區域自動站翻斗式雨量傳感器的維護及故障分析

喬延艷+馬昊天+殷宇飛+李炳昆+吳佳麗+李峰+楊志宇+張鵬+鄭國偉+張茗郡+胡玉米雷+趙超+范存飛+趙剛+肇振國

摘要 全球氣候變化背景下，人們對暴雨等極端天氣關注增加，氣象部門通過建立區域自動氣象站加強對中小尺度的氣象監測。為了保證區域自動站數據的準確性，儀器的維護和檢修工作十分重要?，F針對翻斗式雨量傳感器的工作原理、日常維護、常見故障等進行了分析總結，為翻斗式雨量傳感器的日常維護及檢修提供參考。

關鍵詞 翻斗式雨量傳感器；工作原理；維護；故障分析；遼寧新賓

中圖分類號 P414.9+5；P415.1+2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）22-0178-01

在全球氣候變化背景下，各級政府和公眾對天氣變化，尤其是極端天氣變化越發重視[1]。為了更加有效、準確地預測天氣變化，特別是對中小尺度極端天氣的預報和預警工作，我國建設了氣象區域自動站，作為國家級氣象觀測站的重要補充[2]。目前新賓縣氣象局分別在15個鄉鎮設立了區域站25個，這些區域站對夏季降水（尤其是暴雨）的監測意義重大，但是雨量傳感器故障率較高，維護檢修也比較繁瑣，這就要求維修人員不斷總結經驗以提高工作效率。

1 區域自動站翻斗式雨量傳感器的工作原理

自動氣象站中最常用的降水量監測設備是翻斗式雨量器。以新賓縣區域站自動氣象站為例，多數安裝型號為SL3-1的翻斗式雨量傳感器（華云升達公司生產）。該感應器屬于數字傳感器[3]，即帶有并行數字信號輸出的傳感器，主要組成部分為承水器、上翻斗（勻強翻斗）、匯集漏斗、中翻斗（計量翻斗）、下翻斗（計數翻斗）和干簧管等（圖1）。

工作原理：降水自然降落至承水器，通過漏斗進入上翻斗，當降水累積到一定量時，由于重力作用會使上翻斗翻轉，雨水進入匯集漏斗，之后從匯集漏斗的節流管流入計量翻斗，此時，儀器會將不同降水的強度調至均勻，減少由于降水強度不同而導致的測量誤差。當匯入計量翻斗的降水量達到0.1 mm時，計量翻斗中的雨水會被倒入計數翻斗，此時，計數翻斗會翻轉1次。當計數翻斗翻轉時，與其他相關的磁鋼便會對干簧管進行1次掃描，磁化可使干簧管瞬間閉合1次。這樣每當降水量達到0.1 mm時，儀器就會輸出1個開關信號，通過二芯電纜可傳輸至記錄器，降水量即被記錄下來。

2 日常維護

以新賓縣為例，按照《地面氣象觀測規范》中的規定[3]，每年4月1日至10月31日，使用區域自動氣象站的翻斗式雨量傳感器測量各鄉鎮的降水量，在使用過程中易出現儀器部件被雜物堵塞等故障。因此，在無專業人員值守的地方布設自動氣象站時，更應做好維護和檢修工作。

按照規定，為了確保儀器運行狀態良好，要求每月至少對雨量傳感器進行1次定期檢查，汛期依照實際情況適當增加檢查頻率，檢查內容：①傳感器部件是否整潔。雨量傳感器的部件（過濾網、翻斗等）中是否落入異物，如飛蟲、樹枝葉和沙石等，出水孔是否暢通，若存在異物應使用專業的毛刷清潔傳感器。②傳感器部件是否連接良好。如翻斗和干簧管的連接狀態是否緊密，采集器接口是否松動，傳感器接線頭是否擰緊等。③傳感器固定螺釘的松緊度。固定螺釘的松緊度可使翻斗保持翻動的靈活性。④傳感器承水口是否水平。值得注意的是，應在晴好天氣進行區域自動站的雨量傳感器維護，維護后一定要校準、調試儀器，才能確保記錄的準確性。

3 故障分析

3.1 傳感器內存在異物

傳感器內存在異物是雨量傳感器常見的故障之一，如小蟲、沙子、樹葉等異物會導致漏斗和承水器的過濾網堵塞，若不及時清理會導致雨量觀測值偏小[4]。

3.2 傳感器連接狀態不良

連接不良的狀況有以下幾種：采集器接口松動；傳感器接線頭未擰緊；干簧管和翻斗連接不緊密。以上3種狀況多會導致雨量缺測[5]。若根據雷達回波和附近觀測點的降雨狀況分析，某一區域自動站應該產生降水，但是實際觀測無降水量，應派維修人員先檢查采集器接口和傳感器接線頭是否松動，若正常則應檢查干簧管。若是采集器采集的數據不正常，但是通過檢驗，雨量傳感器正常，則有可能是通道存在故障，應逐級檢查通道，排除故障。

3.3 翻斗翻動不靈活

在雨量觀測中，會出現觀測誤差較大的情況，按照規定觀測值超過實際降水量的±4%時，應檢查儀器運行是否正常。根據新賓縣實際狀況，分析出現此類故障的原因可能是翻斗翻動不靈活，需要專業維修人員進行雨量校準。具體操作方法：當降雨量觀測值偏大時，需將定位螺釘向外旋轉，調整后會使計數值減??；當降雨量觀測值偏小時，定位螺釘應向內旋轉，調整后會使計數值增大。調整后應對儀器進行驗證，用量杯量取10 mm的水，分別采用不同強度的傾倒方式（慢倒、快倒）進行檢驗，直到測量誤差不超過±4%[6]。

4 結語

雨量傳感器是區域自動氣象站中重要傳感器之一，尤其在汛期發揮的作用更大。應按照規定巡視儀器，定期做好維護，特別是汛期應增加巡視次數，保證傳感器運行狀態。對于經常出現的故障，如過濾網及漏斗有異物堵塞、連接中斷等問題，應及時發現、及時處理，確保采集器數據準確。此外，綜合崗值班人員應及時關注各區域站的雨量實際測量值，及時發現問題，配合保障人員做好儀器維護工作。

5 參考文獻

[1] 崔東增，任淑華，董翔雁.區域站雨量傳感器的維護及檢修[J].山東氣象，2012，32（3）：75.

[2] 黃思源，劉鈞.新型自動氣象站觀測業務技術[M].北京：氣象出版社，2014：285.

[3] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[4] 周子強，孫曉.淺談SL3-1型自動站雨量傳感器典型故障排除與日常維護[J].農業與技術，2015，35（18）：201.

[5] 王敏，魏根寶，王毛翠，等.SL3 型雨量傳感器示值誤差測量不確定度評定方法[J].氣象科技，2015（1）：65-69.

[6] 曹彩風.自動氣象站常見故障排查及日常維護[J].現代農業科技，2015（6）：244.