雨量计的制作方法

本发明涉及降水量计量仪器设备领域，尤其是涉及一种雨量计。

背景技术：

降水量是一种重要的气象要素，降水的观测无论是对于气象、水文、海洋、环境的观测还是对航空、铁路交通的安全都具有重要的意义。雨量计(rainfallrecorder，或量雨计、测雨计)是一种用来测量一段时间内某地区的降水量的重要仪器，它的测量精度和对于各种雨强条件的广泛适用性，直接关系到所测量数据的准确性和可靠性，对雨量观测显得尤为重要。

雨量计的种类很多，常见的有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计等，目前雨量计的主要形式以翻斗式为主。但是，翻斗式雨量计还存在测量精度低的问题。因此，如何提高雨量计的测量精度成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种雨量计，通过使接水漏斗的出水口半径大于u型管测量筒的第一测量筒的进水口半径，来实现对被测雨量水位的物理放大，提高了雨量计的测量精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种雨量计，包括：接水漏斗、内漏斗、u型管测量筒、水位浮子和水位传感器；所述u型管测量筒包括第一测量筒和第二测量筒，所述第一测量筒和所述第二测量筒的筒半径相同，且所述第一测量筒和所述第二测量筒的底部连通；其中，所述接水漏斗的进水口呈圆筒形；所述内漏斗设置在所述接水漏斗的出水口下方，所述内漏斗的出水口连接所述第一测量筒的进水口；所述接水漏斗的进水口半径大于所述第一测量筒的进水口半径；所述第二测量筒的内部设置水位浮子，所述水位传感器设置于所述第二测量筒中水位浮子的正上方，以基于所述水位浮子的位置测量所述u型管测量筒的水位。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括接水电磁阀，所述接水电磁阀设置于所述接水漏斗的出水口处。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一测量筒和所述第二测量筒的底部设置有测量筒出水口。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括排水嘴，所述测量筒出水口还与所述排水嘴相连。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括排水电磁阀，所述排水电磁阀安装在所述排水嘴与所述测量筒出水口的连接处。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括与所述水位传感器连接的控制单元；所述水位传感器还用于将测量得到的水位数值信息发送给所述控制单元。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述雨量计还包括接水电磁阀和排水电磁阀，所述控制单元还分别与所述接水电磁阀和所述排水电磁阀相连，所述控制单元还用于控制所述接水电磁阀和所述排水电磁阀的开闭状态。

结合第一方面及第一方面的第一种至第六种可能的实施方式中的任一项，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第一测量筒的筒壁和所述第二测量筒的筒壁相贴附。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第一测量筒和所述第二测量筒的底部连通处为平底。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述水位传感器测量得到的水位数值信息的精度与所述接水漏斗的进水口半径和所述第一测量筒的进水口半径相关。

本发明实施例提供了一种雨量计，包括：接水漏斗、内漏斗、u型管测量筒、水位浮子和水位传感器；u型管测量筒包括第一测量筒和第二测量筒，第一测量筒和第二测量筒的筒半径相同，且第一测量筒和第二测量筒的底部连通；其中，内漏斗设置在接水漏斗的出水口下方，内漏斗的出水口连接第一测量筒的进水口；接水漏斗的出水口半径大于第一测量筒的进水口半径；第二测量筒的内部设置水位浮子，水位传感器设置于第二测量筒中水位浮子的正上方，以基于水位浮子的位置测量u型管测量筒的水位。该雨量计通过使接水漏斗的出水口半径大于u型管测量筒的第一测量筒的进水口半径，来实现对被测雨量水位的物理放大，提高了降雨量的测量精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种雨量计；

图2为本发明实施例一提供的一种接水漏斗；

图3为本发明实施例二提供的一种雨量计；

图4为本发明实施例三提供的一种雨量计。

图标：1-接水漏斗；2-内漏斗；3-u型管测量筒；4-水位浮子；5-水位传感器；6-接水电磁阀；7-排水嘴；8-排水电磁阀；9-u型管测量筒高限；10-外壳；11-控制单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的雨量计类型有多种，诸如虹吸式雨量计、称重式雨量计和翻斗式雨量计等，目前雨量计的主要形式以翻斗式为主。翻斗式雨量计可以将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出。翻斗式雨量计的工作原理为：雨水由最上端的承水口进入承水器，落入接水漏斗，经漏斗口流入翻斗，当积水量达到一定高度(比如0.1毫米)时，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗倾倒，都使开关接通电路，向记录器输送一个脉冲信号，记录器控制自记笔将雨量记录下来，如此往复即可将降雨过程测量下来。根据翻斗式雨量计的设计原理可知，其主要是利用固定体积换算，每次翻转为0.1mm，通过平衡来控制计数，达到测量雨量的目的。因此翻斗式雨量计还存在测量精度比较低的问题，主要体现在：测量值非连续，存在一个翻斗雨量的计量误差，因为翻斗每倾倒一次输出一个脉冲信号，当翻斗中的雨量没有达到翻转时，翻斗中的雨量没有计入雨量测量值。存在无效雨量，使测量结果偏小，在翻斗翻转过程中，接水漏斗中如果还有雨水，其中一部分雨水将会跟着翻转流失，此部分雨水视为无效，不在计数之内，这就导致最终的测量结果偏小。

基于此，本发明实施例提供的一种雨量计，包括：接水漏斗、内漏斗、u型管测量筒、水位浮子和水位传感器；雨水可以实时通过接水漏斗流经内漏斗，并流入u型管测量筒内，避免了翻斗式雨量计存在的测量值非连续以及存在无效雨量的问题；由于接水漏斗的进水口半径大于u型管测量筒的第一测量筒的进水口半径，所以雨量计测量得到的水位数值是被放大之后的数值，且半径越小的量筒测量精度越高，因此，该雨量计可以用于提高降雨量的测量精度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种雨量计进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种雨量计，如图1所示，包括：接水漏斗1、内漏斗2、u型管测量筒3、水位浮子4和水位传感器5。u型管测量筒3包括第一测量筒和第二测量筒，第一测量筒和第二测量筒的筒半径相同，且第一测量筒和第二测量筒的底部连通。

其中，接水漏斗1的进水口呈圆筒形；内漏斗2设置在接水漏斗1的出水口下方，内漏斗2的出水口连接第一测量筒的进水口；接水漏斗1的进水口半径大于第一测量筒的进水口半径。

如图2所示，接水漏斗1的进水口呈圆筒的形状，当雨水降入接水漏斗1后，从接水漏斗1的出水口流出，进而流入内漏斗2中，内漏斗2的漏斗口在接水漏斗1的出水口下方，雨水从内漏斗2的出水口流出进入u型管测量筒3的第一测量筒内。

由于第一测量筒和第二测量筒的底部是连通的，雨水会从第一测量筒进入第二测量筒内。在接水漏斗1和u型管测量筒3之间设置了内漏斗2，使得u型管测量筒3两端均与大气直接连通，无论是否有雨水实时流入第一测量筒中，均满足u型管测量筒3的第一测量筒和第二测量筒开口处气压相等，即第一测量筒和第二测量筒水位相等的外部物理条件。

由于第一测量筒和第二测量筒的半径相同，当雨水流入u型管测量筒3时，第一测量筒和第二测量筒的水位相同。由于接水漏斗1的进水口半径大于第一测量筒的进水口半径，量筒的半径越小其测量精度会越高，雨水经过接水漏斗1和内漏斗2进入u型管测量筒3后，可以通过接水漏斗1的进水口半径和第一测量筒的进水口半径之间的比例关系实现被测雨量的物理放大，从而提高降雨量测量精度。

第二测量筒的内部设置水位浮子4，水位传感器5设置于第二测量筒中水位浮子的正上方，以基于水位浮子4的位置测量u型管测量筒的水位。

由于连接内漏斗2的出水口的是第一测量筒的进水口，而水位浮子4位于第二测量筒中，避免了在雨水进入u型管测量筒3的过程中因水位浮子4受到水流冲击而造成大幅度的上下浮动，实现对测量筒内水位的连续稳定测量。

水位传感器5位于第二测量筒中水位浮子4的正上方，用于根据水位浮子4的位置测量第二量筒内的水位值，通过测量水位浮子4与水位传感器之间的距离变化，转变为第二测量筒内水位值的变化。上述水位传感器可以是光电测距传感器、浮球式液位传感器、浮筒式液位传感器、静压式液位传感器、投入式液位传感器、电容式液位变送器、超声波液位变送器和雷达液位变送器中的任意一种传感器，其他具有测量水位值功能的传感器也可以作为测量第二测量筒水位的水位传感器。

还可以是其他实施方式，在实际应用中，可以将第一测量筒和第二测量筒设置为带有刻度值的测量筒，可以通过人工读取测量筒水位数值的方式获取第二测量筒的水位值。

由于接水漏斗1的进水口半径和第一测量筒的进水口半径不同，第一测量筒和第二测量筒的半径相同，可以通过接水漏斗1的进水口半径和第一测量筒的进水口半径之间的比例关系，计算得到接水漏斗中的实际降雨量水位和水位传感器读取到的第二测量筒中的水位数值之间的关系。

本发明实施例提供了一种雨量计，通过使接水漏斗的出水口半径大于u型管测量筒的第一测量筒的进水口半径，来实现对被测降雨量水位的物理放大，提高了雨量计的测量精度。

实施例二：

本发明实施例提供了一种雨量计，如图3所示，包括：接水漏斗1、内漏斗2、u型管测量筒3、水位浮子4和水位传感器5。u型管测量筒3包括第一测量筒和第二测量筒，第一测量筒和第二测量筒的筒半径相同，且第一测量筒和第二测量筒的底部连通。

其中，接水漏斗1的进水口呈圆筒形；内漏斗2设置在接水漏斗1的出水口下方，内漏斗2的出水口连接第一测量筒的进水口；接水漏斗1的进水口半径大于第一测量筒的进水口半径。第二测量筒的内部设置水位浮子4，水位传感器5设置于第二测量筒中水位浮子的正上方，以基于水位浮子4的位置测量u型管测量筒的水位。

如图3所示，该雨量计还包括接水电磁阀6，接水电磁阀6设置于接水漏斗的出水口处。接水电磁阀6设置在接水漏斗的出水口处，可以通过控制接水电磁阀6的打开使雨水经过内漏斗流入u型管测量筒3，当控制接水电磁阀6关闭时，可以截止雨水流入u型管测量筒3。

第一测量筒和第二测量筒的底部设置有测量筒出水口。如图3所示，该雨量计还包括排水嘴7，测量筒出水口还与排水嘴7相连。第一测量筒和第二测量筒的底部连通处设置有测量筒出水口，测量筒出水口与排水嘴7相连接，以便可以在检测前或检测完成后将第一测量筒和第二测量筒内的雨水排除干净。

该雨量计还包括排水电磁阀8，排水电磁阀8安装在排水嘴7与测量筒出水口的连接处。可以通过打开排水电磁阀8使u型管测量筒3内的雨水通过排水嘴排出，当关闭排水电磁阀时，可以阻止u型管测量筒3内的雨水排出。

还可以是其他实施方式，在实际使用中，可以为该雨量计设置高限，如吐所示，该雨量计还包括u型管测量筒高限9，当u型管测量筒的第二测量筒内的雨水超过u型管测量筒高限时，超出了u型管测量筒3的测量范围，可以通过手动关闭接水电磁阀6，截断雨水继续经过内漏斗2流入u型管测量筒3的第一测量筒和第二测量筒中，打开排水电磁阀8，使u型管测量筒3内的雨水排出，避免了造成无效雨量测量造成的测量误差。

如图3所示，该雨量计还包括外壳10，外壳10可以保护雨量计的内部装置，也可以避免测量降雨量时有雨水飘入第二测量筒中造成测量误差。

本发明实施例提供了一种雨量计，在接水漏斗的出水口安装接水电磁阀，以及排水嘴与测量筒出水口的连接处安装排水电子阀，通过人工控制接水电磁阀和排水电磁阀的开关状态，避免了无效雨量的测量误差，且从技术原理上解决了现有雨量计大雨计量不及时、小雨无反应以及测量误差大的问题，

实施例三：

本发明实施例提供了一种雨量计，如图4所示，该雨量计包括：接水漏斗1、内漏斗2、u型管测量筒3、水位浮子4、水位传感器5和排水嘴7。u型管测量筒3包括第一测量筒和第二测量筒，第一测量筒和第二测量筒的筒半径相同，且第一测量筒和第二测量筒的底部连通。且第一测量筒和第二测量筒的底部设置有测量筒出水口。测量筒出水口还与排水嘴7相连。

其中，接水漏斗1的进水口呈圆筒形；内漏斗2设置在接水漏斗1的出水口下方，内漏斗2的出水口连接第一测量筒的进水口；接水漏斗1的进水口半径大于第一测量筒的进水口半径。第二测量筒的内部设置水位浮子4，水位传感器5设置于第二测量筒中水位浮子的正上方，以基于水位浮子4的位置测量u型管测量筒的水位。

如图4所示，该雨量计还包括与水位传感器连接的控制单元11，水位传感器5还用于将测量得到的水位数值信息发送给控制单元11。水位传感器5连接控制单元11，可以将持续测量到的第二测量筒中的水位数值信息，实时传输给控制单元11。

该雨量计还包括接水电磁阀6和排水电磁阀8，控制单元11还分别与接水电磁阀6和排水电磁阀8相连，控制单元11还用于控制接水电磁阀6和排水电磁阀8的开闭状态。接水电磁阀6设置于接水漏斗的出水口处。排水电磁阀8安装在排水嘴7与测量筒出水口的连接处。

接水漏斗1的出水口处和测量筒出水口处分别设置电磁阀，电磁阀在控制单元11控制下顺序开启闭合，用来避免产生无效雨量测量误差。接水电磁阀6和排水电磁阀8的顺序开启闭合过程为：在雨水经接水漏斗流入u型管测量筒3且达到测量筒高限9时，关闭接水电磁阀6，截断雨水继续流入u型管测量筒3的第一测量筒和第二测量筒中，同时打开排水电磁阀8，排出u型管测量筒3内的存水；待存水排净后，关闭排水电磁阀8，打开接水电磁阀6，使雨水继续流入u型管测量筒3。这一控制过程避免了测量筒排水时雨水继续流入所造成的无效雨量测量误差。

第一测量筒的筒壁和第二测量筒的筒壁相贴附。第一测量筒和第二测量筒的底部连通处为平底。

上述雨量计从结构上对u型管测量筒3的结构进行了优化，如图4所示，u型管测量筒3的第一测量筒和第二测量筒的筒壁紧贴附在一起，且第一测量筒和第二测量筒的底部的连通处是平底，保证了第一测量筒和第二测量筒从上到下均为等截面积，实现对被测降雨量的线性物理放大。

水位传感器5测量得到的水位数值信息的精度与接水漏斗1的进水口半径和第一测量筒的进水口半径相关。具体的，设接水漏斗1的进水口半径为r，第一测量筒和第二测量筒的进水口半径为r，按照体积换算的方法，在接水漏斗内水位高度为l的雨水，流入u型管测量筒3的第一测量筒和第二测量筒后，第二测量筒内的水位高度为l，则计算算式为：

在接水漏斗1的进水口半径r大于第一测量筒的进水口半径r的情况下，待测雨量高度l被放大为u型管测量筒3的第二测量筒内的水位高度l，所实现的放大倍数k的计算算式为：

相比于使用水位传感器直接测量雨量水位，上述雨量计通过物理放大，可将雨量测量精度提高k倍。在相同测量精度要求的情况下，则可将对水位传感器的测量精度要求降低直接测量方式的1/k。便于实现高精度和低成本的雨量测量。

作为一种可选的实施方式，在实际使用中，使用上述雨量计测量降雨量时，使用步骤如下：

步骤1、在降雨量测量开始之前，首先对雨量计进行初始化。控制单元输出控制信号，关闭接水电磁阀，截断雨水流入u型管测量筒的第一测量筒和第二测量筒中，打开排水电磁阀，排出u型管测量筒内的存水，同时启动控制单元内部的计时器。排水过程中，控制单元持续读取水位传感器传输的水位数值，根据水位数值判断存水是否排净。

步骤2、待u型管测量筒的第一测量筒和第二测量筒中的存水排净后，控制单元输出控制信号，关闭排水电磁阀，打开接水电磁阀。可以开始进行降雨量的测量，使雨水流入u型管测量筒，控制单元持续读取并记录水位传感器传输的水位数值。

步骤3、当水位数值达到u型管测量筒的测量高限时，控制单元再次输出控制信号，关闭接水电磁阀，截断雨水继续流入u型管测量筒，打开排水电磁阀，排出u型管测量筒内的存水，完成一个测量周期。

步骤4、待存水排净后，控制单元输出控制信号，关闭排水电磁阀，打开接水电磁阀，使雨水流入u型管测量筒，开启一个新的测量周期。控制单元持续读取水位传感器传输的水位数值，并与计时器中存储的测量周期的水位数值累加。

步骤5、当控制单元内部计时器达到连续测量时间设定之后，控制单元将累计的水位数值，除以该雨量计的水位值物理放大倍数，再除以连续测量时间，输出以mm/min为单位的雨量测量值，计时器清零。

上述雨量计的使用步骤适用于在连续测量时间内的雨量超过u型管测量筒总容积的情况。如果在连续测量时间内的雨量较小，没有达到u型管测量筒总容积，则工作步骤可以从步骤2直接跳到步骤5，省略步骤3和步骤4的中间排水过程。

示例性的，可以在组装上述雨量计时，采用进水口半径为10cm的接水漏斗1，第一量筒和第二量筒的半径为1cm，则该雨量计对降雨量水位值的物理放大倍数为50倍。水位传感器可以采用光电式传感器，该水位传感器的距离测量精度为±1mm。导入物理放大倍数后，换算成雨量测量精度为±0.02mm。远高于常用翻斗式雨量计最小分辨率0.1mm的测量精度。

本发明实施例提供了一种雨量计，通过在接水漏斗下方和u型管测量筒下方分别设置电磁阀，在控制单元控制下顺序开启闭合，避免产生无效雨量测量误差，该雨量计从整体上实现了在各种降雨强度条件下，对降雨量的连续、精确测量，具有造价低、通用性强、结构简单、测量结果真实可靠的优点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。