[发明专利]具有双稳态翻板机构的翻斗式雨量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种水文仪器，具体涉及一种具有双稳态翻板机构的高精度翻斗式雨量计。

背景技术

公知的翻斗雨量计的构造及技术要求从国家标准GB/T11832-2002《翻斗式雨量计》已知，它包括承雨口组件、泄水漏斗、支架、翻斗、翻斗轴支承、调倾角装置、调水平装置、干簧管、排水漏斗、底座、外筒等。其中翻斗包括左斗、右斗、固定分水板、翻斗轴、两个永磁体、配重柱。翻斗宽度约为15～40mm，泄水漏斗垂直安装在支架顶端的正中心位置上、其中心线与翻斗的轴心垂线相重合，其出水口至翻斗轴之间的高度约为40～60mm，固定分水板的顶端与泄水漏斗出水口之间的高度不大于5mm，翻斗倾角为α的大小与翻斗的容量有关，0.1mm～1mm容量的翻斗其倾角α一般在10°～30°之间，其自身重量均大于10g、小于100g。降水时雨水经承水口组件进入泄水漏斗，沿泄水漏斗垂直向下泄入翻斗中。泄流水柱的直径约为3mm，当翻斗中的水达到约定容量V₀时，翻斗将即刻发生翻转，翻斗上的永磁体便会掠过干簧管，使干簧管输出一个通断开关量信号，随后降水泄入另一个承水斗。当另一个翻斗中水量再次达到约定容量时，翻斗再次翻转，干簧管输出一个信号。依此类推，实现降雨量的测量。

GB/T11832-2002《翻斗式雨量计》标准规定了翻斗式雨量计的准确度检测标准规定，雨强范围在0.4～4mm/min内时，0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm四种分辨力的翻斗式雨量计的测量误差均应≤±4％。

翻斗式雨量计的优点是：构造简单，可靠性高，造价低，输出信号为通断开关量信号，工作时无需外接电源，使用维护方便。翻斗式雨量计发明已经一百余年，至今仍然是世界上采用量最大的一种雨量计，其装备量份额约占到所有雨量计总份额的95％以上。

翻斗式雨量计的测量误差限±4％，远大于其它水文、气象仪器的测量误差。究其原因与其本身的构造、工作原理密切相关。测量误差产生大的原因，从解析翻斗雨量计的构造、原理及其翻水过程可知：翻斗翻水周期可以划分为三个阶段：

第一阶段是翻斗水满后，翻斗从静止位置开始翻转至固定分水板到达泄流水柱直径外边缘降水切换临界位置点W₁所跨越的角度称为翻水延迟角ω_y，对应于固定分水板跨越翻水延迟角ω_y所需的翻水时间称为翻水延迟时间T_y。

第二阶段是固定分水板自降水切换临界位置点W₁跨越泄流水柱迴转至泄流水柱另一侧边缘降水切换临界位置点W₂所迴转的角度称为翻水渡越角ω_d，翻水渡越角ω_d的角度大小等于两个降水切换临界点W₁、W₂之间的泄流水柱的直径约3mm弧长所对应的弧度角量值3.5°，对应于固定分水板跨越翻水延迟角ω_d的时间称为翻水渡越时间T_d。在已知技术中翻水延迟角ω_y的大小与翻斗固有倾角α的大小相关即：ω_y＝α-ω_d/2；在翻水延迟时间段T_y内的降水量ΔV_y全部泄入到本斗中，并且在翻水渡越时间段T_d内仍有一部分降水量ΔV_d依然落入本斗中。

第三阶段是自翻斗固定分水板跨越翻水渡越角ω_d之后的后半个周期内降水才全部落入到另一个承水斗中。从上述过程可知，在T_y、T_d时间段内的降水量ΔV_y、ΔV_d并未被计入到翻斗约定容量V₀之内，该部分降水量ΔV_y、ΔV_d即为翻斗一次翻水的绝对测量误差量值，其计算公式为：

ΔV_y＝Q×T_y，ΔV_d＝Q×T_d，(式中Q为为雨强，单位为mm/min)

从以上解析可以得出结论：已知技术翻斗雨量计的翻斗在翻水过程中必须先渡越翻水延迟角ω_y再渡越翻水渡越角ω_d后才能完成承水斗之间的降水切换任务，因此产生了较大的测量误差，这是已知技术无法克服的缺陷。

发明内容