瓶、计量量筒、底筒三者合并为等直径的雨量筒，在雨量筒上设置磁致伸缩传感器、电动排水装置和采集控制器，实现降雨量自动观测及排水，使仪器分辨力达到0.1～0.01mm,雨强范围拓展至（0～30mm）/min。进一步将雨量筒截面积缩小至314.16cm²/n，可使本仪器的分辨力获得n倍抬升；加装感雨开关，能有效节能并准确测定降雨起止时间；将永磁浮子改进为三维导向式浮盘，可减小测量盲区并提高仪器灵敏度和稳定性。在雨强范围、分辨力、准确度、稳定性、可靠性、恶劣气候环境适应性、安装调试等方面，本仪器均优于现有仪器。

Description

一种磁致伸缩式雨量计

技术领域

本实用新型涉及一种雨量器，特别是一种磁致伸缩式雨量计，属于降雨量测量仪器。

背景技术

目前，人们用于降雨的观测仪器包括有：人工观测式雨量器、翻斗式雨量计、虹吸式雨量计、称重式雨量计和数字浮子式雨量计；上述5种形式的测雨仪器在构造、工作原理上各有不同，在技术性能上也各有优劣。

①人工观测式雨量器包括：Φ200内径承雨口，容量为200ml-2500ml储水瓶，构造简单，制造成本低，测量可信度高，容积大（60mm-80mm),适用雨强范围宽≤30mm/min。其缺点是无电信输出，不能用于遥测，并且人工观测站和驻守的人工成本很高，无法满足社会发展的需求。

②翻斗式雨量计构造简单，制造成本低。但其准确度、雨强适用范围远不及人工观测雨量器和虹吸式雨量计。在大风环境下，无降雨会产生误报，有降雨会产生错报，稳定性差，并且现场校准仪器困难。

③虹吸式雨量计包括：Φ200承雨口、储水瓶、浮子室、浮子、笔档、自记笔、自记钟、虹吸管等。构造复杂，维护成本高，可靠性差，无电信号输出，只能用于人工值守站，会产生漏测、漏记，不能用于遥测。

④称重式雨量计构造特征是：以ø200承雨口，储水瓶，称重式传感器为降雨量基本观测器具，以双电磁阀和采集控制器作为进、排水自动控制装置和信息自动采集装置。构造复杂、成本高，称重传感器存在非线性及温度漂移，可靠性差而未能推广应用。

⑤数字浮子式雨量计为浮子机械虹吸式雨量计的升级版，其构造特征为以ø200承雨口、浮子筒、虹吸排水管、旋转编码器、浮子、测轮、悬索、平衡锤、电磁铁、采集控制器等设备，实现降水量、降水过程的自动观测；浮子筒水位传感器是旋转式编码器，并须配装测轮、测量缆绳、浮子和平衡锤，其构造复杂；旋转编码器存在转动摩阻，测量灵敏度受制约，测轮上悬挂浮子缆绳及重锤，缆绳可能出现掉线，其工作可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种磁致伸缩式雨量计，解决以上现有仪器的缺陷和不足之处，在降雨量量程、雨强范围、分辨力、准确度、稳定性、可靠性、恶劣大风沙尘气候环境适应性、出厂检验、现场安装调整检验的方便等，均优于现有观测仪器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：雨量计包括：承雨口部件、常开电动阀、感雨开关、雨量筒、筒盖法兰、磁致伸缩传感器、采集控制器、电动排水装置和定位支架；承雨口部件安装在筒盖法兰的上方，筒盖法兰安装于雨量筒的上方，磁致伸缩传感器安装在筒盖法兰上；承雨口部件的承雨口漏斗与雨量筒水路连通；在水路中串接感雨开关和常开电动阀，常开电动阀与采集控制器的驱动控制电路电连接，采集控制器安装于筒盖法兰上；定位支架位于雨量筒的底部，磁致伸缩传感器的探测杆的底端和电动排水装置的排水管的底端安装在定位支架上。

所述的承雨口部件包括：Φ200承雨口、承雨口支筒、滤网和漏斗；在Φ200承雨口的下方为承雨口支筒，承雨口支筒底部安装滤网，在滤网的出口部位装有漏斗。

所述的雨量筒是兼有储水、计量和支承功能的防腐蚀金属或工程塑料雨量筒；雨量筒中预置h₀高度的底水。

所述的磁致伸缩传感器包括：探测电路、防护壳、探测杆、波导丝和永磁浮子；其探测电路安装在探测杆的上端，探测杆垂直位于雨量筒中，防护壳套装在探测电路的外面，波导丝垂直穿入探测杆中，永磁浮子套装在探测杆上，并漂浮于h₀高度的底水水面上。

所述的永磁浮子，是永磁金属浮球；或者永磁浮子是导向式永磁浮盘；所述的导向式永磁浮盘的直径Φ2大于浮球Φ1的直径；导向式永磁浮盘的高度h₂小于等于永磁金属浮球的高度h₁；导向式永磁浮盘的边缘设置有与排水管形状、尺寸相适配的导向槽k。

所述的采集控制器包括中央处理单元、存储单元、时钟单元、驱动控制单元和I/O接口单元；存储单元、时钟单元、驱动控制单元和I/O接口单元均与中央处理单元连接，磁致伸缩传感器的探测电路通过I/O接口单元与中央处理单元电连接，驱动控制单元的输出端与排水泵电连接，将采集控制器的构件封装为一体，并安装在筒盖法兰上。

所述的电动排水装置采用自吸泵排水；或者采用潜水泵排水；或者采用常闭电动阀排水；

当采用自吸泵排水时，包括：自吸泵、自吸泵排水管、自吸泵出水管和排水孔；自吸泵安装与筒盖法兰上，自吸泵排水管垂直安装于筒盖法兰上，并向下延伸至雨量筒底部，自吸泵出水管与自吸泵的出水口水路连通，并且在位于雨量筒4h₀高度的底水位置上设置排水孔；通过自吸泵排水管抽水再经过自吸泵出水管将水排出筒外；

当采用潜水泵排水时，潜水泵安装于雨量筒底部，通过潜水泵排水管经过潜水泵出水管将水排出至雨量筒外；

当采用常闭电动阀装置时，在雨量筒的底部安装电动阀排水管、常闭电动阀和电动阀出水管。

所述的感雨开关包括：小漏斗、感雨翻斗、支架、排水口、翻斗永磁铁、干簧管开关和翻斗支承；在支架内有翻斗支承，在翻斗支承的上端有感雨翻斗，在支架和底部有排水口，在感雨翻斗以及支架相对应的侧壁上分别连接有翻斗永磁铁和干簧管开关；在支架的上端有小漏斗，小漏斗的出水口位于感雨翻斗的上方；所述的小漏斗与承雨口部件的漏斗水路连接，其排水口穿越筒盖法兰与雨量筒水路连接；所述的干簧管开关与采集控制器电路连接。

上述方案中导向式永磁浮盘的直径Φ2大于浮球Φ1的直径，使磁致伸缩传感器的灵敏度大大提高；导向式永磁浮盘的高度h₂小于等于永磁金属浮球的高度h₁，减小了磁致伸缩传感器的测量盲区；导向式永磁浮盘的边缘设置有与排水管形状、尺寸相适配的导向槽k，有效防止了永磁浮盘发生偏摆，提高了测量的稳定性和可靠性；干簧管开关与采集控制器电路连接，能够准确的记录降雨的起止时间，节约能源；保持雨量筒、探测杆、排水管的轴心相互平行，能够防止探测杆在雨量筒内部发生偏摆，使结构更加稳定，提高了测量仪器的稳定性及可靠性。

积极效果：

（1）磁致伸缩式传感器自身的分辨力在0.1～0.01mm测量观测雨量筒中的水位高度，与人工观测降雨分辨力0.05mm相比，磁致伸缩传感器的分辨力更高，同时也高于JFZ-01等自动测雨仪器。以杆式细直径、等直径的大直径的大容量雨量筒作为储水瓶，使雨量筒兼有计量和支承功能，能有效减小风阻，提高测量仪器的稳定性及可靠性，并提高测量仪器的分辨力，有效提高了雨量计的测量分辨力和准确度。

（2）以磁致伸缩传感器用作降雨量测量，其水位变率允许达到400mm/min，这等同于在计量桶口径和承雨口径相同的情况下，以磁致伸缩传感器测量雨量量筒的雨强可承受400mm/min的雨强，远远优于翻斗式和其他形式的雨量计。

（3）本实用新型方案的磁致伸缩传感器的构造简单，只有其探测杆和永磁浮子伸入雨量量筒中，比其他浮子式雨量计的旋转式水位编码器的转轴测轮、浮子、测量缆、平衡锤机构更为简单，更可靠。

（4）磁致伸缩传感器的封装等级为IP-68, 而旋转编码器的封装等级只有IP-65。因此，本实用新型方案的防护性能和可靠性等级更为优良。

（5）与翻斗雨量计相比，本实用新型磁致伸缩雨量计的出厂检测和现场检测设备仪器更简单，检测方法更简便，更快、更省时。只需用标准雨量量筒或者用标准球量取定量的清水注入仪器承雨口，然后观测仪器输出值，两者相比对进行校准。

（6）本实用新型方案对严酷气候的适应性强，在大风、及沙尘降雨条件下，仍能稳定可靠的工作，其他降水仪器，尤其是翻斗式雨量计则不能适应。

（7）本实用新型仪器的日常维护更简单，方便。

（8）本实用新型技术方案的永磁性浮子可改造为大直径、低高度的永磁性浮盘，进一步提高仪器的稳定性，并减小测量盲区。

综上所述，本实用新型方案雨强范围、分辨力、准确度、稳定性、可靠性、恶劣大风沙尘气候环境适应性、出厂检验、现场安装调整检验的简单、方便等方面均优于现有降雨量观测仪器。达到了本实用新型的目的。

优点：以截面积为314.16cm²的承雨口承接降水，将人工雨量器的储水瓶、计量量筒、底筒三者合并为等直径的雨量筒，在雨量筒上设置磁致伸缩传感器、电动排水装置和采集控制器，实现降雨量自动观测及排水，使仪器分辨力达到0.1～0.01mm，雨强范围拓展至（0～30mm）/min；进一步将雨量筒截面积缩小至314.16cm²/n，可使本仪器的分辨力获得n倍抬升；加装感雨开关，能有效节能并准确测定降雨起止时间；将永磁浮子改进为三维导向式浮盘，可减小测量盲区并提高仪器灵敏度和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型磁致伸缩雨量器的构造图。

图2为本实用新型磁致伸缩雨量器的电动排水装置为自吸泵电动排水装置构造图。

图3为本实用新型磁致伸缩雨量器的电动排水装置为潜水泵电动排水装置构造图。

图4为本实用新型磁致伸缩雨量器的电动排水装置为常闭电动阀排水装置构造图。

图5为本实用新型磁致伸缩雨量器的常开电动阀的安装构造图。

图6为本实用新型磁致伸缩雨量器的感雨开关的安装构造图。

图7为本实用新型磁致伸缩雨量器的永磁浮球构造图。

图8为本实用新型磁致伸缩雨量器的三维导向永磁导向浮盘构造图。

图9为本实用新型磁致伸缩雨量器的三维导向永磁导向浮盘俯视构造图。

图10为本实用新型磁致伸缩雨量器的定位支架构造图。

图11为本实用新型磁致伸缩雨量器的定位支架俯视构造图。

图12为本实用新型磁致伸缩雨量器的感雨开关构造图。

图13为本实用新型磁致伸缩雨量器的采集控制器的电连接图。

图中，1、承雨口部件；2、常开电动阀；3、感雨开关；4、雨量筒；5、筒盖法兰6、磁致伸缩传感器；7、采集控制器；8、电动排水装置； 9、定位支架。

1-1、Φ200承雨口；1-2、承雨口支筒；1-3、滤网；1-4、漏斗。

3-1、小漏斗、3-2、感雨翻斗；3-3、支架；3-4、排水口；3-5、翻斗永磁铁；3-6、干簧管开关；3-7、翻斗支承。

6-1、探测电路；6-2、防护壳；6-3、探测杆；6-4、波导丝；6-5：永磁浮子；6-5-1、永磁金属浮球；6-5-2、导向式永磁浮盘。

7-1、中央处理单元；7-2、存储单元；7-3、时钟单元；7-4、驱动控制单元；7-5、I/O接口单元。

8-1、自吸泵；8-2、自吸泵排水管；8-3、自吸泵出水管；8-4、排水孔；8-5、潜水泵；8-6、潜水泵排水管；8-7、潜水泵出水管；8-8、常闭电动阀；7-9、电动阀排水管；8-10、电动阀出水管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进一步说明：

实施例1：雨量器包括：承雨口部件1、雨量筒4、筒盖法兰5、磁致伸缩传感器6、采集控制器7、电动排水装置8、感雨开关3、常开电动阀2和定位支架9；承雨口部件1安装在筒盖法兰5的上方，筒盖法兰5安装于雨量筒4的上方，磁致伸缩传感器6安装在筒盖法兰5上；导水管2穿过筒盖法兰5与承雨口部件1的承雨口漏斗1-4、雨量筒4水路连通；在导水管2的水路中串接感雨开关3和常开电动阀2，常开电动阀2与采集控制器7的驱动控制电路电连接，采集控制器7安装于筒盖法兰5上；定位支架9位于雨量筒4的底部，磁致伸缩传感器6的探测杆6-3的底端和电动排水装置8的排水管8-2的底端安装在定位支架9上。

所述的承雨口部件1包括：Φ200承雨口1-1、承雨口支筒1-2、滤网1-3和漏斗1-4；在Φ200承雨口1-1的下方为承雨口支筒1-2，承雨口支筒1-2底部安装滤网1-3，在滤网1-3的出口部位装有漏斗1-4。

所述的雨量筒4是杆式细直径等直径的大容积雨量筒，兼有储水、计量和支承功能的防腐蚀金属或工程塑料雨量筒；雨量筒中预置h₀高度的底水。

所述的磁致伸缩传感器6包括：探测电路6-1、防护壳6-2、探测杆6-3、波导丝6-4和永磁浮子6-5；其探测电路6-1安装在探测杆6-3的上端，探测杆6-3垂直位于雨量筒4中，防护壳6-2套装在探测电路6-1的外面，波导丝6-4垂直穿入探测杆6-3中，永磁浮子6-5套装在探测杆6-3上，并漂浮于h₀高度的底水水面上。

所述的永磁浮子6-5，是永磁金属浮球6-5-1；或者永磁浮子6-5是导向式永磁浮盘6-5-2；所述的导向式永磁浮盘6-5-2的直径Φ2大于浮球Φ1的直径，磁致伸缩传感器6的灵敏度会大大提高。导向式永磁浮盘6-5-2的高度h₂小于等于永磁金属浮球6-5-1的高度h₁，这样可以减小磁致伸缩传感器6的测量盲区。导向式永磁浮盘6-5-2的边缘设置有与排水管8-2形状、尺寸相适配的导向槽k，防止永磁浮盘6-5-2发生偏摆，提高了测量的稳定性和可靠性。

所述的采集控制器7包括中央处理单元7-1、存储单元7-2、时钟单元7-3、驱动控制单元7-4和I/O接口单元7-5；存储单元7-2、时钟单元7-3、驱动控制单元7-4和I/O接口单元7-5均与中央处理单元7-1连接，磁致伸缩传感器的探测电路6-1 通过I/O接口单元7-5与中央处理单元7-1电连接，驱动控制单元7-4的输出端与排水泵8-1电连接，将采集控制器7的构件封装为一体，并安装在筒盖法兰5上。

所述的电动排水装置8采用自吸泵8-1排水；或者采用潜水泵8-5排水；或者采用常闭电动阀8-8排水；

当采用自吸泵8-1排水时，包括：自吸泵8-1、自吸泵排水管8-2、自吸泵出水管8-3和排水孔8-4；自吸泵8-1安装与筒盖法兰5上，自吸泵排水管8-2垂直安装于筒盖法兰5上，并向下延伸至雨量筒4底部，自吸泵出水管8-3与自吸泵8-1的出水口水路连通，并且在位于雨量筒4h₀高度的底水位置上设置排水孔8-4；通过自吸泵排水管8-2抽水再经过自吸泵出水管8-3将水排出筒外；

当采用潜水泵8-5排水时，潜水泵8-5安装于雨量筒4底部，通过潜水泵排水管8-6经过潜水泵出水管8-7将水排出至雨量筒4外；

当采用常闭电动阀装置8-8时，在雨量筒4的底部安装电动阀排水管7-9、常闭电动阀8-8和电动阀出水管8-10。

所述的感雨开关3包括：小漏斗3-1、感雨翻斗3-2、支架3-3、排水口3-4、翻斗永磁铁3-5、干簧管开关3-6和翻斗支承3-7；

在支架3-3内有翻斗支承3-7，在翻斗支承3-7的上端有感雨翻斗3-2，在支架3-3和底部有排水口3-4，在感雨翻斗3-2以及支架3-3相对应的侧壁上分别连接有翻斗永磁铁3-5和干簧管开关3-6；在支架3-3的上端有小漏斗3-1，小漏斗3-1的出水口位于感雨翻斗3-2的上方；所述的小漏斗3-1与承雨口部件的1漏斗1-4水路连接，其排水口3-4穿越筒盖法兰5与雨量筒4水路连接；所述的干簧管开关3-6与采集控制器7电路连接。可以准确的记录降雨的起止时间，节约能源。

所述的常开电动阀2串接在导水管上，所述的导水管连接在承雨口部件1中的漏斗1-4出水口与雨量筒4与之间，并且常开电动阀2与采集控制器7的驱动控制单元7-4电连接。

所述的定位支架9的尺寸、形状与雨量筒4的内径相适配，保持雨量筒4、探测杆6-3、排水管8-2的轴心相互平行。防止探测杆6-3在雨量筒内部发生偏摆，使结构更加稳定，提高了测量仪器的稳定性及可靠性。

所述的永磁浮子6-5是永磁金属浮球6-5-1。

电动排水装置8为自吸泵电动排水装置8-1。

磁致伸缩雨量器的感雨方法：

（1）降雨时，雨水经承雨口部件1注入雨量筒4中，雨量液位从h₀逐渐升高；

（2）雨量液位推动永磁浮子6-5随雨量液位升高而逐渐升高；

（3）探测电路 8-1在波导丝6-4上加一个大电流窄脉宽的脉冲，该脉冲沿着波导丝6-4以电磁波波速传播；

（4）在脉冲的作用下，在波导丝6-4周围产生一个垂直于波导丝的环向磁场；

（5）环向磁场与永磁浮子6-5内的磁场相遇时，相互叠加产生螺旋形磁场，螺旋形磁场使波导丝6-4产生瞬时扭转变形，形成扭转波，该扭转波以恒定的超声波波速沿着波导丝6-4向两端传播；

（6）当扭转回波沿波导丝6-4传播到顶端时，探测电路 8-1感应到扭转回波脉冲；

并计算发射脉冲与接收到的回波脉冲之间的时间差来确定当前水位值的变化量。

雨量筒4的设计与计算方法：以杆式细直径等直径的大容积雨量筒作为储水瓶，使雨量筒兼有计量和支承功能，能有效的减少风阻，提高测量仪器的稳定性及可靠性，并提高测量仪器的分辨力；具体方法：

（1）雨量筒4的截面积S_T与承雨口1-1的截面积S₀之比成比值关系，其比值系数n的表达式为：n=S₀/S_T，式中：S₀为314.16 cm²；

（2）在同等的容量下，采用细直径的雨量筒时，雨量筒4的有效高度(H_MAX-H₀)应加长至n倍，探测杆6-3按同等比例加长至n倍；

（3）雨量计的测量分辨力是磁致伸缩传感器的示值分辨力的1/n，雨量计的测量误差限也仅为磁致伸缩传感器6的测量误差限的1/n；

（4）n的大小可在1-25之间选取。

实施例2：所述的永磁浮子6-5是导向式永磁浮盘6-5-2。

电动排水装置8为潜水泵电动排水装置8-5。

其他与实施例1同。

实施例3：所述的电动排水装置8为常闭电动阀排水装置8-8。

其他与实施例1同。

Claims (6)

1.一种磁致伸缩式雨量计，雨量计包括：承雨口部件，其承雨口部件包括：Φ200承雨口；承雨口支筒、滤网、漏斗；其特征是：还包括常开电动阀、感雨开关、雨量筒、筒盖法兰、磁致伸缩传感器、采集控制器、电动排水装置；筒盖法兰安装于雨量筒的上方，常开电动阀和感雨开关水路串接于承雨口部件和雨量筒之间，磁致伸缩传感器安装在筒盖法兰上；采集控制器和电动排水装置安装于筒盖法兰上；常开电动阀与采集控制器的驱动控制电路电连接，所述的雨量筒是兼有储水、测量功能的等直径筒；所述的磁致伸缩传感器包括：探测电路、防护壳、探测杆、波导丝和永磁浮子；探测电路位于探测杆的上端，探测杆垂直位于雨量筒中，防护壳套装在探测电路的外面，波导丝垂直穿入探测杆中，永磁浮子套装在探测杆上，并漂浮于雨量筒内h₀高度的底水水面上。

2.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩式雨量计，其特征是：所述的永磁浮子，是永磁金属浮球；或者永磁浮子是导向式永磁浮盘；所述的导向式永磁浮盘的直径大于永磁金属浮球的直径；导向式永磁浮盘的高度h₂小于等于永磁金属浮球的高度h₁；导向式永磁浮盘的边缘设置有与排水管形状、尺寸相适配的导向槽k。

3.权利要求1所述的一种磁致伸缩式雨量计，其特征是：在雨量筒的底部设置定位支架，所述的定位支架的尺寸、形状与雨量筒的内径相适配，保持雨量筒、探测杆、排水管的轴心相互平行。

4.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩式雨量计，其特征是：所述的电动排水装置采用自吸泵排水，或者采用潜水泵排水，或者采用常闭电动阀排水；

当采用自吸泵排水时，包括：自吸泵、自吸泵排水管、自吸泵出水管和排水孔；自吸泵安装于筒盖法兰上，自吸泵排水管垂直安装于筒盖法兰上，并向下延伸至雨量筒底部，自吸泵出水管与自吸泵的出水口水路连通，并且在位于雨量筒内h₀高度的底水位置上设置排水孔；通过自吸泵排水管抽水再经过自吸泵出水管将水排出筒外；

当采用潜水泵排水时，潜水泵安装于雨量筒底部，通过潜水泵排水管经过潜水泵出水管将水排出至雨量筒外；

当采用常闭电动阀装置时，在雨量筒的底部安装电动阀排水管、常闭电动阀和电动阀出水管。

5.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩式雨量计，其特征是：所述的感雨开关包括：小漏斗、感雨翻斗、支架、排水口、翻斗永磁铁、干簧管开关和翻斗支承；在支架内有翻斗支承，在翻斗支承的上端有感雨翻斗，在支架和底部有排水口，在感雨翻斗以及支架相对应的侧壁上分别连接有翻斗永磁铁和干簧管开关；在支架的上端有小漏斗，小漏斗的出水口位于感雨翻斗的上方；所述的小漏斗与承雨口部件的漏斗水路连接，其排水口穿越筒盖法兰与雨量筒水路连接；所述的干簧管开关与采集控制器电路连接。

6.据权利要求1所述的一种磁致伸缩式雨量计，其特征是：所述的采集控制器包括中央处理单元、存储单元、时钟单元、驱动控制单元和I/O接口单元；存储单元、时钟单元、驱动控制单元和I/O接口单元均与中央处理单元连接，磁致伸缩传感器的探测电路通过I/O接口单元与中央处理单元电连接，驱动控制单元的输出端与排水泵电连接。

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