專利名稱：數(shù)字集成電路遙測雨量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于一種雨量計量儀器，具體地說是涉及一種數(shù)字集成電路為主控電路的有線遙測雨量計。
公知的水導(dǎo)式遙測雨量計，是應(yīng)用雨水具有高阻值導(dǎo)電性能的特性，通過一個內(nèi)部裝有按不同高度循序遞減的導(dǎo)電觸針導(dǎo)電芯柱的容水器，以及一只由電磁棘輪繼電器推動一只帶電刷的轉(zhuǎn)臂，在觸塊轉(zhuǎn)換盤上順時鐘步進轉(zhuǎn)換的機械組件，將電源電壓循序分配給容水器中各導(dǎo)電觸針，由雨水的水位來循序?qū)ㄆ鲀?nèi)的導(dǎo)電芯柱，逐次輸送出導(dǎo)通信號，經(jīng)分立元件組成的電子線路放大，轉(zhuǎn)換成雨量記數(shù)和記錄信號，由電磁號碼記數(shù)器顯示，并由履帶式的雨量記錄機構(gòu)實現(xiàn)自動記錄。該儀器測雨量精度高，誤差小，并可測雨量強度的范圍寬等優(yōu)點，但其觸塊機械轉(zhuǎn)換盤的盒加工工序多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配調(diào)整麻煩，且電刷和觸塊都有機械磨損，不但耗費較昂的貴重金屬，同時常易出現(xiàn)因摩擦力太大而轉(zhuǎn)動受卡，觸點污損后接觸不良等故障；由于采用分立元件組成的電子線路，元件繁多，制造成本高，使用維修較為困難；其次，履帶式的記錄機構(gòu)也常因塑料履帶易受溫度影響，硬軟不一，而造成記數(shù)值與記錄值不同步等，影響測量精度。
本實用新型的目的是提供一種采用微電子器件CMOS數(shù)字集成電路和V－MOS功率場效應(yīng)管為主控電路所組成的雨量感應(yīng)器，配以單凸輪結(jié)構(gòu)的記錄器所組成的數(shù)字集成電路遙測雨量計。本實用新型的又一目的是簡化電路，提高儀器穩(wěn)定性，可靠性，大幅度降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)工序，節(jié)約金屬材料，便于制造，使用和維修。
本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的。本實用新型是在水導(dǎo)式遙測雨量計的基礎(chǔ)上加以改進。除感應(yīng)器中的容水器和進、排水聯(lián)動電磁閥組件，只是在裝配結(jié)構(gòu)和外形尺寸上進行一些改進外，其他所有部件均作了重新研制。本實用新型的結(jié)構(gòu)圖詳見附

圖1－6。它的改進是1、雨量感應(yīng)器是由容水器組件、進排水聯(lián)動電磁閥組件，數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件為主體所組成。
(1)容水器組件，進排水聯(lián)動電磁閥，數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件均安裝在雨量感應(yīng)器外殼中的同一安裝板上，前兩者連成一體，數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件安裝在其旁，并經(jīng)底座上引出的一根21芯導(dǎo)線束和插頭，與容水器蓋側(cè)的插座連接。另在該底座上裝一四芯電纜插座，以配插四芯電纜與記錄器連接。便于裝拆清洗，使電纜插件避免雨水侵襲。
(2)容水器組件的容水器底座，容水器蓋。隔板，導(dǎo)電芯柱、防塵蓋板、進水漏斗采用工程塑料組件裝配而成。導(dǎo)電觸針直接安裝在容水器蓋上，20根觸針均布在容水器底座內(nèi)壁與導(dǎo)電芯柱外壁之間的空腔內(nèi)，每根觸針相差的長度均按其容積折合雨量每相差0.1毫米的高度循序遞減；進水漏斗以螺紋旋入導(dǎo)電芯柱中，導(dǎo)電芯柱用螺紋旋在容水器蓋上；容水器底座的底部中心鉆出排水塞連桿的導(dǎo)向孔，并在其四周均布6個出水孔；導(dǎo)電芯柱采用ABS等工程塑料車制，在需要導(dǎo)電部分用塑料電鍍或鑲配銅環(huán)等工藝解決，以此簡化了結(jié)構(gòu)，減少了工序。
(3)進排水聯(lián)動電磁閥采用Ⅲ形磁回路結(jié)構(gòu)，出水管道設(shè)在電磁閥鐵芯中，排水塞頭和進水閥組件均借助銜鐵的上吸而聯(lián)動，當(dāng)排水結(jié)束時，分別由彈簧和重力復(fù)位。其主要技術(shù)指標(biāo)是在12V直流電壓下，最大功耗在3.5瓦以下，當(dāng)銜鐵間距為1.5毫米時，其吸合力不小于4kg，且電磁閥鐵軛的長度不大于110毫米，外徑不大于75毫米。以此提高了電磁閥的效率和銅、鐵材料的消耗。
(4)取消了水導(dǎo)式遙測雨量計的機械式觸塊轉(zhuǎn)換盤組件，研制了數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件來替代。其工作原理方框圖見圖4。其中觸塊供電電壓時序分配電路主要有三塊串接的CMOS十進制記數(shù)器／時序分配器數(shù)字集成電路(圖5數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件1－3)，配以與門電路數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件4－1、4－2，隔離二極管D4－24及少量阻容元件等組成；電接信號輸入整形放大電路主要由一塊四與門電路(圖5數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件4－3)和一只V－MOS管BG1、繼電器J1等分立元件組成；進排水電磁閥自動控制電路由一只V－MOS管BG2和繼電器J2等外圍元件所組成；電磁閥節(jié)能電路主要由一只V－MOS管BG3及其外圍電路組成；防抖動觸發(fā)電路由一塊雙JK觸發(fā)器(圖5數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件5－1、5－2)組成。以此簡化了電路、降低了成本、消除了機械觸塊轉(zhuǎn)換盤的各種缺陷，大大提高了儀器的穩(wěn)定性和可靠性。
2、在記錄器中，取消了履帶式的記錄結(jié)構(gòu)，設(shè)計了單凸輪結(jié)構(gòu)的記錄器。如圖2所示。
(1)一只中心裝有阻尼筒兼轉(zhuǎn)軸的單凸輪記錄組件，采用工程塑料銑制或注塑，底部裝有一片與凸輪同心的100齒棘輪片，轉(zhuǎn)軸上端安裝著滑輪，阻尼筒中設(shè)一平衡錘，錘上牽有拉線，當(dāng)記錄筆組件上的滾輪在凸輪螺旋面上滾動到最高點而下跌時，此平衡錘就憑拉線經(jīng)滑輪的阻尼筒中上升，起抽氣式阻尼作用。且上述各部件經(jīng)組裝后，可成一體結(jié)構(gòu)，直接固定到底座上帶滾珠的安裝座上。
(2)單凸輪記錄組件上銑出的螺旋面的展開圖，為底邊長是單凸輪外徑乘園周率(單凸輪的直徑不大于80毫米)，高度(即導(dǎo)程S)為97毫米的直角三角形(如圖6所示)。
(3)記錄器中的數(shù)字集成電路記數(shù)器組件電路板上安裝著兩塊雙BCD同步加法記數(shù)器(數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件8－11)及少量阻容元件，驅(qū)動四只LED1－4數(shù)碼管作發(fā)光顯示。其百位、十位位的無效零消隱電路由九只二極管D32－40，以及R25、R40兩只電阻組成。另有三極管BG5和V－MOS功率場效應(yīng)管BG6和二極管D30，穩(wěn)壓管D31等元件組成記數(shù)變態(tài)時顯示百秒自滅電路，使LED1－4在雨量沒有變化時不顯示，而當(dāng)雨量變化時，則每變化一個數(shù)值顯示約一百秒左右自動熄滅，以節(jié)約電源損耗，如需常顯時，將開關(guān)K2閉合即可。C8、R19、D28、BG4、D29等組成記錄訊號放大電路，將數(shù)字集成電路時序分配自動控制組件輸出的微弱信號予以高倍率放大，以驅(qū)動帶棘爪的電磁繼電器組件DT2正常工作。
本實用新型的電路簡單，結(jié)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定，便于與微機配接，若采用單脈沖信號或8421碼的引出方法，都較容易實現(xiàn)雨量信息的記錄，記盤存儲和自動統(tǒng)計。使用與維修方便，且成本可比水導(dǎo)式下降20％左右。
圖1為本實用新型感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型記錄器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型容水器和進、排水聯(lián)動電磁閥組件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型工作原理方框圖。
圖5為本實用新型電路工作原理圖。
圖6為本實用新型單凸輪螺旋面展開圖。
1、雨量感應(yīng)器承雨口徑圈、2、數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件、3、容水器組件、4、雨量感應(yīng)器外殼、5、進排水聯(lián)動電磁閥組件、6、標(biāo)準(zhǔn)容器、7、滑輪、8、記錄器外殼、9、數(shù)字集成電路記數(shù)器組件、10、阻尼筒兼轉(zhuǎn)軸、11、記錄筆架、12、單凸輪記錄組件、13、記錄筆組件、14、帶棘爪的電磁繼電器組件、15、棘輪片、16、安裝座、17、止回棘爪組件、18、記錄自記鐘、19、進水漏斗、20、防塵蓋板、21、插座、22、容水器蓋、23、通風(fēng)室、24、進水閥組件、25、隔板、26、防潮裝置、27、容水器底座、28、太平嘴、29、導(dǎo)電觸針、30、導(dǎo)電芯柱、31、進水通道孔、32、進水閥調(diào)整螺釘、33、排水塞頭、34、電磁閥底座、35、電磁閥鐵芯、36、電磁線包、37、電磁閥鐵軛、38、出水管道，39、彈簧、40、排水閥連桿、41、銜鐵、42、銜鐵支架兼排水管道，43、觸針供電電壓時序分配電路，44、導(dǎo)電芯柱，45、電磁閥線包，46、人工排水控制，47、進排水電磁閥自控，48、電磁閥節(jié)能電路，49、電接信號輸入及整形放大，50、防抖動觸發(fā)電路，51、加法計數(shù)譯碼電路，52、記數(shù)信號放大電路，53、四位LED數(shù)碼顯示，54、記數(shù)變態(tài)顯示百秒自滅電路，55、自動記錄機構(gòu)。
以下是本實用新型結(jié)合附圖進行實施例說明。
儀器使用前，將雨量感應(yīng)器、記錄器正確安裝并連接后、打開電源，經(jīng)穩(wěn)壓數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件、輸出的直流電壓分別經(jīng)C4、R13和C10、R23對所有數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件清零，數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件1－3經(jīng)各隔離二極管首先對第一觸針供電，當(dāng)雨水由進水漏斗19，導(dǎo)電芯柱30的中心孔和進水通道孔31流入，進入容水器底座27內(nèi)壁與導(dǎo)電芯柱之間的空腔內(nèi)，水位即隨雨量循序上升，其水面與吊裝在容水器蓋22上的第一根導(dǎo)電觸針相齊時，此時第一觸針上的正電壓即經(jīng)水電阻傳至導(dǎo)電芯柱30，經(jīng)接插件21和J1－1觸點，整入到整形放大電路數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件4－3輸入端，使BG1飽和導(dǎo)通，J1吸合，J1－2簧片即將電接信號由防抖動觸發(fā)電路數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件5－1、5－2輸出，其中由數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件5－2輸出的一路傳至記錄器，實現(xiàn)雨量記數(shù)、顯示和記錄外(詳見記錄器部分的敘述)，另一路則由數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件5－1輸出，傳至數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件1－3的時鐘信號輸入端，使該電路翻轉(zhuǎn)進位，將正電壓轉(zhuǎn)接至第二觸針上，此時雨水繼續(xù)流入，當(dāng)水位上升到第二個0.1毫米的高度時，第二根觸針的正電壓又可由雨水經(jīng)導(dǎo)電芯柱輸出再次按上述工作過程輸入到數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件4－3，BG1、J1、數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件6－11、LED1－4、BG4－6等各電路又按照上述過程使記數(shù)器和記錄器工作一次，完成第二個0.1毫米雨量的記數(shù)和記錄，同時又使數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件1－3翻轉(zhuǎn)進位，將正電壓轉(zhuǎn)接至第三觸針上，如此反復(fù)循環(huán)，直至容水器中水位上開到第20根觸針完成2.0毫米的記數(shù)和記錄外，又觸發(fā)數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件1－3翻轉(zhuǎn)進位，由該電路第21時序上輸送出一個脈沖信號，使BG2飽和導(dǎo)通，J2吸合，BG3隨之飽和導(dǎo)通，電磁閥節(jié)能電路開始工作，電磁線包36(DT1)通電，形成了由電磁閥鐵芯35、底座34、鐵軛37組成的磁場，吸動銜鐵41，帶動銜鐵支架兼排水管道42，排水閥連桿40和排水塞頭33，將容水器的排水通道打開，雨水經(jīng)出水管道38，由42排出口同時，在33上抬中，將進水閥組件24也聯(lián)動上抬，由進水塞頭將進水漏頭19下水口堵塞、使排水時的雨水暫存在進水漏斗中，以提高測雨準(zhǔn)確性。BG3經(jīng)約一秒的時間，C6充電電流逐漸減小時，其由飽和導(dǎo)通逐漸轉(zhuǎn)為截止，此時DT1的供電即由電源經(jīng)R56串聯(lián)提供，減小了維持吸合電流，以此起到了節(jié)能作用。由C5、W1、D2組成的延時電路工作結(jié)束，BG2截止，J2復(fù)位，電磁線包36供電中斷，排水電磁閥憑借彈簧39復(fù)位，進水閥組件也由重力復(fù)位，使進水口打開，排水口關(guān)閉，同時J2的簧片使數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件1－3恢復(fù)供電，并再次自動清零，儀器又進入自動測雨過程的循環(huán)。
記錄器的工作過程是當(dāng)感應(yīng)器數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件5－2輸出的信號傳入到記數(shù)組件9后，其一路輸入到數(shù)字集成電路時序分配自動控制電路組件6－7計數(shù)器的時鐘信號輸入端，進行加法計數(shù)，并經(jīng)七段鎖定譯碼器的譯碼，使四位LED1－4顯示。另一路經(jīng)R20，使BG5飽和導(dǎo)通，其導(dǎo)通電流經(jīng)D30對C，充電，BG6進入延時工作狀態(tài)，串接在其漏極電路中的LED1－4共陰極，使LED1－4進行發(fā)光顯示，約一百秒左右自行熄滅。再一路則輸入到記錄信號放大電路BG4的柵極，使BG4飽和導(dǎo)通，帶棘爪的電磁繼電器組件14(DT2)通電工作，其棘爪推動單凸輪記錄組件12下部的棘輪片15順時鐘前進一齒，安裝在單凸輪記錄組件前側(cè)記錄筆組件13上伸出的一個小滾輪，即沿著凸輪上銑出的螺旋面滑動，在記錄筆架11上上升，并在其右側(cè)安裝的裹有雨量記錄紙的記錄自記鐘18上，繪出雨量記錄曲線，為從記錄紙上看出各個時段所下的雨量及其雨量強度的變化。止回棘爪組件16則用以限定棘輪片只能順時鐘前進，并控制棘爪每動作一次，只能使棘輪片前進一齒。當(dāng)滾輪升到單凸輪螺旋面最高點而下跌時，其記錄筆架上牽有的尼龍拉線經(jīng)滑輪7，拉起吊在阻尼筒兼轉(zhuǎn)軸中的小重錘，起重力抽氣式阻尼作用，以防止記錄筆下落過快造成的墨水四濺現(xiàn)象，整個記錄器中各電路和記錄機構(gòu)，一直重復(fù)上述工作循環(huán)。記錄器中設(shè)置的AN1，用以進行人工排水。按動此按紐，儀器即能自動完成排水和對數(shù)字集成電路時序自動控制電路組件1－3的清零工作。AN2則用以進行記數(shù)顯示部分的清零。K1用作交流電源開關(guān)。K2為LED1－4數(shù)碼顯示管常顯開關(guān)。
權(quán)利要求1.一種以數(shù)字集成電路遙測雨量計，由感應(yīng)器、記錄器和電纜組成，其特征是a、感應(yīng)器中有一個數(shù)字集成電路時序轉(zhuǎn)換自控組件與容水器組連接，進、排水聯(lián)動電磁閥和容水器底座連成一體，所述的進、排水聯(lián)動電磁閥的直徑≤75毫米；b、記錄器采用單凸輪記錄組件和一組具有記錄訊號放大、記數(shù)變態(tài)顯示百秒自滅電路，LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字集成電路記數(shù)器組件；c、由一根四芯電纜連接感應(yīng)器和記錄器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字集成電路遙測雨量計，其特征在于感應(yīng)器中數(shù)字集成電路時序轉(zhuǎn)換自控組件由三塊十進制記數(shù)器／時序分配器、一塊觸發(fā)器、一塊四與門數(shù)字集成電路為主體，配以V－MOS功率場效應(yīng)管、繼電器、穩(wěn)壓管、二極管、電阻、電容等分立元件所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字集成電路遙測雨量計，其特征在于三塊十進制記數(shù)器／時序分配器為主體串接組成的觸針供電電壓時序分配電路，輸出的時序控制電壓，經(jīng)每一輸出端串接一只隔離二極管或三極管，通過接插件直接與容水器中各導(dǎo)電觸針一一對應(yīng)連接，進、排水電磁閥自動控制電路也由該時序分配電路輸出的脈沖電壓，經(jīng)隔離二極管管或三極管輸出后進行程序控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字集成電路遙測雨量計，其特征在于直徑≤75毫米的進、排水聯(lián)動電磁閥，在12V降到9V的直流電源電壓條件下，最大功耗小于3.5瓦，銜鐵間距為1.5毫米時，吸合力不小于4kg的性能，且電磁閥體的長度不大于110毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字集成電路遙測雨量計，其特征在于記錄器中的單凸輪記錄組件，其凸輪上銑出的螺旋面的展開圖為底邊長是凸輪直徑(不大于80毫米)乘園周率，高度(即導(dǎo)程S)為97毫米的直角三角形，該組件的中心設(shè)有阻尼筒兼轉(zhuǎn)軸，阻尼筒中有一重錘憑拉線在筒中起抽氣式阻尼作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字集成電路遙測雨量計，其特征在于記錄器中的數(shù)字集成電路記數(shù)器組件采用兩塊雙加法計數(shù)器和四塊七段鎖定譯碼器數(shù)字集成電路所組成，由四只LED數(shù)碼管作發(fā)光顯示，采用九只二極管和二只電阻作百位、十位的無效零消隱電路，并附有只用一只三極管和一只V－MOS管為主體組成的記數(shù)變態(tài)顯示百秒自滅電路和用一只V－MOS管為主體組成的記錄訊號放大電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字集成電路遙測雨量計，其特征在于容水器組件的主體采用工程塑料裝配而成的容水器底座、容水器蓋、隔板、導(dǎo)電芯柱、防塵蓋板、進水漏斗；導(dǎo)電觸針和22芯插座直接安裝在容水器蓋上，進水漏斗以螺紋旋入導(dǎo)電芯柱中，導(dǎo)電芯柱則直接用螺紋旋在容水器蓋上，容水器底座的底部中心直接鉆出排水閥連桿導(dǎo)向孔，安裝排水閥連桿，在其四周均布6個出水孔。
專利摘要一種以數(shù)字集成電路遙測的雨量計。它利用雨水在容水器中水位的上升來導(dǎo)通器內(nèi)不同高度的各根觸針，經(jīng)數(shù)字集成電路對各觸針供電電壓的時序分配，V-MOS管的放大，由BCD加法計數(shù)器等驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示，單凸輪記錄組件帶動記錄筆實現(xiàn)記錄，可便于經(jīng)接口與微機配接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計。本實用新型具有精度高，誤差小、測量范圍寬，穩(wěn)定可靠，制造容易，維修方便等特點。
文檔編號G01W1/14GK2031105SQ8820146
公開日1989年1月18日 申請日期1988年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月5日
發(fā)明者張尚賢 申請人:安徽省氣象局, 安徽省安慶地區(qū)氣象局