KR20080073557A - 무게 및 배수 교차식 강수량계 - Google Patents

무게 및 배수 교차식 강수량계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무게 및 배수 교차식 강수량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강우시 더욱 정확한 강우량을 관측할 수 있는 무게 및 배수 교차식 강수량계에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 무게 및 배수 교차식 강수량계의 구성을, 우량계에 있어서, 상단은 개방되고 하단에 배수구가 형성되는 제1, 2 저수탱크; 상기 제1, 2 저수탱크 중 어느 하나에 일정 시간 동안 선택적으로 강우를 공급하는 강우 공급부; 상기 강우 공급부의 양단에 연결되어 강우가 공급되지 않는 다른 저수탱크의 배수구를 개방하는 강우 배출부; 상기 제1, 2 저수탱크의 강우량을 각각 측정하는 측정부; 동절기에 눈을 강수량으로 측정할 수 있도록 녹여주는 히터부; 및 상기 측정부에서 강우량이 측정된 데이터를 실시간으로 저장하는 데이터 저장부; 를 포함하여 이루어지도록 한다.
우량계, 무게 감지, 제1, 2 저수탱크, 강우 공급부, 강우 배출부, 측정부, 히터부

Description

무게 및 배수 교차식 강수량계{PRECIPITATION GAUGE CROSSING THE WEIGHTING AND DRAINING}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무게 및 배수 교차식 강수량계를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 상기 무게 및 배수 교차식 강수량계의 작동 상태도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 주 탱크 112: 수집부
114: 배출구 120: 강우 공급부
122: 버켓부 (bucket) 124: 타이머 전환구동부
126: 강우 배출부 128: 개폐부재
130: 제1, 2 저수탱크 140: 측정부
150: 데이터 저장부 160: 히터부
본 발명은 무게 및 배수 교차식 강수량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강우시 더욱 정확한 강우량을 관측할 수 있는 무게 및 배수 교차식 강수량계에 관 한 것이다.
일반적으로 우량계는 대기 중에 일어나는 기상현상 중 강우현상(비, 눈 등)을 재는 계기로, 보통 지름 20cm의 원통에 빗물을 받아서 그 깊이를 측정하여 mm 단위로 표시한다.
이렇게 강우량을 측정하는 우량계의 종류는 저수형 원통 우량계, 저수형 자기우량계, 전도형 우량계, 중량형 우량계, 로드 셀(load cell)형 우량계 등 여러 종류가 있으며, 관측원리에 따라 무게에 의한 방법과 부피에 의한 방법으로 분류된다. 저수형 원통 우량계, 저수형 자기우량계 등은 부피측정에 의한 방법이며, 전도형 우량계, 중량형 우량계, 로드셀형 우량계 등은 무게 측정에 의한 방법에 속한다.
세계기상기구(WMO)에서는 현재 보편적으로 사용하고 있는 자동기상관측장비(ASOS, Automated Surface Observing System)의 관측 데이터에 대해 우량 관측의 최소 단위를 0.2mm를 권장하고 있으며, 0.1mm를 권고하고 있다. 이에 따라 기상청에서 설치/운영중인 자동기상관측장비의 우량관측은 분해능이 0.1mm, 0.5mm급의 전도형 우량계를 가장 많이 사용하고 있다. 그러나 유관기관에서는 0.2mm, 1.0mm급을 사용하기도 한다.
우리나라 기상관측소의 관측은 0.1㎜와 0.5㎜ 전도형 우량계 두 개를 설치하여 운영하고 있는데, 2002년 1월 23일부터 누적 강우 0.5㎜ 미만은 0.1㎜ 우량계로 관측하고, 그 이상은 0.5㎜ 우량계로 관측을 하게 되어 있어 WMO의 권고 사항을 만족시키지 못하고 있다.
상술한 방법은 로드셀을 이용한 200㎜ 급 중량식의 경우 200㎜가 되면 강제 배수 시켜야 하는 문제점을 가지고 있고, 바람이 강한 경우엔 바람에 의해 로드셀에 하중이 가해지는 구조로, 오차가 발생할 수 있다고 지적하였다.
한편, 자동기상관측장비는 강우 강도가 계속 증가할수록 우량계 관측 값에 대한 정확도는 떨어지는 것으로 나타났으며, 이러한 단점을 극복하기 위해서 미국과 유럽에서 무게식 우량계(rain-gauge using the weighing principle, 이하 'weighing rain-gauge'라 표기)가 사용되고 있고, 이에 대한 네덜란드기상청(KNMl)은 야외테스트 결과 무게식 우량계는 고체 강우를 바로 감지할 수 있으며, 무게식 우량계는 불순물에 덜 민감하여 곤충, 나뭇잎, 먼지, 새의 배설물 등으로 인한 강우량 측정 오류를 줄일 수 있고, 전자식 우량계에 비해 측정이 쉬우며, 전자식 우량계에 비해 철거 및 유지 보수가 쉬운 장점이 있다고 보고하면서, 단점으로 바람에 의한 오류들이 발생되고, 야외에서의 강우감지 부분에서는 적당하지 않다고 하였다.
여기서, 전도형 우량계(Tipping bucket rain gauge)는 현재 기상청에서 사용하고 있으며, 무게식 측정방법으로 수수구에 들어간 빗물이 수수구관을 통하여 삼각형의 전도 컵에 담기게 되고 2개의 전도 컵이 시소처럼 교대로 전도되면서 리드 스위치가 작동되어 강우량을 기록한다. 일정한 빗물이 한쪽 전도 컵에 차면 전도컵이 아래로 기울어져 전도 컵에 있던 빗물을 배수구로 버리고, 이때 다른 쪽 전도 컵에 빗물이 채우도록 설계되어 있다. 한쪽 전도 컵에서 다른 쪽 전도 컵으로 교대되는 데 약 0.3초 정도 소요되는데, 이때 빗물이 전도 컵에 담기지 않고 직접 배수 구로 빠져 나가 강우량 측정에 오차가 발생한다. 따라서 전도형 우량계의 측정값은 실제 강우량보다 적게 관측되는 특성이 있다. 수수기를 통해 강우량이 누수기 속에 들어가면 물은 배수관을 통하여 삼각형의 전도승(물받이)에 고이게 되며, 0.5mm 또는 0.1mm가 되면 무게에 의하여 전도된다. 전도승은 한 쌍(2개)으로 되어 있으며 교대로 전도되면서 Lead Switch(또는 수은)를 동작시켜 Pulse신호를 발생시킨다.
전도형 우량계의 관측 분해능별 장단점을 요약하면, 0.1mm급 우량계는 강우량이 적은 경우와 강우 강도가 약한 비는 0.1mm까지 정밀한 관측이 가능하여 관측이 효과적이며, 0.5mm급 우량계는 0.5mm단위로 관측되어 0.1~0.4mm, 0.6~0.9mm 등 중간 단위를 관측할 수 없다. 또한, 비의 강도가 강해져 폭우가 내릴 때는 전도주기가 짧아져 관측 오차가 커지게 된다.
저수형 자기우량계(싸이폰식)는 강우량이 수수기를 통하여 저수탱크에 유입되면 탱크 내부에 내장된 부자가 강우량에 따라 부상되면서 부자축에 연결된 기록펜에 의하여 강우량이 자기지에 기록된다. 또한, 강우량이 20mm가 되면 자동적으로 개수(싸이폰)되어 탱크속의 물이 0선까지 내려가도록 되어있다.
이 저수형우량계는 저수탱크에 기본적으로 남아있는 물이 강우가 없는 날이 많아지면 증발을 하기 때문에 강우가 시작되기 전에 미리 싸이폰 테스트를 하여야 하며, 20mm의 강우가 싸이폰시 배수시간이 약 16초가 걸리며 이때의 강우량 관측을 못하게 된다, 또한 저수탱크에 일정한 양의 물이 저장되어 있어 겨울에는 저수탱크의 물이 동결되어 사용하지 못하는 단점이 있다.
그러므로 종래의 전도형 우량계와 저수형 우량계의 단점을 보완하고 각각의 관측장비의 장점을 가진 우량계를 개발하여 보다 더 정확한 강우량 관측이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 폭우시 전도형 우량계의 잦은 전도컵 교대로 인해 발생하는 오차와 저수형 자기우량계에서의 배수 시간에 따른 시간적 오차를 줄이기 위해 고안된 것으로 강수량을 질량으로 측정하고 타이머로 자동 전도시킴으로서 전도시간을 줄이며, 교차식 배수구조를 채택하여 정확한 우량측정과 히터를 부착하여 동절기에도 강설 측정을 목적으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량계를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 우량계에 있어서, 상단은 개방되고 하단에 배수구가 형성되는 제1, 2 저수탱크; 상기 제1, 2 저수탱크 중 어느 하나에 일정 시간 동안 선택적으로 강우를 공급하는 강우 공급부; 상기 강우 공급부의 양단에 연결되어 강우가 공급되지 않는 다른 저수탱크의 배수구를 개방하는 강우 배출부; 상기 제1, 2 저수탱크의 강우량을 각각 측정하는 측정부; 및 상기 측정부에서 강우량이 측정된 데이터를 실시간으로 저장하는 데이터 저장부; 를 포함하여 이루어짐으로써, 우량계 내부에 빗물이 유입되면 상기 제1, 2 저수탱크 중 어느 한 방향으로 강우 공급부가 경사진 저수탱크로 공급되고 이 강우량을 무게로 측정하는 측정부에 의해 측정 데이터를 데이터 저장부로 송신하며 이를 수신한 데이터 저장부에서 길이로 변환하여 저장함에 따라 특정 제1, 2 저수탱크의 강우량 측정이 용이하고 강우가 공급되지 않은 저수탱크의 배수구를 강우 배출부에 의해 신속하게 배출할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 상기 강우 공급부는, 상기 제1, 2 저수탱크의 상측에서 이 중 어느 하나의 방향으로 경사져 강우가 유동되도록 시소 운동하는 버켓부; 및 상기 버켓부에 설치되어 일정시간 동안 자동으로 경사 방향이 특정 제1, 2 저수탱크를 향해 전환되도록 동력을 제공하는 타이머 전환 구동부; 로 이루어짐으로써, 유입된 빗물이 경사진 상기 버켓을 따라 유동하고 타이머에 의해 일정한 시간마다 타 저수탱크로 신속하게 경사 방향이 전환되므로 어느 한 저수탱크에서 다른 저수탱크로 신속하게 빗물이 이동하므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 상기 강우 배출부는, 상기 제1, 2 저수탱크의 배수구를 각각 개폐하는 연질의 계폐부재; 및 상기 개폐부재와 상기 버켓부의 저면을 연결하는 연결 와이어; 로 이루어짐으로써, 상기 버켓부가 경사져 일단은 하강하고 타단을 상승할 때 하강한 버켓부의 일단 저면에 연결된 개폐부재가 배출구에서 이탈되면 신속히 빗물이 배출되므로 바람직하다.
또한, 동절기에도 눈을 녹여 강수량으로 잴 수 있는 히터부가 있다.
이하, 본 발명의 무게 및 배수 교차식 강수량계를 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 무게 및 배수 교차식 강수량계는 도 1 및 도 2a, b에 도시된 바와 같이 주 탱크(110); 강우 공급부(120); 강우 배출부(126); 제1, 2 저수탱크(130); 측정부(140); 데이터 저장부(150) 및 히터부(160)로 크게 구성된다.
상기 주 탱크(110)는 그 상단이 개구되며 입구 면적이 하측으로 갈수록 확대되면서 확대된 면적이 바닥까지 일정한 원통 형상으로 형성되며, 바닥에 후술할 상기 제1, 2 저수탱크(130)에서 배수된 빗물이 외부로 빠져나가는 배출구(114)가 형성된다.
그리고 상기 주 탱크(110)의 입구에는 깔때기 형상의 수집부(112)가 구비되어 빗물의 유입을 안내하는 기능을 한다.
상기 강우 공급부(120)는 상기 제1, 2 저수탱크(130) 중 어느 한 저수탱크에 매 시간마다 선택적으로 유입된 빗물을 공급하는 기능을 하며, 버켓부(122)와 타이머 전환구동부(124)로 세분화하여 구성된다.
상기 버켓부(122)는 단면이 "" 형상으로 형성되면서 길이 방향으로 연장되되 이 길이는 한 쌍의 제1, 2 저수탱크(130) 중 어느 하나에 경사져 유동되는 빗물을 공급해야 하므로 상기 제1, 2 저수탱크(130)의 나열 길이보다는 짧아야 한다.
상기 타이머 전환구동부(124)는 상기 버켓부(122)의 일측벽 중심부에 설치되고 인가 전원에 의해 교번하여 시소(seesaw) 운동하며 내장된 타이머에 의해 일정 한 시간마다 어느 한 저수탱크로 순차 경사지도록 동력을 제공한다.
여기서, 상기 버켓부(122)는 타이머 전환구동부(124)의 회전 각도를 세팅하여 세팅 위치로 항시 경사지게 된다.
상기 강우 배출부(126)는 상기 강우 공급부(120)의 양단에 연결되어 강우가 공급되지 않는 다른 저수탱크의 배수구(132)를 개방하는 기능을 하며, 개폐부재(128)와 연결 와이어(128a)로 세분화하여 구성된다.
상기 개폐부재(128)는 상기 제1, 2 저수탱크(130)의 배수구(132)를 각각 개폐할 수 있도록 연질의 고무 등으로 구비된다.
상기 연결 와이어(128a)는 각각의 개폐부재(128)와 상기 버켓부(122)의 저면 양단을 서로 각각 연결하여 이 버켓부(122)가 경사져 양단의 높이가 다를 경우 낮은 일단에서 이 개폐부재(128)가 수압에 의해 배수구(132)를 차단하고, 높은 타단에서 상기 개폐부재(128)가 배수구(132)에서 이탈되도록 연결한다.
상기 제1, 2 저수탱크(130)는 상기 주 탱크(110)의 내부에 구비되는 한 쌍으로 상단은 개방되고 하단에 배수구(132)가 각각 형성된다.
상기 측정부(140)는 0.01g까지 측정할 수 있는 전자저울로 상기 제1, 2 저수탱크(130)의 저면에 접한 상태로 각각 구비되어 그 제1, 2 저수탱크(130)의 내부에 저장된 강우량의 무게를 각각 측정하고 측정된 무게 값을 출력한다.
상기 데이터 저장부(150)는 상기 측정부(140)에서 강우량이 측정된 데이터를 실시간으로 저장하며, 단위를 g에서 mm로 변환, 저장하여 결국 무게를 길이로 변환하여 저장하는 것이다. 여기서, 상기 데이터 저장부는 노트북 또는 PC가 접목될 수 있다.
상기 히터부(160)는 상기 수집부(112)의 하단에서 동절기 열원을 공급하여 눈을 녹여 강수량으로 측정하도록 하되, 4 ℃에서 히터가 접점되며, 15 ℃에서 분점되어 동절기에도 눈을 관측할 수 있도록 한다.
그러므로 본 발명의 무게 및 배수 교차식 강수량계의 작동 과정은 도 1 및 도 2a, b에 도시된 바와 같이 강우 발생시 빗물이 수집부(112)를 통해 우량계(100) 내부로 유입된다.
다음으로, 상기 수집부(112)를 통해 유입된 빗물은 상기 강우 공급부(120)의 경사진 버켓부(122)를 따라 제1 저수탱크(130)에 저장된다. 이때, 상기 제1 저수탱크(130)의 배수구(132)는 강우 배출부(126)의 개폐부재(128)에 의해 폐쇄된 상태이다.
다음으로, 상기 제1 저수탱크(130)에 저장된 빗물의 무게는 0.01g까지 측정할 수 있는 측정부(140)인 전자저울에 의해 강우량의 무게를 정밀하게 측정한다.
다음으로, 관측된 강우량의 무게는 데이터 저장장치(150)에 실시간으로 전송되며 데이터가 저장되기 전에 무게 단위를 g에서 mm로 변환하여 저장한다.
그리고 연속적으로 측정되는 강우량은 일정한 시간이 되면 타이머 전환구동부(124)의 구동에 의해 상기 버켓부(122)가 다른 제2 저수탱크(130)로 신속하게 기울며, 상기 제2 저장탱크(130) 내부로 저장되고 관측되는 강우량의 무게도 다른 측정부(140)에서 상기 데이터 저장부(150)로 전송하게 된다. 이때, 상기 제1 저수탱 크(130)의 배수구(132)는 개폐부재(128)에 의해 밀폐된 상태이고, 상기 주 탱크(110)의 배출구(114)를 통해 제1 저수탱크(130)의 강우가 외부로 배출된다.
여기서, 상기 타이머 전환구동부(124)의 작동 시간은 일정한 시간마다 자동으로 이루어진다.
그리고 빗물을 저장하지 않는 저수탱크에서는 상기 타이머 전환구동부(124)의 작동과 함께 바로 배수되며, 이와 같은 방식으로 장시간 지속되는 강우현상에서 오차 없이 연속적으로 강우량 관측을 할 수 있는 구조로 제작되었다.
이와 같은 본 발명의 무게 및 배수 교차식 강수량계는 전도형 우량계의 강우강도에 따른 잦은 전도컵 교대로 인해 발생하는 오차와 저수형 자기우량계에서의 배수 시간에 따른 시간적 오차를 줄이기 위해 고안된 것으로 강수량을 무게로 측정하여 강우 발생시 정확한 기상정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 우량계에 있어서,
    상단은 개방되고 하단에 배수구가 형성되는 제1, 2 저수탱크;
    상기 제1, 2 저수탱크 중 어느 하나에 일정 시간 동안 선택적으로 강우를 공급하는 강우 공급부;
    상기 강우 공급부의 양단에 연결되어 강우가 공급되지 않는 다른 저수탱크의 배수구를 개방하는 강우 배출부;
    상기 제1, 2 저수탱크의 강우량을 각각 측정하는 측정부; 및
    상기 측정부에서 강우량이 측정된 데이터를 실시간으로 저장하는 데이터 저장부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 강우 공급부는,
    상기 제1, 2 저수탱크의 상측에서 이 중 어느 하나의 방향으로 경사져 강우가 유동되도록 시소 운동하는 버켓부; 및
    상기 버켓부에 설치되어 일정시간 동안 자동으로 경사 방향이 특정 제1, 2 저수탱크를 향해 전환되도록 동력을 제공하는 타이머 전환 구동부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량계.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 강우 배출부는,
    상기 제1, 2 저수탱크의 배수구를 각각 개폐하는 연질의 계폐부재; 및
    상기 개폐부재와 상기 버켓부의 저면을 연결하는 연결 와이어; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량계.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 측정부는 전자 저울인 것을 특징으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량계.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 데이터 저장부는 상기 측정부의 측정 무게를 길이로 변환하여 저장하는 것을 특징으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량계.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수집부의 하단에는 동절기 열원을 공급하여 눈을 녹여 강수량으로 측정하도록 하는 히터부가 구비되는 것을 특징으로 하는 무게 및 배수 교차식 강수량 계.
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