CN104237974A - 一种虹吸节流翻斗雨量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种虹吸节流翻斗雨量计，它包括承雨器、干簧管，其特征在于还包括过滤网、外桶、虹吸漏斗、虹吸管、虹吸过滤网、沉沙池、支架、干簧管、磁钢、翻斗、排水漏斗、水平泡和底盘，其中：在承雨器的底部设置过滤网，承雨器设置在外桶的上部，外桶设置在底盘上，支架设置在底盘上，沉沙池位于虹吸漏斗的下部，虹吸漏斗和沉沙池设置在支架的顶部，虹吸过滤网设置在虹吸管的进口端，虹吸管设置在沉沙池内，干簧管、翻斗和排水漏斗依次轴向设置在支架的上部，磁钢与干簧管相向对称设置在翻斗的顶端，水平泡设置在底盘的上部。本发明将强度大小实时变化的降雨流量转变为相对均匀的水流流入计量翻斗，从而大大地提高了对野外降雨量测量的精度。

Description

一种虹吸节流翻斗雨量计
技术领域
本发明属于水文、气象测量器具技术领域，特别是涉及用于准确地测量野外自然降雨量的一种虹吸节流翻斗雨量计。
背景技术
大气降水测量是地球水循环监测的重要环节，是水资源利用的重要组成部分，也是气候变化、地质灾害、洪水灾害预警和环境评估等多方面的重要影响因素，业内学者寻求多种方法对降雨量进行精确计量。最早使用的雨量器需要人工计量，且无法计量降雨过程；虹吸式雨量计可以进行纸质记录，能够监测降雨过程，计量精度较高，但不能与现代电子记录产品配套应用；翻斗式雨量计原理简单、性能稳定，但因雨强变化产生的误差很大。目前为止，国内外大多数计量装备的降水传感器为翻斗式雨量传感器或虹吸式雨量传感器，这两种传感器在原理和结构上几十年来一直没有改变。集自动化、测量精度和稳定可靠性等多方面要求于一体的雨量计，至今还没有形成完善的解决方案。
尽管雨量计的形式较多，但翻斗式雨量计仍是目前国内外广泛用于自动化监测的雨量传感器，翻斗式雨量计工作可靠，结构简单，易于把降雨量转换成电信号输出，便于远距离传输，但翻斗式雨量计的测量误差较大。造成测量误差的主要因素是，翻斗在翻转过程中，虽然时间是极其短促的，但总需要一定的时间，在翻转的前半部分，即翻斗从开始翻转到翻斗中间隔板越过中心线的△T时间内，进水漏斗仍然向翻斗内注水，如降雨强度越大，进入的水量也越多，导致仪器自身排水量大于仪器记录值，测量误差偏负；又如降雨强度越小，注入水量也越少，导致仪器记录值大于仪器自身排水量，测量误差偏正。这就会产生随着降雨强度大小不同而产生不同的计量误差。
为了减小降雨强度变化对计量翻斗的影响，上海气象仪器厂提出了双翻斗雨量计，在其上层再加装一层翻斗，即双层翻斗雨量计，上层翻斗翻转流入到下层计量翻斗的降雨强度被均化为4mm/min，而与外界实际降雨强度无关，所以其测量精度得到了提高，这也是采用双翻斗结构的主要目的。
但由于上层翻斗与计量翻斗的翻转存在着一个岔开数的问题，如当上层翻斗翻转后，倒出的水量恰好够满足计量翻斗的翻转条件，此时，在计量翻斗翻转过程中，可能就没有4mm/min雨量注入，造成计量翻斗的计量误差。
为了提高降雨量的测量精度，开发出更多的测量降雨量的仪器，现有徐州伟思的浮子式雨量计、浙江华云的容栅式雨量计、美国哈希的称重式雨量计、郑州市气象部门使用的超声式雨量计等产品都是通过电子仪器测量水体的体积或重量来推算降雨量的，以避免使用翻斗受变化雨强的影响，这样不但增加了成本，还降低了雨量计的整体稳定可靠性。
如何克服现有技术的不足已成为当今水文、气象器具技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种虹吸节流翻斗雨量计，本发明运用虹吸原理，将强度大小实时变化的降雨流量转变为相对均匀的水流流入计量翻斗，从而大大地提高了对野外降雨量测量的精度。
根据本发明提出的一种虹吸节流翻斗雨量计，它包括承雨器、干簧管，其特征在于还包括承雨器、过滤网、外桶、虹吸漏斗、虹吸管、虹吸过滤网、沉沙池、支架、干簧管、磁钢、翻斗、排水漏斗、水平泡和底盘，其中：在承雨器的底部设置过滤网，承雨器设置在外桶的上部，外桶设置在底盘上，支架设置在底盘上，沉沙池位于虹吸漏斗的下部，虹吸漏斗和沉沙池设置在支架的顶部，虹吸过滤网设置在虹吸管的进口端，虹吸管设置在沉沙池内，干簧管、翻斗和排水漏斗依次轴向设置在支架的上部，磁钢与干簧管相向对称设置在翻斗的顶端，水平泡设置在底盘的上部。
本发明的原理是：本发明运用了虹吸原理，将强度大小实时变化的降雨流量转变为相对均匀的水流流入计量翻斗，具体是设有内置虹吸管的大面积虹吸漏斗和沉沙池，承雨器将收集到的降雨量流入虹吸漏斗先积存起来，虹吸漏斗内水位从虹吸管口开始上升，至虹吸管顶后开始虹吸排水至计量翻斗；不管降雨强度大小如何变化，从虹吸管流到计量翻斗中的降雨流量相对稳定，即其实质是将不均匀的自然降雨强度均化为相对均匀的降雨强度后再流入计量翻斗，从而提高了翻斗雨量计的测量精度。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是现有技术的承雨器收集到的降雨量直接流入翻斗，因翻斗翻转需要时间，因此不同的降雨强度在此时间内向翻斗中注入的水量不同，造成降雨强度大小变化对翻斗雨量计带来很大的误差影响；而本发明巧妙地利用虹吸管的间歇排水过程，即当水位升高到虹吸管顶时开始排水，水位下降到虹吸管的进水口高程时停止排水，将降雨强度大小变化的降雨流量均化为相对稳定的虹吸流量过程，在0.1～8mm/min的雨强变化范围内，可使分辨率0.1mm的翻斗雨量计测量误差从±18％减少到±4％；二是本发明结构简单可靠，且可实施性强；三是本发明适合在各种翻斗雨量计上使用，且使用效果显著。
附图说明
图1是本发明提出的一种虹吸节流翻斗雨量计的结构剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
结合图1，本发明提出的一种虹吸节流翻斗雨量计，它包括承雨器(1)、过滤网(2)、外桶(3)、虹吸漏斗(4)、虹吸管(5)、虹吸过滤网(6)、沉沙池(7)、支架(8)、干簧管(9)、磁钢(10)、翻斗(11)、排水漏斗(12)、水平泡(13)和底盘(14)，其中：在承雨器(1)的底部设置过滤网(2)，承雨器(1)设置在外桶(3)的上部，外桶3设置在底盘(14)上，支架(8)设置在底盘(14)上，沉沙池(7)位于虹吸漏斗(4)的下部，虹吸漏斗(4)和沉沙池(7)设置在支架(8)的顶部，虹吸过滤网(6)设置在虹吸管(5)的进口端，虹吸管(5)设置在沉沙池(7)内，干簧管(9)、翻斗(11)和排水漏斗(12)依次轴向设置在支架(8)的上部，磁钢(10)与干簧管(9)相向对称设置在翻斗(11)的顶端，水平泡(13)设置在底盘(14)的上部。
本发明进一步的优选方案是：本发明所述虹吸漏斗(4)的高度为170mm，虹吸漏斗(4)的圆锥高度为70mm、圆柱高度为100mm、直径为160mm，虹吸漏斗(4)的容量为2480mL，可满足在持续15分钟且降雨强度达8mm/min的大暴雨的情况下可靠地测量；所述虹吸漏斗(4)的材质为不锈钢或工程塑料；所述虹吸管(5)的管径为3mm、μc为0.177；所述虹吸管(5)的材质为304不锈钢材质，拉伸成型。
以下结合本发明提出的一种虹吸节流翻斗雨量计的具体实施过程来进一步说明本发明的实施例。本发明采用所述虹吸管(5)来控制高精度雨量计，大气降雨量经承雨器(1)收集后经过滤网(2)流入虹吸漏斗(4)，该虹吸漏斗(4)内的水位不断升高，至虹吸管(5)的顶部，立即发生虹吸现象，虹吸漏斗(4)内的雨水经虹吸过滤网(6)拦截杂物后流向翻斗(11)，当翻斗(11)的盛水斗装满后，翻斗(11)翻转，磁钢(10)扫过干簧管(9)，使干簧管(9)产生闭合或断开过程，即向外输出一个脉冲量信号。
当发生虹吸式时，如果降雨量很小，虹吸漏斗(4)内的水位下降到虹吸管(5)进水口以下时停止虹吸排水，等待降雨使水位上升至虹吸管(5)顶部，再发生虹吸现象，保证流入翻斗(11)的流量相对稳定；如果降雨量较大，承雨器(1)汇集的水流大于虹吸管(5)的排水量时，虹吸漏斗(4)内的水位不断上升，水压不断增大，虹吸排水流量相应不断增大。
管道流量计算时，尽管虹吸管(5)的长度较短，但其管径很小，因此不但要考虑弯管的局部损失，但要考虑因粘性摩擦水体流动中沿流程克服内摩擦力所消耗的能量，统一用管道流量系数μC表示，自由出流计算公式如下：
Q = μ C A 2 g H 0
上式中：Q为流量；μC为自由出流流量系数；A为管道面积；H0为作用水头；g为重力加速度。
控制虹吸管(5)的管径使降雨强度为180mm/h时，虹吸管(5)能够正常排出降雨水量且虹吸漏斗(4)内的水位不上升，达到进出平衡状态，此时，虹吸管(5)的管径为3mm，μc为0.177；如果降雨强度增大，使虹吸漏斗(4)内的水位不断上升到极限高度，假定所述水位比虹吸管(5)顶部高出170mm，因虹吸管(5)的水头增大，排水流量亦增大，经上式计算分析和实测验证，虹吸漏斗(4)内的水位处于极限高度时，虹吸管(5)可持续排出相当于降雨强度300mm/h的流量。
设虹吸漏斗(4)的高度为170mm，其圆锥高度为70mm、圆柱高度为100mm、直径为160mm，其容量为2480mL，本发明可测量雨强8mm/min、历时15min的连续特大降雨过程。
如果沙尘落在承雨器(1)内，降雨时可随水流冲下经虹吸漏斗(4)，积留在沉沙池(7)内；在扬尘天气频发的地区，需要定期清洗沉沙池(7)，防止泥沙太多而堵塞虹吸管(5)的进水口。
水平泡(13)设置在底盘(14)上，通过调整底盘(14)水平度使水平泡(13)内气泡居中，外桶(3)从上至下安装，固定在底盘(14)上。
本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本技术领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。

Claims (5)

1.一种虹吸节流翻斗雨量计，它包括承雨器（1）、干簧管（9），其特征在于还包括过滤网（2）、外桶（3）、虹吸漏斗（4）、虹吸管（5）、虹吸过滤网（6）、沉沙池（7）、支架（8）、磁钢（10）、翻斗（11）、排水漏斗（12）、水平泡（13）和底盘（14），其中：在承雨器（1）的底部设置过滤网（2），承雨器（1）设置在外桶（3）的上部，外桶（3）和支架（8）分别设置在底盘（14）上，沉沙池（7）位于虹吸漏斗（4）的下部，虹吸漏斗（4）和沉沙池（7）设置在支架（8）的顶部，虹吸过滤网(6)设置在虹吸管(5)的进口端，虹吸管(5)设置在沉沙池（7）内，干簧管(9)、翻斗(11)和排水漏斗(12)依次轴向设置在支架(8)的上部，磁钢（10）与干簧管(9)相向对称设置在翻斗(11)的顶端，水平泡(13)设置在底盘(14)的上部。
2.根据权利要求1或2所述的一种虹吸节流翻斗雨量计，其特征在于所述虹吸漏斗（4）的材质为不锈钢或工程塑料。
3.根据权利要求1所述的一种虹吸节流翻斗雨量计，其特征在于所述虹吸漏斗（4）的高度为170mm；其圆锥高度为70mm、圆柱高度为100mm、直径为160mm；其容量为2480mL。
4. 根据权利要求1所述的一种虹吸节流翻斗雨量计，其特征在于所述虹吸管（5）的管径为3mm、μc为0.177。
5.根据权利要求1或4所述的一种虹吸节流翻斗雨量计，其特征在于所述虹吸管（5）的材质为304不锈钢，拉伸成型。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105425321A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 河海大学 全自动翻斗雨量计滴定仪
CN109029575A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 昆明理工大学 一种配重式翻斗多参数测量装置及方法
CN109324357A (zh) * 2018-12-13 2019-02-12 福州小草科技有限公司 一种出水稳定的漏斗及其工作方法
CN109490989A (zh) * 2018-12-18 2019-03-19 广东三维睿新科技有限公司 一种用于环境检测的数据传输传感器
CN109752775A (zh) * 2018-11-22 2019-05-14 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种高精度响应雨量过程的虹吸装置
CN109975623A (zh) * 2019-03-15 2019-07-05 江苏大学 一种静电雾化喷头荷质比测量***及其测量方法
CN111912467A (zh) * 2020-08-14 2020-11-10 华北水利水电大学 一种表面负荷率测定装置及测定方法
CN112630866A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种雨量测量装置
CN112925047A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 河北省廊坊水文勘测研究中心(河北省廊坊水平衡测试中心) 一种翻斗式雨量计
CN112946786A (zh) * 2021-02-25 2021-06-11 山东仁科测控技术有限公司 一种翻斗式雨量计用翻斗结构及雨量计
CN114442201A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 张锦霞 一种智能测量降雨量的雨量计

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201021943Y (zh) * 2007-02-12 2008-02-13 河海大学 一种虹吸校正数字雨量计
WO2012152892A1 (fr) * 2011-05-10 2012-11-15 Precis Mecanique Exploitation Dispositif de recuperation d'un fluide
KR101250327B1 (ko) * 2012-11-14 2013-04-03 주식회사 대양계기 전자버킷방식 강수량계
JP2013072645A (ja) * 2011-09-26 2013-04-22 Furukawa Electric Co Ltd:The 光式雨量計及び光式雨量計を用いた雨量計測システム
CN203069808U (zh) * 2013-03-04 2013-07-17 浙江海洋学院 一种多功能虹吸式雨量计

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201021943Y (zh) * 2007-02-12 2008-02-13 河海大学 一种虹吸校正数字雨量计
WO2012152892A1 (fr) * 2011-05-10 2012-11-15 Precis Mecanique Exploitation Dispositif de recuperation d'un fluide
JP2013072645A (ja) * 2011-09-26 2013-04-22 Furukawa Electric Co Ltd:The 光式雨量計及び光式雨量計を用いた雨量計測システム
KR101250327B1 (ko) * 2012-11-14 2013-04-03 주식회사 대양계기 전자버킷방식 강수량계
CN203069808U (zh) * 2013-03-04 2013-07-17 浙江海洋学院 一种多功能虹吸式雨量计

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张援朝等: "固态存储雨量计及新型数字式雨量传感器的研究", 《气象水文海洋仪器》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105425321B (zh) * 2015-11-19 2017-10-03 河海大学 全自动翻斗雨量计滴定仪
CN105425321A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 河海大学 全自动翻斗雨量计滴定仪
CN109029575A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 昆明理工大学 一种配重式翻斗多参数测量装置及方法
CN109029575B (zh) * 2018-07-27 2023-07-18 昆明理工大学 一种配重式翻斗多参数测量装置及方法
CN109752775A (zh) * 2018-11-22 2019-05-14 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种高精度响应雨量过程的虹吸装置
CN109752775B (zh) * 2018-11-22 2020-12-15 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种高精度响应雨量过程的虹吸装置
CN109324357A (zh) * 2018-12-13 2019-02-12 福州小草科技有限公司 一种出水稳定的漏斗及其工作方法
CN109490989A (zh) * 2018-12-18 2019-03-19 广东三维睿新科技有限公司 一种用于环境检测的数据传输传感器
CN109490989B (zh) * 2018-12-18 2021-01-15 广东三维睿新科技有限公司 一种用于环境检测的数据传输传感器
US11150288B2 (en) 2019-03-15 2021-10-19 Jiangsu University System for measuring charge-to-mass ratio of electrostatic atomization nozzle and measurement method using the same
CN109975623A (zh) * 2019-03-15 2019-07-05 江苏大学 一种静电雾化喷头荷质比测量***及其测量方法
WO2020186682A1 (zh) * 2019-03-15 2020-09-24 江苏大学 一种静电雾化喷头荷质比测量***及其测量方法
CN111912467A (zh) * 2020-08-14 2020-11-10 华北水利水电大学 一种表面负荷率测定装置及测定方法
CN112630866B (zh) * 2020-12-17 2023-05-09 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种雨量测量装置
CN112630866A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种雨量测量装置
CN112925047A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 河北省廊坊水文勘测研究中心(河北省廊坊水平衡测试中心) 一种翻斗式雨量计
CN112946786A (zh) * 2021-02-25 2021-06-11 山东仁科测控技术有限公司 一种翻斗式雨量计用翻斗结构及雨量计
CN112946786B (zh) * 2021-02-25 2023-05-02 山东仁科测控技术有限公司 一种翻斗式雨量计用翻斗结构及雨量计
CN114442201A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 张锦霞 一种智能测量降雨量的雨量计

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