JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器供電電路的改裝維護及其數(shù)據(jù)可靠性分析

董宏偉

JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器供電電路的改裝維護及其數(shù)據(jù)可靠性分析

董宏偉

（甘肅省隴南水文水資源勘測局 甘肅隴南 742500）

根據(jù)隴南市山區(qū)陰雨天多、光照不足的特性，對JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器供電系統(tǒng)進行改裝，解決陰雨天供電不足的現(xiàn)象，通過對比降水?dāng)?shù)據(jù)得出JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器可以采集準(zhǔn)確可靠的雨情數(shù)據(jù)，更有效地為防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器 穩(wěn)壓塊 降水對比

甘肅省長江流域其主要區(qū)域以隴南地區(qū)為主，加之天水地區(qū)和甘南州的長江流域部分，其地理位置位于秦巴山地西部青藏高原東側(cè)邊緣，自北向南由黃土丘陵向高山峻嶺、深山峽谷的土石山區(qū)過渡，形成以山地、丘陵和盆地為主的地形。河流屬長江流域嘉陵江水系。大致有大小河流3762條，流域面積1.70多萬平方公里，年徑流量277億立方米。氣候?qū)俦眮啛釢駶櫋⑴瘻匕霛駶櫋⒏咴瓭駶櫟榷喾N氣候過渡帶。年降水量在400mm～800mm之間，豐水年份可達(dá)900mm甚至1000mm以上，屬于我省降水量最為豐沛的地區(qū)，加之河流切割嚴(yán)重，峽谷幽深，地形破碎，懸壁林立 ，溝壑縱橫，導(dǎo)致氣候多變。這樣一來給降水的觀測和準(zhǔn)確計量帶來了較大困難。

降水的測量無論是對于氣象、水文、海洋、環(huán)境的觀測還是對航空、鐵路交通和有關(guān)水資源的評價調(diào)度全都具有極其重要的意義，特別是對于人工降雨的效果檢驗和氣象科研來說其測量的準(zhǔn)確度就顯得更為重要。它對人民的生活、生產(chǎn)、建設(shè)的關(guān)系極為密切。因而人類生活的許多方面需要掌握降水資料，作為研究推算徑流和設(shè)計洪水的依據(jù)；要保證雨量計的測量完整、準(zhǔn)確，對雨量計進行改裝和校準(zhǔn)則是非常必要的。

JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器（以下簡稱存儲雨量器）相比性能穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確度高，但是電源使用時間不長，如果是連續(xù)的陰雨天時間較長，電源就會供電不足，導(dǎo)致無法儲存數(shù)據(jù)；要是遇上連續(xù)的晴天，光照強的話輸入電壓會比較高，這樣又會對電瓶造成嚴(yán)重危害。為此，本文就針對這種情況將闡述該儀器的電路改裝和安裝調(diào)試及其數(shù)據(jù)分析。

1 儀器簡介

存儲雨量器是人工降雨效果檢驗的重要測量降水儀器，為獲得準(zhǔn)確的降水記錄對雨量計進行現(xiàn)場校準(zhǔn)和電源的改進是非常必要的；翻斗式雨量計校準(zhǔn)工作平臺是集雨強模擬、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理為一體的雨量計全自動校準(zhǔn)裝置。本文就如何改進翻斗式雨量計供電電路與原理和現(xiàn)場調(diào)試及數(shù)據(jù)分析，進行了較為詳細(xì)的論述。

2 供電電路改裝20

針對以上不足，本人根據(jù)多年工作經(jīng)驗對太陽能充電系統(tǒng)進行了改進，其改裝的太陽能供電自動充電系統(tǒng)電路圖和LM317T標(biāo)準(zhǔn)電路圖如圖1、圖2所示。LM317T是由美國在2001年生產(chǎn)的一種三端口穩(wěn)壓器件,他的輸出電壓可以通過調(diào)整電阻進行一定幅度的調(diào)整。輸出的電壓幅度在1.2～37V之間,可以滿足電瓶所需要的電壓幅度。LM317T作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。

穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。1、2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1、D2用于保護LM317T。

首先LM317T穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V～37V（高輸出電壓的LM317T穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V～45V），所以R2/R1的比值范圍只能是0～28.6。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317T 內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。

其次是LM317T穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于LM317T穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當(dāng)LM317T穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，LM317T穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)LM317T穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時，LM317T穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用LM317T穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時（如圖3所示），沒有注意LM317T穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會出現(xiàn)下述不正常現(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。

通常LM117/LM317T不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317T輸入端的連線超過6英寸（15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。

輸入要比輸出至少高2V，否則不能調(diào)壓。輸入電最高不能超過40V。輸出電流不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。而我局所采用的電瓶實測電壓不低于12.4V，故我們在強光直射的時候調(diào)至14.4V。基于經(jīng)濟方面的考慮,我局設(shè)計了一種內(nèi)置式的電源供電電路,制板后經(jīng)過幾個月對所安裝儀器的調(diào)試，能夠達(dá)到預(yù)期的效果,證明此電源供電是可行且可靠的。該系統(tǒng)保證了太陽光較強時，電瓶達(dá)到設(shè)定值后，電路會自動斷開，對電瓶起到保護作用。在連續(xù)的陰雨天氣不會自動放電，保證了電瓶電量不足的原因，使固態(tài)存儲雨量器更好的服務(wù)于人民的生活生產(chǎn)。

圖1 太陽能供電自動充電系統(tǒng)

圖2 LM317T標(biāo)準(zhǔn)供電線路

圖3 LM317T接線圖

3 安裝維護

安裝和維護該雨量器過程比較簡單，要嚴(yán)格按照下列規(guī)定，才能是該雨量器發(fā)揮最大的優(yōu)勢。其安裝過程為：

（1）存儲雨量器安裝高度為0.7m（從承雨口平面至觀測場地面距離），北方地區(qū)也可沿用1.2m高度。

（2）存儲雨量器安裝時，用水平尺將承雨口校平。

（3）存儲雨量器底座上三個地腳的安裝孔借3個M8地腳螺栓、螺母（或膨脹螺釘）將其固定在混凝土基座上。基座埋入途中深度應(yīng)能保證儀器安裝牢固，在暴風(fēng)雨中不發(fā)生抖動或傾斜。

（4）調(diào)整調(diào)平螺帽，使圓水泡居中，儀器調(diào)平后，用M4*6圓柱頭螺釘將調(diào)平裝置鎖緊。

（5）基座應(yīng)有排水管道出口和電纜的通道。如需要收集排水量以檢測系統(tǒng)的測量精度，應(yīng)建造一個安放積水容器的小室（坑）。

（6）信號輸出電纜為兩心屏蔽線（A43VVT2*16/0.15話筒線）。電纜從儀器底座的橡膠電纜護套穿進，用螺帽緊固，以增加抗拉強度，避免接線拉脫。電纜兩芯電線分別剝長20mm，折半、絞成股，塞進接線座中常用發(fā)信部件的兩接線孔，用螺釘緊固。

（7）用手輕輕撥轉(zhuǎn)翻斗部件，檢查接收部分的信號是否正常。

（8）安裝完畢后，進行三次人工滴水試驗，（每次滴水十毫米，三到五分鐘內(nèi)滴完水量，應(yīng)控制滴水盡可能均勻），三次試驗符合誤差要求，即在±4%之內(nèi)。

（9）將承雨器部件筒套在儀器基座上，用內(nèi)六角扳手將三個M6滾花圓柱頭內(nèi)六角螺釘鎖緊。至此，儀器安裝完畢。

4 數(shù)據(jù)分析

固態(tài)存儲雨量器與虹吸自記雨量計對比觀測資料的分析方法是：由長時段到短時段，逐步排除影響虹吸自記雨量計的觀測時間(超前或滯后等)和一些人為換紙等因素。盡可能地避開受到外界干擾影響的不同條件因素，使兩者具有充分的可比性，這樣才能真正掌握固態(tài)存儲雨量器的特點及差異性。表1、表2是對碧口水文站和成縣水文站2012年降水?dāng)?shù)據(jù)的對比分析。

表1 碧口水文站2012年降水?dāng)?shù)據(jù)

表2 成縣水文站2012年降水?dāng)?shù)據(jù)

從表1可以看出，碧口水文站2012年的降水，虹吸式自記雨量計與存儲雨量器的對比；總量上相差1.1mm，相對誤差是0.1%。

從表2可以看出，成縣水文站2012年的降水，虹吸式自記雨量計與存儲雨量器的對比；總量上相差1.3mm，相對誤差是0.2%。

由上述數(shù)據(jù)分析得出:在間歇性降水和雨量較小時，存儲雨量器由于儀器測量精度的限制（儀器分辨力為0.2mm）以及蒸發(fā)損失，會出現(xiàn)一定的誤差。但是這種誤差是在降水?dāng)?shù)據(jù)資料的基本誤差范圍以內(nèi)，基本上是忽略不計的。從觀測中可以發(fā)現(xiàn)，虹吸式自記雨量計的自記鐘存在時間上的誤差，有時會將當(dāng)日的降水移至上一日或者下一日。從這些資料中我們可以總結(jié)出固態(tài)存儲雨量器的以下特點：

（1）時間準(zhǔn)確。虹吸自記雨量計人工對時有很大的任意性,而存儲雨量器從根本上消除了這些因素的影響。經(jīng)抽查分析,存儲雨量器在3個月時間左右,其時間誤差不到±1min,比虹吸自記雨量計記錄時間準(zhǔn)確得多。

（2）記錄數(shù)據(jù)質(zhì)量高。在降水量觀測和數(shù)據(jù)存儲中，該儀器可節(jié)省人力、物力資源，特別是能夠準(zhǔn)確記錄降水隨時間的變化過程，減少了人為觀測和蒸發(fā)等因素帶來的影響,數(shù)據(jù)質(zhì)量高。

（3）便于計算機數(shù)據(jù)采集和整編處理及進入數(shù)據(jù)庫,減少了大量的人工摘錄加工等項勞動，大大提高了整編和入庫速度，為實現(xiàn)自動觀測、采集和傳輸以及整編入庫奠定了基礎(chǔ)。

（4）有利于水情信息傳輸自動化，同時具有信息傳輸迅速、快捷,便于自動報汛等特點，可為防汛抗旱及水文預(yù)報提供便捷的水情信息。

5 結(jié)語

JDZ-1型固態(tài)存儲雨量器的優(yōu)點是安裝方便、操作簡單、易于管理和維護，提高了工作效率，降低了勞動強度。通過整編軟件，可直接將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機（導(dǎo)入數(shù)據(jù)與觀測值對比未出現(xiàn)偏差，無數(shù)據(jù)“丟失”現(xiàn)象），提高了測驗整編精度。從目前試用的情況來看，固態(tài)存儲雨量器運行較好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，故障率低，安全性好。使用過程中我們感到，固態(tài)存儲雨量器具有很高的集成精密度，該設(shè)備應(yīng)用的好壞，關(guān)鍵在于平時對它的檢查與維護。

1. 王水平.開關(guān)穩(wěn)壓電源原理及設(shè)計 2007.7

2. 《水文資料整編規(guī)范》 SL247-2012. 中國水利水電出版社

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.020

TN98

B

1672-2469（2014）05-0063-04

20作者簡介：董宏偉 （1980年—），男，工程師。