RU2694274C1

RU2694274C1 - Plutiograph for measuring atmospheric precipitation

Info

Publication number: RU2694274C1
Application number: RU2018136016A
Authority: RU
Inventors: Хаджи-Мурат Хасанович Байсиев; Мурат Владимирович Жарашуев
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт "ФГБУ "ВГИ"
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2019-07-11

Abstract

FIELD: meteorology.

SUBSTANCE: invention relates to devices for recording the amount and intensity of precipitation in liquid state. Summary: pluviograph contains flat precipitate collector (1) installed at specified angle to horizon, under channel of which there is chute (2). Chute (2) is made in the form of a volute, the upper curved edge of which is directed towards precipitate collector (1). At that, precipitate collector (1) from three other free sides along external contour contains vertically arranged plate-like projections (7) excluding precipitation outflow beyond its limits. Drain branch pipe (3) is connected to the drain of chute (2) and equipped with an automatic precipitation amount counter (4) at the outlet, the outlet of which is connected to drain pipe (6). Precipitation amount counter (4) through controller (5) is connected to an information receiving and processing station through a wire or wireless communication channel. Precipitate collector (1) is arranged on vertical axis (8) with possibility of free rotation and comprises tail unit (9), which directs its surface in direction of wind flow.

EFFECT: technical result is higher accuracy of measuring atmospheric precipitation, wider zone of functional application of pluviograph.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидрометеорологии и предназначено для регистрации количества и интенсивности выпадающих в жидком состоянии атмосферных осадков.The invention relates to the field of hydrometeorology and is intended to record the amount and intensity of precipitation in the liquid state.

Известно устройство челночного типа для измерения осадков, которое содержит дождемерное ведро (приемник) снабженное сливным патрубком, под которым размещен челнок со спаренными опрокидывающимися ковшиками, один из которых, после наполнения падает на один бок для слива, подставляя под отверстие сливной трубки второй - пустой ковшик, при этом челнок укреплен на горизонтальной оси, около которой он может совершать качания, ограниченные упорами, при этом к качающемуся челноку подключен механический или электрический счетчик, позволяющему определить осадки по количеству качаний челнока относительно горизонтальной оси [1].A device of the shuttle type for measuring precipitation is known, which contains a rain-measuring bucket (receiver) equipped with a drain nozzle, under which a shuttle with twin tilting buckets is placed, one of which, after filling, falls on one side for draining, substituting an empty bucket at the same time, the shuttle is fixed on a horizontal axis, around which it can perform rocking, limited by stops, while a mechanical or electric meter is connected to the rocking shuttle, allowing to limit precipitation by the number of the shuttle's swings about the horizontal axis [1].

Известный плювиограф имеет следующие недостатки: само устройство нуждается в точном горизонтировании. Площадь приемника осадков мала, что увеличивает влияние деформации ветрового поля. При интенсивных осадках струя воды напором оказывает влияние на процесс опрокидывания челнока, что увеличивает погрешность измерения.The known pluviograph has the following disadvantages: the device itself needs precise leveling. The area of the precipitation receiver is small, which increases the effect of deformation of the wind field. In case of intensive precipitations, a water jet with a pressure affects the process of overturning the shuttle, which increases the measurement error.

Известен также автоматический автономный весовой осадкомер, работающий по принципу весов. На метеорологической площадке, где проходят измерения, на опоре устанавливается блок приборов, который включает высокоточное весовое оборудование - тензопреобразователь и измерительное устройство, которое имеет выход с интерфейсом RS-232, а также приемный сосуд и цифровое табло. Второе дистанционное табло располагается в помещении. Благодаря этому, появляется возможность снимать показания и управлять работой прибора дистанционно, на расстоянии до 150 м. В качестве линии связи используется 4-проводный кабель [2].Also known automatic stand-alone weight precipitation gauge, working on the principle of weights. At the meteorological site where the measurements are carried out, an instrument block is installed on the support, which includes high-precision weighing equipment - a strain gauge and a measuring device that has an output with an RS-232 interface, as well as a receiving vessel and a digital scoreboard. The second remote board is located in the room. Due to this, it becomes possible to take readings and control the operation of the device remotely, at a distance of up to 150 m. A 4-wire cable is used as a communication line [2].

Известный весовой осадкомер представляет собой емкость - ведро без сливного отверстия, собирающее осадки и датчик давления, подведенный к данному ведру, который фиксирует увеличение веса ведра в зависимости от наполнения осадками и, по изменившемуся весу, пересчитывает количество осадков.The known weight precipitation gauge is a container - a bucket without a drain hole, collecting sediments and a pressure sensor connected to this bucket, which records the increase in the weight of the bucket depending on the filling with precipitation and, according to the changed weight, recalculates the amount of precipitation.

К недостаткам известного осадкомера можно отнести сложность конструкции, большие габариты и вес счетчика, а также малую площадь водосборника, а также необходимость присутствия человека для слива накопившихся и уже измеренных атмосферных осадков.The disadvantages of the known precipitation gauge include the complexity of the design, large dimensions and weight of the meter, as well as the small area of the catchment basin, as well as the need for human presence to drain accumulated and already measured precipitation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является плювиограф для измерения атмосферных осадков, содержащий осадкосборник кровельного типа, под стоком которого размещена сточная труба, выполненная в виде желоба, к выходу которого через Г-образный сливной патрубок подключены последовательно буферный резервуар с электромагнитным клапаном, к выходу которого в свою очередь подключен второй резервуар, снабженный датчиком уровня воды поплавкового типа, в нижней части которого размещен второй выпускной электромагнитный клапан, при этом выходы электромагнитных клапанов, а также датчика уровня воды второго резервуара подключены к входу блока управления, первый выход которого посредством проводного или беспроводного GSM или Wi-Fi канала связи подключен к пункту приема и обработки информации, а второй его выход при этом подключен к указателю уровня воды во втором резервуаре [3] ПРОТОТИП.The closest in technical essence to the claimed object is a putiograph for measuring precipitation, containing a roof drainage collector, under the drain of which a sewage pipe is placed, made in the form of a gutter, to the outlet of which a buffer tank with a solenoid valve is connected in series through a L-shaped drain tank with a solenoid valve The outlet of which, in turn, is connected to a second tank, equipped with a float type water level sensor, in the lower part of which a second outlet electromagnet is located the second valve, while the outputs of the solenoid valves and the water level sensor of the second tank are connected to the input of the control unit, the first output of which is connected to the data receiving and processing point via a wired or wireless GSM or Wi-Fi communication channel, and the second output of it connected to the water level gauge in the second tank [3] PROTOTYPE.

Отличительной особенностью известного технического решения является то, что кровля зданий и сооружений используется как площадка для сбора осадков. Автоматический подсчет собранных осадков осуществляется следующим образом.A distinctive feature of the known technical solution is that the roofing of buildings and structures is used as a platform for collecting precipitation. Automatic counting of collected precipitation is as follows.

При выпадении осадков первый электромагнитный клапан открыт, второй закрыт, вода попадает во второй резервуар. При этом датчик уровня воды показывает степень заполнения резервуара водой. После того как второй резервуар заполниться водой, на первый электромагнитный клапан с блока управления поступает команда - «закрыть», а на второй - «открыть». При этом происходит слив воды со второго резервуара и заполнение водой буферного резервуара. После окончания слива воды со второго резервуара на электромагнитный клапан буферного резервуара с блока управления поступает команда «открыть», а на второй - «закрыть». При этом во второй резервуар из буферного резервуара начнет вновь поступать вода. Таким образом, цикл загрузки и разгрузки резервуаров продолжается в течение всего периода осадков.When precipitation falls, the first solenoid valve is open, the second is closed, water enters the second tank. In this case, the water level sensor shows the degree of filling of the tank with water. After the second tank is filled with water, the command “close” is sent to the first solenoid valve from the control unit, and the second to “open”. When this happens, water is drained from the second tank and the buffer tank is filled with water. After the water has been drained from the second tank to the solenoid valve of the buffer tank, the command “open” is received from the control unit, and the second - “close”. In this case, water will begin to flow into the second tank from the buffer tank. Thus, the cycle of loading and unloading of tanks continues throughout the entire period of precipitation.

Для измерения количества и интенсивности осадков на блок управления с заданным интервалом времени поступают сигналы с датчика уровня воды второго резервуара. Таким образом, можно измерять осадки в любом месте, где есть помещение (крыша).To measure the amount and intensity of precipitation, signals from the water level sensor of the second tank are sent to the control unit at a specified time interval. Thus, it is possible to measure precipitation in any place where there is a room (roof).

К недостаткам известного плювиографа можно отнести сложность конструкции, а также низкую точность измерения, что в значительной степени зависит от угла скоса крыши, а также от направления и скорости ветра, несущего осадки. Так, например, при направлении ветра с дождем в сторону водосборника со стороны противоположного ската крыши, имеющего уклон 30-45°, в верхней ее части по всей ее ширине может образоваться мертвая зона, куда осадки практически не падают.The disadvantages of the known pluviograph include the complexity of the design, as well as the low accuracy of the measurement, which largely depends on the angle of the roof bevel, as well as on the direction and speed of the wind carrying the precipitation. So, for example, when the wind direction with rain towards the catchment basin from the side of the opposite roof slope, having a slope of 30-45 °, in its upper part over its entire width a dead zone can form, where precipitations practically do not fall.

Другой недостаток, приводящий к снижению точности измерения, обусловлен тем, что часть капельных осадков уходит за пределы осадкосборника за счет разбрызгивания при столкновении капель дождя с ее поверхностью по краю крыши. Учесть данные потери также практически невозможно. Кроме того плювиограф может использоваться только там, где есть жилые постройки, имеющие крыши со скатом. Для измерения осадков в сложных полевых условиях, где нет зданий и сооружений, такой плювиограф не может быть использован.Another drawback that leads to a decrease in measurement accuracy is due to the fact that some of the droplet sediments leave the sediment collector due to splashing when a raindrop collides with its surface along the edge of the roof. It is also practically impossible to take into account these losses. In addition, the pluviograph can be used only where there are residential buildings that have roofs with a slope. To measure precipitation in difficult field conditions, where there are no buildings and structures, such a pluviograph cannot be used.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение точности измерения атмосферных осадков и расширение зоны функционального применения плювиографа.The technical result of the claimed technical solution is to improve the measurement accuracy of precipitation and the expansion of the functional area of the pluviograph.

Технический результат достигается тем, что в известном плювиографе для измерения атмосферных осадков, содержащем установленный под заданным углом к горизонту плоский осадкосборник, размещенный под стоком осадкосборника желоб, к стоку которого подключен сливной патрубок, снабженный на выходе автоматическим счетчиком количества осадков, который через контроллер посредством проводного или беспроводного (GSM или Wi-Fi) канала связи подключен к пункту приема и обработки информации, при этом выход счетчика подключен к сливной трубе, согласно заявленному техническому решению желоб выполнен в форме улитки, верхний изогнутый край которого направлен в сторону осадкосборника, при этом осадкосборник с трех других свободных сторон по внешнему контуру содержит вертикально расположенные пластинчатые выступы, исключающие выброс (потерю) осадков за пределы осадкосборника за счет разбрызгивания при столкновении капель дождя с ее поверхностью по краю, при этом осадкосборник размещен на вертикальной оси с возможностью свободного вращения и содержит хвостовое оперение, ориентирующее поверхность осадкосборника по направлению ветрового потока.The technical result is achieved by the fact that in a well-known putiograph for measuring precipitation, a flat collector installed at a given angle to the horizon is located a chute located under the drain of the collector, to the drain of which a drain pipe is connected to the outlet with an automatic precipitation counter, which is wired through the controller or a wireless (GSM or Wi-Fi) communication channel is connected to an information receiving and processing point, while the meter output is connected to a drain pipe, according to To the announced technical solution, the chute is made in the form of a cochlea, the upper curved edge of which is directed to the side of the collector, while the collector from three other free sides along the outer contour contains vertically arranged plate protrusions that exclude the release (loss) of precipitation beyond the limits of the collector due to splashing when the drops collide rain with its surface along the edge, while the precipitation container is placed on the vertical axis with the possibility of free rotation and contains tail tail, orienting overhnost the precipitation in the direction of the wind flow.

Технический результат достигается и тем, что поверхность осадкосборника установлена, преимущественно, под углом 8-15 градусов к горизонту, а высота пластинчатых выступов при этом составляет 15-25 см.The technical result is achieved by the fact that the surface of the sediment collector is installed, mainly at an angle of 8-15 degrees to the horizon, and the height of the plate protrusions is 15-25 cm

Отличительные признаки заявленного технического решения позволяют повысить точность измерения атмосферных осадков и расширить зону функционального его применения.Distinctive features of the claimed technical solution allow to increase the accuracy of measurement of precipitation and expand the area of its functional application.

На рисунке (Фиг. 1) представлен схематично фронтальный вид плювиографа для измерения атмосферных осадков, а на рисунке (Фиг. 2) -вид плювиографа сбоку.The figure (Fig. 1) shows a schematic frontal view of the pluviograph for measuring precipitation, and the figure (Fig. 2) shows a side view of the pluviograph.

Плювиограф для измерения атмосферных осадков (далее плювиограф) содержит установленный под заданным углом к горизонту плоский осадкосборник 1, размещенный под стоком осадкосборника желоб 2, к стоку которого подключен сливной патрубок 3, который снабжен на выходе автоматическим счетчиком количества осадков 4, который через контроллер 5 посредством проводного или беспроводного (GSM или Wi-Fi) канала связи подключен к пункту приема и обработки информации, при этом выход счетчика 4 подключен к сливной трубе 6. На рисунках беспроводная связь и пункт приема и обработки информации не показаны.The pluviograph for measuring precipitation (hereinafter referred to as the pluviograph) contains a flat collector 1 installed at a given angle to the horizon, placed under the drain of the collector duct 2, to the drain of which is connected a discharge pipe 3, which is equipped at the outlet with an automatic precipitation counter 4, which through controller 5 by means of A wired or wireless (GSM or Wi-Fi) communication channel is connected to an information receiving and processing point, while the output of counter 4 is connected to a drain pipe 6. In the figures, wireless communication and point reception and processing of information are not shown.

Для повышения точности измерения желоб 2 выполнен в форме улитки, верхний изогнутый край которого направлен в сторону осадкосборника 1, при этом осадкосборник 1 с верхней и двух боковых свободных сторон по внешнему контуру содержит вертикально расположенные пластинчатые выступы 7, исключающие выброс (потерю) осадков за пределы осадкосборника 1 за счет разбрызгивания при столкновении капель дождя с ее поверхностью по краю, при этом осадкосборник 1 размещен на вертикальной оси 8 с возможностью свободного вращения и содержит хвостовое оперение 9, ориентирующее поверхность осадкосборника 1 по направлению ветрового потока.To improve the measurement accuracy, the chute 2 is made in the form of a cochlea, the upper curved edge of which is directed toward the collecting basin 1, while the collecting container 1 with the upper and two lateral free sides along the outer contour contains vertically arranged plate protrusions 7 excluding precipitation (loss) of precipitation beyond sludge collector 1 due to splashing when a rain droplet collides with its surface around the edge, while the sludge collector 1 is placed on the vertical axis 8 with the possibility of free rotation and contains tail operen 9, orienting the surface of the sediment collector 1 in the direction of the wind flow.

Для повышения точности измерения рабочая поверхность осадкосборника 1 установлена с уклоном α=8-15 градусов к горизонту, а высота пластинчатых выступов при этом составляет 15-25 см. Данная высота выступов соответствует высоте разбрызгивания капель воды при соударении с поверхностью осадкосборника 1 (углы уклона и высота выступов определены экспериментально).To improve the measurement accuracy, the working surface of the collector 1 is installed with a slope α = 8–15 degrees to the horizon, and the height of the plate protrusions is 15–25 cm. This height of the protrusions corresponds to the height of the splashing of water droplets when it collides with the surface of the collector 1 (slope angles and the height of the protrusions determined experimentally).

Предлагаемая конструкция плювиографа позволяет повысить точность измерения интенсивности и количества выпадающих осадков. Она может быть установлена в отдаленных районах, где есть беспроводный (GSM или Wi-Fi) канал связи.The proposed design of the pluviograph makes it possible to increase the accuracy of measuring the intensity and amount of precipitation. It can be installed in remote areas where there is a wireless (GSM or Wi-Fi) communication channel.

Плювиограф работает следующим образом.Pluviograph works as follows.

При выпадении жидких осадков поток воды по наклонной плоскости водосборника 1 стекает вниз, поступает в размещенный под стоком желоб 2 и далее проходит последовательно через сливной патрубок 3, автоматический счетчик расхода воды 4 и через сливную трубу 6 выводится наружу. При этом автоматический счетчик количества осадков 4 через контроллер 5 посредством проводного или беспроводного (GSM или Wi-Fi) канала связи передает данные измерения на пункт приема и обработки информации, где информация обрабатывается и анализируется.When liquid precipitation falls, the water flow along the inclined plane of the sump 1 flows down, enters the chute 2 placed under the drain and then passes successively through the drain pipe 3, the automatic water flow meter 4 and through the drain pipe 6 is output to the outside. At the same time, the automatic precipitation amount counter 4 through the controller 5 via a wired or wireless (GSM or Wi-Fi) communication channel transmits measurement data to an information receiving and processing station, where information is processed and analyzed.

Приведенные признаки, характеризующие изобретение, являются существенными, так как в совокупности достаточны для обеспечения работоспособности и решения поставленной задачи, а каждый в отдельности необходим для идентификации и отличия заявляемого плювиографа от известных в технике.These characteristics of the invention are essential, as in the aggregate are sufficient to ensure the health and solution of the problem, and each is necessary to identify and distinguish the proposed pluviograph from those known in the art.

Таким образом, приведенная совокупность общих (известных) и отличных (новых) от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется новый плювиограф, является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой защиты, так как решает поставленную задачу - повышение точность измерения атмосферных осадков и расширение зоны функционального применения плювиографа.Thus, the reduced set of common (known) and different (new) from the prototype of essential features that characterize the new pluviograph is sufficient in all cases covered by the scope of legal protection, as it solves the task - increasing the accuracy of precipitation measurement and expansion zones of functional application of the pluviograph.

Так, наличие вертикально расположенных пластинчатых выступов 7 у осадкосборника, а также форма желоба в виде улитки, уменьшают потери осадков за пределы осадкосборника 1 в результате разбрызгивания при столкновении капель дождя с рабочей ее поверхностью.Thus, the presence of vertically arranged plate protrusions 7 of the sediment collector, as well as the shape of the chute in the form of a snail, reduce the loss of precipitation beyond the limits of the collector 1 as a result of splashing when a raindrop collides with its working surface.

Другим достоинством заявленного технического решения является и то, что хвостовое оперение, свободно вращающегося вокруг вертикальной оси осадкосборника, всегда ориентирует рабочую ее поверхность в направлении ветрового потока, в результате чего капли дождя ударяются о ее поверхность практически перпендикулярно. Этому способствует и то, что рабочая поверхность осадкосборника размещена под углом 8-15 градусов относительно горизонта. Все это в комплексе позволяет повысить точность измерения атмосферных осадков и расширяет зону функционального применения плювиографа.Another advantage of the claimed technical solution is the fact that the tail, freely rotating around the vertical axis of the skimmer, always orients its working surface in the direction of the wind flow, as a result of which raindrops hit its surface almost perpendicularly. This is facilitated by the fact that the working surface of the collector is placed at an angle of 8-15 degrees relative to the horizon. All this in the complex allows to increase the accuracy of precipitation measurement and expands the area of functional application of the pluviograph.

Источники информацииInformation sources

1. Ю.Б. Павлюков. Измерение атмосферных осадков с помощью автоматического челночного плювиографа./ Ж. Метеорология и гидрология, 2007, №11. С. 80-91.1. Yu.B. Pavlyukov. Measurement of precipitation using an automatic shuttle pluviograph. / J. Meteorology and Hydrology, 2007, No. 11. Pp. 80-91.

2. Сайт: анероид.рф>info/articles/osadkomer/opisanie.htm2. Website: aneroid.rf> info / articles / osadkomer / opisanie.htm

3. Жарашуев М.В., Макитов B.C., Кулиев Д.Д., Гергоков А.Х. Метод автокалибровки радиолокационной сети. Доклады Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. 23-27 октября 2017 г. Сборник научных трудов. В 2 ч. Ч 1/Коллектив авторов. Уфа: АЭТЕРНА. С. 344-345 ПРОТОТИП.3. Zharashuev, MV, Makitov, B.C., Kuliev, DD, Gergokov, A.Kh. The method of auto-calibration of the radar network. Reports of the All-Russian Conference on Cloud Physics and Active Impacts on Hydrometeorological Processes. October 23-27, 2017 Collection of scientific papers. In 2 h. H 1 / team of authors. Ufa: Aetherna. P. 344-345 PROTOTYPE.

Claims

1. Pliviograf for measuring precipitation, containing a flat collector installed at a given angle to the horizon, located under the drain of the collector chute, to the drain of which is connected a drain pipe provided at the outlet with an automatic precipitation counter, which through the controller via wired or wireless (GSM or Wi -Fi) of the communication channel is connected to the point of information receiving and processing, while the output of the counter is connected to a drain pipe, characterized in that the chute is made in the form of a cochlea, the upper The chamfered edge of which is directed toward the sediment collector, while the sediment collector from three other free sides on the outer contour contains vertically arranged plate protrusions that exclude the release (loss) of precipitation beyond the sediment collector due to splashing when the rain drops collide with its surface along the edge, while the precipitate collector placed on the vertical axis with the possibility of free rotation and contains tail, orienting the surface of the sediment collector in the direction of the wind flow.

2. The pluviograph for measuring precipitation according to claim 1, characterized in that the surface of the sludge collector is installed mainly at an angle of 8-15 degrees to the horizon, and the height of the plate protrusions is 15-25 cm.