[发明专利]有双向配重槽的翻斗式雨量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种雨量计，具体是指一种具有双向配重槽的翻斗式雨量计。

背景领域

翻斗式雨量计在测量降水时，雨水经承雨口组件通过注水漏斗垂直向下注入翻斗中，当翻斗中的蓄水量达到临界翻水量时，翻斗即刻翻转，翻斗上的永磁体掠过干簧管，使干簧管输出一个通断开关量信号；随后，降水泄入另一个称重斗，当斗中蓄水量再次达到临界翻水量时，翻斗再次翻转，干簧管再次输出一个通断开关量信号。依次类推，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标准：雨强范围在（0.01～4）mm/min范围时，一级准确度:相对误差≤±2％，二级准确度：相对误差≤±3％，三级准确度:相对误差≤±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多的一种雨量计，其装备量约占到所有雨量计总份额的95%以上。

翻斗式雨量计的不足之处是：与人工观测雨量器、虹吸式雨量计、浮子式雨量计相比较，其测量误差远大于上述雨量计。究其原因与其本身的构造、工作原理密切相关:翻斗蓄水量达到临界翻水量时，从静止位置开始翻转，至中隔板完全跨越泄流水柱的降水切换时间段△t内、仍然有漏测降水量P_x落入本斗内，翻斗翻转时将本斗蓄水量P₀与该部分水体P_x一起倾倒入排水漏斗中，P_x即是翻斗翻转一次产生的水损失，也是构成翻斗计量误差的主体。

翻斗翻转水损失P_x与雨强Q大小及降水切换时间△t的长短成正比，P_x＝ Q·△t，式中：Q为雨强，单位:mm/min，△t为降水切换时间，单位:秒。翻斗排水量P的表达式为: P = P₀+P_x = P₀+Q·△t······（A）

国家标准还规定：翻汁式雨量计 “以仪器的排水量与理论值之间的差值”计算雨量计的测量误差。实践表明，当雨强在（0.01～4）mm/min范围时，0.2mm翻斗大雨时的排水量比小雨时的排水量高出（7～8）%，而0.1mm翻斗大雨时的排水量要比小雨时的排水量高出（14～15）%,已远远超出国家标准要求，其根本原因是翻斗翻转时产生水损失。

数十年来，世界各国的水文、气象工作者都在为提高翻斗雨量计的测量准确度而不懈的工作，并取得了成效。最具代表的实例是一种《多翻斗式翻斗雨量计》，它是在注水漏斗与计量翻斗之间增设了一个上翻斗和一个小口径的缓释漏斗用以平滑雨强。上翻斗水满时翻转，将水倾入缓释漏斗中，然后以较平滑的流速注入计量斗；另一种平滑雨强的方法是改变注水漏斗的结构，在漏斗内设置一个类虹吸管装置、每当注水漏斗的水位高度超越虹吸临界值时，该部分蓄存水体以可控的流速经类虹吸装置注入计量斗来平滑雨强。

上述两种提高翻斗雨量计测量准确度的方法可将注入计量斗的雨强平滑在（2～4）mm/min范围，使翻斗计量误差减少至≤±2%范围，但不能根除翻斗翻转水损失。

以上两种方法的共同缺点是：所增加的上翻斗或者有类虹吸装置的注水漏斗均截留部分降水，被截留的降水将降低仪器灵敏度，并且还因此影响降水起、止时间的精确测定。类虹吸装置还存在小雨时形成“滴流”和因虹吸管脏污使虹吸作用失效等缺陷，因此这种方案已极少被采用。

为了减少降水切换时间△t、有效地减小翻斗计量误差，本发明人2011年2月12日设计了一种《具有双稳态翻板机构的翻斗式雨量计》，并获得了国家发明专利（专利公开号CN101782662A），“双稳态翻板机构”能有效的减小降水切换延迟角ω_y，进而缩短左、右称重斗降水切换时间△t、减小翻斗翻转时的水损失 ，提高仪器测量准确度。这种方法的优点是双稳态翻板不截留降水、不影响降水时间的精确测定，但是其降水切换角ω_d仍达到3.5°～4°数量级，并且降水切换时的初始速度为“0”，故而该方案的降水切换时间△t不太可能小于0.1秒，仅能将0.5、0.2mm分辨力的翻斗计量误差减小至≤±2%范围，不能消除翻斗翻转水损失。

上述改进方案的实施效果均印证了世界气象组织撰写的《气象观测方法指南》第六版、第6.5.2节作出的结论性判语,“翻斗式雨量计大雨时翻斗翻转的水损失虽能减少，但无法根除”。