一種大小雙翻斗雨量計及提高雨量測量精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大小雙翻斗雨量計及提高雨量測量精度的方法，屬于水文、氣象測量器具技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣降水測量是地球水循環(huán)監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)，是水資源利用的重要組成部分，也是氣候變化、地質(zhì)災(zāi)害、洪水災(zāi)害預(yù)警和環(huán)境評估等多方面的重要影響因素，業(yè)內(nèi)學(xué)者尋求多種方法對降雨量進行精確計量。
[0003]翻斗式雨量計測量原理:翻斗式雨量計的計量部件主要是左右對稱的翻斗，當(dāng)翻斗盛積的水量達到一定的數(shù)量值時，相當(dāng)0.1毫米降水時，翻斗翻倒，翻斗中部裝有一塊小磁鋼，磁鋼上端有干簧管。當(dāng)翻斗翻動時，磁鋼掃過干簧管，使干簧接點因磁化而瞬間閉合一次，送出一個電路導(dǎo)通脈沖，代表0.1mm的降雨量。因此，翻斗的容量是否準確，直接影響翻斗雨量計的計量精度。
[0004]然而，自然界降水強度是變化的，翻斗計量工作是動態(tài)過程。當(dāng)雨強很大時，進入翻斗的水流如注，連綿不斷，當(dāng)達到設(shè)計規(guī)定的重量(容積)時，翻斗開始翻轉(zhuǎn)(tl)，但這時雨水仍不停地注入翻斗，直至雨水流入另一翻斗(t2)，在tl~t2這一時段Λ t內(nèi)翻斗多計量的水量Λ W即為翻斗計量動態(tài)誤差Λ E1，它與翻斗的安裝傾角Φ、雨強I等因素有關(guān)。據(jù)質(zhì)檢部門提供的資料顯示，0.1mm的翻斗雨量計在雨強為4mm/min時，當(dāng)Φ=12°，實測Δ t=0.16秒，Δ W=0.32克，動態(tài)計量誤差Λ El達-10%。
[0005]翻斗雨量計的誤差主要來源于變化的降雨強度，自然降雨強度大多在0.01?4mm/min變化，為了提高測量精度，在設(shè)備出廠時會調(diào)整翻斗傾角，分配誤差，使小、大雨強兩端誤差分布對稱，將翻斗大小調(diào)整到雨強為2mm/min時誤差最小，使測量結(jié)果在雨強小于2mm/min時，誤差為正偏離，雨強大于2mm/min時，誤差為負偏離，全年總雨量測量結(jié)果的誤差可以部分抵消。
[0006]翻斗式雨量計應(yīng)用選擇:翻斗式雨量計由于其性能穩(wěn)定，簡單可靠，維修性好，制造成本低，通用的開關(guān)量信號輸出方式等特點被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前國內(nèi)用于自動化遙測的雨量計主要是翻斗式雨量計，水文部門多用單翻斗雨量計，在0.l~6mm/min雨強范圍內(nèi)，因0.1mm單翻斗雨量計的誤差達到+10%?-20%，這個誤差是不可接受的，故用0.2mm或0.5mm的雨量計，氣象部門全部使用0.1mm雙翻斗雨量計。
[0007]SL21-2006雨量觀測規(guī)范中規(guī)定不需要雨日資料的雨量站，可使用0.2mm翻斗雨量計，多年平均降雨量大于800_的地區(qū)可使用0.5mm翻斗雨量計。盡管水文專家研究了很多其他類型的雨量計，如超聲波雨量計、浮子式雨量計、稱重式雨量計、虹吸式雨量計，增加了機構(gòu)部件帶來的結(jié)果是造價提高和穩(wěn)定可靠性降低。所以，翻斗式雨量計仍是目前國內(nèi)外廣泛用于自動化監(jiān)測的雨量計，翻斗式雨量計工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，易于把降雨量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，便于遠距離傳輸。
[0008]但是目前的翻斗式雨量計存在通用性差，不能適合小雨到暴雨各種降雨強度的雨量測量；同時還具有測量精度低，動態(tài)計量誤差大、蒸發(fā)誤差大，測量精度受雨強影響等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低、故障率低、通用性強、高精度測量降雨量的大小雙翻斗雨量計；進一步地，本發(fā)明提供一種大小雙翻斗雨量計提高雨量測量精度的方法，該法可克服蒸發(fā)和雨強變化等因素對雨量測量成果的影響，測量成果精度高，真實可靠。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種大小雙翻斗雨量計，其特征在于:包括:圓桶型的承雨器、所述承雨器內(nèi)由上到下依次設(shè)置并均安裝在安裝支架上的漏斗、小翻斗、上匯集漏斗、大翻斗、下匯集漏斗和安裝平臺；所述漏斗的出水口正對所述小翻斗，所述漏斗的出水口處設(shè)置有上干簧管，所述小翻斗上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述小翻斗容量的調(diào)節(jié)螺釘和用于翻轉(zhuǎn)時掃過所述上干簧管的上磁鋼；用于盛裝所述小翻斗水量的所述上匯集漏斗的出水口正對所述大翻斗，所述上匯集漏斗的出水口處設(shè)置有下干簧管，所述大翻斗內(nèi)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述大翻斗容量的調(diào)節(jié)螺柱和用于翻轉(zhuǎn)時掃過所述下干簧管的下磁鋼；用于盛裝所述大翻斗水量的所述下匯集漏斗安裝在所述安裝平臺上，所述安裝支架固定設(shè)置在所述安裝平臺上，所述安裝平臺固定設(shè)置于所述承雨器底面上；所述安裝支架上設(shè)置有控制器；所述控制器分別與所述小翻斗和大翻斗采用信號電纜相連。
[0011]所述漏斗的接水口設(shè)置有過濾網(wǎng)。
[0012]所述控制器包括邏輯比較運算模塊。
[0013]所述承雨器上設(shè)置有用于顯示所述小翻斗和大翻斗累計測量值的LCD顯示模塊；所述LCD顯示模塊與所述控制器信號電纜相連。
[0014]所述小翻斗的容積為0.1mm降水量，所述大翻斗的容積為0.5mm降水量。
[0015]所述安裝平臺上設(shè)置有用于調(diào)水平的水準泡。
[0016]所述承雨器的材質(zhì)為不銹鋼，口徑為200+a6mm，外刃口 42~45°。
[0017]—種大小雙翻斗雨量計提高雨量測量精度的方法，其特征在于:包括以下步驟:控制器監(jiān)測小翻斗和大翻斗的翻轉(zhuǎn)動作；小翻斗翻轉(zhuǎn)I次，累計降雨量值A(chǔ)增加1，輸出I個0.1mm降雨量脈沖信號；大翻斗翻轉(zhuǎn)I次，累計降雨量值B增加5 ;然后控制器進行邏輯比較運算，如果累計降雨量值A(chǔ)多累計降雨量值B，則令累計降雨量值B=累計降雨量值A(chǔ)，無補發(fā)脈沖信號輸出；如果累計降雨量值B >累計降雨量值A(chǔ)，則補發(fā)輸出兩者之差的脈沖數(shù)，且令累計降雨量值A(chǔ)=累計降雨量值B。
[0018]控制器監(jiān)測小翻斗和大翻斗的動作，控制器經(jīng)過智能邏輯處理后輸出精確的雨量測量脈沖信號。自然界降雨通過承雨器收集，經(jīng)過濾網(wǎng)濾去樹葉柴草流經(jīng)漏斗至小翻斗，小翻斗裝滿水后翻轉(zhuǎn)，上磁鋼掃過上干簧管產(chǎn)生吸合斷開脈沖信號，控制器收到脈沖信號，累計降雨量值A(chǔ)增加I ;小翻斗傾倒的雨水經(jīng)過上匯集漏斗流至大翻斗，如此往復(fù)，大翻斗裝滿水后翻轉(zhuǎn)，下磁鋼掃過下干簧管產(chǎn)生吸合斷開脈沖信號，控制器收到脈沖信號，累計降雨量值B增加5，此時，控制器進行邏輯比較運算，如果累計降雨量值A(chǔ)大于等于累計降雨量值B，說明大翻斗中的雨水被部分蒸發(fā)了，小翻斗測量精度高，則令累計降雨量值B等于累計降雨量值A(chǔ);如果累計降雨量值B大于累計降雨量值A(chǔ)，說明降雨強度較大，小翻斗在翻轉(zhuǎn)過程中有較多的雨水向下流淌，小翻斗測量值偏小，大翻斗測量精度高，則令累計降雨量值A(chǔ)等于累計降雨量值B。小翻斗測量值A(chǔ)和大翻斗測量值B都顯示在控制器的LCD顯示器上。小翻斗的容量為3.14克，可通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘改變小翻斗的容量；大翻斗的理論容量為15.7克，因翻轉(zhuǎn)過程有雨水向下流淌，多次平均流淌雨水占3%，實際使用時大翻斗容量調(diào)整到15.2克，可通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱改變大翻斗的容量。小翻斗、大翻斗、上匯集漏斗、下匯集漏斗和控制器均安裝在安裝支架上，安裝支架安裝在安裝平臺上。
[0019]小翻斗的容量為3.14克，為國際規(guī)范中最高分辨率，相當(dāng)于0.1mm降雨量，每翻轉(zhuǎn)I次，向外輸出0.1mm降雨量的脈沖信號。
[0020]大翻斗的其理論容量為15.70克，相當(dāng)于0.5mm降雨量，實際容量調(diào)整到15.2克，每翻轉(zhuǎn)I次，是否向外輸出降雨量由控制器經(jīng)過邏輯運算后確定。
[0021]—種大小雙翻斗雨量計提高雨量測量精度的方法中，使用小翻斗，消除了大翻斗的蒸發(fā)誤差；使用大翻斗，降雨經(jīng)上匯集漏斗節(jié)流輸出到大翻斗后，又修正了在小翻斗受降雨強度影響很大的情況下所產(chǎn)生的測量誤差，從而，提高了雨量測量精度。
[0022]本發(fā)明有如下技術(shù)特點:
(1)翻斗式:穩(wěn)定可靠，經(jīng)久耐用，防雷抗干擾；
(2)可視化:顯示模塊為2X16字符IXD，顯示各種翻斗累計測量值；
(3)自供電:低功耗設(shè)計，自帶電池可使用10年以上；
(4)通用性:適合小雨到暴雨各種降雨強度的雨量測量；
(5)高精度:高分辨率與高精度完美結(jié)合，不但蒸發(fā)誤差小，還不受變化雨強影響。
[0023]本發(fā)明的性能指標如下:
(1)不銹鋼承雨器口徑:Φ200+°.6°mm，外刃口 42°?45° ;
(2)測量分辨力:0.1mm ;輸出分辨力:0.1mm ；
(3)降雨強度測量范圍:0.01?8mm/min ；
(4)小翻斗容積3.14克(0.1_)，大翻斗容積15.7克(0.5mm)；
(5)儀器綜合誤差S±4% (在0.01?6mm/min雨強范圍)；
(6)信號輸出:通斷脈沖信號，V( 15V，I ( 10mA ；
(7)控制器功耗:DC3.6V，0.05