JP2005091202A - 雨量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 水あるいは不凍液を用いることなく雪を溶融させて雨量を計測する。
【解決手段】 雨水をロートで受け、該ロートから排出された雨水を下方に配置された転倒升に導くことにより降雨量を計測する雨量計であって、ロートを加熱する電気ヒータと、ロートの目標温度を設定する目標温度設定部と、ロートの温度を実温度として検出する温度センサと、実温度と目標温度との誤差に基づいて電気ヒータを制御するＰＩＤ制御器とを具備する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、雨量を計測する雨量計に関する。

例えば特開２００３−８４０７７号公報には、転倒升方式の雨量計が開示されている。この雨量計は、所定量の雨水が溜まると左右に交互に転倒する転倒升の転倒回数に基づいて雨量を計測するものであり、上記転倒升及び当該転倒升に雨水を導く漏斗を備えた計量部と、該計量部を固定する台座と、計量部を覆うように台座に着脱自在に取り付けられると共に中空円筒状の外筒などから構成されている。このような雨量計では、上記外筒の上部開放端から雨水を漏斗内に取り込み、該漏斗から雨水を転倒升に滴下することによって雨量を計測する。

このような雨量計は各地の雨量計測に供されるが、寒冷地で用いられる雨量計は、冬場において雪を雨量として計測する必要があるため、上記漏斗内の雪を加熱して雨水化するための加熱機能を備えている。この加熱機能は、例えばヒータによって加熱した水あるいは不凍液の潜熱容量によって漏斗を加熱するというものである。このような加熱機能によって、雨量計の低温環境下での計測性能が保証されている。なお、このような加熱機能は、低温環境下での計測性能を保証するための一環として、計量部（特に機械的な可動部である転倒升）が凍結して動作不良（転倒不良）となることを防止する。
特開２００３−８４０７７号公報

ところで、上記従来の加熱機能では所望の潜熱容量を確保するために所定量の水あるいは不凍液を雨量計に蓄える必要があり、この水あるいは不凍液によって雨量計の重量が重くなるという問題点がある。また、近年高まっている環境問題に配慮した場合、不凍液の使用は好ましくない。
さらに、従来の加熱機能は、精密な温度制御を行えるものではないため、雨量の計測精度に支障を来たすことが懸念される。すなわち、加熱機能による加熱によって雨水が一部蒸発するため、これによって正確な雨量を計測し得ない事態が生じ得る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）水あるいは不凍液を用いることなく雪を溶融させて雨量を計測する。
（２）より精密な温度制御によって寒冷地における雨量計測の精度を確保する。

上記目的を達成するために、本発明では、雨水をロートで受け、該ロートから排出された雨水を下方に配置された転倒升に導くことにより降雨量を計測する雨量計において、前記ロートを加熱する電気ヒータと、前記ロートの目標温度を設定する目標温度設定部と、前記ロートの温度を実温度として検出する温度センサと、前記実温度と目標温度との誤差に基づいて電気ヒータを制御するＰＩＤ制御器とを具備する、という手段を採用する。

このような手段によれば、電気ヒータを用いてロートを加熱するので、水あるいは不凍液を用いることなく雪を溶融させて雨量を計測することが可能となる。
また、ＰＩＤ制御器を用いることにより実温度と目標温度との誤差に基づいて上記電気ヒータをフィードバック制御するので、ロートの温度制御を精密に行うことが可能であり、したがって冬場における雨量計測の精度を確保することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

図1は本雨量計の正面図、図２は、この正面図におけるＡ矢視図である。これらの図において、符号１は台座、２は外筒、２ａはロート（漏斗）、２ｂはシリコンラバーヒータ（電気ヒータ）、３は脚、４はろ水器、５は転倒升、６は回路基板、７は支柱、８は支持板、９はシリコンラバーヒータ、１０は温度センサである。

本雨量計は、円板状に形成されると共に下面に脚３が取り付けられた台座１と、当該台座１上に固定された計量部と、該計量部を収納するように台座１に着脱自在に装着される円筒状の外筒２とから構成されている。上記計量部は、支持具によって転倒自在に支持されると共に左右に所定容積の升部５ａ，５ｂが形成された転倒升５、当該転倒升５の上方から雨水をろ過して供給するろ水器４、及び転倒升５の転倒を電気的に検出するリードスイッチ等から構成されており、雨量を転倒升５の転倒として検出するものである。このような計量部の構成は、上述した公開公報に記載されているように周知である。

上記外筒２の内部には漏斗形状のロート２ａが備えられている。このロート２ａは、外筒２の上部開放端から浸入した雨水を集水してろ水器４に供給するためのものである。このようなロート２ａの外側面には、シリコンラバーヒータ２ｂが接着剤等を用いて密着固定されている。シリコンラバーヒータ２ｂは、可とう性を有する電気ヒータであり、上記ロート２ａを加熱することによってロート２ａ内の雪を溶融させるために、ロート２ａの外周面に沿って湾曲することによりロート２ａの各部位を均一に加熱する。また、脚３は、台座１の下面に等間隔で設けられている。この脚３は、本雨量計を外筒２の中心軸線が鉛直状態となる姿勢で固定設置するためのものである。

回路基板６には、上記計量部から入力される転倒升５の転倒回数を計測結果として外部に送信する計測処理回路、及びシリコンラバーヒータ２ｂ，９の温度制御を行う温度制御回路が実装されている。支柱７及び支持板８は上記シリコンラバーヒータ２ｂとは別に設けられたシリコンラバーヒータ９を支持するためのものである。支柱７は、図２に示すように台座１上に等間隔で３本立設されている。支持板８は、上記支柱７によって支持される円管状の薄板である。この支持板８は、上記ろ水器４を中心として当該ろ水器４の側方を取り囲むように配置されている。

シリコンラバーヒータ９は、上記シリコンラバーヒータ２ｂと同様に可とう性を有する電気ヒータであり、図２に示すように支持板８の外周面に沿って湾曲することにより上記ろ水器４の側方を取り囲むように配置されている。温度センサ１０は、上記ろ水器４の内側面つまり雨水が溜まる側の面に設けられている。

また、図３は、本雨量計におけるシリコンラバーヒータ２ｂ，９の制御構成を示すブロック図である。この制御構成における目標温度設定部１１、加算器１２及び制御部１３は上述した回路基板６上に設けられた温度制御回路を構成するものである。

目標温度設定部１１は、上記ろ水器４の目標温度（より正確にはろ水器４の内側面の目標温度）を設定して加算器１２に出力する。加算器１２は、この目標温度から温度センサ１０の検出温度を減算することにより誤差信号を生成して制御部１３に出力する。制御部１３は、例えばＰＩＤ制御器あるいはＰＩ制御器であり、上記誤差信号に基づいてシリコンラバーヒータ２ｂ，９への通電を制御する。

制御部１３による通電によってシリコンラバーヒータ２ｂ，９は発熱し、この結果ロート２ａ，９は加熱される。ロート２ａには外気温度つまり本雨量計の周囲温度が外乱として作用するので、ロート２ａの温度はシリコンラバーヒータ２ｂ、９による加熱温度と外気温度とによって規定されることになる。上記温度センサ１０は、このようなロート２ａ内に堆積した雪が主にシリコンラバーヒータ２ｂの発熱によって溶融し、ろ水器４内に滴下した水（雨水）の温度を検出し検出温度として加算器１２に出力する。

次に、このように構成された本雨量計の動作について詳しく説明する。
本雨量計は、外筒２の中心軸線が鉛直状態となる姿勢で屋外に設定される。したがって、降雨があった場合、雨水は外筒２の上方開放端から外筒２内に浸入し、さらにロート２ａによって集水されてろ水器４に供給される。そして、雨水は、ろ水器４によってろ過された後、転倒升５に供給される。

転倒升５は、降雨によってろ水器４から順次供給される雨水によって転倒する。すなわち、転倒升５は所定量の雨水が升部５ａあるいは升部５ｂに溜まる度に左右に転倒するので、転倒升５の転倒回数は雨量を示す情報となる。転倒升５の転倒動作はリードスイッチによって検出され、回路基板６上に設けられた計測処理回路は、上記リードスイッチの検出信号に基づいて転倒升５の転倒回数を計数し、雨量の計測結果として外部（例えば気象センター等）に送信する。

以上が本雨量計の主機能としての雨量計測動作であるが、本雨量計を寒冷地の特に冬場に機能させる場合には雪を雨量として計測する必要があるため、上記計測動作の間、ロート２ａからろ水器４に滴下した雨水は、以下のように一定温度（目標温度）となるように温度制御される。

すなわち、雪を雨量として計測するためにはロート２ａ内に降り積もる雪を雨水化して転倒升５に供給する必要がある。このためにロート２ａはシリコンラバーヒータ２ｂによって主に加熱され（シリコンラバーヒータ９によってもある程度加熱されるが）、この加熱の結果、ロート２ａ内の雪は溶融し雨水としてろ水器４に滴下するが、当該加熱は、雨量計測精度を低下させないために、雪を蒸発させないように行われなければならない。

このような背景から目標温度設定部１１によって設定される目標温度は、雪を十分な溶融速度で雨水化でき、かつ雪を蒸発させない温度として、例えば５°Ｃに設定される。
制御部１３は、このような目標温度と温度センサ１０によって検出されたろ水器４内の雨水の検出温度との差異が最小となるように、つまり加算器１２から入力される誤差信号の振幅が最小となるようにシリコンラバーヒータ２ｂ，９への通電を制御する。

この結果、ろ水器４内の雨水の実温度つまり温度センサ１０の検出温度は目標温度に維持される。外気に曝されているロート２ａには外気温度が外乱として直接作用するので、上記雨水の実温度は当該外気温度によって変動し得るが、この変動は温度センサ１０によって検出され、加算器１２を介して制御部１３に瞬時にフィードバックされる。そして、このような雨水の温度変動に対して、制御部１３は、応答性に優れたＰＩＤ制御器あるいはＰＩ制御器によって構成されているので、応答性良くシリコンラバーヒータ２ｂ，９への通電電流値を変更して、雨水の温度変動を瞬時に是正する。すなわち、雨水の実温度は、制御部１３によって外気温度の変動にも拘わらず目標温度に維持される。

このような本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）雨水の実温度を目標温度に維持し、この状態において雪を雨水化して雨量を精度良く計測することができる。したがって、従来のように水あるいは不凍液を用いることなく、寒冷地における精度の良い雨量測定を実現することができる。
（２）また、水あるいは不凍液を用いる必要がないため、雨量計の重量を軽量化することができる。
（３）水あるいは不凍液を用いる必要がないため、雨量計の取り扱いやメンテナンスを容易化することができる。水あるいは不凍液を用いる場合には雨量計の据付時に水あるいは不凍液を注水する必要があり、またメンテナンス時に水あるいは不凍液の液洩れチェックや交換等を行わなければならず取り扱い性が悪い。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、電気ヒータとして可とう性を有するシリコンラバーヒータ２ｂ，９を用いたが、本願発明はこれに限定されない。シリコンラバーヒータ２ｂは可とう性を有するが故に湾曲することによってロート２ａの外周面に全体的に密着することが可能であり、この結果としてロート２ａの温度制御性を高めることができるが、このようなシリコンラバーヒータ２ｂに代えて、例えば可とう性のない電気ヒータをロート２ａの外周面に所定間隔で複数配置するようにしても良い。

（２）また、上記実施形態ではシリコンラバーヒータ２ｂをロート２ａの外周面に密着させる一方、ろ水器４の側方をもシリコンラバーヒータ９で取り囲むように配置した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシリコンラバーヒータ９を削除しても良い。

（３）さらに、上記実施形態では目標温度を雪を十分な溶融速度で雨水化でき、かつ雪を蒸発させない温度として５°Ｃに設定したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、目標温度については、外気温度に応じて、つまり雨量計の据付場所や季節に応じて段階的に変更設定するようにしても良い。

本発明の一実施形態に係わる雨量計の正面図である。 上記正面図におけるＡ矢視図である。 本発明の一実施形態に係わる雨量計の制御構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…台座、２…外筒、２ａ…ロート、２ｂ…シリコンラバーヒータ（電気ヒータ）、３…脚、４…ろ水器、５…転倒升、６…回路基板、７…支柱、８…支持板、９…シリコンラバーヒータ（電気ヒータ）、１０…温度センサ、１１…目標温度設定部、１２…加算器、１３…制御部

Claims (3)

1. 雨水をロートで受け、該ロートから排出された雨水を下方に配置された転倒升に導くことにより降雨量を計測する雨量計であって、
   前記ロートを加熱する電気ヒータと、
   前記ロートの目標温度を設定する目標温度設定部と、
   前記ロートの温度を実温度として検出する温度センサと、
   前記実温度と目標温度との誤差に基づいて電気ヒータを制御するＰＩＤ制御器と
   を具備することを特徴とする雨量計。
2. ＰＩＤ制御器に代えてＰＩ制御器を用いることを特徴とする請求項１記載の雨量計。
3. 電気ヒータは、可とう性を有し、湾曲することによりロートの外周面に密着配置されるシリコンラバーヒータである、ことを特徴とする請求項１または２記載の雨量計。
   
   
   
   

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