一种斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器制造技术

一种斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，属于翻斗式雨量传感器。包括：计量翻斗组件还包括：导流槽；所述的导流槽有两个，分别设置在左斗室和右斗室上方。翻斗雨量传感器的构造形式及注水方式为换向槽或双向导流槽构造的斜向注水方式，斜向注水方式下雨水经换向槽或导流槽注入翻斗斗室的端部或中部区域，在该区域产生与雨强正相关的动态附加冲击力矩

A high reliable large range tipping bucket rain sensor with oblique water injection

【技术实现步骤摘要】
一种斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器


[0001]本技术涉及翻斗式雨量传感器，属于单层式翻斗雨量传感器,特别涉及一种斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器。

技术介绍

[0002]中国专利技术专利《一种调节翻斗配重体高度的固定倾角式翻斗雨量传感器》，专利申请号： 202110890249.4，专利公开号：CN113484938A。公开了一种翻斗式雨量传感器，包括：承雨口组件1、外筒2、底座3、注水漏斗4、翻斗支架5、计量翻斗组件6、左翻斗倾角支柱组件7、右翻斗倾角支柱组件8、干簧管9、水平泡10、水平支板11和支板水平调节装置12；其中，所述的计量翻斗组件6包括：翻斗轴6
‑
1，中隔板6
‑
2，左斗室6
‑
3，右斗室6
‑
4和永磁体6
‑
5。
[0003]翻斗式雨量传感器是当今世界各国使用量最大最广泛的降水量测量仪器，公知的翻斗式雨量传感器突出优点是:构造简单,寿命长久,价格低廉,无功耗且能用于遥测,被广泛用在水文、水利、农业、气象、防洪减灾、运输等各个领域。
[0004]公知翻斗式雨量传感器的工作原理是：基于天平称重原理的翻斗式机械双稳态称重机构。
[0005]公知的注水方式是斗室根部注水法，水柱是通过注水漏斗轴心线沿着翻斗的轴心注入到斗室的根部。公知的翻斗式雨量传感器无一例外的采用此注水法。
[0006]机械双稳态结构是常见翻斗式雨量传感器使用的结构形式，其存在：误差
∆
Vx。
[0007]双稳态翻斗式雨量传感器是利用翻斗部件左、右倾斜安装，其注水水柱中线与翻斗中隔板中线的摆幅角θ=11
°
～22
°
，其本身重量在垂直方向的分量：W
左
、W
右
作为砝码，用以计量对边右、左翻斗中承水的重量。当蓄水斗进水量达到预定重量W时，翻斗翻转、倒水，直至另一空翻斗进入蓄水状态，在翻斗开始翻转至雨水注入到另一个斗室中的时段
∆
t这一段区域内，翻斗仍不停地进水，导致出现没有被计量的误差
∆
Vx。
[0008]∆
V
x
=V0‑
V
P
............................（1）
[0009]式中：
[0010]∆
Vx为翻斗每翻转一次产生的绝对误差量也称为器差，单位是ml；
[0011]V0为翻斗在某一对应感量的翻水理论值，单位是ml；
[0012]V
P
为实测的排水量值，单位是ml；
[0013]∆
Vx是翻斗式雨量传感器不可避免的计量误差,其大小与注入雨强Q及斗室注水切换时间
∆
t相关，其算式为:
[0014]ꢀ∆
Vx=Q
·
∆
t............................（2）
[0015]式中：
∆
t为两个斗室注水切换时间。
∆
t的大小与翻斗翻水渡越角的大小及翻斗斗体自身质量的大小二者相关。
[0016]其运动方程为：
[0017]ꢀꢀꢀꢀꢀ………………
(3)
[0018]式中:M
‑‑
上斗室雨水的翻转动力矩
[0019]I
‑‑
翻斗部件转动惯量；
[0020]ω
‑‑
翻斗部件翻转角速度；
[0021]t
‑‑
翻斗部件注水切换时间。
[0022]国家标准中翻斗式雨强传感器的相对误差E
b
的计算公式为:
[0023][0024]式中:
[0025]E
b
———翻斗计量误差（相对误差）;
[0026]———翻斗累计测量翻转次数的理论总水量,单位为毫升(mL);
[0027]———翻斗累计测量翻转次数的实际总排水量,单位为毫升(mL)。
[0028]目前我国翻斗式雨量传感器的测量准确度等级如下表所示：
[0029]表1传感器准确度等级准确度等级雨强范围翻斗计量误差E
bⅠ0.01mm/min～4.0mm/min≤
±
2%Ⅱ0.01mm/min～4.0mm/min≤
±
3%Ⅲ0.01mm/min～4.0mm/min≤
±
4%
[0030]公知的翻斗雨量传感器分辨力有四种，即1mm、0.5mm、0.2mm、0.1mm。
[0031]其中1mm分辨力的翻斗雨量传感器摆幅角θ的优化值为22
°
。
[0032]0.5mm分辨力的翻斗雨量传感器摆幅角θ的优化值为15～16
°
。
[0033]0.2mm辨力的翻斗雨量传感器摆幅角θ的优化值为11
°
。
[0034]0.1mm分辨力的翻斗雨量传感器为多层翻斗式构造。
[0035]其中1mm分辨力的翻斗雨量传感器测量误差能达到≤
±
2%国家标准Ⅰ级范围，但是由于它不适用于测量降雨日并且翻斗自身的截流量太大，已被弃用。
[0036]其中0.1mm分辨力的单层翻斗雨量传感器由于相对误差太大，在0.01mm/min～4.0 mm/min雨强范围内误差≥
±
8%，已远远超过国家标准Ⅲ级范围也被弃用。
[0037]当今仅有0.5mm和0.2mm分辨力的单层翻斗雨量传感器在大量的生产和应用。
[0038]当降雨强度在0.01mm/min～4.0 mm/min范围内变化时，其中0.5mm分辨力的翻斗雨量传感器的测量误差能够达到≤
±
3%国家标准Ⅱ级，其中0.2mm分辨力的翻斗雨量传感器的测量误差能够达到≤
±
4%国家标准Ⅲ级，均属于准确度低等级产品。
[0039]翻斗式雨量传感器的可靠性和稳定性与摆幅角θ及斗体质量正相关，摆幅角θ越大，其逆转力矩越大，其稳定性可靠性越高。
[0040]公知的0.5mm分辨力的翻斗雨量传感器摆幅角θ为15
°
～16
°
和公知的0.2mm辨力的翻斗雨量传感器摆幅角θ为11
°
均属于可靠性和稳定性较差的范围。特别是安装在高杆上的小摆幅角θ雨量传感器，在遇到大风时，传感器出现晃动，很容易出现无降水的误报、错报信号，这是用户最忌讳的问题。
[0041]当今世界气候变化剧烈，极端高强度降雨频发，其雨强极值已远超过4.0 mm/min
范围，尤其在南部沿海地区台风暴雨频发，瞬时降雨强度可达到10 mm/min甚至更大，现有的单层翻斗雨量传感器的雨强范围仅为0~4mm/min，当雨强超过4mm/min其误差范围将直线上升，无法正常工作。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，包括：承雨口组件、外筒、底座、注水漏斗、翻斗支架、计量翻斗组件、左翻斗倾角支柱组件、右翻斗倾角支柱组件、干簧管、水平泡、水平支板和支板水平调节装置；其中，所述的计量翻斗组件包括：翻斗轴，中隔板，左斗室，右斗室和永磁体；其特征是：还包括：导流槽；所述的导流槽有两个，分别设置在左斗室和右斗室的上方；所述的导流槽的前后中心面分别与左斗室和右斗室的前后中心面重合；所述的导流槽在斗室蓄水的稳定状态下，导流槽的高端入水口正对注水漏斗的出水口中心线；导流槽的低端出水口分别位于左斗室和右斗室的端部或中部区域位置。2.根据权利要求1所述的斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，其特征是：还包括：换向槽组件和换向驱动装置；换向槽组件位于注水漏斗的下方，导流槽的上方；换向驱动装置设置在中隔板的上方；所述的换向槽组件为：一字形换向槽组件、或者为Y字形换向槽组件、或者为A字形换向槽组件；所述的换向驱动装置为：一字形换向驱动装置、或者为Y字形换向驱动装置、或者为A字形换向驱动装置。3.根据权利要求2所述的斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，其特征是：所述的导流槽的高端入水口正对一字形换向槽组件或者为Y字形换向槽组件的出水口正下方；导流槽的低端出水口分别位于左斗室和右斗室的端部或中部区域位置。4.根据权利要求1或2所述的斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，其特征是：所述的导流槽通过一个或多个安装柱固定在斗室内侧或者外侧上；或者导流槽通过一个或多个安装柱固定在中隔板上；或者导流槽通过一个或多个安装柱固定在翻斗支架上，位于计量翻斗组件的上方，换向槽组件的下方。5.根据权利要求1所述的斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，其特征是：所述的导流槽的槽底与翻斗水满时水平面之间的夹角λ为1
°
～60
°
；所述的导流槽的宽度为3~20mm，高度为6~10mm。6.根据权利要求2所述的斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，其特征是：所述的一字形换向槽组件包括：转轴、一字形换向槽、左定位杆、右定位杆和一字形换向槽换向联动装置；转轴设置在翻斗支架的中心面上，计量翻斗组件的正上方；一字形换向槽通过转轴设置在计量翻斗组件的正上方；左定位杆和右定位杆对称的连接在翻斗支架上；一字形换向槽换向联动装置对称的设置在一字形换向槽的下方。7.根据权利要求2所述的斜向注水的高可靠大量程翻斗雨量传感器，其特征是：所述的Y字形换向槽组件，包括：转轴、Y字形换向槽、左定位杆、右定位杆和Y字形换向槽换向联动装置；转轴设置在翻斗支架的中心面上，计量翻斗组件的正上方；Y字形换向槽通过转轴设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永立，崔家宽，赵冠军，许婷，张敏，宋建平，杨贵方，张喜宁，
申请(专利权)人：徐州市伟思水务科技有限公司，
类型：新型
国别省市：