自动雨量传感器典型检定故障案例分析

汪洋，曾子欣，易恒，侯阳笛，陈亮

（1.湖南省气象技术装备中心，湖南 长沙 410007；2.祁东县气象局，湖南 祁东 421001；3.湖南省气象局机关服务中心，湖南 长沙 410007）

目前，根据中国气象局综合观测网络布局要求，湖南省内国家级自动站、区域站、骨干站等站点均采用了自动翻斗计数雨量观测装置，为保证雨量观测真实有效，省级、市级装备保障部门每年会根据工作计划进行雨量筒现场标定，以便发现问题进行维修维护，以保证测量精度，提高测报系统的精准度。

1 自动气象站雨量传感器的运行原理

随着全球气象条件的不断变化，多数地区的气象灾害频发，对世界经济带来了极大地破坏。对此，各国纷纷对气象监测技术投入大量的人力与物力，深入研究提高对气象数据准确性与代表性的技术与方案，加强对极端天气的预警。为了科学有效地监测气象，及时采取措施进行防控，越来越多的自动气象观测站被建成并使用，成为气象观测站的重要组成内容。当前，我国自动气象观测站的设备观测技术已逐渐成熟，获得了不错的监测效果。但自动气象观测站的运行离不开稳定的设备监测，一旦某个设备出现故障，将对整个气象监测链条带来破坏，最终无法保障数据的有效性。

现阶段的雨量传感器多采用翻斗式，组成器件为承水器、计数翻斗、上下翻斗、计量翻斗等，过滤网、上筒、联接螺钉、磁钢、干簧管、水准泡、调平螺钉等。雨水通过漏斗进入到上翻斗，逐渐汇集到预设模板，然后在雨水自身重力的影响下，上翻斗转动，雨水进入到翻斗中，而后在计数翻斗中精确地记录不同程度的降水量。直至计量翻斗中的雨量为0.1mm，计数翻斗将进行一次转动和一次扫描。简而言之，即翻斗中的雨量每到达一次0.1mm，就会由设备传递数据并记录降雨量。

2 自动雨量传感器相关要求和参数

目前湖南省内采用的双翻斗式雨量传感器主要包含了筒身、翻斗、底座、固定螺杆等几个主要部件，根据JJG（气象）自动气象站翻斗式雨量传感器检定规程，合格的雨量传感器必须±0.4mm（雨量≤10mm，雨强≤4mm/min），±4%（雨量＞10mm，雨强≤4mm/min），被测雨量筒承水口内径为200mm或者是159.6mm，分辨率为0.1mm。

为了保证计量检定的标准和有效，自动雨量筒的检定分为外观检定、测量误差检定、数据处理三个步骤。外观检定作为计量标准的第一个步骤，具有十分重要的作用和意义。现在启用的自动雨量观测设备中全部设置在野外观测环境中，雨量积水筒外部环境不可避免会接触到自然环境中的种种生物或者影响要素，外观检定要求检定工作人员对被检传感器的承水器、过滤网、漏斗、翻斗等零件清洗干净，并对承水口内径大小测量记录，以保证雨量传感器工作进程不受其他外界因素干扰。测量误差是雨量传感器检定的第二个步骤，其要求标准化传感器检定步骤，充分湿润标准器和管路，排除水路中的气泡，确保加液器的正常工作。测量误差步骤结束后，检定工作人员需要对每个测量数据进行检查，确定被检仪器的相对测量误差有效。

（1）式中，△r是被检仪器的相对测量误差，△R是被检仪器的测量误差，R是标准值。

3 雨量传感器的常见故障及处理措施

翻斗是雨量传感器的重要组成元件，对整个设备的正常运行起着关键影响。实际工作中，雨量传感器的故障发生率也最高，是最需要定期养护和维修的传感器。

3.1 雨量缺测

根据雷达监测显示，某区域实际有降雨但传感器未显示监测数据，那么就要检查传感器。当雨量偏低而传感器完全无记录，原因为传感器的计量精度降低或集水装置出现误差，一般先检查采集器的接口有无松动现象，另外检查传感器的接线头有无拧紧，两个部位都未发现问题，就要分析干簧管是否出现故障。主要方法是：拆掉传感器，将万用表的针头拨到电阻痛断蜂鸣档，然后使用红黑笔分别接触传感器的线柱，翻动计数翻斗到中间位置，万用表发出响声说明正常，无声音则是传感器出现故障，需要更换干簧管。

3.2 雨量观测值不准确

这是雨量监测工作的常见问题，当发现观测值与实际数值偏差较小时，需要检查传感器的承水口、内部漏洞以及翻斗的流通情况，判断是否因异物堆积导致的堵塞，做好清理工作。当发现观测值偏大，已经超过实际降雨量的4%，则可判定为仪器故障，主要是因为翻斗元件受过多的摩擦出现不灵敏的问题，可以通过重新调整螺丝来进行值的校准。具体措施为：调整计量翻斗两侧的定位螺钉，同时旋转螺钉一圈，测量值偏大需要向外旋转，测量值偏小则向内旋转，然后使用量杯装入10mm的水量，依次慢速和快速倒入翻斗检验，直至符合计量误差在4%之内。

3.3 连接线中断

如果雨量传感器监测为正常而所得数据与实际不符，需要分析是否通讯通道出现故障，一般检查传感器的接线头到采集器端口的通道是否受到阻碍，则要采取相应措施进行处理。除了常见故障的处理外，做好日常管养也是十分有必要的。要实现雨量传感器的有序运行，使得测量数据真实有效，必须每个月对资料加以汇总、整理和分析，增强人工干预，对缺测数据及时补测等。

4 自动雨量传感器典型故障案例

对于一般的被检仪器，工作人员一般采用福建X雨量标准器进行检定，该标准器可以根据被检设备调整雨强大小检定参考值，从而完成相对应雨强标准值的对比检定。

由于双翻斗式雨量传感器的构造，其一般性的故障表现通常为大雨强和小雨强同步偏大或者同步偏小，其故障的偏差与翻斗对应的杠杆螺丝具有一致性，大雨强和小雨强的被测值会随着杠杆螺丝的调整同步变大或者变小，最终达到额定值。本文需要分析的典型故障同一般性故障不同，其具体表现为大雨强和小雨强被测值随着杠杆螺丝的调整会往两个极端偏差，大雨强被测值数值变大，小雨强数值变小。

根据自动雨量传感器故障维修维护排查步骤，工作人员首先检查了被检传感器的外观装置，手动清除了挂壁和翻斗的明显污渍并用定额流水进行检测，确保水流通顺。完成该步骤后，工作人员对被检传感器进行了再一次的大雨强小雨强标定，最终显示结果仍然是被检大雨强和小雨强偏差过大。接下来，工作人员对上下翻斗对应螺杆进行调整，分别按照同步偏大和同步偏小的步骤对被检传感器进行调整并重新检定，结果显示仍然偏差过大并且偏差持续加大，大雨强通过调整可以接近额定标准值但小雨强越发偏小。

通过对检定过程的反复测试和观察，工作人员发现造成故障的原因是标准器的送水管道损坏，检定给水过程中原定送给被检仪器的水会随着破损处流出从而造成检定结果偏差。由于大雨强检定过程中速率较快，时间较短，所以被检仪器可以根据对应杠杆的调整反映出结果从而向标准值贴近，而小雨强检定过程速率较慢，时间较长，平均12分钟的检定过程会损失差不多15%的标准值水量注入，最终导致结果就是检定过程调整后的大雨强随着杠杆调整贴近额定值，小雨强仍保留15%左右的误差，两者相对误差持续增加。

5 结语

目前我国的各类气象观测设备数量繁多，种类各异，计量检定任务也随之加重，遇到的各种问题也是层出不穷，本文讨论的自动雨量传感器检定故障只是一种典型的情况，工作人员在现实中的检定过程必须要通盘考虑，仔细观察标准器和被检仪器的工作状态，才能更好的完成检定工作。