专利名称：数字集成电路遥测雨量计的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种雨量计量仪器，具体地说是涉及一种数字集成电路为主控电路的有线遥测雨量计。
公知的水导式遥测雨量计，是应用雨水具有高阻值导电性能的特性，通过一个内部装有按不同高度循序递减的导电触针导电芯柱的容水器，以及一只由电磁棘轮继电器推动一只带电刷的转臂，在触块转换盘上顺时钟步进转换的机械组件，将电源电压循序分配给容水器中各导电触针，由雨水的水位来循序导通器内的导电芯柱，逐次输送出导通信号，经分立元件组成的电子线路放大，转换成雨量记数和记录信号，由电磁号码记数器显示，并由履带式的雨量记录机构实现自动记录。该仪器测雨量精度高，误差小，并可测雨量强度的范围宽等优点，但其触块机械转换盘的盒加工工序多，结构复杂，装配调整麻烦，且电刷和触块都有机械磨损，不但耗费较昂的贵重金属，同时常易出现因摩擦力太大而转动受卡，触点污损后接触不良等故障；由于采用分立元件组成的电子线路，元件繁多，制造成本高，使用维修较为困难；其次，履带式的记录机构也常因塑料履带易受温度影响，硬软不一，而造成记数值与记录值不同步等，影响测量精度。
本实用新型的目的是提供一种采用微电子器件CMOS数字集成电路和V－MOS功率场效应管为主控电路所组成的雨量感应器，配以单凸轮结构的记录器所组成的数字集成电路遥测雨量计。本实用新型的又一目的是简化电路，提高仪器稳定性，可靠性，大幅度降低生产成本，减少生产工序，节约金属材料，便于制造，使用和维修。
本实用新型的技术方案是这样实现的。本实用新型是在水导式遥测雨量计的基础上加以改进。除感应器中的容水器和进、排水联动电磁阀组件，只是在装配结构和外形尺寸上进行一些改进外，其他所有部件均作了重新研制。本实用新型的结构图详见附
图1－6。它的改进是1、雨量感应器是由容水器组件、进排水联动电磁阀组件，数字集成电路时序分配自动控制电路组件为主体所组成。
(1)容水器组件，进排水联动电磁阀，数字集成电路时序分配自动控制电路组件均安装在雨量感应器外壳中的同一安装板上，前两者连成一体，数字集成电路时序分配自动控制电路组件安装在其旁，并经底座上引出的一根21芯导线束和插头，与容水器盖侧的插座连接。另在该底座上装一四芯电缆插座，以配插四芯电缆与记录器连接。便于装拆清洗，使电缆插件避免雨水侵袭。
(2)容水器组件的容水器底座，容水器盖。隔板，导电芯柱、防尘盖板、进水漏斗采用工程塑料组件装配而成。导电触针直接安装在容水器盖上，20根触针均布在容水器底座内壁与导电芯柱外壁之间的空腔内，每根触针相差的长度均按其容积折合雨量每相差0.1毫米的高度循序递减；进水漏斗以螺纹旋入导电芯柱中，导电芯柱用螺纹旋在容水器盖上；容水器底座的底部中心钻出排水塞连杆的导向孔，并在其四周均布6个出水孔；导电芯柱采用ABS等工程塑料车制，在需要导电部分用塑料电镀或镶配铜环等工艺解决，以此简化了结构，减少了工序。
(3)进排水联动电磁阀采用Ⅲ形磁回路结构，出水管道设在电磁阀铁芯中，排水塞头和进水阀组件均借助衔铁的上吸而联动，当排水结束时，分别由弹簧和重力复位。其主要技术指标是在12V直流电压下，最大功耗在3.5瓦以下，当衔铁间距为1.5毫米时，其吸合力不小于4kg，且电磁阀铁轭的长度不大于110毫米，外径不大于75毫米。以此提高了电磁阀的效率和铜、铁材料的消耗。
(4)取消了水导式遥测雨量计的机械式触块转换盘组件，研制了数字集成电路时序分配自动控制电路组件来替代。其工作原理方框图见图4。其中触块供电电压时序分配电路主要有三块串接的CMOS十进制记数器／时序分配器数字集成电路(图5数字集成电路时序分配自动控制电路组件1－3)，配以与门电路数字集成电路时序分配自动控制电路组件4－1、4－2，隔离二极管D4－24及少量阻容元件等组成；电接信号输入整形放大电路主要由一块四与门电路(图5数字集成电路时序分配自动控制电路组件4－3)和一只V－MOS管BG1、继电器J1等分立元件组成；进排水电磁阀自动控制电路由一只V－MOS管BG2和继电器J2等外围元件所组成；电磁阀节能电路主要由一只V－MOS管BG3及其外围电路组成；防抖动触发电路由一块双JK触发器(图5数字集成电路时序分配自动控制电路组件5－1、5－2)组成。以此简化了电路、降低了成本、消除了机械触块转换盘的各种缺陷，大大提高了仪器的稳定性和可靠性。
2、在记录器中，取消了履带式的记录结构，设计了单凸轮结构的记录器。如图2所示。
(1)一只中心装有阻尼筒兼转轴的单凸轮记录组件，采用工程塑料铣制或注塑，底部装有一片与凸轮同心的100齿棘轮片，转轴上端安装着滑轮，阻尼筒中设一平衡锤，锤上牵有拉线，当记录笔组件上的滚轮在凸轮螺旋面上滚动到最高点而下跌时，此平衡锤就凭拉线经滑轮的阻尼筒中上升，起抽气式阻尼作用。且上述各部件经组装后，可成一体结构，直接固定到底座上带滚珠的安装座上。
(2)单凸轮记录组件上铣出的螺旋面的展开图，为底边长是单凸轮外径乘园周率(单凸轮的直径不大于80毫米)，高度(即导程S)为97毫米的直角三角形(如图6所示)。
(3)记录器中的数字集成电路记数器组件电路板上安装着两块双BCD同步加法记数器(数字集成电路时序分配自动控制电路组件8－11)及少量阻容元件，驱动四只LED1－4数码管作发光显示。其百位、十位位的无效零消隐电路由九只二极管D32－40，以及R25、R40两只电阻组成。另有三极管BG5和V－MOS功率场效应管BG6和二极管D30，稳压管D31等元件组成记数变态时显示百秒自灭电路，使LED1－4在雨量没有变化时不显示，而当雨量变化时，则每变化一个数值显示约一百秒左右自动熄灭，以节约电源损耗，如需常显时，将开关K2闭合即可。C8、R19、D28、BG4、D29等组成记录讯号放大电路，将数字集成电路时序分配自动控制组件输出的微弱信号予以高倍率放大，以驱动带棘爪的电磁继电器组件DT2正常工作。
本实用新型的电路简单，结构合理，性能稳定，便于与微机配接，若采用单脉冲信号或8421码的引出方法，都较容易实现雨量信息的记录，记盘存储和自动统计。使用与维修方便，且成本可比水导式下降20％左右。
图1为本实用新型感应器结构示意图。
图2为本实用新型记录器结构示意图。
图3为本实用新型容水器和进、排水联动电磁阀组件结构示意图。
图4为本实用新型工作原理方框图。
图5为本实用新型电路工作原理图。
图6为本实用新型单凸轮螺旋面展开图。
1、雨量感应器承雨口径圈、2、数字集成电路时序分配自动控制电路组件、3、容水器组件、4、雨量感应器外壳、5、进排水联动电磁阀组件、6、标准容器、7、滑轮、8、记录器外壳、9、数字集成电路记数器组件、10、阻尼筒兼转轴、11、记录笔架、12、单凸轮记录组件、13、记录笔组件、14、带棘爪的电磁继电器组件、15、棘轮片、16、安装座、17、止回棘爪组件、18、记录自记钟、19、进水漏斗、20、防尘盖板、21、插座、22、容水器盖、23、通风室、24、进水阀组件、25、隔板、26、防潮装置、27、容水器底座、28、太平嘴、29、导电触针、30、导电芯柱、31、进水通道孔、32、进水阀调整螺钉、33、排水塞头、34、电磁阀底座、35、电磁阀铁芯、36、电磁线包、37、电磁阀铁轭、38、出水管道，39、弹簧、40、排水阀连杆、41、衔铁、42、衔铁支架兼排水管道，43、触针供电电压时序分配电路，44、导电芯柱，45、电磁阀线包，46、人工排水控制，47、进排水电磁阀自控，48、电磁阀节能电路，49、电接信号输入及整形放大，50、防抖动触发电路，51、加法计数译码电路，52、记数信号放大电路，53、四位LED数码显示，54、记数变态显示百秒自灭电路，55、自动记录机构。
以下是本实用新型结合附图进行实施例说明。
仪器使用前，将雨量感应器、记录器正确安装并连接后、打开电源，经稳压数字集成电路时序分配自动控制电路组件、输出的直流电压分别经C4、R13和C10、R23对所有数字集成电路时序分配自动控制电路组件清零，数字集成电路时序分配自动控制电路组件1－3经各隔离二极管首先对第一触针供电，当雨水由进水漏斗19，导电芯柱30的中心孔和进水通道孔31流入，进入容水器底座27内壁与导电芯柱之间的空腔内，水位即随雨量循序上升，其水面与吊装在容水器盖22上的第一根导电触针相齐时，此时第一触针上的正电压即经水电阻传至导电芯柱30，经接插件21和J1－1触点，整入到整形放大电路数字集成电路时序分配自动控制电路组件4－3输入端，使BG1饱和导通，J1吸合，J1－2簧片即将电接信号由防抖动触发电路数字集成电路时序分配自动控制电路组件5－1、5－2输出，其中由数字集成电路时序分配自动控制电路组件5－2输出的一路传至记录器，实现雨量记数、显示和记录外(详见记录器部分的叙述)，另一路则由数字集成电路时序分配自动控制电路组件5－1输出，传至数字集成电路时序分配自动控制电路组件1－3的时钟信号输入端，使该电路翻转进位，将正电压转接至第二触针上，此时雨水继续流入，当水位上升到第二个0.1毫米的高度时，第二根触针的正电压又可由雨水经导电芯柱输出再次按上述工作过程输入到数字集成电路时序分配自动控制电路组件4－3，BG1、J1、数字集成电路时序分配自动控制电路组件6－11、LED1－4、BG4－6等各电路又按照上述过程使记数器和记录器工作一次，完成第二个0.1毫米雨量的记数和记录，同时又使数字集成电路时序分配自动控制电路组件1－3翻转进位，将正电压转接至第三触针上，如此反复循环，直至容水器中水位上开到第20根触针完成2.0毫米的记数和记录外，又触发数字集成电路时序分配自动控制电路组件1－3翻转进位，由该电路第21时序上输送出一个脉冲信号，使BG2饱和导通，J2吸合，BG3随之饱和导通，电磁阀节能电路开始工作，电磁线包36(DT1)通电，形成了由电磁阀铁芯35、底座34、铁轭37组成的磁场，吸动衔铁41，带动衔铁支架兼排水管道42，排水阀连杆40和排水塞头33，将容水器的排水通道打开，雨水经出水管道38，由42排出口同时，在33上抬中，将进水阀组件24也联动上抬，由进水塞头将进水漏头19下水口堵塞、使排水时的雨水暂存在进水漏斗中，以提高测雨准确性。BG3经约一秒的时间，C6充电电流逐渐减小时，其由饱和导通逐渐转为截止，此时DT1的供电即由电源经R56串联提供，减小了维持吸合电流，以此起到了节能作用。由C5、W1、D2组成的延时电路工作结束，BG2截止，J2复位，电磁线包36供电中断，排水电磁阀凭借弹簧39复位，进水阀组件也由重力复位，使进水口打开，排水口关闭，同时J2的簧片使数字集成电路时序分配自动控制电路组件1－3恢复供电，并再次自动清零，仪器又进入自动测雨过程的循环。
记录器的工作过程是当感应器数字集成电路时序分配自动控制电路组件5－2输出的信号传入到记数组件9后，其一路输入到数字集成电路时序分配自动控制电路组件6－7计数器的时钟信号输入端，进行加法计数，并经七段锁定译码器的译码，使四位LED1－4显示。另一路经R20，使BG5饱和导通，其导通电流经D30对C，充电，BG6进入延时工作状态，串接在其漏极电路中的LED1－4共阴极，使LED1－4进行发光显示，约一百秒左右自行熄灭。再一路则输入到记录信号放大电路BG4的栅极，使BG4饱和导通，带棘爪的电磁继电器组件14(DT2)通电工作，其棘爪推动单凸轮记录组件12下部的棘轮片15顺时钟前进一齿，安装在单凸轮记录组件前侧记录笔组件13上伸出的一个小滚轮，即沿着凸轮上铣出的螺旋面滑动，在记录笔架11上上升，并在其右侧安装的裹有雨量记录纸的记录自记钟18上，绘出雨量记录曲线，为从记录纸上看出各个时段所下的雨量及其雨量强度的变化。止回棘爪组件16则用以限定棘轮片只能顺时钟前进，并控制棘爪每动作一次，只能使棘轮片前进一齿。当滚轮升到单凸轮螺旋面最高点而下跌时，其记录笔架上牵有的尼龙拉线经滑轮7，拉起吊在阻尼筒兼转轴中的小重锤，起重力抽气式阻尼作用，以防止记录笔下落过快造成的墨水四溅现象，整个记录器中各电路和记录机构，一直重复上述工作循环。记录器中设置的AN1，用以进行人工排水。按动此按纽，仪器即能自动完成排水和对数字集成电路时序自动控制电路组件1－3的清零工作。AN2则用以进行记数显示部分的清零。K1用作交流电源开关。K2为LED1－4数码显示管常显开关。
权利要求1.一种以数字集成电路遥测雨量计，由感应器、记录器和电缆组成，其特征是a、感应器中有一个数字集成电路时序转换自控组件与容水器组连接，进、排水联动电磁阀和容水器底座连成一体，所述的进、排水联动电磁阀的直径≤75毫米；b、记录器采用单凸轮记录组件和一组具有记录讯号放大、记数变态显示百秒自灭电路，LED数码管显示的数字集成电路记数器组件；c、由一根四芯电缆连接感应器和记录器。
2.根据权利要求1所述的数字集成电路遥测雨量计，其特征在于感应器中数字集成电路时序转换自控组件由三块十进制记数器／时序分配器、一块触发器、一块四与门数字集成电路为主体，配以V－MOS功率场效应管、继电器、稳压管、二极管、电阻、电容等分立元件所组成。
3.根据权利要求1所述的数字集成电路遥测雨量计，其特征在于三块十进制记数器／时序分配器为主体串接组成的触针供电电压时序分配电路，输出的时序控制电压，经每一输出端串接一只隔离二极管或三极管，通过接插件直接与容水器中各导电触针一一对应连接，进、排水电磁阀自动控制电路也由该时序分配电路输出的脉冲电压，经隔离二极管管或三极管输出后进行程序控制。
4.根据权利要求1所述的数字集成电路遥测雨量计，其特征在于直径≤75毫米的进、排水联动电磁阀，在12V降到9V的直流电源电压条件下，最大功耗小于3.5瓦，衔铁间距为1.5毫米时，吸合力不小于4kg的性能，且电磁阀体的长度不大于110毫米。
5.根据权利要求1所述的数字集成电路遥测雨量计，其特征在于记录器中的单凸轮记录组件，其凸轮上铣出的螺旋面的展开图为底边长是凸轮直径(不大于80毫米)乘园周率，高度(即导程S)为97毫米的直角三角形，该组件的中心设有阻尼筒兼转轴，阻尼筒中有一重锤凭拉线在筒中起抽气式阻尼作用。
6.根据权利要求1所述的数字集成电路遥测雨量计，其特征在于记录器中的数字集成电路记数器组件采用两块双加法计数器和四块七段锁定译码器数字集成电路所组成，由四只LED数码管作发光显示，采用九只二极管和二只电阻作百位、十位的无效零消隐电路，并附有只用一只三极管和一只V－MOS管为主体组成的记数变态显示百秒自灭电路和用一只V－MOS管为主体组成的记录讯号放大电路。
7.根据权利要求1所述的数字集成电路遥测雨量计，其特征在于容水器组件的主体采用工程塑料装配而成的容水器底座、容水器盖、隔板、导电芯柱、防尘盖板、进水漏斗；导电触针和22芯插座直接安装在容水器盖上，进水漏斗以螺纹旋入导电芯柱中，导电芯柱则直接用螺纹旋在容水器盖上，容水器底座的底部中心直接钻出排水阀连杆导向孔，安装排水阀连杆，在其四周均布6个出水孔。
专利摘要一种以数字集成电路遥测的雨量计。它利用雨水在容水器中水位的上升来导通器内不同高度的各根触针，经数字集成电路对各触针供电电压的时序分配，V-MOS管的放大，由BCD加法计数器等驱动LED数码管显示，单凸轮记录组件带动记录笔实现记录，可便于经接口与微机配接，实现数据存储和统计。本实用新型具有精度高，误差小、测量范围宽，稳定可靠，制造容易，维修方便等特点。
文档编号G01W1/14GK2031105SQ8820146
公开日1989年1月18日 申请日期1988年3月5日 优先权日1988年3月5日
发明者张尚贤 申请人:安徽省气象局, 安徽省安庆地区气象局