有雙向配重槽的翻鬥式雨量計的製作方法

2024-01-28 23:04:15

專利名稱：有雙向配重槽的翻鬥式雨量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雨量計，具體是指一種具有雙向配重槽的翻鬥式雨量計。背景領域
翻鬥式雨量計在測量降水時，雨水經承雨口組件通過注水漏鬥垂直向下注入翻鬥中，當翻鬥中的蓄水量達到臨界翻水量時，翻鬥即刻翻轉，翻鬥上的永磁體掠過幹簧管，使幹簧管輸出一個通斷開關量信號；隨後，降水洩入另一個稱重鬥，當鬥中蓄水量再次達到臨界翻水量時，翻鬥再次翻轉，幹簧管再次輸出一個通斷開關量信號。依次類推，實現降雨量的測量。GB/T11832-2002《翻鬥式雨量計》標準規定了翻鬥式雨量計的準確度標準雨強 範圍在(O. 01 4)mm/min範圍時，一級準確度相對誤差< ±2%，二級準確度相對誤差(±3%，三級準確度相對誤差< ±4%。翻鬥式雨量計的優點是構造簡單，可靠性高，造價低，輸出信號為通斷開關量信號，工作時無需外接電源，使用維護方便。翻鬥式雨量計發明已經一百餘年，至今仍然是世界上採用量最多的一種雨量計，其裝備量約佔到所有雨量計總份額的95%以上。翻鬥式雨量計的不足之處是與人工觀測雨量器、虹吸式雨量計、浮子式雨量計相比較，其測量誤差遠大於上述雨量計。究其原因與其本身的構造、工作原理密切相關翻鬥蓄水量達到臨界翻水量時，從靜止位置開始翻轉，至中隔板完全跨越洩流水柱的降水切換時間段Λ t內、仍然有漏測降水量Px落入本鬥內，翻鬥翻轉時將本鬥蓄水量Ptl與該部分水體Px—起傾倒入排水漏鬥中，Px即是翻鬥翻轉一次產生的水損失，也是構成翻鬥計量誤差的主體。翻鬥翻轉水損失匕與雨強Q大小及降水切換時間At的長短成正比，PX= Q-At,式中Q為雨強，單位mm/min，At為降水切換時間，單位秒。翻鬥排水量P的表達式為P = P0+Px = P0+Q · Δ t......(A)
國家標準還規定翻汁式雨量計「以儀器的排水量與理論值之間的差值」計算雨量計的測量誤差。實踐表明，當雨強在(O. 01 4) mm/min範圍時,0. 2mm翻鬥大雨時的排水量比小雨時的排水量高出(7 8)%，而O. Imm翻鬥大雨時的排水量要比小雨時的排水量高出(14 15)%，已遠遠超出國家標準要求，其根本原因是翻鬥翻轉時產生水損失。數十年來，世界各國的水文、氣象工作者都在為提高翻鬥雨量計的測量準確度而不懈的工作，並取得了成效。最具代表的實例是一種《多翻鬥式翻鬥雨量計》，它是在注水漏鬥與計量翻鬥之間增設了一個上翻鬥和一個小口徑的緩釋漏鬥用以平滑雨強。上翻鬥水滿時翻轉，將水傾入緩釋漏鬥中，然後以較平滑的流速注入計量鬥；另一種平滑雨強的方法是改變注水漏鬥的結構，在漏鬥內設置一個類虹吸管裝置、每當注水漏鬥的水位高度超越虹吸臨界值時，該部分蓄存水體以可控的流速經類虹吸裝置注入計量鬥來平滑雨強。上述兩種提高翻鬥雨量計測量準確度的方法可將注入計量鬥的雨強平滑在(2 4) mm/min範圍，使翻鬥計量誤差減少至彡±2%範圍,但不能根除翻鬥翻轉水損失。以上兩種方法的共同缺點是所增加的上翻鬥或者有類虹吸裝置的注水漏鬥均截留部分降水，被截留的降水將降低儀器靈敏度，並且還因此影響降水起、止時間的精確測定。類虹吸裝置還存在小雨時形成「滴流」和因虹吸管髒汙使虹吸作用失效等缺陷，因此這種方案已極少被採用。為了減少降水切換時間Λ t、有效地減小翻鬥計量誤差，本發明人2011年2月12日設計了一種《具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計》，並獲得了國家發明專利(專利公開號CN101782662A)，「雙穩態翻板機構」能有效的減小降水切換延遲角《y，進而縮短左、右稱重鬥降水切換時間At、減小翻鬥翻轉時的水損失，提高儀器測量準確度。這種方法的優點是雙穩態翻板不截留降水、不影響降水時間的精確測定，但是其降水切換角仍達到3.5° 4°數量級，並且降水切換時的初始速度為「0」，故而該方案的降水切換時間At不太可能小於O. I秒，僅能將O. 5,0. 2mm分辨力的翻鬥計量誤差減小至彡±2%範圍，不能消除翻鬥翻轉水損失。上述改進方案的實施效果均印證了世界氣象組織撰寫的《氣象觀測方法指南》第六版、第6. 5. 2節作出的結論性判語，「翻鬥式雨量計大雨時翻鬥翻轉的水損失雖能減少， 但無法根除」。現有翻鬥式雨量計還存在小雨時儀器蒸發量偏大的問題，在炎熱的夏季該蒸發損失可達(1_2) %。當今，出廠檢驗合格的翻鬥雨量計均是將小雨時的排水量調整在小於理論值(2 4)%範圍、大雨時的排水量調整在大於理論值(2 4)%範圍，使大、小雨時排水量距理論值的偏差量趨於均衡，但上述措施並沒有絲毫地改變大雨時翻鬥排水量遠大於小雨時翻鬥排水量這一現實，也無法調減小雨時儀器蒸發量偏大的問題。

發明內容
為了解決上述問題，本發明提出一種具有雙向配重槽的翻鬥式雨量計，該發明方案保留了已知翻鬥雨量計構造簡單、造價低、工作時不耗電等優點，增加了雙向配重槽，當雨強增大時，雙向配重槽能自動地調減稱重鬥的容量，用鬥容的調減量來抵消翻鬥翻轉時的水損失，提高儀器測量準確度，並能克服上述各種方案存在的其它缺點與不足之處。本發明是以如下技術方案實現的一種有雙向配重槽的翻鬥式雨量計，它包括底座、外筒、承雨口組件、注水漏鬥、支架、翻鬥、翻鬥傾角調節裝置、支架調水平裝置、排水漏鬥和幹簧管。所述的翻鬥通過翻鬥支承安裝在支架上，翻鬥的中部有中隔板，所述的中隔板將翻鬥分割為對稱的左稱重鬥和右稱重鬥，翻鬥上設置永磁體。其特徵在於在翻鬥上設置雙向配重槽；所述的雙向配重槽位於注水漏鬥的下方；雙
向配重槽由槽殼、中軸和擺杆三者連接而成；槽殼、中軸和擺杆三者的中軸線相互垂直；所述的槽殼為四邊封閉的長條形槽殼，槽殼的橫截面的形狀為類''V"字形；槽殼底部的兩端對稱設置槽殼左支杆、槽殼右支杆、左節流孔和右節流孔；雙向配重槽通過中軸、軸支承安裝在所述的中隔板的正上方。槽殼左向傾斜至極限位置時，槽殼左支杆的底端停靠於左稱重鬥的底部位置；槽殼右向傾斜至極限位置時、槽殼右支杆的底端停靠於右稱重鬥的底部位置。所述的擺杆的兩側分別設置左限位杆和右限位杆；所述的左、右限位杆安裝在支架上；當擺杆左向傾斜至極限位置時，擺杆緊貼左限位杆；當擺杆右向傾斜至極限位置時，擺杆緊貼右限位杆。
所述左節流孔上端設置左調節螺杆，所述的左調節螺杆通過左螺孔與槽殼連接。所述右節流孔上端設置右調節螺杆，所述的右調節螺杆通過右螺孔與槽殼連接。本發明的積極效果是
I、雨強在(0.01 4)mm/min範圍內，可以最大限度的消除或者完全消除翻鬥翻轉時的水損失、大幅度提高儀器測量準確度。2、不截留降水，也不影響降水起、止時刻的精確測定。3、已知技術無法補償儀器的蒸發水損失，本發明方案則可以在儀器出廠時將小雨時的排水量調整至大於理論值(I 2)%範圍，用以消除現場觀測蒸發水損失。綜上所述，本發明通過設置雙向雙向配重槽的方法有效的調減、消除了翻鬥翻轉時引入的翻水誤差，既提高了儀器測量準確度，又能精確測定降水起止時間並且不消耗外 部能源。


下面結合附體和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖I是本發明的結構示意圖。圖2是圖I的左視圖。圖3是本發明左稱重鬥位於承水穩定狀態時的示意圖。圖4是本發明右稱重鬥位於承水穩定狀態時的示意圖。圖5是本發明中雙向配重槽的構造示意圖。圖6是本發明中雙向配重槽的簡化構造圖。圖中1、承雨口組件，2、外筒，3、注水漏鬥，4、支架，5、雙向配重槽，5-1、槽殼，5-2、中軸，5-3、擺杆，5-4、槽殼左支杆，5-5、槽殼右支杆，5-6、左節流孔，5_7、右節流孔，5_8、左調節螺杆，5-9、右調節螺杆，5-10、左螺孔，5-11、右螺孔，6、翻鬥，6-1、左稱重鬥，6-2、右稱重鬥，6-3、中隔板，6-4、永磁體，7、排水漏鬥，8、幹簧管，9、翻鬥傾角調節裝置，10、支架調水平裝置，11、底座，12、翻鬥支承，13、左限位杆，14、右限位杆，15、軸支承。
具體實施例方式如圖I、圖2、圖3、圖5所示一種有雙向配重槽的翻鬥式雨量計，它包括底座11、外筒2、承雨口組件I、注水漏鬥3、支架4、翻鬥6、翻鬥傾角調節裝置9、支架調水平裝置10、排水漏鬥7和幹簧管8。所述的翻鬥6通過翻鬥支承12安裝在支架4上，翻鬥6的中部有中隔板6-3，所述的中隔板6-3將翻鬥6分割為對稱的左稱重鬥6-1和右稱重鬥6-2，翻鬥6上設置永磁體6-4。其特徵在於在翻鬥6上設置雙向配重槽5 ;所述的雙向配重槽5位於注水漏鬥3的下方；雙向配重槽5由槽殼5-1、中軸5-2和擺杆5-3三者連接而成，槽殼5-1、中軸5-2和擺杆5-3三者的中軸線相互垂直。所述的槽殼5-1為四邊封閉的長條形槽殼，槽殼的橫截面的形狀為類、 '字形；槽殼5-1底部的兩端對稱設置槽殼左支杆5-4、槽殼右支杆5-5、左節流孔5-6和右節流孔5-7 ;雙向配重槽5通過中軸5_2、軸支承15安裝在所述的中隔板6-3的正上方；槽殼5-1左向傾斜至極限位置時，槽殼左支杆5-4的底端停靠於左稱重鬥6-1的底部位置；槽殼5-1右向傾斜至極限位置時、槽殼右支杆5-5的底端停靠於右稱重鬥6-2的底部位置。所述的擺杆5-3的兩側分別設置左限位杆13和右限位杆14 ;所述的左、右限位杆13、14安裝在支架4上；當擺杆5-3左向傾斜至極限位置時，擺杆5-3緊貼左限位杆13 ;當擺杆5-3右向傾斜至極限位置時，擺杆5-3緊貼右限位杆14。所述左節流孔5-6上端設置左調節螺杆5-8，所述的左調節螺杆5-8通過左螺孔5-10與槽殼5-1連接；所述右節流孔5-7上端設置右調節螺杆5-9，所述的右調節螺杆5_9通過右螺孔5-11與槽殼5-1連接。如附圖I、圖2所示降雨時，雨水經承雨口組件I和注水漏鬥3注入槽殼5-1中，槽殼5-1中的降雨經節流孔洩入翻鬥6。小雨時槽殼5-1中存蓄的水接近於零，雨強增大時，在節流孔的限制下，槽殼5-1存蓄的水量隨之增加，翻鬥6在稱量本鬥中的存水量時，也同時稱量了槽殼5-1中的存水量。如圖3、圖4、圖5所示本實施例的工作過程為當左稱重鬥6-1處於蓄水狀態時，槽殼左支杆5-4穩定的停靠於左稱重鬥6-1底部，降水經注水漏鬥3注入雙向配重槽5後，經左節流孔5-6注入左稱重鬥6-1中，使雙向配重槽5左端及左稱重鬥6-1同時蓄水。 當左稱重鬥6-1蓄水量Pt產生的翻水力矩與雙向配重槽5左端蓄水量Pp產生的翻水力矩之和達到臨界翻轉量值時，翻鬥6左向翻水過程立即發生，並帶動雙向配重槽5左向運動，當擺杆5-3撞擊左限位杆13時，在其反作用力驅動下，擺杆5-3驅動雙向配重槽5向右翻轉，使槽殼右支杆5-5停靠於右稱重鬥6-2底部，翻鬥6翻轉時，將左稱重鬥6-1蓄存的水量Pt及降水切換時經左節流孔5-6流出的未經稱量的水損失量Px —起排入排水漏鬥7中；並將雙向配重槽5中存蓄的水量Pp自槽殼5-1左端轉移至右端，這時降水經注水漏鬥3注入槽殼5-1，經右節流孔5-7注入右稱重鬥6-2。當右稱重鬥6-2蓄水量Pt所產生的翻水力矩與雙向配重槽5右端蓄水量Pp所產生的翻水力矩之和再次達到臨界翻水力矩量值時，右稱重鬥6-2及雙向配重槽5將再次反向重現上述翻水一排水一自動轉移水體Pp的過程，如此往復循環，翻鬥6每翻轉一次，永磁體6-4便掠過幹簧管8 一次，雨量計便發出一次通、斷開關量信號，實現降水量的自動測量。實現翻鬥翻轉水損失最佳消除的具體方法是⑴、在(O. 01 O. 4)mm/min的小雨強下分別調節槽殼5-1左、右兩個調節螺杆5-8、5-9的高度至中間位置，然後調節翻鬥6傾角α使翻鬥排水量P等於理論排水量並鎖定翻鬥傾角；(2)、在4.0mm/min的大雨強下調節槽殼5-1左、右兩個調節螺杆5-8、5-9的高度，改變節流孔5-4、5-5的出流面積至最佳適配值，並觀測翻鬥排水量P，使排水量值P等於理論排水量，即可實現大雨時翻鬥翻轉水損失的完全扣除；
本實施方式還可以在小雨時調節翻鬥傾角α將小雨時翻鬥的排水量P調節至大於理論排水量的1% 2%範圍，然後在4. Omm/min的大雨下分別調節左右兩個調節螺杆5_8、5-9的高度至最佳適配值，使大雨時的排水量P等於理論值，實現彌補儀器存在的小雨時蒸發量偏大的缺點。圖6是本發明方案雙向雙向配重槽5的簡化實施方式，本實施方式與上實施方式不同之處僅在於當節流孔5-6、5-7的出流面積為最佳適配值情況下，所述的調節螺杆5-8,5-9及螺孔5-10、5-11均可省略。本發明翻鬥排水量P的算式為P=Pt-Pp · dp/dt+Px......(B)，(B)式中
Pt表示稱重鬥降水切換時的蓄存水量單位克
Pp表示雙向配重槽降水切換時的蓄存水量單位克；dt表示稱重鬥蓄水量Pt的幾何中心距翻鬥軸心垂線間的距離，單位為釐米； dp表示雙向配重槽蓄水量Pp的幾何中心距翻鬥軸心垂線間的距離，單位為釐米；
Pp · dp/dt表示稱重鬥鬥容的調減量單位克
稱重鬥降水切換時的容量調減量Pp .dp/dt等於翻鬥翻轉時的水損失Px時，即可實現稱重鬥鬥容的最佳調減，消除翻鬥翻轉水損失。本發明所述左、右節流孔5-6、5_7的出流面積為最佳適配值時，節流孔上端的左、右流量調節螺杆5-8、5-9及左、右螺孔5-10、5-11可以省略。·
權利要求
1.一種有雙向配重槽的翻鬥式雨量計，它包括底座(11)、外筒(2)、承雨口組件(I)、注水漏鬥(3)、支架(4)、翻鬥(6)、翻鬥傾角調節裝置(9)、支架調水平裝置(10)、排水漏鬥(7)和幹簧管(8);所述的翻鬥(6)通過翻鬥支承(12)安裝在支架(4)上，翻鬥(6)的中部有中隔板(6-3)，所述的中隔板(6-3)將翻鬥(6)分割為對稱的左稱重鬥(6-1)和右稱重鬥(6-2)，翻鬥(6)上設置永磁體(6-4);其特徵在於在翻鬥(6)上設置雙向配重槽(5);所述的雙向配重槽(5)位於注水漏鬥(3)的下方；雙向配重槽(5)由槽殼(5-1)、中軸(5-2)和擺杆(5-3)三者連接而成；槽殼(5-1)、中軸(5-2)和擺杆(5-3)三者的中軸線相互垂直，槽殼(5-1)為四邊封閉的長條形槽殼，槽殼的橫截面的形狀為類''V"字形；槽殼(5-1)底部的兩端對稱設置槽殼左支杆(5-4)、槽殼右支杆(5-5)、左節流孔(5-6)和右節流孔(5-7)；雙向配重槽(5)通過中軸(5-2)、軸支承(15)安裝在所述的中隔板(6-3)的正上方；槽殼(5-1)左向傾斜至極限位置時，槽殼左支杆(5-4)的底端停靠於左稱重鬥￠-1)的底部位置；槽殼(5-1)右向傾斜至極限位置時、槽殼右支杆(5-5)的底端停靠於右稱重鬥(6-2)的底部位置；所述的擺杆(5-3)的兩側分別設置左限位杆(13)和右限位杆(14);所述的左、右限位杆(13、14)安裝在支架⑷上；當擺杆(5-3)左向傾斜至極限位置時，擺杆(5-3)緊貼左限位杆(13);當擺杆(5-3)右向傾斜至極限位置時，擺杆(5-3)緊貼右限位杆(14)。
2.根據權利要求I所述的有雙向配重槽的翻鬥式雨量計，其特徵在於所述左節流孔(5-6)上端設置左調節螺杆(5-8)，所述的左調節螺杆(5-8)通過左螺孔(5-10)與槽殼(5-1)連接；所述右節流孔(5-7)上端設置右調節螺杆(5-9)，所述的右調節螺杆(5-9)通過右螺孔(5-11)與槽殼(5-1)連接。
全文摘要
本發明公開了一種有雙向配重槽機構的翻新式雨量計，涉及一種水文儀器。它包括承雨口組件、注水漏鬥、翻鬥、支架等。其特徵在於:在翻鬥中隔板上方設置雙向配重槽，所述的雙向配重槽由槽殼、轉軸、擺杆三者連接組成，槽殼的兩端設置節流孔和槽殼支杆，節流孔上端沒置調節螺杆，擺杆的兩側設置左、右限位根杆，左、在限位杆固定在支架上。降雨時雨水經注水漏鬥注入雙向配重槽、再經節流孔注入翻鬥中，當雨強增大時，所述的雙向配重槽機構能隨雨強變化自動地調減稱量鬥的容量，用以抵消甚至完全消除翻鬥翻轉水損失，提高儀器計量準確度。
文檔編號G01W1/14GK102890296SQ20121034894
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者張敏, 張永立 申請人:張永立