汪洋，曾子欣，易恒，侯陽笛，陳亮

（1.湖南省氣象技術(shù)裝備中心，湖南 長沙 410007；2.祁東縣氣象局，湖南 祁東 421001；3.湖南省氣象局機(jī)關(guān)服務(wù)中心，湖南 長沙 410007）

目前，根據(jù)中國氣象局綜合觀測網(wǎng)絡(luò)布局要求，湖南省內(nèi)國家級自動站、區(qū)域站、骨干站等站點(diǎn)均采用了自動翻斗計數(shù)雨量觀測裝置，為保證雨量觀測真實(shí)有效，省級、市級裝備保障部門每年會根據(jù)工作計劃進(jìn)行雨量筒現(xiàn)場標(biāo)定，以便發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行維修維護(hù)，以保證測量精度，提高測報系統(tǒng)的精準(zhǔn)度。

1 自動氣象站雨量傳感器的運(yùn)行原理

隨著全球氣象條件的不斷變化，多數(shù)地區(qū)的氣象災(zāi)害頻發(fā)，對世界經(jīng)濟(jì)帶來了極大地破壞。對此，各國紛紛對氣象監(jiān)測技術(shù)投入大量的人力與物力，深入研究提高對氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與代表性的技術(shù)與方案，加強(qiáng)對極端天氣的預(yù)警。為了科學(xué)有效地監(jiān)測氣象，及時采取措施進(jìn)行防控，越來越多的自動氣象觀測站被建成并使用，成為氣象觀測站的重要組成內(nèi)容。當(dāng)前，我國自動氣象觀測站的設(shè)備觀測技術(shù)已逐漸成熟，獲得了不錯的監(jiān)測效果。但自動氣象觀測站的運(yùn)行離不開穩(wěn)定的設(shè)備監(jiān)測，一旦某個設(shè)備出現(xiàn)故障，將對整個氣象監(jiān)測鏈條帶來破壞，最終無法保障數(shù)據(jù)的有效性。

現(xiàn)階段的雨量傳感器多采用翻斗式，組成器件為承水器、計數(shù)翻斗、上下翻斗、計量翻斗等，過濾網(wǎng)、上筒、聯(lián)接螺釘、磁鋼、干簧管、水準(zhǔn)泡、調(diào)平螺釘?shù)?。雨水通過漏斗進(jìn)入到上翻斗，逐漸匯集到預(yù)設(shè)模板，然后在雨水自身重力的影響下，上翻斗轉(zhuǎn)動，雨水進(jìn)入到翻斗中，而后在計數(shù)翻斗中精確地記錄不同程度的降水量。直至計量翻斗中的雨量為0.1mm，計數(shù)翻斗將進(jìn)行一次轉(zhuǎn)動和一次掃描。簡而言之，即翻斗中的雨量每到達(dá)一次0.1mm，就會由設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)并記錄降雨量。

2 自動雨量傳感器相關(guān)要求和參數(shù)

目前湖南省內(nèi)采用的雙翻斗式雨量傳感器主要包含了筒身、翻斗、底座、固定螺桿等幾個主要部件，根據(jù)JJG（氣象）自動氣象站翻斗式雨量傳感器檢定規(guī)程，合格的雨量傳感器必須±0.4mm（雨量≤10mm，雨強(qiáng)≤4mm/min），±4%（雨量＞10mm，雨強(qiáng)≤4mm/min），被測雨量筒承水口內(nèi)徑為200mm或者是159.6mm，分辨率為0.1mm。

為了保證計量檢定的標(biāo)準(zhǔn)和有效，自動雨量筒的檢定分為外觀檢定、測量誤差檢定、數(shù)據(jù)處理三個步驟。外觀檢定作為計量標(biāo)準(zhǔn)的第一個步驟，具有十分重要的作用和意義?，F(xiàn)在啟用的自動雨量觀測設(shè)備中全部設(shè)置在野外觀測環(huán)境中，雨量積水筒外部環(huán)境不可避免會接觸到自然環(huán)境中的種種生物或者影響要素，外觀檢定要求檢定工作人員對被檢傳感器的承水器、過濾網(wǎng)、漏斗、翻斗等零件清洗干凈，并對承水口內(nèi)徑大小測量記錄，以保證雨量傳感器工作進(jìn)程不受其他外界因素干擾。測量誤差是雨量傳感器檢定的第二個步驟，其要求標(biāo)準(zhǔn)化傳感器檢定步驟，充分濕潤標(biāo)準(zhǔn)器和管路，排除水路中的氣泡，確保加液器的正常工作。測量誤差步驟結(jié)束后，檢定工作人員需要對每個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，確定被檢儀器的相對測量誤差有效。

（1）式中，△r是被檢儀器的相對測量誤差，△R是被檢儀器的測量誤差，R是標(biāo)準(zhǔn)值。

3 雨量傳感器的常見故障及處理措施

翻斗是雨量傳感器的重要組成元件，對整個設(shè)備的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵影響。實(shí)際工作中，雨量傳感器的故障發(fā)生率也最高，是最需要定期養(yǎng)護(hù)和維修的傳感器。

3.1 雨量缺測

根據(jù)雷達(dá)監(jiān)測顯示，某區(qū)域?qū)嶋H有降雨但傳感器未顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，那么就要檢查傳感器。當(dāng)雨量偏低而傳感器完全無記錄，原因?yàn)閭鞲衅鞯挠嬃烤冉档突蚣b置出現(xiàn)誤差，一般先檢查采集器的接口有無松動現(xiàn)象，另外檢查傳感器的接線頭有無擰緊，兩個部位都未發(fā)現(xiàn)問題，就要分析干簧管是否出現(xiàn)故障。主要方法是：拆掉傳感器，將萬用表的針頭撥到電阻痛斷蜂鳴檔，然后使用紅黑筆分別接觸傳感器的線柱，翻動計數(shù)翻斗到中間位置，萬用表發(fā)出響聲說明正常，無聲音則是傳感器出現(xiàn)故障，需要更換干簧管。

3.2 雨量觀測值不準(zhǔn)確

這是雨量監(jiān)測工作的常見問題，當(dāng)發(fā)現(xiàn)觀測值與實(shí)際數(shù)值偏差較小時，需要檢查傳感器的承水口、內(nèi)部漏洞以及翻斗的流通情況，判斷是否因異物堆積導(dǎo)致的堵塞，做好清理工作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)觀測值偏大，已經(jīng)超過實(shí)際降雨量的4%，則可判定為儀器故障，主要是因?yàn)榉吩苓^多的摩擦出現(xiàn)不靈敏的問題，可以通過重新調(diào)整螺絲來進(jìn)行值的校準(zhǔn)。具體措施為：調(diào)整計量翻斗兩側(cè)的定位螺釘，同時旋轉(zhuǎn)螺釘一圈，測量值偏大需要向外旋轉(zhuǎn)，測量值偏小則向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，然后使用量杯裝入10mm的水量，依次慢速和快速倒入翻斗檢驗(yàn)，直至符合計量誤差在4%之內(nèi)。

3.3 連接線中斷

如果雨量傳感器監(jiān)測為正常而所得數(shù)據(jù)與實(shí)際不符，需要分析是否通訊通道出現(xiàn)故障，一般檢查傳感器的接線頭到采集器端口的通道是否受到阻礙，則要采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。除了常見故障的處理外，做好日常管養(yǎng)也是十分有必要的。要實(shí)現(xiàn)雨量傳感器的有序運(yùn)行，使得測量數(shù)據(jù)真實(shí)有效，必須每個月對資料加以匯總、整理和分析，增強(qiáng)人工干預(yù)，對缺測數(shù)據(jù)及時補(bǔ)測等。

4 自動雨量傳感器典型故障案例

對于一般的被檢儀器，工作人員一般采用福建X雨量標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行檢定，該標(biāo)準(zhǔn)器可以根據(jù)被檢設(shè)備調(diào)整雨強(qiáng)大小檢定參考值，從而完成相對應(yīng)雨強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值的對比檢定。

由于雙翻斗式雨量傳感器的構(gòu)造，其一般性的故障表現(xiàn)通常為大雨強(qiáng)和小雨強(qiáng)同步偏大或者同步偏小，其故障的偏差與翻斗對應(yīng)的杠桿螺絲具有一致性，大雨強(qiáng)和小雨強(qiáng)的被測值會隨著杠桿螺絲的調(diào)整同步變大或者變小，最終達(dá)到額定值。本文需要分析的典型故障同一般性故障不同，其具體表現(xiàn)為大雨強(qiáng)和小雨強(qiáng)被測值隨著杠桿螺絲的調(diào)整會往兩個極端偏差，大雨強(qiáng)被測值數(shù)值變大，小雨強(qiáng)數(shù)值變小。

根據(jù)自動雨量傳感器故障維修維護(hù)排查步驟，工作人員首先檢查了被檢傳感器的外觀裝置，手動清除了掛壁和翻斗的明顯污漬并用定額流水進(jìn)行檢測，確保水流通順。完成該步驟后，工作人員對被檢傳感器進(jìn)行了再一次的大雨強(qiáng)小雨強(qiáng)標(biāo)定，最終顯示結(jié)果仍然是被檢大雨強(qiáng)和小雨強(qiáng)偏差過大。接下來，工作人員對上下翻斗對應(yīng)螺桿進(jìn)行調(diào)整，分別按照同步偏大和同步偏小的步驟對被檢傳感器進(jìn)行調(diào)整并重新檢定，結(jié)果顯示仍然偏差過大并且偏差持續(xù)加大，大雨強(qiáng)通過調(diào)整可以接近額定標(biāo)準(zhǔn)值但小雨強(qiáng)越發(fā)偏小。

通過對檢定過程的反復(fù)測試和觀察，工作人員發(fā)現(xiàn)造成故障的原因是標(biāo)準(zhǔn)器的送水管道損壞，檢定給水過程中原定送給被檢儀器的水會隨著破損處流出從而造成檢定結(jié)果偏差。由于大雨強(qiáng)檢定過程中速率較快，時間較短，所以被檢儀器可以根據(jù)對應(yīng)杠桿的調(diào)整反映出結(jié)果從而向標(biāo)準(zhǔn)值貼近，而小雨強(qiáng)檢定過程速率較慢，時間較長，平均12分鐘的檢定過程會損失差不多15%的標(biāo)準(zhǔn)值水量注入，最終導(dǎo)致結(jié)果就是檢定過程調(diào)整后的大雨強(qiáng)隨著杠桿調(diào)整貼近額定值，小雨強(qiáng)仍保留15%左右的誤差，兩者相對誤差持續(xù)增加。

5 結(jié)語

目前我國的各類氣象觀測設(shè)備數(shù)量繁多，種類各異，計量檢定任務(wù)也隨之加重，遇到的各種問題也是層出不窮，本文討論的自動雨量傳感器檢定故障只是一種典型的情況，工作人員在現(xiàn)實(shí)中的檢定過程必須要通盤考慮，仔細(xì)觀察標(biāo)準(zhǔn)器和被檢儀器的工作狀態(tài)，才能更好的完成檢定工作。