一种通过调节上翻斗重心改变水量的方法与流程

本发明涉及翻斗式雨量测量领域，尤其涉及一种通过调节上翻斗重心改变水量的方法。

背景技术：

传统的翻斗式雨量传感器，都是通过调节挡块的位置，来改变每斗水的质量。如图1所示，为现有的翻斗式雨量传感器，其中1为机架，2为调节螺丝；3为汇集翻斗，4为计量翻斗；5为计数翻斗；6为翻斗；7为挡块；8为磁钢。通过调节翻斗两侧的调节螺丝，进而调节挡块的位置，从而调节翻斗的转动角度，来改变每斗水的质量，磁钢装设于计数翻斗的中部，磁钢上装有干簧管，当计数翻斗翻动时，磁钢对干簧管扫描，干簧管发送一脉冲信号，实现计数。

现有的翻斗式雨量传感器根据翻斗本身的重量，产生相对于转轴逆时针方向的力矩，当收集的雨水滴落到翻斗的右边槽，水的重量产生一个相对于转轴顺时针方向的力矩，当着两个力矩相等的时候，翻斗处于一个平衡的临界状态，当雨水继续加多一点的时候，平衡就打破，水的重力就促使翻斗往顺时针方向旋转，直到碰到挡块，翻斗里面的水因为重力的作用就流掉，同时左边的翻斗槽继续接新的雨水，直到打破新的平衡，再翻转。显然，翻斗中的水根据设计合适的翻斗重量，以及翻转挡块控制翻转的角度，可以控制好每次翻斗水的质量，但是传统的翻斗，无法做到雨的质量与角度成正比例关系，其调节只能通过检定员的经验来矫正，需要通过多次试验调整，通过调节调节螺柱来调节挡块的位置，这样就无法保证两边的角度相等，出现大小斗的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种通过调节上翻斗重心改变水量的方法，实现翻斗式雨量传感器精度的调节。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种通过调节上翻斗重心改变水量的方法，在翻斗式雨量传感器的翻斗上方设置有一上翻斗，所述上翻斗的转动轴和翻斗的转动轴平行,并且上翻斗的转动轴和翻斗的转动轴位于同一竖直面内；在所述上翻斗上活动设有一调节螺杆；通过改变调节螺杆在上翻斗中的位置，进而改变上翻斗与调节螺杆组成的组合体的重心位置。

进一步的，所述调节螺杆在上翻斗的侧边。

进一步的，所述调节螺杆在上翻斗的中心对称面上。

进一步的，所述调节螺杆的中心线与上翻斗转动轴的中心线垂直。

进一步的，所述翻斗式雨量传感器包括支撑架，所述上翻斗和翻斗均转动设置于支撑架上，并且上翻斗和翻斗经一联动组件实现同步翻转。

进一步的，所述联动组件包括一沿上翻斗中部横向向外延伸的拨杆、设置于拨杆端部的凸轮以及设置于翻斗中部与凸轮配合的弧形凹槽，所述凸轮随着上翻斗转动在弧形凹槽内移动，带动翻斗同步翻转，并且上翻斗和翻斗的翻转方向相反。

进一步的，所述上翻斗呈中间宽两边窄，包括前后设置的两侧板，两个侧板底部经底板相连接成一体，所述底板中部向下凹陷，并且两侧板的左右两端分别向内弯折形成一弯折部，两侧板的弯折部与底板分别形成左右两出水口；两个侧板与底板围合成用于暂存雨水的暂存室；所述翻斗包括两个左右对称的翻斗室，所述翻斗室外表面呈旋转曲面状。

进一步的，其中一侧板中部设置有向上延伸的柱体，所述柱体顶部自上而下设置有螺纹孔，所述调节螺杆与所述螺纹孔配合螺纹连接。

进一步的，所述翻斗旁侧设置有用于限定翻斗左右摆动角度的限位机构，所述限位机构包括两个限位挡块，两个限位挡块分别对应两个翻斗室设置于所述支撑架内侧面，两个翻斗室的外侧部对应设有与两个限位挡块分别配合接触的楔形凸部。

进一步的，所述翻斗式雨量传感器还包括一磁控开关，所述磁控开关由磁铁和干簧管组成，所述磁铁设置于上翻斗外侧中部，所述干簧管与外部控制器电连，并且与所述磁铁正对设置于支撑架的内侧。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明通过设置上翻斗进行预先储水，防止在翻斗翻转时造成雨量流失，对测量结果造成影响；上翻斗根据重心的位置变化进行翻转，因此，通过调节上翻斗上设置的调节螺杆，改变上翻斗的重心，可以改变翻斗在不同水量下进行翻转，进而调整翻斗式雨量传感器的精度。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为现有翻斗式雨量传感器的结构示意图。

图2为本发明提供的翻斗式雨量传感器的结构示意图。

图3为本发明上翻斗与翻斗配合的结构示意图。

图4为本发明上翻斗和下翻斗通过联动组件上下同步联动的结构示意图。

图5为联动组件的结构示意图。

图6为本发明翻斗的分析示意图。

图7为本发明上翻斗和下翻斗的分析示意图。

图8为本发明调节螺杆的分析示意图。

图1中：1-机架；2-调节螺丝；3-汇集翻斗；4-计量翻斗；5-计数翻斗；6-翻斗；7-挡块；8-磁钢。

图2～6中：6-翻斗；60-翻斗室；9-上翻斗；90-侧板；91-底部；92-弯折部；10-调节螺杆；11-联动组件；12-拨杆；120-凸轮；13-弧形凹槽；14-外筒；15-接雨槽；16-漏雨斗；17-楔形凸部；18-支撑架；19-圆形底板；20-集雨桶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图2～8所示，本实施例的一种通过调节上翻斗重心改变水量的方法，在翻斗式雨量传感器的翻斗6上方设置有一上翻斗9，所述上翻斗9的转动轴和翻斗6的转动轴平行,并且上翻斗9的转动轴和翻斗6的转动轴位于同一竖直面内；在所述上翻斗9上活动设有一调节螺杆10；通过改变调节螺杆10在上翻斗9中的位置，进而改变上翻斗9与调节螺杆10组成的组合体的重心位置。

从上述可知，本发明的有益效果在于：通过调节螺杆10在上翻斗9内的位置，进而改变上翻斗9与调节螺杆10组成的组合体的重心，进而改变上翻斗9流入翻斗6内的雨量。

下面对以上调节原理进行进一步的说明：

(1)翻斗质量m1的影响

从图6可以看出，翻斗的力臂是g1p＝rsinα，其中p点为重心g1在竖直方向上的投影；

则翻斗的力矩m1＝m1grsinα；

设水的质量为mw1，水的重心为gw，翻斗6圆心为q，

令oq＝r；∠eoq＝β；

则he＝rsinβcosα；ef＝rcosβsinα

水的力臂hf＝he-ef＝rsinβcosα-rcosβsinα＝rsin(β-α)；

则水的力矩mw1＝mw1grsin(β-α)；

翻斗在即将翻动的时候，此时翻斗在挡块受到的支撑力为0，我们称这个状态为临界平衡状态。

在临界平衡状态，m1＝mw1；

即m1grsinα＝mw1grsin(β-α)；

可以得到：

(2)上翻斗质量m2的影响

如图7所示，取ab＝ob＝d，o为翻斗的转动中心，b为上翻斗的转动中心，对上翻斗进行力学分析，设上翻斗通过联动组件对翻斗的压力为f2，设上翻斗重心g2距离上翻斗转动轴为b，则上翻斗重力产生的力矩为m2＝m2gbsinα，其中m2为包含调节螺杆的质量。

f2对上翻斗转动轴产生的力矩为mf2a＝f2dcos2α；

在临界平衡状态，以上两个力矩相等，即m2gbsinα＝f2dcos2α

f2对翻斗转轴o产生的力矩为：

根据上面的说明，水质量w2对o产生力矩为：

mw2＝mw2grsin(β-α)，

在临界平衡状态，mf2o＝mw2，

即

可以得到

(3)调节螺丝质量m3的影响

如图8所示，同理可以得到,调节螺丝m3对水质量的影响为：

(4)上翻斗积水质量m4的影响

在雨水流到上翻斗的时候，会先积一定水在上翻斗，设这些水的重心距离转轴为a，则积水对水质量的影响值为：

水每斗的质量为以上四个因素的叠加，

即

从上述可知，本发明通过调节螺杆的重心位置c的值来补偿降雨量不同时，上翻斗翻转角度的调节，上翻斗翻转角度的不同，使得进入翻斗的水量不同，通过让w2接近w3，同时让调节螺杆每调节一圈，会造成的翻斗总斗数变化为整数k，每斗水的质量为π，那么：

设α＝20°，r＝60.5906，p＝0.5，k＝1,则：

也就是，将调节螺丝的重量设计为1.9171461，螺距为0.5，那么，每调节一圈，翻斗数就变化一斗。

在本实施例中，所述调节螺杆10在上翻斗9的侧边。

在本实施例中，所述调节螺杆10在上翻斗9的中心对称面上。

在本实施例中，所述调节螺杆10的中心线与上翻斗6转动轴的中心线垂直。

在本实施例中，所述翻斗式雨量传感器包括支撑架，所述上翻斗9和翻斗6均转动设置于支撑架18上，并且上翻斗9和翻斗6经一联动组件11实现同步翻转。

在本实施例中，所述联动组件11包括一沿上翻斗9中部横向向外延伸的拨杆12、设置于拨杆12端部的凸轮120以及设置于翻斗6中部与凸轮120配合的弧形凹槽13，所述凸轮120随着上翻斗9转动在弧形凹槽13内移动，带动翻斗6同步翻转，并且上翻斗和翻斗的翻转方向相反。上翻斗9翻转时，通过拨杆12上的凸轮120在弧形凹槽13内滑动，带动翻斗6对应翻斗室60进行接水，提高上翻斗9和翻斗6动作的连续性，减少水量的损失。

所述联动组件11也可以通过齿轮传动机构实现，通过在上翻斗9的中部下方设置一上齿轮，在翻斗6中部对应设有一下齿轮，所述上齿轮和下齿轮相啮合，通过上翻斗9翻转，使得上齿轮带动下齿轮转动，从而带动翻斗6同步翻转。

在本实施例中，所述上翻斗9呈中间宽两边窄，包括前后设置的两侧板90，两个侧板90底部经底板91相连接成一体，所述底板91中部向下凹陷，并且两侧板90的左右两端分别向内弯折形成一弯折部92，两侧板90的弯折部92与底板91分别形成左右两出水口；两个侧板90与底板91围合成用于暂存雨水的暂存室；所述翻斗6包括两个左右对称的翻斗室60，所述翻斗室60外表面呈旋转曲面状。所述翻斗室60的底面为旋转曲面的局部，实现翻斗室60内存储的水能够在翻斗翻转时快速流出。通过弯折部92，使得上翻斗9出水口变窄，提高水流入翻斗6中的速度。

在本实施例中，其中一侧板90中部设置有向上延伸的柱体，所述柱体顶部自上而下设置有螺纹孔，所述调节螺杆10与所述螺纹孔配合螺纹连接。

在本实施例中，所述翻斗6旁侧设置有用于限定翻斗6左右摆动角度的限位机构，所述限位机构包括两个限位挡块，两个限位挡块分别对应两个翻斗6室设置于所述支撑架内侧面，两个翻斗6室的外侧部对应设有与两个限位挡块分别配合接触的楔形凸部17。通过限定限位挡块的位置，实现翻斗6的翻转角度恒定。

在本实施例中，所述翻斗6式雨量传感器还包括一磁控开关，所述磁控开关由磁铁和干簧管组成，所述磁铁设置于上翻斗6外侧中部，所述干簧管与外部控制器电连，并且与所述磁铁正对设置于支撑架的内侧。通过干簧管与磁铁配合获得上翻斗6的翻转次数，实现对雨量的计算。

在本实施例中，所述翻斗式雨量传感器还包括两个对称设置于翻斗6下方两端的接雨槽15、设置于上翻斗9上方的漏雨斗16、一圆形底板19和一外筒14，所述接雨槽15和支撑架18底部固定于圆形底板19上，所述漏雨斗16设置于支撑架18上，漏雨斗16的出口穿过支撑架18的上端伸入至所述上翻斗9内；所述外筒14套设与支撑架18外，外筒14的底部与所述底部卡接。

在本实施例中，所述外筒14的顶部还设有一锥形的集雨桶20，所述集雨桶20的下方出口与所述漏雨斗16的进口相连通，所述漏雨斗16由上下依次连通设置的上桶、中桶和下桶组成，所述上桶的内径大于中桶的内径，所述中桶的内径大于下桶的内径。通过集雨桶20和漏雨斗16的结构设计，提高雨量测量速度，提高翻斗式雨量传感器的测量效率。

综上所述，本发明提供的一种通过调节上翻斗重心改变水量的方法，通过在上翻斗上设置有一调节螺杆，改变上翻斗的重心，提高翻斗式雨量传感器的测量精度。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。