区域自动站翻斗式雨量传感器的维护及故障分析

乔延艳+马昊天+殷宇飞+李炳昆+吴佳丽+李峰+杨志宇+张鹏+郑国伟+张茗郡+胡玉米雷+赵超+范存飞+赵刚+肇振国

摘要 全球气候变化背景下，人们对暴雨等极端天气关注增加，气象部门通过建立区域自动气象站加强对中小尺度的气象监测。为了保证区域自动站数据的准确性，仪器的维护和检修工作十分重要。现针对翻斗式雨量传感器的工作原理、日常维护、常见故障等进行了分析总结，为翻斗式雨量传感器的日常维护及检修提供参考。

关键词 翻斗式雨量传感器；工作原理；维护；故障分析；辽宁新宾

中图分类号 P414.9+5；P415.1+2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）22-0178-01

在全球气候变化背景下，各级政府和公众对天气变化，尤其是极端天气变化越发重视[1]。为了更加有效、准确地预测天气变化，特别是对中小尺度极端天气的预报和预警工作，我国建设了气象区域自动站，作为国家级气象观测站的重要补充[2]。目前新宾县气象局分别在15个乡镇设立了区域站25个，这些区域站对夏季降水（尤其是暴雨）的监测意义重大，但是雨量传感器故障率较高，维护检修也比较繁琐，这就要求维修人员不断总结经验以提高工作效率。

1 区域自动站翻斗式雨量传感器的工作原理

自动气象站中最常用的降水量监测设备是翻斗式雨量器。以新宾县区域站自动气象站为例，多数安装型号为SL3-1的翻斗式雨量传感器（华云升达公司生产）。该感应器属于数字传感器[3]，即带有并行数字信号输出的传感器，主要组成部分为承水器、上翻斗（匀强翻斗）、汇集漏斗、中翻斗（计量翻斗）、下翻斗（计数翻斗）和干簧管等（图1）。

工作原理：降水自然降落至承水器，通过漏斗进入上翻斗，当降水累积到一定量时，由于重力作用会使上翻斗翻转，雨水进入汇集漏斗，之后从汇集漏斗的节流管流入计量翻斗，此时，仪器会将不同降水的强度调至均匀，减少由于降水强度不同而导致的测量误差。当汇入计量翻斗的降水量达到0.1 mm时，计量翻斗中的雨水会被倒入计数翻斗，此时，计数翻斗会翻转1次。当计数翻斗翻转时，与其他相关的磁钢便会对干簧管进行1次扫描，磁化可使干簧管瞬间闭合1次。这样每当降水量达到0.1 mm时，仪器就会输出1个开关信号，通过二芯电缆可传输至记录器，降水量即被记录下来。

2 日常维护

以新宾县为例，按照《地面气象观测规范》中的规定[3]，每年4月1日至10月31日，使用区域自动气象站的翻斗式雨量传感器测量各乡镇的降水量，在使用过程中易出现仪器部件被杂物堵塞等故障。因此，在无专业人员值守的地方布设自动气象站时，更应做好维护和检修工作。

按照规定，为了确保仪器运行状态良好，要求每月至少对雨量传感器进行1次定期检查，汛期依照实际情况适当增加检查频率，检查内容：①传感器部件是否整洁。雨量传感器的部件（过滤网、翻斗等）中是否落入异物，如飞虫、树枝叶和沙石等，出水孔是否暢通，若存在异物应使用专业的毛刷清洁传感器。②传感器部件是否连接良好。如翻斗和干簧管的连接状态是否紧密，采集器接口是否松动，传感器接线头是否拧紧等。③传感器固定螺钉的松紧度。固定螺钉的松紧度可使翻斗保持翻动的灵活性。④传感器承水口是否水平。值得注意的是，应在晴好天气进行区域自动站的雨量传感器维护，维护后一定要校准、调试仪器，才能确保记录的准确性。

3 故障分析

3.1 传感器内存在异物

传感器内存在异物是雨量传感器常见的故障之一，如小虫、沙子、树叶等异物会导致漏斗和承水器的过滤网堵塞，若不及时清理会导致雨量观测值偏小[4]。

3.2 传感器连接状态不良

连接不良的状况有以下几种：采集器接口松动；传感器接线头未拧紧；干簧管和翻斗连接不紧密。以上3种状况多会导致雨量缺测[5]。若根据雷达回波和附近观测点的降雨状况分析，某一区域自动站应该产生降水，但是实际观测无降水量，应派维修人员先检查采集器接口和传感器接线头是否松动，若正常则应检查干簧管。若是采集器采集的数据不正常，但是通过检验，雨量传感器正常，则有可能是通道存在故障，应逐级检查通道，排除故障。

3.3 翻斗翻动不灵活

在雨量观测中，会出现观测误差较大的情况，按照规定观测值超过实际降水量的±4%时，应检查仪器运行是否正常。根据新宾县实际状况，分析出现此类故障的原因可能是翻斗翻动不灵活，需要专业维修人员进行雨量校准。具体操作方法：当降雨量观测值偏大时，需将定位螺钉向外旋转，调整后会使计数值减小；当降雨量观测值偏小时，定位螺钉应向内旋转，调整后会使计数值增大。调整后应对仪器进行验证，用量杯量取10 mm的水，分别采用不同强度的倾倒方式（慢倒、快倒）进行检验，直到测量误差不超过±4%[6]。

4 结语

雨量传感器是区域自动气象站中重要传感器之一，尤其在汛期发挥的作用更大。应按照规定巡视仪器，定期做好维护，特别是汛期应增加巡视次数，保证传感器运行状态。对于经常出现的故障，如过滤网及漏斗有异物堵塞、连接中断等问题，应及时发现、及时处理，确保采集器数据准确。此外，综合岗值班人员应及时关注各区域站的雨量实际测量值，及时发现问题，配合保障人员做好仪器维护工作。

5 参考文献

[1] 崔东增，任淑华，董翔雁.区域站雨量传感器的维护及检修[J].山东气象，2012，32（3）：75.

[2] 黄思源，刘钧.新型自动气象站观测业务技术[M].北京：气象出版社，2014：285.

[3] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[4] 周子强，孙晓.浅谈SL3-1型自动站雨量传感器典型故障排除与日常维护[J].农业与技术，2015，35（18）：201.

[5] 王敏，魏根宝，王毛翠，等.SL3 型雨量传感器示值误差测量不确定度评定方法[J].气象科技，2015（1）：65-69.

[6] 曹彩风.自动气象站常见故障排查及日常维护[J].现代农业科技，2015（6）：244.