KR20040012620A - 스트레인게이지식 로드셀과 티핑버킷을 이용한 강우량측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강우량 관측방법에 관한 것으로, 대기과학 및 토목 분야 등에서 요구하는 0.001 ㎝ 이하의 분해능으로 강우량과 강우강도를 정확하게 측정하기 위한 기술에 관한 것이다.

본 발명은 스트레인게이지식 로드셀 위에 티핑버킷을 설치하여, 강우량이 티핑버킷의 용량이 되기 전까지는 스트레인게이지식 로드셀에서 측정되는 전압 신호와, 티핑버킷 전도가 있을 때에는 펄스 신호로 강우를 관측하는 각각의 독립된 2 가지의 신호를 조합하여 액체인 강우량을 측정하는 구조이다.

본 발명은 0.001 cm 이하의 강우량을 무한 연속 측정 할 수 있다.

Description

스트레인게이지식 로드셀과 티핑버킷을 이용한 강우량 측정 방법 {The amount of rainfall measuring method using straingauge loadcell and tipping bucket}

본 발명은 스트레인게이지식 로드셀과 티핑버킷을 이용한 강우량 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스트레인게이지식 로드셀에 가해지는 중량에 따른 전압 신호와 티핑버킷의 전도에 의한 마그네틱 스위치의 접촉에 의한 전접 신호로 강우를 측정하는, 성질이 다른 각각의 독립된 신호를 조합하여 강우량을 연속적으로 측정하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 강우량 관측에는 티핑버킷이나, 스트레인게이지식 로드셀을 이용한측정방법이 있다. 티핑버킷 우량계의 경우, 강우량의 중량에 따라서 티핑버킷이 전도를 할 때 영구 자석에 의한 마그네틱스위치의 전접 신호의 횟수로부터 강우량을 산출하는데, 이때 우량의 계산 방법은 티핑버킷의 용량에 신호의 횟수를 곱하여 우량을 구하는 방법을 사용하고 있다. 중량식 우량계의 경우에는 강우량의 무게로부터 우량을 측정하는 방법을 사용하고 있다.

티핑버킷 우량계로 관측할 경우, 티핑버킷의 용량까지의 우량을 감지하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 강우량 0.05 cm (무게로 15.7 gram : 강우의 무게는 단면적 314 센치 제곱에 강우량의 곱으로 계산됨, 이때 물의 밀도는 1로 가정) 되는 티핑버킷 우량계의 경우 강우가 0.05 cm 가 되지 않을 경우엔 우량을 감지 할 수 없는 문제점이 있다. 중량식 우량계의 경우엔 강우를 측정하는 스트레인게이지식 로드셀의 무게 측정 한계로 인해, 20 cm 의 강우가 있을 경우엔 배수를 강제적으로 밸브를 조작해야 하는데, 배수가 되는 동안에는 강우량을 알 수 없는 문제점과 제작에 어려움이 있다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해소하기 위해 티핑버킷과 스트레인게이지식 로드셀을 이용하여 티핑버킷의 전도에 따른 전접신호와 스트레인 게이지식 로드셀에 가해진 중량에 비례한 출력 전압 신호를 조합하여 강우를 관측하는 방법에 관한 것으로 강우를 연속적으로 정확하게 측정하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 구성을 나타낸 정면도

1 : 영구자석 2 : 마그네틱스위치

3 : 마그네틱스위치 지지부 4 : 티핑버킷

5 : 티핑버킷 지지부 6 : 티핑버킷 리미터

7 : 티핑버킷 메카니즘 고정부 8 : 스트레인게이지식 로드셀

도 1은 수수구의 지름이 20 cm 인 우량계 내부에 설치하는 티핑버킷과 스트레인게이지식 로드셀을 조합한 강우측정 메카니즘으로 연구자석(1), 마그네틱스위치(2)에 의해 전접신호가 발생하며, 마그네틱스위치(2)의 무게가 스트레인게이지식 로드셀에 가해지지 않게 하기 위해 마그네틱스위치 지지부(3)을 설치하고, 티핑버킷(4)를 티핑버킷 지지부(5)에 설치를 하여 좌우 전도 운동을 할 수 있게 하고, 이때 티핑버킷의 전도 한계를 설정하는 티핑버킷 리미터(6)을 설치한다. 연구자석(1)과 티핑버킷(4)와 티핑버킷 지지부(5)와 티핑버킷 리미터(6)을 결합한 티핑버킷 메카니즘의 무게를 측정하기 위해 티핑버킷 메카니즘 고정부(7)을 로드셀(8)에 설치한 구조로 강우량을 연속 측정할 수 있는 구조를 특징으로 하고 있다.

실시 예로 1000 gram 까지 측정할 수 있는 스트레인게이지식 로드셀을 측정 분해능 0.1 gram인 데이터로가(신호 측정 및 기록기)에 연결하고 강우량 0.05 cm 급 자중 600 gram 의 티핑버킷을 로드셀 위에 올려놓고 600 gram을 0 gram 으로 영점 변환을 하여, 강우를 측정하는 경우 강우량이 0.05 cm (무게 15.7 gram : 강우의 무게는 단면적 314 센치 제곱에 강우량의 곱으로 계산됨, 이때 물의 밀도는 1로 가정) 이 될 때까지는 스트레인게이지식 로드셀에서 측정한 전압신호로 강우량을 측정하고, 15.7 gram 이상이 되어 티핑버킷이 전도를 하고 이때 영구자석에 의해 마그네틱스위치의 전접 신호에 의해 0.05 cm 의 강우를 측정하게 된다. 이때 티핑버킷 내부에 강우가 비워지고, 다시 강우가 0.05 cm 가 될 때 까지는 스트레인게이지식 로드셀에서 강우를 측정하게 된다. 이 동작은 연속 됨. 따라서 전접횟수에다 티핑버킷의 용량을 곱한 값에 로드셀에서 출력되는 강우 값을 더하면 현재의 정확한 우량 값을 산출하게 된다.

강우량 0.001 cm 는 무게로 0.314 gram 이 되고, 1000 gram의 로드셀에 분해능 0.1 gram 을 측정할 수 있는 데이터로가를 사용할 경우 최대측정 분해능은 0.001 cm 의 1/3.14 배가 되어, 약 0.0003 cm (유효자리수 소수 4자리)의 강우 분해능을 가지게 된다. 그리고 티핑버킷은 강우의 중량에 의해 좌우 운동을 하여, 중량식 우량계와 같이 강제적인 배수구조를 필요로 하지 않고, 스트레인게이지식 로드셀에 의해 미소한 강우량을 연속적으로 측정할 수 있는 장점이 있어, 쉽게 강우량과 강우강도를 동시에 측정할 수 있고, 단순한 구조로 인해 제작이 용이하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 스트레인게이지식 로드셀과 티핑버킷을 이용하여 스트레인게이지식 로드셀로 부터 중량에 의한 강우 측정과, 티핑버킷의 전도 시 영구자석에 의해 마그네틱 스위치에서 발생하는 전점 신호를 이용하여 액체인 강우량과 강우강도를 연속적으로 정확하게 측정 되며, 간단한 구조로 인해 제작이 용이하다는 것이다.

Claims (1)

1. 스트레인게이지식 로드셀로 부터 측정되는 중량 신호와 티핑버킷 전도 시 발생하는 마그네틱 스위치의 전접 신호를 조합하여 강우 또는 액체의 양을 측정하는 방법.