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简介

降雨强度、降雨量测量是地面气象台（站）、水文站基本观测项目之一。它对农林、国防、工交、能源、航运等部门及人们日常生活都有着至关重要的作用。

目前, 气象台( 站)、水文站所使用的虹吸式、翻斗式雨量计, 存在着分辨率低、响应慢、间断测量、误差随降雨强度的不同而变等问题。只能测出平均降雨强度, 与自然界瞬时降雨强度的变化差别较大。为适应气象、水文事业的四个现代化的发展, 满足各行各业测量降雨强度的需要, 在国内首先研制了光电式雨强计，以及电热式雨强计。

应用领域（2）人工灌溉、灌溉控制；

（3）降雨强度和降雨量测量过程中的控制；

（4）洪水监测控制、洪水防护；

（5）道路积水漂滑防护。

电热式雨强计电热式雨强计是一种对数响应特性的电热式降雨强度计，该仪器是根据使降落到威应器表面的雨水加热蒸发所需要的电功率，以连续测量0 . 3-350毫米/小时的降水速率。外场试验表明，此仪器与标准翻斗雨量计的观测结果一致。

工作原理这种电热降雨强度i卜是根据四十年代在飞机积冰现象的研究中使用的液态水含量电测仪器发展而来的，它可以检测落到仪器表面的雨水和云中的水通量。仪器有两个固定电位的金属电极，电极之间是一种多孔、吸水强的绝缘材料，绝缘材料在干燥时电阻很大，只能有极少的电流通过，电热也极微弱。遇到云或雨，水滴很快被吸进，绝缘材料电阻剧减，能使大量电流通过。突然出现的电涌使绝缘材料的温度升到很高，吸进的水分则迅速蒸发，若不再继续吸进水分，绝缘材料很快又恢复干燥，近于绝缘状态。电热雨强计要求有足够的电压，才能产生足够的电热，使落上的雨水蒸发。根据实际电流和所加电压的乘积，即电功率，就能得出到达仪器接水面上的水通量。电源用直流电、交流电都可以，使用交流电能大大减小仪器的腐蚀、电解和电极极化等。

结构电热雨强计用一个直径7,0厘米、高11,3厘米的普通自铁皮罐头盒作一电极，罐头盒上绕以多孔绝缘材料—石棉纸带。石棉纸外面又以1,27毫米间隔卷绕着吐径0,25毫米的螺旋线作为另一电极。厚的石棉纸带使用寿命长，但响应速度慢，最好用两层0,76毫米厚的石棉纸带。缠绕以前先把石棉纸带弄湿，这样可以使它紧贴在罐头盒上。最外面用螺旋线做成的电极，因随时受到腐蚀，又要承受比里面电极大得多的电流密度，必须选用抗腐蚀能力强的材料。蒙乃尔(Monel)合金的抗腐蚀能力比铜、不锈钢、镍铬合金都要强得多，较为理想。为了使蒙乃尔合金线在电流通过时产生的电阻加热降至最小，在石棉纸带和蒙乃尔合金线之间，与罐头盒的轴相平行，加了一根直径1毫米的铜练。每圈蒙乃尔合金线都与铜练相焊接，这样降低了电阻。铜练的一头焊接到一个香蕉插头上，以便与外部设备连接。

测录系统电热雨强计的使用方法很多。最简单的是与电流表串联，直接得到降水强度的模拟显示。如果需要降水率资料，可以把电流转换成适合于记录的电压信号。用电压一频率转换器和小型计算机对降水责料实行数字化处理和存储，就能得到降水率和总降水量两项一贪料。

降雨率的变化是很大的，每小时儿百毫米的大暴雨和毛毛细雨可相差1000倍。因此用对数响应记录器比线性响应记录器有利。从对数响应记录器电路可以看出，降雨强度计的戚应部分与变压器的初级线圈串联，与降雨率成正比的电流所产生的电压信号将咸应到次级线圈。此电压信号与地隔离，经整流、滤波、对数放大和缓冲放大，而后作为降雨率被记录下来。

观测理论讨论用这种测量降雨强度，有三条简化假：

（1）用于蒸发降落到威应器接水面上的水分所需要的能量均由电热提供；

（2）电热提供的能量都用于水分蒸发；

（3）到达威应器接水面的水分都得到了蒸发。

由此，降雨强度计所消耗的电功率应为:P=CIA。式中I表示降雨强度，C为常数，‘已与蒸发单位量的降水所需能量成正此，A为仪器的接水面积。

优缺点电热雨强计结构简单、材料现成、价格低廉，用两层石棉纸大约可维持一年，用一层石棉纸大约可维持3-4个月，工作期间不需要维修，只需到时更换一下就行了。电热雨强计的最大缺点是功率太大，测量暴雨时功率消耗超过1千瓦，对野外工作不便。1

光电式雨强计光电雨强计是用来测定瞬间降水强度的测量器（mm/min的降水），通过降水强度的测量，还能够计算出总降雨量。降雨强度能够发出控制信号。测量信号的输出是基于强烈而可靠的电流信号的输出。整个测量范围被分割成4个线性特征部分，每部分又被分为10个更为敏感的部分，因此可以测量的降水强度范围为0.001 ~ 10 mm/min（准确的对数输出）。

光电雨强计由传感器、数据采集及处理、显示、打印、电源等部分组成。

传感器的工作原理传感器由外罩、承水器、引水管、贮水器、水平泡滴水嘴（喷嘴）、光电检测器、转换电路等主要零部件组成。

贮水器内保持一固定的水位。喷嘴内液体重量, 雨水与管壁的摩擦力, 贮水器水位的静压力, 与喷嘴直径的圆周表面张力相平衡时, 喷嘴不往外滴水。

当外界降雨时, 雨水经承水器汇集至贮水器内, 使b 处水位升高, 静压力增大。

当静压力大于表面张力时, 水滴便从喷嘴不停地滴出。水滴下落时通过红外发光二极管的光路, 光被水滴球面反射, 致使光敏三极管的光照中断, 光敏三极管的特性发生突变, 经CMOS施密特电路整形、放大后输出BCD 码进行计数。

水滴的大小、滴出的快慢取决于滴水嘴直径和外界降雨强度。降雨强度增加时, 单位时间内的水滴数也随之增加。记录单位时间内滴下的水滴数, 便可求出降雨强度。

由于传感器机械加工, 装配后的几何形状、尺寸难以保证一致及外界温度、气压的变化等因素, 致使从喷嘴滴出的水滴大小不甚相同, 欲求累计降雨量就必须进行线性修正。

从大量的室内模拟降雨试验可知, 在不同的降雨强度下, 每个水滴所代表的自然降水量值是有所差异的。

硬件及程序硬件由MCS48系列单片机8039, 锁存器74Ls373、EPROM2716, 计数器和字轮式小型打印机,LED发光管显示器及驱动电路等主要部件组成。

由传感器输出的雨滴脉冲, 经电平变换、斯密特整形后, 送给计数器计数机进行数据处理, 算出瞬时降雨强度、累计降雨量。

仪器投电之后, 如无降雨, 便处于判断等待状态, 只显示零, 打印机不工作。

当仪器判出有降雨时, 即打印降雨起始时间, 而后每6s采样计数一次, 将采得的雨滴数换算成相应的降雨强度、降雨量。雨量累加后和雨强一并送给显示器进行显示。并且每隔2( 或5 )而min打印一次降雨强度(mm/min), 每隔5min传感器不送计数脉冲, 就算此次降雨结束。打出降雨停止时间, 本次降雨的累计降雨量、平均降雨强度、最大降雨强度值及出现时间。

每日20 点, 仪器打印出日, 总降雨量、日最大降雨强度及出现时间。

仪器有软件钟可显示时间。

仪器的主要指标(1)承水器直径:Φ112，80mm( 面积100cm2) ;

(2)分辨力:0.00932mm/1个雨滴;

(3)测量范围:5一240mm/h;

(4)最大雨强:4mm/min;

(5)精度:±4%;

(6)显示:LED数码管，每3s更换一次雨量、雨强;

(7)记录:微型打印机每2min打印一次瞬时雨强:x x x x mm/min，每10min打印一次累计降雨量X X X X mm，每日20点打印日累计降雨量、最大雨强值及出现时间;

(8)电源:交直流两用，直流5V，平时50mA，打印时500mA，直流12V/30mA;

(9)传输距离:150m以内。2