CN108873108B - 一种可溯源翻斗雨量计及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可溯源翻斗雨量计，包括承雨器，承雨器内部设有翻斗，承雨器内还设有集雨漏斗、汇集漏斗、储水瓶和控制器，集雨漏斗置于翻斗的上方，汇集漏斗置于翻斗的下方，汇集漏斗通过引水管与汇集漏斗下方的储水瓶连接，引水管上设有三通电动阀门，三通电动阀门下部设有排水管，集雨漏斗的漏斗颈处设有感雨干簧管，翻斗上设有磁钢，储水瓶的瓶口处设有瓶满干簧管，储水瓶的瓶内设有磁性浮子，感应瓶满状态，控制器分别与感雨干簧管、瓶满干簧管和三通电动阀门相连，三通电动阀门和控制器由电池供电，同时还公开了其测量方法；本发明提供的雨量计结构简单、造价低、故障率低、通用性强，其测量方法测量精度高、测量结果真实可靠。

Description

一种可溯源翻斗雨量计及其测量方法

技术领域

本发明属于水文、气象测量器具技术领域，具体涉及一种可溯源翻斗雨量计及其测量方法。

背景技术

大气降水测量是地球水循环检测的重要环节，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，磁钢上端有感雨干簧管。当翻斗翻动时，磁钢扫过感雨干簧管，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，0.1mm的翻斗雨量计在雨强为4mm/min时，当

实测△t＝0.16秒，△W＝0.33克，动态计量误差△E1达-11％。如果降雨强度很大，翻斗翻转失速，将导致降雨量测量错误。

目前，在我国水文部门和气象部门测量的雨量成果经常有不一致的情况，2016年湖北黄冈地区一场降雨，水文部门测量值650mm，而气象部门测量值850mm，差异之大，超乎想象，因翻斗雨量计翻转倒出的水量舍弃了，事后无法调查真实的降水量。

同时，因为实施雨量自动化观测，翻斗式雨量计大量使用，为提高雨量测量精度，对有疑问的测量成果，必须设法找出原因，需要保存翻斗翻转倒出的水量，有待误差溯源追踪。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种能够保存翻斗翻转倒出的水量，当累积降雨量达到一定量值后，集中排放，能够溯源并计录排水时间和排水次数的翻斗雨量计及其测量方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种可溯源翻斗雨量计，包括承雨器，所述承雨器内部设有翻斗，所述承雨器内还设有集雨漏斗、汇集漏斗、储水瓶和控制器，所述集雨漏斗置于翻斗的上方，所述集雨漏斗的出水口正对翻斗，所述汇集漏斗置于翻斗的下方，所述汇集漏斗通过引水管与汇集漏斗下方的储水瓶连接，所述引水管上设有三通电动阀门，所述三通电动阀门下部设有排水管，所述集雨漏斗的漏斗颈处设有感雨干簧管，所述翻斗上设有磁钢，所述磁钢能够扫过感雨干簧管并输出翻斗通断信号，所述储水瓶的瓶口处设有瓶满干簧管，所述储水瓶的瓶内设有磁性浮子，所述储水瓶口设有排气管，所述控制器分别与感雨干簧管、瓶满干簧管和三通电动阀门相连，所述三通电动阀门和控制器由电池供电。

作为优选的技术方案，所述承雨器呈圆筒型。

作为进一步改进的技术方案，所述集雨漏斗的顶部设有过滤网。

作为进一步改进的技术方案，在所述翻斗的上方、感雨干簧管的两侧设有调节螺钉。

作为优选的技术方案，所述电池采用高能锂电池。

一种可溯源翻斗雨量计的测量方法，包括以下步骤：

S1、通过所述集雨漏斗流入的雨水流至翻斗，所述翻斗失衡翻转带动磁钢扫过感雨干簧管输出翻斗通断信号，所述控制器每检测到1个翻斗通断信号，就记录为1个单位降雨量；

S2、所述翻斗翻转倒出的雨水经引水管流入储水瓶，随着雨水的增多，所述储水瓶内水位逐渐升高，同时，磁性浮子随着储水瓶的水位逐渐升高而上升直至使瓶满干簧管导通，输出瓶满信号，当控制器检测到瓶满信号后，则控制原本连通所述汇集漏斗和储水瓶的引水管的三通电动阀门转向，将储水瓶内的雨水通过排水管排出，然后等待雨水排净后，通过所述控制器控制三通电动阀门回转重新接通汇集漏斗和储水瓶，从而完成单次排水过程；

S3、在所述步骤S2中，所述三通电动阀门转向而将储水瓶内的雨水排出的过程中，所述汇集漏斗与储水瓶、排水管均不接通，此时经所述翻斗倒出的雨水暂时储存于汇集漏斗内。

作为进一步改进的技术方案，所述步骤S2中的单次排水过程，均使用控制器记录排水时间，并统计前一次排水至当次排水之间所测量出的降雨量的时段累计值，并将所述时段累计值与储水瓶的容积进行比较，如果误差在±4％之内，视为正常，超出±4％，则对雨量计翻斗容积进行校正。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种可溯源翻斗雨量计，具有溯源的功能，从而追踪翻斗雨量计测量成果的可信度；所设计的控制器可检测瓶满信号，并可控制三通电动阀门排出储水瓶的雨水，不需要人工辅助工作，实现了溯源计量的自动化；排水时的降雨量暂时积存在汇集漏斗，避免排水时的雨水流失，溯源检测精度能够达到0.1％，较大程度的高于现有技术中的翻斗雨量计的测量精度；本发明提供的一种可溯源翻斗雨量计能够保证雨量计的稳定使用，从而提高测量的精度，并且测量方法简单，自动化程度高，劳动力投入成本低。

总的来说本发明提供的可溯源翻斗雨量计结构简单、造价低、故障率低、通用性强；其测量方法测量精度高、测量结果真实可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明：1、承雨器；2、过滤网；3、集雨漏斗；4、感雨干簧管；5、调节螺钉；6、磁钢；7、翻斗；8、汇集漏斗；9、引水管；10、三通电动阀门；11、排气管；12、瓶满干簧管；13、磁性浮子；14、储水瓶；15、电池；16、控制器；17、排水管。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，一种可溯源翻斗雨量计，包括承雨器1，承雨器1内部设有翻斗7，承雨器1内还设有集雨漏斗3、汇集漏斗8、储水瓶14和控制器16，集雨漏斗3置于翻斗7的上方，集雨漏斗3的出水口正对翻斗7，汇集漏斗8置于翻斗7的下方，汇集漏斗8通过引水管9与汇集漏斗8下方的储水瓶14连接，用于进行累积雨量计量和溯源补偿，引水管9上设有三通电动阀门10，三通电动阀门10下部设有排水管17，集雨漏斗3的漏斗颈处设有感雨干簧管4，翻斗7上设有磁钢6，磁钢6能够扫过感雨干簧管4并输出翻斗7通断信号，储水瓶14的瓶口处设有瓶满干簧管12，储水瓶14的瓶内设有磁性浮子13，储水瓶14口处设有排气管11，控制器16分别与感雨干簧管4、瓶满干簧管12和三通电动阀门10相连，三通电动阀门10和控制器16由电池15供电。

本实施例中，承雨器1呈圆筒型。

本实施例中，集雨漏斗3的顶部设有过滤网2。

本实施例中，在翻斗7的上方、感雨干簧管4的两侧设有调节螺钉5，调节螺钉5用于调节翻斗7的容量。

本实施例中，电池15采用2节5号高能锂电池。

一种可溯源翻斗雨量计的测量方法，包括以下步骤：

S1、通过集雨漏斗3流入的雨水流至翻斗7，翻斗7失衡翻转带动磁钢6扫过感雨干簧管4输出翻斗7通断信号，控制器16每检测到1个翻斗7通断信号，就记录为1个单位降雨量；

S2、翻斗7翻转倒出的雨水经引水管9流入储水瓶14，随着雨水的增多，储水瓶14内水位逐渐升高，同时，磁性浮子13随着储水瓶14的水位逐渐升高而上升直至使瓶满干簧管12导通，输出瓶满信号，当控制器16检测到瓶满信号后，则控制原本连通所述汇集漏斗8和储水瓶14的引水管9的三通电动阀门10转向，将储水瓶14内的雨水通过排水管17排出，然后等待雨水排净后，通过控制器16控制三通电动阀门10回转重新接通汇集漏斗8和储水瓶14，从而完成单次排水过程；

S3、在步骤S2中，三通电动阀门10转向而将储水瓶14内的雨水排出的过程中，汇集漏斗8与储水瓶14、排水管17均不接通，此时经所述翻斗7倒出的雨水暂时储存于汇集漏斗8内，以保证排水时没有降雨损失。

本实施例中，为了节省用电量，减少电动阀门的工作次数，储水瓶14的容积设计为20mm降雨量，排水时间15s，按照6mm/min的雨强计算，汇集漏斗8的容积大于50mL。

本实施例中，步骤S2中的单次排水过程，均使用控制器16记录排水时间，并统计前一次排水至当次排水之间所测量出的降雨量的时段累计值，并将所述时段累计值与储水瓶14的容积进行比较，如果误差在±4％之内，视为正常，超出±4％，则对雨量计翻斗容积进行校正。

本实施例中，控制器16采用节能设计，锂电池15供电，根据设备功耗计算电池15容量，计算如下：控制器16的值守功耗0.1MA，三通电动阀门10的功耗60MA，储水瓶14容积628mL(20mm降雨量)，每次排水工作10秒，假设每年降雨4000mm，排水200次，每年功耗为：

0.1×24×365+60×10×200÷3600＝876+33＝910mAH

锂亚硫高能电池15的容量为10000mAH，因此，一次更换电池15可持续供电10年之久。

本实施例中，控制器16的主板上有8M存储器，可存贮10年5分钟降雨量和储水瓶14的排水信息，可通过串口导出存储的历时信息，分析雨量测量准确度。

本发明的原理：不同型号的翻斗雨量计因受变化降雨强度的影响，误差范围可能在±20％之间，有时因翻斗卡滞或翻斗淤积等原因造成测量成果错误，对高分辨率翻斗雨量计，特大暴雨还会使翻斗翻转失速，使翻斗计数错误，在这些不正常的情况下，就可以储水瓶内的水量为依据，来判断翻斗计量值的可信度。

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 (1)

1.一种可溯源翻斗雨量计的测量方法，其特征在于，采用可溯源翻斗雨量计，包括承雨器，所述承雨器内部设有翻斗，所述承雨器内还设有集雨漏斗、汇集漏斗、储水瓶和控制器，所述集雨漏斗置于翻斗的上方，所述集雨漏斗的出水口正对翻斗，所述汇集漏斗置于翻斗的下方，所述汇集漏斗通过引水管与汇集漏斗下方的储水瓶连接，所述引水管上设有三通电动阀门，所述三通电动阀门下部设有排水管，所述集雨漏斗的漏斗颈处设有感雨干簧管，所述翻斗上设有磁钢，所述磁钢能够扫过感雨干簧管并输出翻斗通断信号，所述储水瓶的瓶口处设有瓶满干簧管，所述储水瓶的瓶内设有磁性浮子，所述储水瓶口设有排气管，所述控制器分别与感雨干簧管、瓶满干簧管和三通电动阀门相连，所述三通电动阀门和控制器由电池供电；所述承雨器呈圆筒型；所述集雨漏斗的顶部设有过滤网；在所述翻斗的上方、感雨干簧管的两侧设有调节螺钉；所述电池采用高能锂电池；

具体包括以下步骤：

S1、通过所述集雨漏斗流入的雨水流至翻斗，所述翻斗失衡翻转带动磁钢扫过感雨干簧管输出翻斗通断信号，所述控制器每检测到1个翻斗通断信号，就记录为1个单位降雨量；

S2、所述翻斗翻转倒出的雨水经引水管流入储水瓶，随着雨水的增多，所述储水瓶内水位逐渐升高，同时，磁性浮子随着储水瓶的水位逐渐升高而上升直至使瓶满干簧管导通，输出瓶满信号，当控制器检测到瓶满信号后，则控制原本连通所述汇集漏斗和储水瓶的引水管的三通电动阀门转向，将储水瓶内的雨水通过排水管排出，然后等待雨水排净后，通过所述控制器控制三通电动阀门回转重新接通汇集漏斗和储水瓶，从而完成单次排水过程，所述单次排水过程，均使用控制器记录排水时间，并统计前一次排水至当次排水之间所测量出的降雨量的时段累计值，并将所述时段累计值与储水瓶的容积进行比较，如果误差在±4％之内，视为正常，超出±4％，则对雨量计翻斗容积进行校正；

S3、在所述步骤S2中，所述三通电动阀门转向而将储水瓶内的雨水排出的过程中，所述汇集漏斗与储水瓶、排水管均不接通，此时经所述翻斗倒出的雨水暂时储存于汇集漏斗内。

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