区域自动气象站雨量传感器校准误差的来源与处理方法

杜衍君

(山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000)

区域自动气象站雨量传感器校准误差的来源与处理方法

杜衍君

(山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000)

从雨量传感器的结构和原理入手，结合现场校准的实际情况，通过对其测量结果的误差分析，找出了误差来源，并找到对其进行正确处理的方法。

雨量传感器;误差来源;处理方法

目前区域自动气象站(以下简称区域站)降水的测量大多使用双翻斗式雨量传感器，该仪器翻斗部件支承系统制造精良，摩阻力矩小，因而翻斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠。降水观测项目对预报精细化的准确与否有着量的定性作用，对抗旱、防涝服务起直观的指导作用，因此雨量传感器能否准确地反映降水量，是各气象台站特别重视的问题。笔者结合现场标校的实际情况，从雨量传感器的结构和原理入手，根据多年的经验，对误差产生的原因和解决的方法进行了总结。

1 雨量传感器及校准设备

1.1 雨量传感器简介 双翻斗式雨量传感器是用来连续采集液体降水量的测量仪器，采用翻斗式双稳态称重结构，该传感器主要由承水器(口径为20 cm)、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成［1］。计量翻斗部件左、右2个斗室轮流处于上方的漏斗出水口处，承接雨水，进行称重、计量。当雨水流入一定的数量，计量翻斗就翻转一次，雨水流入计数翻斗，计数翻斗翻转，同时计数翻斗上面镶嵌的磁钢对干簧管扫描一次，干簧管闭合一次，产生一个开关信号，送入采集器中的计数器进行计数，从而测量出降水量和降水强度。

1.2 现场校准设备和主要技术指标

1.2.1 校准设备。主要采用JJS1型雨量传感器校准仪，该仪器由计数器、雨强漏斗(小雨强1 mm和大雨强4 mm)、连接线、支撑架、雨量杯等组成，校准时由雨强漏斗模拟降雨，显示器进行计数显示，通过显示值计算出差值，可以方便地对传感器进行现场调节，保证测量准确。

1.2.2 主要技术指标。依据JJG(气象)005-2011自动气站雨量传感器检定规程要求［2］，雨量传感器的校准需模拟1和4 mm/min 2种降水强度。每种降水强度分别校准3次，以被检雨量传感器3次测量值的平均值减去标准值，得出该雨强下的测量误差，最大允差分别为±0.3 mm(降雨量≤10 mm时)、±4%(降雨量＞10 mm时)。

2 雨量传感器误差及处理方法

2.1 误差产生的原因 根据雨量传感器的结构原理可以看出，造成设备超差的原因一般主要有干簧管和机械原因造成的。

2.1.1 干簧管故障。区域站雨量测量是由镶嵌在计数翻斗中磁钢扫描其下面的干簧管产生开关信号。计数翻斗翻转一次，为0.1 mm的降水量。如果干簧管出现异常，则会出现开关信号偏多、偏少甚至没有。表现在雨量方面就是测量出来的雨量偏大、偏小甚至没有雨量。

2.1.2 机械原因。由于雨量传感器长期使用会有传感器基点偏移现象，致使测量误差超过最大误差要求;计量翻斗和计数翻斗的翻转失灵会引起区域站雨量误差，造成雨量偏小。根本原因是由于翻斗轴承间距过大、过小和翻动阻滞感过大造成的。

2.1.3 维护保养不及时。雨量传感器长期置于野外，沙尘、昆虫会造成雨水通道堵塞，水流不畅，虫网造成翻斗翻动失灵，均会造成测量误差［3］，且雨量值偏小。

2.1.4 上、下翻斗翻动不同步。雨量传感器是通计数翻斗翻动使干簧管产生开关信号，随着雨强的变化，上、下翻斗岔开的次数将发生变化，主要表现为大雨强偏小、小雨强偏大或小雨强偏小、大雨强偏大，因而产生上、下翻斗同步翻转的计量误差。

2.2 处理方法

2.2.1 干簧管引起的误差处理方法。无开关信号，表现为无雨量，这是由于干簧管损坏或磁钢与干簧管间距过大造成的，磁钢和干簧管间距0.8～1.5 mm为最佳;出现一侧连击情况，则因为干簧管位置侧偏，致使另一侧磁钢对侧偏的一侧连续动作，则调整干簧管位置，方法是计数翻斗位于水平位置时磁钢应位于干簧管中间;焊接干簧管时，干簧管接触片应处于水平。

2.2.2 械原因引起的误差处理方法。机械原因引起的测量误差的处理方法分2种情况:①对于基点偏移现象应调整传感器基点，使测量误差在最大误差范围内。调整计量翻斗的容量调节螺钉，使测量误差(误差=传感器实际排水量－传感器测得的降水量)控制在最大允许误差范围内。测量雨量偏大时，应增加计数翻斗的容量，应将容量调节螺钉向外调节;测量雨量偏小时，应减少计数翻斗的容量，应将容量调节螺钉向内调节;实践证明，将2个定位螺钉中的一个旋转一圈，其测量误差变化3%左右，若同时将2个容量调节螺钉顺时针或逆时针旋转一圈，其测量误差变化6%左右。②如果翻斗是感觉阻滞过大，应调整上、下翻斗以及计数翻斗的灵敏度，一般在上紧各机械部件时能左右晃动且不易从轴承孔脱落为宜，就能保证其灵敏度;如轴承有阻滞感，正确的做法是用清水清洗翻斗轴颈和宝石轴承孔(宝石轴承切勿加油)。如清洗不见效，则应换新。此校准误差在处理后如果还有超出最大允差现象，则按第1种情况处理方法继续调整。

2.2.3 维护保养不及时引起的测量误差的处理方法。用干净的毛刷彻底清理雨量传感器上的灰尘、昆虫及虫网，然后加入清水试验，确认各通道水流是否畅通、各部件是否转动正常。若发现有堵塞则疏通和清理污物。

2.2.4 上、下翻斗同步异常引起的测量误差翻斗。对于上、下翻斗同步异常引起的测量误差应先检查上、下翻斗轴承的灵敏度，如果灵敏度较好，则可先用大雨强(4 mm/min)对传感器进行定量测试，在大雨强合格后再通过调整上翻斗调整保证在小雨强(1 mm/min)时上翻斗与计量翻斗能同步翻转［4］，不出现岔开翻转现象，达到上、下翻斗同步频次的一致性。

3 小结

雨量传感器的误差问题直接影响降水资料的质量，高质量的降水资料可以为水文预报、计算、分析提供可靠依据，因此分析雨量传感器测量误差产生的原因，并找出适当的处理方法，最大限度地提高降水测量数据的准确性意义重大。

［1］上海气象仪器厂.SL3—1型雨量传感器技术及使用说明书［Z］.上海:上海气象仪器厂有限公司，2007.

［2］朱乐坤，沙奕卓，贺晓雷，等.JJG(气象)005－2011_自动气象站降水传感器检定规程［S］.北京:中国标准出版社，2001.

［3］朱乐坤.SL3型翻斗雨量传感器的维护与调校方法［J］.气象科技，2004(4):300－302.

［4］王展宏.翻斗式雨量计的误差分析与改进［J］.水利信息化，2012(4):53－55.

The Sources and Effective Solutions to the Calibration Error of Rain Sensors in Regional Autom atic Meteorological Observation Stations

DU Yan-jun (Heze Meteorology Bureau，Heze，Shandong 274000)

Based on the structure and principle of the rain sensor，the paper analyzes the errorsof the calibration results in the field calibration process，and finds error sources and their effective solutions.

Rain sensor;Error sources;Effective solutions

S 163;P412.13

A

0517－6611(2014)15－04580－01

杜衍君(1969－)，男，山东滕州人，工程师，从事气象设备的维护、维修工作。

2014-05-09