新型自動(dòng)氣象站雨量傳感器多發(fā)故障及維修維護(hù)

次仁卓瑪

關(guān)鍵詞自動(dòng)氣象站;雨量傳感器;故障表現(xiàn);維修維護(hù)

降水的時(shí)空規(guī)律深刻影響著人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水信息，及時(shí)發(fā)布暴雨和山洪預(yù)警預(yù)報(bào)信息，可以為人們應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害提供支持，保護(hù)公民生命財(cái)產(chǎn)安全，提高本地氣象服務(wù)水平和防災(zāi)減災(zāi)能力。當(dāng)前，各地氣象部門已建成新型自動(dòng)氣象站并投入運(yùn)行多年，提高了數(shù)據(jù)分析和儀器維護(hù)。目前，阿里地區(qū)氣象臺(tái)站采用翻斗式雨量傳感器，筆者主要分享多年臺(tái)站儀器維修保障經(jīng)驗(yàn)。

1新型自動(dòng)站雨量傳感器結(jié)構(gòu)和原理

翻斗式雨量傳感器是一種氣象觀測(cè)儀器，用于測(cè)量自然界降雨量，同時(shí)將降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表示的數(shù)字信息量輸出，滿足氣象數(shù)據(jù)信息傳輸、處理、記錄和顯示等需求。傳感器由承雨器部件和計(jì)量部件等組成，承雨口采用口徑200mm，計(jì)量組件是一個(gè)翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)，是將以毫米計(jì)的降雨深度轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)輸出。當(dāng)自然降水匯集在截面為200cm2的集水器中，再經(jīng)過(guò)配有小型圓濾網(wǎng)的漏斗和下部引流管進(jìn)入翻斗，翻斗內(nèi)積蓄的水量達(dá)到預(yù)定值后便會(huì)翻倒，此時(shí)另一半翻斗便會(huì)啟動(dòng)承雨操作。計(jì)數(shù)翻斗配有一塊小磁鋼，干簧管位于磁鋼上部，計(jì)數(shù)翻斗傾翻時(shí)，磁鋼會(huì)對(duì)干簧管產(chǎn)生掃描影響，這時(shí)干簧管接點(diǎn)會(huì)磁化而閉合一次，每閉合一次傳輸出一個(gè)電路導(dǎo)通脈）中，等于0.1mm降水量，電纜會(huì)接收到脈）中傳輸至采集器，采集器處理接收到的信號(hào)便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)降水?dāng)?shù)據(jù)的顯示。

2雨量傳感器主要元器件損毀

雨量傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏大誤差，可以從整體上把握故障排除步驟和觀察要點(diǎn)，首先考慮的是雨量傳感器關(guān)鍵性元器件發(fā)生損毀所致。由上述雨量傳感器工作原理分析可知，該傳感器主要是利用計(jì)數(shù)翻斗中磁鋼掃描器對(duì)干簧管定期進(jìn)行掃描，以完成對(duì)雨量的觀測(cè)。期間干簧管開關(guān)信號(hào)每發(fā)送一次，雨量計(jì)數(shù)器就會(huì)獲取到0.1mm的降水?dāng)?shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，干簧管是雨量傳感器關(guān)鍵性工作元器件，干簧管的好壞直接影響著降雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的正常與否，因此可依靠對(duì)干簧管開關(guān)信號(hào)狀態(tài)的判斷來(lái)確定雨量傳感器翻斗是否正常工作。如果干簧管被損毀，對(duì)應(yīng)的開關(guān)信號(hào)就會(huì)失常，表現(xiàn)為開關(guān)信號(hào)連擊或者是漏擊，進(jìn)而頻繁地發(fā)送出開關(guān)信號(hào)來(lái)，使得自動(dòng)站雨量傳感器掃描次數(shù)發(fā)生紊亂，致使降水量觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏大的誤差現(xiàn)象。反之，當(dāng)損壞的干簧管出現(xiàn)漏擊時(shí)，翻斗就會(huì)出現(xiàn)少發(fā)送開關(guān)信號(hào)，甚至不發(fā)送開關(guān)信號(hào)的現(xiàn)象，致使自動(dòng)站降雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)較實(shí)際降水量值偏小。

遇到這種異常情況，工作人員應(yīng)通過(guò)查看站內(nèi)自動(dòng)監(jiān)控軟件的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)指示燈顯示的狀態(tài)進(jìn)行判斷，根據(jù)實(shí)際情況排除故障等，檢查干簧管，以工具撥動(dòng)翻斗聽到清晰聲響則說(shuō)明翻斗無(wú)問(wèn)題。卸除雨量傳感器外罩，以萬(wàn)用表二極管檔測(cè)量干簧管兩側(cè)的接觸點(diǎn)，輕翻翻斗有接通的提示音，則干簧管無(wú)異常。以萬(wàn)用表置于200電阻測(cè)試檔，以兩支筆分別觸及傳感器兩個(gè)接線端，輕翻翻斗，當(dāng)翻斗處于水平狀態(tài)時(shí)，電阻值在106上下，再次撥動(dòng)翻斗，則電阻值接近于0，說(shuō)明傳感器線路正常。

排除上述原因后，則將故障點(diǎn)限制在傳感器連接采集器的信號(hào)線和采集器的防雷板上。先卸除防雷板線路12和13端口的雨量線，再將雨量筒的一端盛上水，以萬(wàn)用表二極管測(cè)量12和13線撥動(dòng)翻斗，有接通聲響則線路正常。再檢查防雷板的插頭，將插頭插好，取約8mm水緩慢注入盛水器，查看監(jiān)控軟件截面，發(fā)現(xiàn)顯示降水值為13.6mm，則診斷故障為插頭接觸不良所致，故要更換新的干簧管。

雨量傳感器出現(xiàn)機(jī)械故障也會(huì)導(dǎo)致降水量觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏大誤差。雨量傳感器是根據(jù)翻斗開關(guān)信號(hào)來(lái)判斷雨量多少的，一旦翻斗發(fā)生機(jī)械性故障，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的信號(hào)，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)況存在誤差。例如，翻斗內(nèi)的雜物或灰塵會(huì)使翻斗翻轉(zhuǎn)不順暢，發(fā)生阻滯，導(dǎo)致觀測(cè)值偏小于實(shí)況。為解決這種情況，需要對(duì)雨量傳感器進(jìn)行清潔維護(hù)，及時(shí)清除翻斗軸承孔內(nèi)的雜草枯葉、灰塵鳥屎等，用干凈的水清洗翻斗軸頸和寶石軸承孔。

3雨量傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)異常的判斷處理

3.1雨量傳感器無(wú)降水記錄或降水記錄偏小

傳感器數(shù)據(jù)異常首先要明確故障表現(xiàn)，檢查雨量傳感器各通道有無(wú)堵塞，翻斗可否翻動(dòng)，容量調(diào)節(jié)螺絲的狀態(tài)是否正常。先將護(hù)網(wǎng)卸除進(jìn)行清理，觀察盛水器，以細(xì)鐵絲疏通出水口，確保水流順暢，沒(méi)有積水則要檢查傳感器的數(shù)據(jù)線是否因清潔儀器后未連接到位。檢查“V”型槽有無(wú)變形，變形則更換。降水記錄偏小可能是由于計(jì)數(shù)翻斗的內(nèi)置軸承不靈活，致使撥動(dòng)翻斗有障礙感，故要以清水）中洗翻斗軸兩端軸頸護(hù)網(wǎng)寶石軸承的孔，清洗后無(wú)改善則考慮是軸承使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，磨損嚴(yán)重甚至有些微碎裂，應(yīng)以細(xì)針沿內(nèi)孔表面刮滑，感到明顯阻礙感便是寶石磨損，更換軸承部件即可。處理軸承問(wèn)題時(shí)，切忌給軸承添油，避免黏附塵土。降水記錄偏小時(shí)，撥動(dòng)計(jì)數(shù)翻斗，翻斗無(wú)法順利翻轉(zhuǎn)。觀察計(jì)數(shù)翻斗下的兩個(gè)支撐點(diǎn)發(fā)現(xiàn)其不在同一高度。可將支撐點(diǎn)上端的保護(hù)套卸除，再將支點(diǎn)固定在同一高度并使之保持在同一平面上，再安裝好保護(hù)套，或在高度較低的支撐點(diǎn)下面墊橡膠圈等物質(zhì)，使其和另一支點(diǎn)處于同一高度即可。在調(diào)整支撐點(diǎn)高度時(shí)，確保最低高度能使計(jì)數(shù)翻斗完全降下且排空內(nèi)部積水，然后將翻斗置于支點(diǎn)上，撥動(dòng)動(dòng)作要輕，將帶磁性一側(cè)對(duì)準(zhǔn)電路板，以避免翻斗失去作用。

3.2雨量傳感器計(jì)數(shù)不準(zhǔn)

計(jì)數(shù)不準(zhǔn)一般是容量調(diào)螺絲未設(shè)置好，導(dǎo)致測(cè)量誤差偏離標(biāo)準(zhǔn)范圍。無(wú)異常時(shí)，計(jì)數(shù)翻斗內(nèi)存有0.1mm的水量，則翻斗翻轉(zhuǎn)開始計(jì)數(shù)：存在異常時(shí)，則進(jìn)入計(jì)數(shù)翻斗的積雨量不足0.1mm，翻斗便開始翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，導(dǎo)致計(jì)數(shù)多次雨量值顯示大。此時(shí)，可將計(jì)數(shù)翻斗的容量調(diào)整螺絲逆時(shí)針擰，增加計(jì)數(shù)翻斗的承積容量。若傳感器雨量值顯示偏小，則將容量調(diào)整螺絲順時(shí)針擰，以降低計(jì)量翻斗的承積量。容量調(diào)整螺絲每順時(shí)針或逆時(shí)針擰足一圈，則表示測(cè)量誤差降低或減少3%左右。調(diào)整時(shí)要按照雨量顯示偏離值確定圈數(shù)。雨量傳感器的干簧管最易損壞，換上新的干簧管后必須以焊接的方式固定好，同時(shí)要保護(hù)好干簧管的電阻。傳感器的磁鋼部件容易松動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)固定不牢需要上緊。

4新型自動(dòng)氣象站雨量傳感器日常維護(hù)措施

雨量傳感器的核心要件是兩個(gè)翻斗，內(nèi)部的精微電子元件不多，理論上而言應(yīng)該是故障率最低的傳感器，但在實(shí)際中卻是最常出現(xiàn)問(wèn)題的傳感器，需要精心維護(hù)保養(yǎng)。新安裝的儀器或者季節(jié)性停用后重新啟用的傳感器需要在運(yùn)行1個(gè)月后的第1次大規(guī)模降雨時(shí)做好精準(zhǔn)度對(duì)比工作，將自身排水量和計(jì)數(shù)與記錄值相比較，當(dāng)出現(xiàn)誤差超過(guò)4%的情況，就需做深度檢查。就計(jì)數(shù)和顯示值的匹配度、干簧管有無(wú)漏發(fā)或多發(fā)信號(hào)的情況，每次降水測(cè)量時(shí)要將計(jì)數(shù)值和自身排水做比較，若頻繁出現(xiàn)10mm以上降水量誤差值大于4%的情形，就需檢查基點(diǎn)位置是否正確。儀器檢查頻率保持在4周1次，經(jīng)常將筒身卸除檢查，檢查中需輕拿輕放，不要誤擊翻斗導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)。以干電池做電源的，要定期檢查電壓，確保電壓值大于10V，若小于10V則需要更換全部電池。阿里地區(qū)結(jié)冰期長(zhǎng)，初次結(jié)冰前要把傳感器的盛水口覆上蓋子，拔掉電源然后置于室外。少雨季節(jié)則要在雨量簡(jiǎn)上加蓋，并在下次出現(xiàn)降水天氣時(shí)及時(shí)取下蓋子。

5小結(jié)

雨量傳感器出現(xiàn)故障多是由于工作人員的日常儀器維護(hù)措施有缺失，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集異常。常見(jiàn)故障有以下三種：（1）清潔雨量傳感器工作完成后，沒(méi)有正確恢復(fù)數(shù)據(jù)線的連接;（2）雨量傳感器集水器內(nèi)有灰塵、小蟲、樹葉等物堵塞漏斗護(hù)網(wǎng)的入水口和漏水口：（3）翻斗的放置位置不符合標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有放于支撐點(diǎn)上或翻斗有磁性的一端未對(duì)準(zhǔn)電路板。各類氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品往往存在較大差異，因此在總結(jié)常見(jiàn)故障原因的基礎(chǔ)上，氣象工作者在實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍需緊密結(jié)合本地實(shí)際和當(dāng)時(shí)天氣狀況，做好維修維護(hù)工作。