SL3-1翻斗雨量傳感器的誤差與故障分析及維護

■袁小燕劉洋林鋮

（1寧德市氣象局福建寧德352100；2寧德市防雷中心福建寧德352100）

SL3-1翻斗雨量傳感器的誤差與故障分析及維護

■袁小燕1劉洋2林鋮1

（1寧德市氣象局福建寧德352100；2寧德市防雷中心福建寧德352100）

針對自動氣象站SL3-1翻斗雨量傳感器的工作原理，分析翻斗雨量傳感器存在的測量誤差及環境對其影響，并結合維護經驗提出如何采取有效的措施減少故障的發生。

誤差故障維護

1　引言

雨量測量對儀器的安裝、風、地形都非常敏感。在參與自動氣象站維修維護期間，經統計發現雨量傳感器的故障頻率高，故障的種類也大致相同，本文對SL3-1型翻斗雨量傳感器所測得的降水失真、缺測等現象進行闡述，并總結維護心得。

2　SL3-1翻斗雨量傳感器的工作原理

承水器收集的降水通過漏斗進入上翻斗，當雨水積到一定量時，由于雨水本身的重力作用使上翻斗翻轉，水進入匯集漏斗。降水從匯集漏斗的節流管注入計量翻斗，當計量翻斗承受的降水量為0.1mm時（也有的為0.5mm或1mm翻斗），計量翻斗把降水傾倒到計數翻斗內，使計數翻斗翻轉一次。計數翻斗在翻轉時，與它相關的磁鋼對干簧管掃描一次。干簧管因磁化而瞬間閉合一次。這樣，降水量每次達到0.1mm時，就送去一個開關信號，采集器就自動采集存儲0.1mm降水量［1］。

3　雨量傳感器存在的問題及環境對其影響

3.1自身的問題

3.1.1降水強度產生的誤差

在降雨強度突然變大時，由于翻斗翻轉的慣性，翻斗翻動時需要反應時間，致使另一翻斗盛滿水時還來不及翻轉，造成雨量流失，產生計量誤差，記錄失真。

3.1.2測量方式產生的誤差

當降雨強度大時，上翻斗流入計量翻斗的水速會非常快，導致計量翻斗在一次翻轉過程中，水未流盡時，上翻斗又有水流入計量翻斗，使得計量翻斗回到原位。這樣流入計量翻斗的雨量就小于0.1mm，導致雨量計水量大于實際降水量。并且由于水未排盡，計量翻斗的水量很快又達到相當雨量0.1mm以致再次翻動形成連跳現象。

3.1.3儀器基點位置不正確造成的誤差

傳感器調節螺母松動造成的，也就是計數翻斗在承接到不到0.1mm的降水量的時候就開始翻動，產生0.1mm降水量的記錄，從而使記錄明顯偏大，反之較小。

3.1.4安裝不當產生的誤差

器口是否水平也可以造成較大誤差。在靜風降水的條件下，器口傾斜的儀器測得的降水量要小于器口水平的儀器；在風速較大，且器口傾斜于風的來向時，測得的降水量就會偏大，反之較小。在降水量較小（小于1.0mm）時，兩者的差距并不明顯。

3.1.5濺水誤差

濺水誤差由承水器向外濺水和地面向承水器濺水所造成的降水測量誤差。盡管在儀器設計和安裝上采取了一定的措施，但遇到大到暴雨時，濺水誤差仍不可能避免的。

3.1.6蒸發誤差

雖然雨量傳感器的外筒使用的是不銹鋼材質會反射大量的太陽輻射，但是在夏天高溫下，如果有微量的降水可能只附著在承水桶內壁上，還沒有流入感應器就蒸發了。

3.1.7風造成的誤差

風是影響降水測量準確性的主要原因。因為風速較大時，將有部分降水被風刮走而沒有落入承水器內，導致儀器的測量值總是偏小，其大小與風速大小和降水強度有關；另外，近地層的風有強勁的上升運動，雨量儀器的阻擋也會使水平方向的氣流產生上升運動，風速隨高度的增加而增大，阻礙了雨滴落入筒口，造成降水量偏小，產生誤差。

3.1.8沾水誤差

如果儀器使用時間過長，在污染較大的地區外筒壁和漏斗、翻斗會附著污染物，因此這些部位都或多或少沾水，使得雨量偏小。沾水量的大小與承水時間長短、桶壁的光滑程度有關。

3.1.9漏斗堵塞造成的降水缺測

雨量器的漏斗出現堵塞情況都能造成雨量缺測或偏小。雜物進入雨量桶內堆積，日積月累就會造成的雨量傳感器的堵塞。

3.1.10雨量傳感器密封條件差造成的其他故障

為了便于維護維修，雨量傳感器的機芯與承水桶是分離的，這就導致了承水桶和底座之間有空隙，一些小的昆蟲可以輕松進入，隨之出現蜘蛛絲纏住翻斗、翻斗被卡死、尸體堵塞翻斗等情況。

3.2周邊環境對翻斗雨量傳感器的影響

區域自動站大都建立在戶外，免不了高大樹木對傳感器的影響。如果樹木處在觀測點的上風向，則測得的降水誤差就相對較大。野外土壤肥沃，雜草生長十分旺盛，埋沒雨量筒，從而導致降水量偏小或傳感器故障。

4　常見故障的維護方法

（1）維護時用軟毛刷仔細清洗每個漏斗、翻斗，清洗的內容包括附著在每個翻斗上的灰塵、翻斗內的雜物、承水桶上的過濾網。

（2）檢查傳感器的信號線是否斷路，方法是將雨量傳感器的紅、黑連線連接在一個接線柱上，雨量傳感器接線端子從采集器上拔下，用歐姆檔測電阻或通斷檔測短路測量連接在采集器端的連線，電阻接近0Ω或通斷檔鳴叫說明導線無問題。另外測量紅、黑接線柱分別與屏蔽的電阻值，如果阻值很小說明紅、黑接線柱與屏蔽層短路，需查看接線柱上的墊片（絕緣）是否丟掉。

（3）仔細檢查三個翻斗翻轉是否靈活，如果不靈活，檢查是否有蜘蛛網拉扯或有其他東西卡滯。如經檢查誤差確認是由于儀器的基點位置不正確造成的，需作基點調整［2］。

（4）檢查干簧管的好壞。將雨量傳感器的紅、黑連線從接線柱上取下，避免產生虛擬信號。將萬用表撥到通斷檔，將萬用表的紅、黑表筆分別插入雨量傳感器的紅、黑接線柱孔內，直接用手翻動雨量傳感器的計數翻斗，每翻動計數翻斗一次應聽到萬用表發出一聲嘀的叫聲，說明干簧管正常，不鳴叫說明干簧管斷路，持續鳴叫說明干簧管短路，需要更換干簧管。仍有異常，檢查干簧管是否斷裂，計數翻斗與干簧管距離是否合適。

（5）用濕抹布擦拭承水桶內外壁，減少沾水誤差。

（6）用雨量標校器仔細標校大雨強、小雨強，保證傳感器測得的數據在誤差范圍內。

（7）可在翻斗雨量傳感器周圍適當的噴灑除草劑，防止雜草影響觀測數據

（8）維護結束后，可在承水桶蓋上前，向桶內噴灑殺蟲劑，防止蜘蛛、螞蟻等昆蟲對傳感器造成的故障及對降水造成的誤差。

（9）每次巡檢儀器帶好鋸子、柴刀等，如發現樹木側枝有遮擋的趨勢，也應該適當修剪，防止非巡檢期間對降水造成誤差或樹葉對漏斗造成堵塞。

5　結論

每次降水過程開始之前要注意對儀器進行維護，在降水之后要對所收集的數據資料進行分析，出現的野值、數據偏小、數據缺測等數據會對天氣分析造成一定的影響。所以在維修維護自動氣象站時多多積累經驗，努力減少SL3-1型翻斗雨量傳感器的故障率。

［1］中國氣象局綜合觀測司.氣象裝備技術保障手冊，2011：12-14

［2］李黃.自動氣象站實用手冊.北京：氣象出版社，2007

O241.1［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-454-1