CN111538113A - 一种减少降水测量仪器承水口水附着量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种减少降水测量仪器承水口水和沙尘附着量的方法，通过对承水口进行特定表面处理，达到改善降水测量仪器收集效果的目的。对承水口处理包括：预处理；均匀粗糙化；非接合处的着色钝化；表面涂覆特制涂层材料；固化。本发明方法使处理后的承水口表面维持低摩阻系数，显著减少雨、雪、冰、沙尘附着；使承水口在露天寒冷环境下能吸收更多外界光热并降低热耗散损失，产生高效温升促使附着物滑落，从而减少降水测量仪器的浸润损失、低温环境固态水附着损失和收集面积损失，缓解由上述损失引起的收集效率下降、所测降水量较真值偏低的问题，显著降低仪器融雪、融冰功耗。本发明方法可应用于其它气象、水利水文、水质类仪器的设计。

Description

一种减少降水测量仪器承水口水附着量的方法

技术领域

本发明属于水利水文、气象行业仪器仪表技术领域，涉及一种减少降水测量仪器承水口水、沙尘附着量的方法，改善了降水测量仪器的降水收集效果。

背景技术

大多数气象、水文类仪器固定安装于外场，用于长期监测。通常仪器的测量精度高、数据稳定，任何不期望的外来物质附着在仪器敏感区域都可能引起测量误差。这些物质主要包括：各种形态降水、沙尘、生物附属飘落物等。

降水测量仪器属于上述仪器中的一种典型传感器。维持其承水口的正常功能并减少浸润损失是准确测量降水量的关键因素之一。过多的附着物存在于承水口内表面上，尤其是固态水(雪、冰、冻雨或雨水的凝固)堆积，会缩小承水口的收集面积，影响收集效率。雨雪在承水口侧壁的挂附也会产生降水附着损失及浸润损失，导致了降水测量相对误差随着降水量规模的降低而逐渐增大。以上两种现象均会造成所测降水量较真值偏低的影响。

为避免上述情况发生，当前凡是能测量全部类型降水量的仪器均在承水口部位装有发热组件，通过加热承水口并控制其温度，来减少其表面固态水的附着量。在环境温度接近或高于冰点条件下加热效果尚可，但是在寒区(中国寒区约占国土面积的40％)冬季，由于固态降水增多且频繁，持续的低温使冰雪更容易在承水口表面累积，因此融化表面固态水需要提升加热功率或延长加热时间。即便如此，实际的加热效果也并不理想，有时加热并不能有效融化挂附在承水口表面的固态水，加之冰、雪较大的比热容，使低温下仪器功耗很大，加速消耗仪器蓄电池的电量，增加了因电量耗尽导致仪器停运的风险。

发明内容

为解决上述问题，不同于现有降水测量仪器采用的加热融化方法，本发明提出了一种减少降水测量仪器承水口水附着量的新方法，即对承水口进行特定的表面处理，降低水在承水口表面的附着能力，减少因各形态水附着引起的降水测量损失。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，是对承水口实施特定的表面处理过程，包括如下步骤：

步骤1，对承水口做预处理

对承水口金属表面进行预处理，去除表面附着物、毛刺和凹凸缺陷，使加工件裸露纯净平整的金属基体；

步骤2，均匀粗糙化

对承水口金属表面进行粗糙化处理，令其产生均匀的粗糙面；

步骤3，着色钝化

对承水口金属表面除接合处以外的部分进行着色钝化；

步骤4，配置涂层材料；

涂层材料包括聚四氟乙烯、气相二氧化硅，以及以下材料中的至少一种：抗氧化剂、抗紫外线老化剂；

配置时将聚四氟乙烯液化后，与气相二氧化硅混合成液态，再与抗紫外线老化剂和/或抗氧化剂混合；

步骤5，涂覆操作；

保持涂覆环境清洁，利用气压差将涂层材料均匀涂覆在经步骤2和步骤3处理后的承水口表面；

步骤6，固化

涂层材料完成施涂后，进行烘干处理，形成表面固态膜。

进一步的，所述步骤1中预处理包括以下方式中的至少一种：清洗、打磨、抛光。

进一步的，所述步骤2中，当被加工件采用铝合金材质时，采用喷砂方式处理；当被加工件采用不锈钢材质时，采用以下方式中的任意一种：粗抛、强化喷砂、拉丝。

进一步的，所述步骤3中，当被加工件采用铝合金材质时，采用着色阳极氧化处理；当被加工件采用不锈钢材质时，采用以下方式中的任意一种:酸洗钝化或电解亚光方法。

进一步的，所述着色采用深色电解液。

进一步的，所述步骤4中，四种材料配比为：聚四氟乙烯与气硅的质量比为(100～1000):(2～10)，聚四氟乙烯与抗紫外线老化剂的体积比均为(100～1000)：(1～5)，聚四氟乙烯与抗紫外线老化剂和/或抗氧化剂的体积比均为(100～1000)：(1～5)。

进一步的，所述步骤5中，涂覆时将涂层材料通过真空抽取的方法，由气压差推动，在流动状态下均匀涂覆在经步骤2和步骤3处理后的承水口表面。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1.本发明与现有对承水口加热的方案不同，采用了对承水口进行特殊加工处理的方法来减少各形态水在其表面的附着量，能够降低浸润损失和寒冷环境下固态降水或冻雨凝固挂壁引起的附着损失，有效阻止收集面积的缩小，提升仪器降水收集效率，显著改善仪器的功耗。

2.本发明通过配置表面涂层材料对收集器表面涂覆，并通过前期的粗糙化和着色钝化等步骤，共同维持附着界面的低摩阻系数，使处理后的承水口表面能显著减少外来附着物，尤其是降雨、固态水，并具有寒冷环境中吸收外界光热和阻挡热耗散的能力，提升承水口温度。从而降低降水测量仪器的浸润损失，并减少寒冷环境下因降水和低温引起的附着损失和收集面积损失，减缓上述损失引起的收集效率下降、测量数据较真值明显偏低的问题，且能显著改善现有仪器融雪、融冰功耗大的缺陷。

3.本发明不仅能应用于对承水口的加工处理，实际上凡是在仪器的金属部件表面采用本发明方案在进行相关表面处理，减少仪器的外来各形态共存物质附着量的，均属于本专利的保护范围。本发明方法在其它气象、水利水文、水质类仪器中同样适用。

附图说明

图1为本发明方法处理的仪器部位的剖视图。

附图标记说明：

A-管状结构承水口外侧壁，B-承水口内测壁。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

现有降水测量仪器的承水口为管状或漏斗状金属结构，常用不锈钢或铝合金材质。因此，本专利方法以上述两种材质和两种结构为例，表面处理件处理部位如图1所示，图1为管状结构承水口部分剖视图。其中，A为管状结构侧壁(阴影部分)的外侧，B为侧壁的内侧。本专利所述的表面处理方法主要目标是实施在A、B两个部位。对于漏斗状结构，表面处理部位同样为侧壁。

本发明提供的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，包括如下步骤：

步骤1，对被加工件做预处理

采用物理、化学措施清洗、打磨、甚至是抛光承水口金属表面，去除污染物、毛刺等缺陷，使其裸露纯净的金属基体，以保证后续处理能获得良好的效果。

步骤2，粗糙化

对于铝合金材质，推荐采用喷砂方式。对于不锈钢，采用粗抛(比如研磨)/强化喷砂/拉丝的方式均可。目的是让金属表面产生较为均匀的粗糙面，增强表面耐磨性与抗疲劳性，为后续表面均匀着色、钝化和涂覆打下基础。

步骤3，着色钝化

将除了接合处以外的部分进行着色钝化。对于铝合金材质，采用着色阳极氧化处理。对于不锈钢，根据需要选择着色钝化处理方式，其中酸洗钝化或电解亚光效果较好。本步骤目标是在步骤2基础上于金属表面形成钝化膜，增强防腐蚀、电绝缘性能，增强钝化面上膜的结合牢固性，并使膜层厚度均匀，同时保持表面的低附着力，并具有良好的外观。着色的选择需根据实际环境进行选择：对于寒冷时期常有固态降水的地区，着色应采用深色，以具备更好的光热吸收能力，促使冰雪与金属附着界面维持较低的摩阻系数。若仪器应用在其它地区，可采用浅色着色或保留本色。

步骤4，配置涂层材料

涂层材料在给承水口涂覆操作前宜保持液态。本例中，涂层材料为几种现有材料按一定比例配置的共混物，主要包含但不仅限于以下三种材料：聚四氟乙烯、气相二氧化硅、抗紫外线老化剂，其中聚四氟乙烯占主要成分。

具体配置比例应根据效果调整，比例区间范围为：聚四氟乙烯与气相二氧化硅的质量配比为(100～1000):(2～10)，聚四氟乙烯与抗紫外线老化剂的体积比为(100～1000)：(1～5)。

也可以在配置共混物时加入抗氧化剂。当加入抗氧化剂时，聚四氟乙烯与抗氧化剂的体积比为(100～1000)：(1～5)。抗氧化剂和抗紫外线老化剂可择其一加入，也可以同时加入。

聚四氟乙烯液化后，与气相二氧化硅混合成液态，再与抗紫外线老化剂和/或抗氧化剂混合。混合气相二氧化硅必须用专用的设备操作。气相二氧化硅占比减少将使涂覆材料应用效果下降。

涂层材料与着色钝化膜的粘合性强，且具有良好的辐射稳定性和氧化耐候性，可显著降低全环境下的承水口表面摩阻系数，并具有较长的使用寿命。

步骤5，涂覆操作

保持涂覆环境清洁。较好的涂覆方式是将涂层材料通过真空抽取的方法，由气压差推动，在流动状态下均匀敷在经步骤2、3处理后的承水口表面。

步骤6，固化

涂层材料完成施涂后，进行烘干处理，以形成表面固态膜。可以使用烘箱进行烘干。温度应设置超过仪器最高工作环境温度并综合考虑表面固态膜的软化点和熔点，所选取的烘干时间宜保证涂层材料彻底固化。烘干过程中应室内通风。

经上述方法处理后，能够在承水口表面形成致密水润双层膜，维持附着界面的低摩阻系数，表层也能吸收光热，并将热量更多的留在表层以下。

本发明不仅限于对承水口的加工处理，实际上凡是需要减少附着在降水监测仪器表面的外来各种形态共存物质附着量的部件或部位，只要采用本专利方案或部分内容，则均属于本专利的保护范围。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对方案做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，预处理；

对被加工承水口的金属表面进行预处理，去除表面附着物、毛刺和凹凸缺陷，使加工件裸露平整纯净的金属基体；

步骤2，均匀粗糙化；

对被加工承水口的金属表面进行粗糙化处理，令其产生均匀的粗糙面；

步骤3，着色钝化；

对被加工承水口金属表面除接合处以外的部分进行着色钝化；

步骤4，配置涂层材料；

涂层材料包括聚四氟乙烯、气相二氧化硅，以及以下材料中的至少一种：抗氧化剂、抗紫外线老化剂；

配置时将聚四氟乙烯液化后，与气相二氧化硅混合成液态，再与抗紫外线老化剂和/或抗氧化剂混合；

步骤5，涂覆操作；

保持涂覆环境清洁，利用气压差将涂层材料均匀涂覆在经步骤2和步骤3处理后的承水口表面；

步骤6，固化；

涂层材料完成施涂后，进行烘干处理，形成表面固态膜。

2.根据权利要求1所述的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，所述步骤1中预处理包括以下方式中的至少一种：清洗、打磨、抛光。

3.根据权利要求1所述的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，所述步骤2中，当被加工件采用铝合金材质时，采用喷砂方式处理；当被加工件采用不锈钢材质时，采用以下方式中的任意一种：粗抛、强化喷砂、拉丝。

4.根据权利要求1所述的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，所述步骤3中，当被加工件采用铝合金材质时，采用着色阳极氧化处理；当被加工件采用不锈钢材质时，采用以下方式中的任意一种:酸洗钝化、电解亚光。

5.根据权利要求1所述的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，所述着色采用深色。

6.根据权利要求1所述的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，所述步骤4中，各材料配比为：聚四氟乙烯与气硅的质量比为(100～1000):(2～10)，聚四氟乙烯与抗紫外线老化剂和/或抗氧化剂的体积比均为(100～1000)：(1～5)。

7.根据权利要求1所述的减少降水测量仪器承水口水附着量的方法，其特征在于，所述步骤5中，涂覆时将涂层材料通过真空抽取的方法，由气压差推动，在流动状态下均匀涂覆在经步骤2和步骤3处理后的被加工件表面。

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