具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計的製作方法

2024-01-28 21:55:15

專利名稱：具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水文儀器，具體涉及一種具有雙穩態翻板機構的高精度翻鬥式雨
背景技術：
公知的翻鬥雨量計的構造及技術要求從國家標準GB/T11832-2002《翻鬥式雨量 計》已知，它包括承雨口組件、洩水漏鬥、支架、翻鬥、翻鬥軸支承、調傾角裝置、調水平裝置、 幹簧管、排水漏鬥、底座、外筒等。其中翻鬥包括左鬥、右鬥、固定分水板、翻鬥軸、兩個永磁 體、配重柱。翻鬥寬度約為15 40mm，洩水漏鬥垂直安裝在支架頂端的正中心位置上、其 中心線與翻鬥的軸心垂線相重合，其出水口至翻鬥軸之間的高度約為40 60mm，固定分水 板的頂端與洩水漏鬥出水口之間的高度不大於5mm，翻鬥傾角為a的大小與翻鬥的容量有 關，O. lmm lmm容量的翻鬥其傾角a —般在10° 30°之間，其自身重量均大於10g、小 於100g。降水時雨水經承水口組件進入洩水漏鬥，沿洩水漏鬥垂直向下洩入翻鬥中。洩流 水柱的直徑約為3mm，當翻鬥中的水達到約定容量V。時，翻鬥將即刻發生翻轉，翻鬥上的永 磁體便會掠過幹簧管，使幹簧管輸出一個通斷開關量信號，隨後降水洩入另一個承水鬥。當 另一個翻鬥中水量再次達到約定容量時，翻鬥再次翻轉，幹簧管輸出一個信號。依此類推， 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檢測標準規 定，雨強範圍在0. 4 4mm/min內時，O. lmm、0. 2mm、0. 5mm、1. Omm四種分辨力的翻鬥式雨量 計的測量誤差均應《±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 界上採用量最大的一種雨量計，其裝備量份額約佔到所有雨量計總份額的95%以上。
翻鬥式雨量計的測量誤差限±4%，遠大於其它水文、氣象儀器的測量誤差。究其 原因與其本身的構造、工作原理密切相關。測量誤差產生大的原因，從解析翻鬥雨量計的構
造、原理及其翻水過程可知翻鬥翻水周期可以劃分為三個階段 第一階段是翻鬥水滿後，翻鬥從靜止位置開始翻轉至固定分水板到達洩流水柱直 徑外邊緣降水切換臨界位置點W工所跨越的角度稱為翻水延遲角Oy，對應於固定分水板跨 越翻水延遲角"y所需的翻水時間稱為翻水延遲時間Ty。 第二階段是固定分水板自降水切換臨界位置點W工跨越洩流水柱迴轉至洩流水柱 另一側邊緣降水切換臨界位置點W2所迴轉的角度稱為翻水渡越角"d，翻水渡越角"d的角 度大小等於兩個降水切換臨界點Wp W2之間的洩流水柱的直徑約3mm弧長所對應的弧度角 量值3.5° ，對應於固定分水板跨越翻水延遲角"d的時間稱為翻水渡越時間Td。在已知技 術中翻水延遲角"y的大小與翻鬥固有傾角a的大小相關即"y= a-"d/2;在翻水延遲 時間段Ty內的降水量AVy全部洩入到本鬥中，並且在翻水渡越時間段Td內仍有一部分降 水量AVd依然落入本鬥中。
第三階段是自翻鬥固定分水板跨越翻水渡越角co d之後的後半個周期內降水才全 部落入到另一個承水鬥中。從上述過程可知，在Ty、Td時間段內的降水量AVy、 AVd並未被 計入到翻鬥約定容量V。之內，該部分降水量AVy、 AVd即為翻鬥一次翻水的絕對測量誤差 量值，其計算公式為 AVy = QXTy， AVd = QXTd，(式中Q為為雨強，單位為mm/min) 從以上解析可以得出結論已知技術翻鬥雨量計的翻鬥在翻水過程中必須先渡越
翻水延遲角Oy再渡越翻水渡越角(Od後才能完成承水鬥之間的降水切換任務，因此產生了
較大的測量誤差，這是已知技術無法克服的缺陷。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提出一種具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計，
該方案能夠保留已知翻鬥雨量計的構造簡單、可靠性高、造價低、工作時不耗電等優點，增 加一個雙穩態翻板，有效地減小雨量計的測量誤差，提高儀器的測量準確度。
本發明是以如下技術方案實現的一種具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計包 括底座、外筒、承雨口組件、洩水漏鬥、支架、翻鬥、排水漏鬥和限制翻鬥傾斜角度的調傾角 裝置，還包括調水平裝置、和千簧管；所述的翻鬥中部設置固定分水板，固定分水板將翻鬥 分割成相互對稱的左鬥和右鬥，翻鬥上還設置配重柱；其特徵在於在固定分水板的上方 設置雙穩態翻板；所述的雙穩態翻板由左夾板、右夾板和活動分水板三者連接組成，活動分 水板的下端設置分水板軸；所述的分水板軸通過雙穩態翻板支承與固定分水板上端連接； 雙穩態翻板的兩側設置左限位杆和右限位杆；所述的左、右限位杆上端固定在支架上。
所述的左夾板和右夾板形狀尺寸相同，且對稱於活動分水板的兩側。
所述的雙穩態翻板的重心在分水板軸軸心線的上方。
所述的活動分水板與固定分水板之間設置拉簧。
所述的活動分水板上端製作刃口 。 本發明的積極效果是無論雨量計翻鬥的傾角a是10°還是30° ，雙穩態翻板 在翻水過程中，只需跨越約3.5。的翻水渡越角"d即可完成承水鬥之間的降水切換。而已 知技術的翻鬥翻水必須先跨越翻水延遲角"y後再跨越3.5。的翻水渡越角"d才能完成 承水鬥之間的降水切換。對於0. 1 1. 0mm的翻鬥而言，其迴轉角"y+"d之和的量值為 11.75° 31.75° 。翻鬥一次翻水產生的絕對誤差量值遠小於已知技術翻鬥一次翻水產生 的絕對誤差量值AVy+AVd。 綜上所述，本發明方案保留了已知技術的優點又克服了已知技術的缺點和不足之 處，且在不改變外界雨強的條件下以改變翻鬥翻水延遲角Oy、縮短降水切換時間的方法減 小了翻鬥式雨量計的測量誤差、提高了儀器的測量準確度。


下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明 圖1是本發明的結構示意圖。 圖2是圖1的左視圖。 圖3是圖1的A處局部放大圖。
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圖4是圖2的B處局部放大圖。
圖5是雙穩態翻板上拉簧安裝示意圖。 圖中l、承雨口組件，2、洩水漏鬥，3、支架，4、翻鬥，4-l、左鬥，4-2、右鬥，4-3、固定 分水板，4-4、翻鬥軸，4-5、配重柱，5、翻鬥軸支承，6、調傾角裝置，7、調水平裝置，8、幹簧管， 9、排水漏鬥，10、底座，11、外筒，12、雙穩態翻板支承，13、固定銷，14、雙穩態翻板，14-1、分 水板軸，14-2、活動分水板，14-3、左夾板，14-4、右夾板，15、左限位杆，16、右限位杆，17、拉簧。
具體實施例方式
如圖1、2、3、4所示一種具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計包括底座10、外筒 11、承雨口組件1、洩水漏鬥2、支架3、翻鬥4、排水漏鬥9和限制翻鬥傾斜角度的調傾角裝 置6，還包括調水平裝置7、和千簧管8 ;所述的翻鬥4中部設置固定分水板4-3，固定分水板 4-3將翻鬥4分割成相互對稱的左鬥4-1和右鬥4-2，翻鬥4上還設置配重柱4_5 ;其特徵在 於在固定分水板4-3的上方設置雙穩態翻板14 ;所述的雙穩態翻板14由左夾板14-3、右 夾板14-4和活動分水板14-2三者連接組成，活動分水板14-2的下端設置分水板軸14-1 ; 所述的分水板軸14-1通過雙穩態翻板支承12與固定分水板4-3上端連接；雙穩態翻板14 的兩側設置左限位杆15和右限位杆16 ;所述的左、右限位杆15、 16上端固定在支架3上。
所述的左夾板14-3和右夾板14-4形狀尺寸相同，且對稱於活動分水板14_2的兩 所述的活動分水板14-2與固定分水板4-3之間設置拉簧17。本實施例中拉簧17 上端安裝在在活動分水板14-2下端，且位於分水板軸14-1以上的部位，拉簧17下端安裝 在固定分水板4-3的上端。 所述的活動分水板14-2上端製作刃口 。本實施例中雙穩態翻板14頂端錐形刃口 位於降水切換臨界點位置；左、右夾板14-3、14-4的末端為限位點。 本實施例中固定分水板4-3的高度改變為高於左、右鬥4-l、4-2水滿時水位高度， 且低於洩水漏鬥出水口以下10 30mm範圍。 本實施例中的工作過程為當左鬥4-1位於靜態承水位置時，活動分水板14-2的 頂端刃口位於翻水渡越角"d與翻水延遲角"y相交匯的降水切換臨界位置點。在該位置 點上雙穩態翻板14在自身重力的作用下或在拉簧17牽引力的作用下，始終向左保持擺幅 角穩態位置不變，此時的降水一直洩入左鬥4-l中。當翻鬥水滿開始翻水時，雙穩態翻板14 的活動分水板14-2跟隨固定分水板4-3運動，其頂端刃口將無延時的從該臨界點位置開始 迴轉並渡越過翻水渡越角"d，完成翻鬥承水鬥之間的降水切換任務。 此後活動分水板14-2跟隨固定分水板4-3繼續向左翻動、在固定分水板4_3越過 洩流水柱後的下半個周期內，活動分水板14-2觸碰到左限位杆15的限位端點後，在限位杆 反作用力的驅動下，活動分水板14-2開始反向迴轉，待翻鬥翻水結束、右鬥4-2位於承水靜 態位置時，活動分水板14-2頂端刃口也自動迴轉到降水切換臨界位置點上，雙穩態翻板14 在其自身重力或者在其拉簧17向下牽引力的作用下，始終保持最大向右擺幅角穩態位置 不變，這時降水一直洩入右鬥4-2，當右鬥4-2水滿開始翻水時，雙穩態翻板14將反方向重 復上述翻水過程。翻鬥翻水時無需再跨越翻水延遲角"y、只要跨越翻水渡越角"d就能再
5次完成翻水任務。待右鬥4-2翻水結束後，活動分水板14-2的頂端刃口再次恢復到臨界渡 越點位置。依此類推只要降水不停翻鬥翻水一直反覆的重複上述過程直至降水結束。
上述過程中雙穩態翻板14反方向迴轉的推動力，是來源於翻鬥4承水鬥承接降水 所積蓄的勢能，該勢能在翻水時轉變為動能。而翻鬥4自身的重量遠大於雙穩態翻板14的 重量，當雙穩態翻板14與左、右限位杆15、16端點觸碰後，所產生的反作用力足以克服雙穩 態翻板14的迴轉靜態阻力使其迴轉至反方向最大擺幅角穩態位置。 綜上所述，具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計在翻鬥翻水過程中，在不消耗外 部能源的情況下自動地改變活動分水板的位置，使活動分水板14-2的刃口在翻鬥位於靜 態位置時始終處於降水切換臨界點位置，並在下一次翻水過程中有效地縮短降水切換時 間，從而減小儀器測量誤差，提高儀器測量準確度。
權利要求
一種具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計包括底座(10)、外筒(11)、承雨口組件(1)、洩水漏鬥(2)、支架(3)、翻鬥(4)、排水漏鬥(9)和限制翻鬥傾斜角度的調傾角裝置(6)，還包括調水平裝置(7)、和千簧管(8)；所述的翻鬥(4)中部設置固定分水板(4-3)，固定分水板(4-3)將翻鬥(4)分割成相互對稱的左鬥(4-1)和右鬥(4-2)，翻鬥(4)上還設置配重柱(4-5)；其特徵在於在固定分水板(4-3)的上方設置雙穩態翻板(14)；所述的雙穩態翻板(14)由左夾板(14-3)、右夾板(14-4)和活動分水板(14-2)三者連接組成，活動分水板(14-2)的下端設置分水板軸(14-1)；所述的分水板軸(14-1)通過雙穩態翻板支承(12)與固定分水板(4-3)上端連接；雙穩態翻板(14)的兩側設置左限位杆(15)和右限位杆(16)；所述的左、右限位杆(15、16)上端固定在支架(3)上。
2. 根據權利要求1所述的具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計，其特徵在於所述的 左夾板(14-3)和右夾板(14-4)形狀尺寸相同，且對稱於活動分水板(14-2)的兩側。
3. 根據權利要求1所述的具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計，其特徵在於所述的 雙穩態翻板(14)的重心在分水板軸(14-1)軸心線的上方。
4. 根據權利要求1所述的具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計，其特徵在於所述的 活動分水板(14-2)與固定分水板(4-3)之間設置拉簧(17)。
5. 根據權利要求1所述的具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計，其特徵在於所述的 活動分水板(14-2)上端製作刃口。
全文摘要
本發明提供了一種具有雙穩態翻板機構的翻鬥式雨量計，涉及一種水文儀器。它包括承雨口組件、洩水漏鬥、翻鬥、支架、調傾角裝置、調水平裝置等。其特徵在於在固定分水板的上方設置雙穩態翻板，所述的雙穩態翻板由左夾板和右夾板與活動分水板三者連接組成，活動分水板的下端設置分水板軸，分水板軸通過雙穩態翻板支承與固定分水板上端連接，雙穩態翻板的兩側設置左、右限位杆，左、右限位杆固定在支架上。雙穩態翻板的重心在分水板軸心線的上方，活動分水板與固定分水板之間設置拉簧。自動翻板機構能自動改變翻鬥翻水延遲角、縮短承水鬥降水切換延遲時間，減小翻鬥測量誤差，進而提高儀器測量精確度。
文檔編號G01W1/14GK101782662SQ201010112118
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月12日 優先權日2010年2月12日
發明者張敏, 張永立 申請人:張永立