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        區(qū)域自動氣象站雨量傳感器故障成因分析

        2021-11-13 01:27:56袁靖凱蘇慧君鄭禮燦
        海峽科學(xué) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:屏蔽線永定區(qū)信號線

        袁靖凱 蘇慧君 鄭禮燦

        (福建省龍巖市永定區(qū)氣象局,福建 龍巖 364100)

        隨著氣象現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn),龍巖市永定區(qū)區(qū)域自動氣象站已經(jīng)覆蓋了轄區(qū)內(nèi)的各個(gè)街道、鄉(xiāng)鎮(zhèn),區(qū)域自動氣象站的建設(shè)對永定區(qū)的短臨預(yù)警能力和防災(zāi)減災(zāi)能力的提高發(fā)揮了重要作用。如何確保區(qū)域自動氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。截至2021年6月底,永定區(qū)共計(jì)區(qū)域自動氣象站46個(gè),其中2個(gè)為溫度、氣壓、濕度、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速六要素站,22個(gè)為溫度、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速四要素站,1個(gè)為溫度、雨量兩要素、21個(gè)為單雨量站,由此可見,轄區(qū)內(nèi)所有區(qū)域自動站均有雨量要素,本地的區(qū)域自動氣象站保障維護(hù)工作也主要圍繞雨量維護(hù)展開[1]。為此,本文通過對永定區(qū)區(qū)域自動氣象站雨量故障的日常維護(hù)、維修保障工作中遇到的常見問題進(jìn)行歸納、分析,從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),為日后更好地對雨量要素開展維護(hù)和保障工作提供借鑒。

        1 雙翻斗雨量傳感器的工作原理

        永定區(qū)轄區(qū)內(nèi)區(qū)域自動站雨量傳感器均為SL-1型雙翻斗雨量傳感器[2](上海氣象儀器廠有限公司)。其測量范圍為0~4mm/min, 分辨率為0.1mm,準(zhǔn)確度為0.4mm(≤10mm)、4%(>10mm),在自動氣象站中采樣速率為1次/min,SL-1 型雙翻斗雨量傳感器組成結(jié)構(gòu)(圖2),它由外筒、承水器(截面積為200cm2)、上翻斗、匯集漏斗、計(jì)量翻斗、計(jì)數(shù)翻斗和干簧管等組成。

        圖1 雙翻斗雨量傳感器外觀圖

        圖2 SL-1 型雙翻斗雨量傳感器組成結(jié)構(gòu)圖

        其工作原理為承水器收集的降水通過漏斗進(jìn)入上翻斗,當(dāng)雨水累積到一定量時(shí),由于水本身的重力作用,使上翻斗翻轉(zhuǎn),水進(jìn)入?yún)R集漏斗。降水從匯集漏斗的節(jié)流管注入計(jì)量翻斗時(shí),就把不同強(qiáng)度的自然降水調(diào)節(jié)為比較均勻的降水強(qiáng)度,以減少由于降水強(qiáng)度不同所造成的測量誤差。當(dāng)計(jì)量翻斗承受的降水量為0.1 mm時(shí),計(jì)量翻斗把降水傾倒入計(jì)數(shù)翻斗,使計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)1次。計(jì)數(shù)翻斗在翻轉(zhuǎn)時(shí),與它相關(guān)的磁鋼對干簧管掃描1次。干簧管因磁化而瞬間閉合1次。由此降水量每次達(dá)到0.1 mm時(shí),就送出一個(gè)開關(guān)信號,采集器就自動采集存儲0.1 mm降水量。

        2 雙翻斗雨量傳感器常見故障分析

        2.1 通訊中斷

        通訊中斷的原因主要有:一個(gè)是電池電壓低,導(dǎo)致整個(gè)采集器無法正常運(yùn)行;另一個(gè)是采集器故障,此故障多為雷暴過頂后區(qū)域站遭受雷擊造成采集器受損,從而無法工作,導(dǎo)致通訊中斷。當(dāng)有區(qū)域站通訊中斷時(shí),首先應(yīng)通過區(qū)域站監(jiān)控平臺查看中斷前電池狀態(tài),排除電池電壓低的原因,其次應(yīng)考慮采集器故障,前往維護(hù)維修時(shí)應(yīng)做好充足準(zhǔn)備,帶齊主采集器、通訊模塊、電源模塊、天線等備件。

        2.2 有雨無量

        2.2.1 人為因素故障

        按照業(yè)務(wù)規(guī)定,福建省每年汛期開始前各臺站需完成一次對轄區(qū)內(nèi)所有區(qū)域站的巡檢工作,通過對各區(qū)域站的巡檢,確保其保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。但是因保障人員巡檢失誤造成的故障也不少,本文總結(jié)了歷年來出現(xiàn)較多的三種人為因素故障,用于提醒保障人員。

        一是信號線未接回,雨量的大小是通過對開關(guān)信號的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)而得出的,保障人員巡檢維護(hù)結(jié)束時(shí),應(yīng)仔細(xì)檢查過信號線接線情況,避免信號線未接在接線柱上,造成不必要的返修(圖3)。

        圖3 信號線未接回

        二是信號線和屏蔽線位置接反,雨量通訊線是三芯線,其中兩根為信號線,一根為屏蔽線。因?yàn)橛袝r(shí)信號線和屏蔽線只能通過裸露出的一小部分區(qū)分,保障人員容易誤把信號線與屏蔽線位置接反。

        三是屏蔽線位置接錯(cuò),屏蔽線的接地應(yīng)該避開計(jì)數(shù)翻斗翻動的范圍,不影響計(jì)數(shù)翻斗的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。例如:2021年 3月 5日,F(xiàn)7536基安村站點(diǎn)有雨無量,其原因?yàn)槠帘尉€接線不當(dāng),造成計(jì)數(shù)翻斗卡滯,導(dǎo)致有雨無量(圖4)。

        圖4 屏蔽線位置接錯(cuò)

        2.2.2 通訊線故障

        永定區(qū)區(qū)域自動站多建于2013年以前,至今已近10年,且常年在戶外環(huán)境下運(yùn)行。連接雨量傳感器和采集器的通訊線幾乎均裸露在外,惡劣的環(huán)境和蟲蟻的撕咬對通訊線造成了很大破壞,近幾年經(jīng)常出現(xiàn)因通訊線老化或蟲蟻撕咬造成的斷路故障。為減少此類故障的發(fā)生,在巡檢和維護(hù)時(shí),應(yīng)統(tǒng)一在通訊線外套上PVC管,并埋入土下,做好密封,最大程度地保護(hù)通訊線不受外界干擾。

        2.2.3 傳感器故障

        傳感器故障排除步驟為:首先拆下承水桶,使用萬用表撥至電阻通斷蜂鳴擋,紅、黑表筆分別接觸雨量傳感器紅、黑接線柱的金屬部分,模擬降水翻動計(jì)數(shù)翻斗(注意手勿直接觸摸內(nèi)壁),每翻到中間位置萬用表有導(dǎo)通響聲為正常;若無,說明傳感器故障,需更換傳感器內(nèi)的干簧管[3]。

        2.2.4 雨量筒堵塞

        雨量傳感器故障最多的就是雨量筒的堵塞,降水從承水器開始進(jìn)入雨量筒到從底盤流出,經(jīng)過了承水器、網(wǎng)罩、漏斗、上翻斗、匯集漏斗、計(jì)量翻斗、計(jì)數(shù)翻斗等部件,其中任何一處的堵塞都會造成有雨無量的情況發(fā)生。為便于快速判斷堵塞位置,維護(hù)時(shí)應(yīng)隨身攜帶小半瓶干凈自來水,打開外筒后,模擬降水,均勻把水倒至漏斗,觀察水流在雨量傳感器內(nèi)的走向,判斷堵塞位置,從而迅速對堵塞位置進(jìn)行清理。例如:2021年 4月 15 日,F(xiàn)7509高陂鎮(zhèn)站點(diǎn)有雨無量,其原因?yàn)閰R集漏斗堵塞,降水無法流入計(jì)量翻斗,導(dǎo)致有雨無量(圖5);2021年6月 22日,F(xiàn)7516西溪鄉(xiāng)站點(diǎn)有雨無量,其原因是蜘蛛在傳感器內(nèi)織網(wǎng)產(chǎn)卵,粘住了計(jì)量翻斗,使降水無法流入計(jì)數(shù)翻斗,導(dǎo)致有雨無量(圖6)。

        圖5 匯集漏斗堵塞

        圖6 匯集漏斗堵塞

        2.3 雨量異常

        2.3.1 雨量偏小

        永定區(qū)境內(nèi)雨量偏小的原因主要有兩種,一是由于雨量筒某個(gè)部位的堵塞,使雨量筒無法正常的運(yùn)轉(zhuǎn),導(dǎo)致了雨量的偏小,這個(gè)堵塞不一定位于雨量筒內(nèi)部,也可能來自雨量筒外部。例如:2021年 6月 22日,F(xiàn)7521堂堡鄉(xiāng)站點(diǎn)雨量偏小,保障人員前往查看后發(fā)現(xiàn),馬蜂在雨量筒底盤下筑巢,使桶內(nèi)雨水無法排出,影響計(jì)數(shù)翻斗正常工作,從而導(dǎo)致測得雨量偏小(圖7)。

        圖7 雨量傳感器底盤外堵塞

        二是雨量筒計(jì)量翻斗一邊所能承載的雨量大于0.1mm,導(dǎo)致采集到的降水量小于實(shí)際降水量,此時(shí)應(yīng)對雨量傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)[4]。

        2.3.2 雨量偏大

        雨量筒計(jì)量翻斗一邊所能承載的雨量小于0.1mm,導(dǎo)致采集到的降水量大于實(shí)際降水量,此時(shí)應(yīng)對雨量傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

        3 雨量傳感器的校準(zhǔn)

        隨著區(qū)域站在野外的長時(shí)間運(yùn)行,雨量傳感器的采集準(zhǔn)確度也會有所下滑,造成采集雨量的偏大或偏小,此時(shí)應(yīng)對超出誤差范圍的雨量傳感器進(jìn)行校準(zhǔn),通過調(diào)整計(jì)量翻斗的容量調(diào)節(jié)螺釘,使測量誤差在誤差范圍之內(nèi)[5]。

        調(diào)節(jié)的方法歸納為“內(nèi)正外負(fù)”,當(dāng)誤差為正時(shí),將容量調(diào)節(jié)螺釘向內(nèi)旋進(jìn),反之向外旋出;容量調(diào)節(jié)螺釘每向內(nèi)或者向外旋轉(zhuǎn)一圈,測量誤差減少或增加3%。例如:某雨量傳感器校準(zhǔn)時(shí),實(shí)際降水量為10.0mm,而測得降水量為9.4mm,此時(shí)應(yīng)將兩個(gè)容量調(diào)節(jié)螺釘同時(shí)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)一圈或一個(gè)容量調(diào)節(jié)螺釘向內(nèi)旋轉(zhuǎn)兩圈。

        4 結(jié)束語

        雨量傳感器是區(qū)域站的重要傳感器之一,它出現(xiàn)故障相對較多。為保證雨量傳感器處于良好的運(yùn)行狀態(tài),日常維護(hù)非常重要,特別是汛期前的巡檢,應(yīng)按要求認(rèn)真檢查維護(hù),不能敷衍了事。維護(hù)人員首先應(yīng)加強(qiáng)責(zé)任心,避免出現(xiàn)因人為失誤而導(dǎo)致的故障;其次需加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí),掌握正確的維修技能和維護(hù)方法,定期總結(jié)經(jīng)驗(yàn),不斷提高保障水平。

        本文歸納總結(jié)了永定區(qū)內(nèi)區(qū)域站雨量維護(hù)中常見的一些故障,分模塊分析了故障原因,有針對性地提出了解決辦法,以期快速找準(zhǔn)故障點(diǎn),及時(shí)排除故障,盡量避免返修,提高維護(hù)維修的質(zhì)量,從而確保數(shù)據(jù)采集的及時(shí)性和有效性,為各類氣象服務(wù)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

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