稱重式雨量計與翻斗式雨量計同時掛接方法

王玉紅

摘要 介紹了稱重式雨量計和翻斗式雨量計的組成構造及探測降水的原理，分析不同雨量傳感器產生誤差的原因，并闡述了不同雨量計掛接的方法，以期為降水的準確觀測提供技術參考。

關鍵詞 稱重式雨量計；翻斗式雨量計；構造；觀測原理；掛接

中圖分類號 P414.9+5 文獻標識碼 B 文章編號 1007-5739（2017）03-0210-01

氣象臺站對降水的觀測經歷了人工測量到虹吸式雨量傳感器測量直到現在使用翻斗式雨量傳感器和稱重式雨量傳感器來探測降水量，數次的儀器變革更新實現了降水量觀測的連續化和精準度，還減輕了臺站人員的工作量。目前，各臺站普遍使用翻斗式雨量傳感器測量液態降水，用稱重式雨量傳感器來測量固態降水，翻斗式雨量計翻斗不能承接固態降水，稱重式雨量傳感器可以監控冬季固態和固液混合性降水以及春夏強對流冰雹所產生的降水量[1-3]；夏季用翻斗式雨量計來測量降水量，當翻斗式雨量計發生桶口有異物堵塞或翻斗不靈活以及雨勢較強翻斗來不及翻轉等情況時易造成數據失真或缺失，而稱重式雨量計可以彌補這些，用翻斗式雨量計與稱重式雨量計同時掛接便可避免夏季降水的缺測。本文講述稱重雨量計和翻斗式雨量計同步掛接方法和數據采集程序的設置方法。

1 2種雨量計構造及探測降水原理

1.1 翻斗式雨量計的組成

翻斗式雨量計主要由承水器、上翻斗、計量翻斗和計數翻斗組成。感應器用二芯電纜與采集器連接，輸出干簧管信號。雨水降落時，先收集在承水器經過上翻斗和進水閥，進入計量翻斗使不同強度的自然降水轉換成比較均勻的降水強度，以減少降水強度不同而造成的降水誤差，當計量翻斗承受的降水量達到0.1 mm時，計量翻斗會把該降水傾倒到計數翻斗內，計數翻斗會翻轉1次，當計數翻斗翻轉時與它相連接的磁鋼對干簧管做一次掃描，干簧管會因磁化而瞬間閉合1次，這樣每當降水量累計至0.1 mm時干簧管就從電纜向計算機發送1個信號，計算機收到信號進行計數并進行數據處理而獲得累計的降水量數值以及降水時數和降水強度值，實現降水量的持續觀測。

1.2 稱重式雨量計的組成

稱重式雨量計是由承水器、集水桶、傳感器、支架和擋風圈組成，使用電子稱重原理，由一個大容量的高穩定載荷元件以及內桶構成，載荷元件通過感應重量的變化來測量固體降水。當有固態降水時，先匯集到集水桶，集水桶中的防凍液會融化固態降水成液態，位于集水桶下方的支撐盤上有3個獨立的弦振傳感器，在連續觀測中通過探測2次測量間隔間的重量變化給出一個頻率為0～5 V的方波信號，稱重單元通過溫度補償、數字濾波等技術由電纜發送到采集器進行測量計算得到降水量。

2 不同雨量傳感器誤差原因

理想情況下，翻斗翻動是很靈活的，但實際上由于轉軸的摩擦加上漏斗沾水或泥沙、昆蟲等都會影響翻斗的翻轉；大雨時由于翻斗的慣性使得翻斗來不及翻轉將一部分雨量流失，也使測量的降水量有很大的誤差，甚至記錄失真；雖然翻斗的分辨率很高（0.1 mm），翻轉一次誤差很小，但一次降水過程中因翻轉次數多而累積起來的誤差也很大；此外，傳感器上的部件受外界干擾而產生無降水也有信號的現象，或筒口有異物堵塞時產生有降水而無信號的現象都是翻斗式雨量計存在的問題。稱重式雨量計較翻斗式雨量計有一定的優勢，能承接固態降水和混合降水；抗干擾能力也較翻斗式雨量計強，翻斗式雨量計重量輕、離地近，容易被振動而產生野值，稱重式只需要防止電磁干擾；但稱重式降水器在發生降水時降水器口緣及內壁容易黏附引起滯后，通常固態降水越強會使誤差越大；另外，稱重式雨量計外部無網膜隔離，內部也無過濾網，會使得掉落的雜物也計入降水量而產生偏差或野值，且其口緣較高不容易被發現和清理[4]。將兩者同時使用可以互相補償，減少測量誤差和缺失。

3 掛接前接線方法

將配發的信號線提前穿入地溝線管中，在做線路連接前，為不影響正點數據采集而重新開啟采集器務必要關掉采集箱中的交直流電源。

稱重式雨量計端接線方法：將原RS232口的接線拔下，將新線按從右到左紅黃白順序接入傳感器插孔（綠色線為空，黑色線接地）。

采集箱端接線方法：將原GPS口的接線拔下，將新線按從左到右紅黃白色的順序接入采集器插孔（綠色線為空，黑色接地）。

4 程序更新及掛接參數設置

拔下采集器的CF卡（拔前務必斷開電源），用讀卡器將CF卡（拔前斷開電源）連接電腦，提前備份源程序（為出現問題時恢復采集用），將升級程序（文件名為tyjt1000）復制到CF并將CF卡插回采集器后接通電源。

打開新型自動站采集軟件（SMO）在菜單欄點選設備管理—維護終端依次輸入以下命令：

返回“T”，說明設置成功。設置完成后，重啟采集器使設置生效。打開新型自動站采集軟件（SMO）菜單欄選參數設置—觀測項目掛接設置—勾選稱重降水傳感器，然后保存設置。打開新型自動站業務軟件（MOI）菜單欄的臺站參數設置，把翻斗式雨量和稱重式降水都設為自動。在業務運行時在參數設置—基本參數、觀測項目下選擇需要的數據源并保存。

5 掛接后測試

用量杯量取3 mm左右干凈水緩慢倒入稱重傳感器內，等約5 min后，傳感器檢測到有降水會有降水量輸出。打開新型自動站采集軟件（SMO）—實時觀測—新型自動站—常規要素每日逐分鐘數據表。當分鐘降水量、小時累計降水量顯示數據與人工加入的降水量相等時說明設置成功。

6 結語

掛接完成后要對日分鐘數據和正點數據密切監視，確保不出現缺測記錄。稱重式雨量計和翻斗式雨量計同時掛接使用，提高了降水觀測的精確度，保證數據連續不缺失，使氣象預報數據更精細、更準確。

7 參考文獻

[1] 胡玉峰.自動氣象站原理與測量方法[M].北京：氣象出版社，2004.

[2] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[3] DSC3稱重式降水傳感器用戶手冊[Z].天津：天津華云天儀特種氣象探測技術有限公司，2014.

[4] 劉軍，趙青義，魏運芳，等.雨量傳感器檢定/校準裝置對比與探討[J].氣象水文海洋儀器，2014（1）：23-25.