CN105425321B - 全自动翻斗雨量计滴定仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：包括：底板（18）和罩住所述底板（18）的外壳（19），所述外壳（19）内设置有储水箱（1），所述储水箱（1）的出水口通过补水球阀（13）与主标准瓶（2）的顶端瓶肩相连通，所述主标准瓶（2）的上瓶嘴内的底端设置有上环形凸台，所述上环形凸台上设置有溢流浮子（5），所述主标准瓶（2）的上瓶嘴内的顶端设置有主瓶塞（7）。本发明提供的一种全自动翻斗雨量计滴定仪，应用微电子测控技术，在控制器管理控制下，具有自动注水和自动检测功能，一键启动，实现标准量瓶注水、大小雨强任意设置、误差统计等全过程自动完成，具有便携实用、省工省力、率定准确、智能高效等特点。

Description

全自动翻斗雨量计滴定仪

技术领域

本发明涉及一种全自动翻斗雨量计滴定仪，特别是涉及一种用于准确地检测翻斗雨量计的测量误差，以便调整翻斗大小，准确地测量降雨量的全自动翻斗雨量计滴定仪，属于水文、气象测量器具技术领域。

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。

翻斗式雨量计测量原理：翻斗式雨量计的计量部件主要是左右对称的翻斗，当翻斗盛积的水量达到一定的数量值时，相当0.1毫米降水时，翻斗翻倒，翻斗中部装有一块小磁钢，磁钢上端有干簧管。当翻斗翻动时，磁钢对干簧管扫描，使干簧接点因磁化而瞬间闭合一次，送出一个电路导通脉冲，代表0.1mm的降雨量。因此，翻斗的容量是否准确，直接影响翻斗雨量计的计量精度。

然而，自然界降水强度是变化的，翻斗计量工作是动态过程。当雨强很大时，进入翻斗的水流如注，连绵不断，当达到设计规定的重量(容积)时，翻斗开始翻转(t1)，但这时雨水仍不停地注入翻斗，直至雨水流入另一翻斗(t2)，在t1～t2这一时段△t内翻斗多计量的水量△W即为翻斗计量动态误差△E1，它与翻斗的安装倾角雨强I等因素有关。据质检部门提供的资料显示，0.2mm的翻斗雨量计在雨强为4mm/min时，当实测△t＝0.16秒，△W＝0.32克，动态计量误差△E1达-5％。

翻斗雨量计的误差主要来源于变化的降雨强度，自然降雨强度大多在0.01～4mm/min变化，为了提高测量精度，在设备出厂时会调整翻斗倾角，分配误差，使小、大雨强两端误差分布对称，将翻斗大小调整到雨强为2mm/min时误差最小，使测量结果在雨强小于2mm/min时，误差为正偏离，雨强大于2mm/min时，误差为负偏离，全年总雨量测量结果误差可以部分抵消。

翻斗式雨量计应用选择：翻斗雨量计用于监测降雨量，目前市场上有不同类型的翻斗雨量计，但翻斗雨量计以其便宜和稳定可靠的特性而得到广泛使用。SL21-2006雨量观测规范中规定不需要雨日资料的雨量站，可使用0.2mm翻斗雨量计，多年平均降雨量大于800mm的地区可使用0.5mm翻斗雨量计。尽管水文专家研究了很多其他类型的雨量计，如超声波雨量计、浮子式雨量计、称重式雨量计、虹吸式雨量计，增加了机构部件带来的结果是造价提高和稳定可靠性降低。所以，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计，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。

翻斗式雨量计检定方法：为提高翻斗雨量计的测量精度，需要每年2次检定翻斗雨量计的准确性。当前检定翻斗式雨量计的精度都是人工检定，有二种方法：其一是适用实验室或室内的人工注水仪器排水计量法，这种方法是以人工匀速注水，测量翻斗实际排水量作为计量基础。对于已经安装在野外使用的雨量计来说，无法向雨量计内匀速注水，雨量计排水口离地面高度仅20mm，也无法收集排水量。第二种方法是人工给水检定法，这种方法是先测量注水量，模拟一定的雨强缓慢、均匀地从漏斗注入翻斗，计量翻转次数。这种方法是无须计量排水量，但关键问题是倒水速度须严格控制定量、匀速。尤应注意的是要控制雨强切勿过大，更不得突然猛倒，因为计量误差随雨强的增大而迅速增加。因此这种方法要模拟小、中、大三种雨强也是非常困难的。

野外翻斗雨量计率定只能采用第二种方法：人工给水检定法，用水文气象上专用的10mm标准量筒量取314g水模拟0.5mm/min、2mm/min和4mm/min的雨强均匀地从漏斗注入翻斗，不但雨强无法控制，翻斗中的余留水量更是无法估算，因此，检定精度无法保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用微电子测控技术，具有自动注水和自动检测功能，一键启动，实现标准量瓶注水、大小雨强任意设置、误差统计等全过程自动完成，具有便携实用、省工省力、率定准确、智能高效特点的全自动翻斗雨量计滴定仪。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：包括：底板和罩住所述底板的外壳，所述外壳内设置有储水箱，所述储水箱的出水口通过补水球阀与主标准瓶的顶端瓶肩相连通，所述主标准瓶的上瓶嘴内的底端设置有上环形凸台，所述上环形凸台上设置有溢流浮子，所述主标准瓶的上瓶嘴内的顶端设置有主瓶塞，所述溢流浮子的上方固定设置有溢流干簧开关；溢流管依次穿过所述主瓶塞和溢流浮子后入口与所述上环形凸台的上表面相平齐；所述主标准瓶的下瓶嘴内的顶端设置有下环形凸台，所述下环形凸台的下面设置有瓶空浮子和瓶空干簧开关，所述下瓶嘴的出水口与所述水泵的进水口相连，所述水泵的出水口与排水管的进水口相连，所述排水管的出水口与待测的翻斗雨量计相连；所述主标准瓶的底端与辅标准瓶的底端出水口之间通过连通球阀相连通；所述辅标准瓶的顶端瓶嘴内设置有辅瓶塞，辅瓶气孔穿过所述辅瓶塞后与大气相通；所述外壳的外壁上设置有控制器；所述控制器分别与所述连通球阀、补水球阀、水泵、溢流干簧开关、瓶空干簧开关和翻斗雨量计电相连。

所述溢流管为折弯型，所述溢流管的出口低于所述上环形凸台的上表面。

所述辅标准瓶的底端出水口高于所述主标准瓶的底端。

所述控制器由电池供电，所述电池设置于所述底板上。

所述主标准瓶设置于所述底板上，所述辅标准瓶和储水箱均通过立柱固定设置于所述外壳内。

所述水泵内设置有PWM调速线。

所述主标准瓶和辅标准瓶的水量均为314.16mL，相当于10mm降雨量。

本发明用于在水文、气象领域的生产和科学试验中收集自然降雨量的翻斗雨量计的准确度率定。本发明是翻斗雨量计生产厂家和各级气象、水文站等单位的必备设备。目前国内现用的翻斗雨量计检定***主要有以流量计为主件的进口翻斗雨量计检定***，且均为翻斗雨量计生产厂家拥有的室内固定式设备。尚没有用于对野外安装的翻斗雨量计进行现场检定的仪器。本发明是一种高科技新产品，填补了翻斗雨量计野外检测技术的空白。

储水箱通过补水球阀连接到主标准瓶，主标准瓶上部安装有溢流管、溢流浮子、溢流干簧开关和主瓶塞，主标准瓶下部安装有瓶空浮子、瓶空干簧开关和水泵，辅标准瓶通过连通球阀与主标准瓶连接，辅标准瓶上部安装有辅瓶气孔和辅瓶塞。

连通球阀、补水球阀、水泵的控制线和溢流干簧开关、瓶空干簧开关的信号线连接到控制器上，控制器由电池供电。

储水箱由外壳支撑，主标准瓶和电池全部安装在底板上，再罩上外壳，外壳固定在底板上。

本发明提的控制过程和使用方法包括如下具体步骤：

步骤一，储水箱装水后放置在翻斗雨量计旁边，将翻斗雨量计的信号线接到控制器的接线柱上，打开控制器上的电源开关，选择翻斗雨量计的实际分辨率F，按开始键开始检测，下面的步骤都是控制器自动控制的；

步骤二，打开补水球阀，储水箱向主标准瓶中补水，将满时，溢流浮子上升，使溢流干簧开关导通，控制器检测到溢流干簧开关的导通信号，立即关闭补水球阀，关闭过程约5秒，多出的水从溢流管排出，保证主标准瓶中的水量为314.16mL；

步骤三，打开水泵，控制器控制水泵的PWM调速线使水泵以15.7mL/min的流量向雨量计中排水，相当于模拟降雨强度为0.5mm/min的降雨过程，控制器记录翻斗累计翻斗数D1，随着主标准瓶中的水被泵出，水位逐渐下降，约20min水量排完，瓶空浮子下降使瓶空干簧开关导通，控制器检测到瓶空干簧开关导通信号，立即关闭水泵，计算总的翻斗数D1；

步骤四，打开连通球阀，保证2个标准瓶中的总水量为628.32mL，重复步骤二；

步骤五，打开水泵，控制器控制水泵的PWM调速线使水泵以125.7mL/min的流量向雨量计中排水，相当于模拟降雨强度为4mm/min的降雨过程，控制器记录翻斗累计翻斗数D2，主标准瓶中水位逐渐下降，约5min水量排完，瓶空浮子下降使瓶空干簧开关导通，控制器检测到瓶空干簧开关导通信号，立即关闭水泵，计算总的翻斗数D2；

步骤六，控制器计算2次标准排水量与翻斗实测排水量的误差W1和W2，列表显示在控制器的LCD显示屏上，并发出检测结束的轰鸣声；

模拟降雨强度为0.5mm/min时的检定误差W1计算公式：

W1＝(F×D1-314.16)/314.16；

模拟降雨强度为4mm/min时的检定误差W2计算公式：

W2＝(F×D2-628.32)/628.32

全自动翻斗雨量计滴定仪的显示屏上显示如下类似率定结果：

雨强 计数 误差

0.5 103.4 +3.4％

4.0 192.6 -3.7％

步骤七，检测人员查看结果，根据误差大小调整翻斗大小，直至精度满足规范要求，关闭电源。

我国野外翻斗雨量计检定是人工操作的，还没有野外翻斗雨量计全自动检测装置，填补了国内技术空白。本发明与人工检定相比其显著优点在于：

1、自动化程度高：本发明全自动翻斗雨量计滴定仪完成了自动注水、自动排水、自动计量翻斗翻转数和自动误差计算，并按大小两种模拟雨强对翻斗雨量计进行检定，所有工作一气呵成，无需人工介入。

2、检定准确度高：本发明全自动翻斗雨量计滴定仪采用PWM调速机构控制水泵的流量，保证均匀出水；精确计量翻斗数，提高了检定精度。

3、功能适应性强：本发明全自动翻斗雨量计滴定仪小巧便携，适用于室内和野外翻斗雨量计的检定。适用于当前我国使用的0.1mm、0.2mm、0.5mm和1.0mm的翻斗雨量计误差检定。检测用水的流出速度(模拟雨强)可以任意设置，一般设置：小雨0.5mm/min、中雨2.0mm/min、大雨4.0mm/min等，最大可模拟降雨为6mm/min；每次检测用水总量有314.16mL和628.32mL二种可供选择。

本发明提供的一种全自动翻斗雨量计滴定仪，应用微电子测控技术，在控制器管理控制下，具有自动注水和自动检测功能，一键启动，实现标准量瓶注水、大小雨强任意设置、误差统计等全过程自动完成，具有便携实用、省工省力、率定准确、智能高效等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：包括：底板18和罩住所述底板18的外壳19，所述外壳19内设置有储水箱1，所述储水箱1的出水口通过补水球阀13与主标准瓶2的顶端瓶肩相连通，所述主标准瓶2的上瓶嘴内的底端设置有上环形凸台，所述上环形凸台上设置有溢流浮子5，所述主标准瓶2的上瓶嘴内的顶端设置有主瓶塞7，所述溢流浮子5的上方固定设置有溢流干簧开关6；溢流管4依次穿过所述主瓶塞7和溢流浮子5后入口与所述上环形凸台的上表面相平齐；所述主标准瓶2的下瓶嘴内的顶端设置有下环形凸台，所述下环形凸台的下面设置有瓶空浮子8和瓶空干簧开关9，所述下瓶嘴的出水口与所述水泵14的进水口相连，所述水泵14的出水口与排水管15的进水口相连，所述排水管15的出水口与待测的翻斗雨量计相连；所述主标准瓶2的底端与辅标准瓶3的底端出水口之间通过连通球阀12相连通；所述辅标准瓶3的顶端瓶嘴内设置有辅瓶塞11，辅瓶气孔10穿过所述辅瓶塞11后与大气相通；所述外壳19的外壁上设置有控制器16；所述控制器16分别与所述连通球阀12、补水球阀13、水泵14、溢流干簧开关6、瓶空干簧开关9和翻斗雨量计电相连。

所述溢流管4为折弯型，所述溢流管4的出口低于所述上环形凸台的上表面。

所述辅标准瓶3的底端出水口高于所述主标准瓶2的底端。

所述控制器16由电池17供电，所述电池17设置于所述底板18上。

所述主标准瓶2设置于所述底板18上，所述辅标准瓶3和储水箱1均通过立柱固定设置于所述外壳19内。

所述水泵14内设置有PWM调速线。

所述主标准瓶2和辅标准瓶3的水量均为314.16mL。

控制器16记录主标准瓶2和/或辅标准瓶3的排水时间，自动推算排水流量，准确计算真实的模拟降雨强度和翻斗数。

主标准瓶2和辅标准瓶3通过连通球阀12连接，在控制器16的操控下启闭连通球阀12，使标准瓶的总容量为628.32克或314.16克，适用于各种分辨力的翻斗雨量计的检定。

本发明的补水球阀13在控制器16的操控下自动向主标准瓶2中补水，主标准瓶2下部的水泵14在控制器16的操控下，以设定的流量经过排水管15排到翻斗雨量计中模拟降雨量。

当补水球阀13开启向主标准瓶2内灌水，即将灌满时，溢流浮子5上升，溢流干簧开关6闭合，控制器16控制补水球阀13关闭。调整主瓶塞7的高低使主标准瓶2的容积为314.16mL。当水泵14开启向翻斗雨量计中排水时，水位逐渐下降，即将排空时，瓶空浮子8下降，瓶空干簧开关9闭合，控制器16控制水泵14关闭，排水结束。

当连通球阀12开启时，水从主标准瓶2流至辅标准瓶3，辅标准瓶3中的空气从辅瓶气孔10排出，调整辅瓶塞11的高低使辅标准瓶3的容积为314.16mL。

控制器16对水泵14进行PWM控制，以不同流量的恒定流或非恒定流排水到翻斗雨量计中，模拟变化雨强的降雨量。恒定流排水时用于率定，非恒定流排水时用于校测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：包括：底板（18）和罩住所述底板（18）的外壳（19），所述外壳（19）内设置有储水箱（1），所述储水箱（1）的出水口通过补水球阀（13）与主标准瓶（2）的顶端瓶肩相连通，所述主标准瓶（2）的上瓶嘴内的底端设置有上环形凸台，所述上环形凸台上设置有溢流浮子（5），所述主标准瓶（2）的上瓶嘴内的顶端设置有主瓶塞（7），所述溢流浮子（5）的上方固定设置有溢流干簧开关（6）；溢流管（4）依次穿过所述主瓶塞（7）和溢流浮子（5）后入口与所述上环形凸台的上表面相平齐；所述主标准瓶（2）的下瓶嘴内的顶端设置有下环形凸台，所述下环形凸台的下面设置有瓶空浮子（8）和瓶空干簧开关（9），所述下瓶嘴的出水口与水泵（14）的进水口相连，所述水泵（14）的出水口与排水管（15）的进水口相连，所述排水管（15）的出水口与待测的翻斗雨量计相连；所述主标准瓶（2）的底端与辅标准瓶（3）的底端出水口之间通过连通球阀（12）相连通；所述辅标准瓶（3）的顶端瓶嘴内设置有辅瓶塞（11），辅瓶气孔（10）穿过所述辅瓶塞（11）后与大气相通；所述外壳（19）的外壁上设置有控制器（16）；所述控制器（16）分别与所述连通球阀（12）、补水球阀（13）、水泵（14）、溢流干簧开关（6）、瓶空干簧开关（9）和翻斗雨量计电相连。

2.根据权利要求1所述的全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：所述溢流管（4）为折弯型，所述溢流管（4）的出口低于所述上环形凸台的上表面。

3.根据权利要求1所述的全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：所述辅标准瓶（3）的底端出水口高于所述主标准瓶（2）的底端。

4.根据权利要求1所述的全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：所述控制器（16）由电池（17）供电，所述电池（17）设置于所述底板（18）上。

5.根据权利要求1所述的全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：所述主标准瓶（2）设置于所述底板（18）上，所述辅标准瓶（3）和储水箱（1）均通过立柱固定设置于所述外壳（19）内。

6.根据权利要求1所述的全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：所述水泵（14）内设置有PWM调速线。

7.根据权利要求1所述的全自动翻斗雨量计滴定仪，其特征在于：所述主标准瓶（2）和辅标准瓶（3）的水量均为314.16mL，相当于10mm降雨量。