區域自動氣象站雨量傳感器故障成因分析

袁靖凱 蘇慧君 鄭禮燦

(福建省龍巖市永定區氣象局，福建 龍巖 364100)

隨著氣象現代化進程的推進，龍巖市永定區區域自動氣象站已經覆蓋了轄區內的各個街道、鄉鎮，區域自動氣象站的建設對永定區的短臨預警能力和防災減災能力的提高發揮了重要作用。如何確保區域自動氣象站的穩定運行就顯得尤為重要。截至2021年6月底，永定區共計區域自動氣象站46個，其中2個為溫度、氣壓、濕度、雨量、風向、風速六要素站，22個為溫度、雨量、風向、風速四要素站，1個為溫度、雨量兩要素、21個為單雨量站，由此可見，轄區內所有區域自動站均有雨量要素，本地的區域自動氣象站保障維護工作也主要圍繞雨量維護展開[1]。為此，本文通過對永定區區域自動氣象站雨量故障的日常維護、維修保障工作中遇到的常見問題進行歸納、分析，從中總結經驗，為日后更好地對雨量要素開展維護和保障工作提供借鑒。

1 雙翻斗雨量傳感器的工作原理

永定區轄區內區域自動站雨量傳感器均為SL-1型雙翻斗雨量傳感器[2](上海氣象儀器廠有限公司)。其測量范圍為0～4mm/min， 分辨率為0.1mm，準確度為0.4mm(≤10mm)、4%(>10mm)，在自動氣象站中采樣速率為1次/min，SL-1 型雙翻斗雨量傳感器組成結構(圖2)，它由外筒、承水器(截面積為200cm2)、上翻斗、匯集漏斗、計量翻斗、計數翻斗和干簧管等組成。

圖1 雙翻斗雨量傳感器外觀圖

圖2 SL-1 型雙翻斗雨量傳感器組成結構圖

其工作原理為承水器收集的降水通過漏斗進入上翻斗，當雨水累積到一定量時，由于水本身的重力作用，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時，就把不同強度的自然降水調節為比較均勻的降水強度，以減少由于降水強度不同所造成的測量誤差。當計量翻斗承受的降水量為0.1 mm時，計量翻斗把降水傾倒入計數翻斗，使計數翻斗翻轉1次。計數翻斗在翻轉時，與它相關的磁鋼對干簧管掃描1次。干簧管因磁化而瞬間閉合1次。由此降水量每次達到0.1 mm時，就送出一個開關信號，采集器就自動采集存儲0.1 mm降水量。

2 雙翻斗雨量傳感器常見故障分析

2.1 通訊中斷

通訊中斷的原因主要有：一個是電池電壓低，導致整個采集器無法正常運行；另一個是采集器故障，此故障多為雷暴過頂后區域站遭受雷擊造成采集器受損，從而無法工作，導致通訊中斷。當有區域站通訊中斷時，首先應通過區域站監控平臺查看中斷前電池狀態，排除電池電壓低的原因，其次應考慮采集器故障，前往維護維修時應做好充足準備，帶齊主采集器、通訊模塊、電源模塊、天線等備件。

2.2 有雨無量

2.2.1 人為因素故障

按照業務規定，福建省每年汛期開始前各臺站需完成一次對轄區內所有區域站的巡檢工作，通過對各區域站的巡檢，確保其保持良好的運行狀態。但是因保障人員巡檢失誤造成的故障也不少，本文總結了歷年來出現較多的三種人為因素故障，用于提醒保障人員。

一是信號線未接回，雨量的大小是通過對開關信號的計數統計而得出的，保障人員巡檢維護結束時，應仔細檢查過信號線接線情況，避免信號線未接在接線柱上，造成不必要的返修(圖3)。

圖3 信號線未接回

二是信號線和屏蔽線位置接反，雨量通訊線是三芯線，其中兩根為信號線，一根為屏蔽線。因為有時信號線和屏蔽線只能通過裸露出的一小部分區分，保障人員容易誤把信號線與屏蔽線位置接反。

三是屏蔽線位置接錯，屏蔽線的接地應該避開計數翻斗翻動的范圍，不影響計數翻斗的正常運轉。例如：2021年 3月 5日，F7536基安村站點有雨無量，其原因為屏蔽線接線不當，造成計數翻斗卡滯，導致有雨無量(圖4)。

圖4 屏蔽線位置接錯

2.2.2 通訊線故障

永定區區域自動站多建于2013年以前，至今已近10年，且常年在戶外環境下運行。連接雨量傳感器和采集器的通訊線幾乎均裸露在外，惡劣的環境和蟲蟻的撕咬對通訊線造成了很大破壞，近幾年經常出現因通訊線老化或蟲蟻撕咬造成的斷路故障。為減少此類故障的發生，在巡檢和維護時，應統一在通訊線外套上PVC管，并埋入土下，做好密封，最大程度地保護通訊線不受外界干擾。

2.2.3 傳感器故障

傳感器故障排除步驟為：首先拆下承水桶，使用萬用表撥至電阻通斷蜂鳴擋，紅、黑表筆分別接觸雨量傳感器紅、黑接線柱的金屬部分，模擬降水翻動計數翻斗(注意手勿直接觸摸內壁)，每翻到中間位置萬用表有導通響聲為正常；若無，說明傳感器故障，需更換傳感器內的干簧管[3]。

2.2.4 雨量筒堵塞

雨量傳感器故障最多的就是雨量筒的堵塞，降水從承水器開始進入雨量筒到從底盤流出，經過了承水器、網罩、漏斗、上翻斗、匯集漏斗、計量翻斗、計數翻斗等部件，其中任何一處的堵塞都會造成有雨無量的情況發生。為便于快速判斷堵塞位置，維護時應隨身攜帶小半瓶干凈自來水，打開外筒后，模擬降水，均勻把水倒至漏斗，觀察水流在雨量傳感器內的走向，判斷堵塞位置，從而迅速對堵塞位置進行清理。例如：2021年 4月 15 日，F7509高陂鎮站點有雨無量，其原因為匯集漏斗堵塞，降水無法流入計量翻斗，導致有雨無量(圖5)；2021年6月 22日，F7516西溪鄉站點有雨無量，其原因是蜘蛛在傳感器內織網產卵，粘住了計量翻斗，使降水無法流入計數翻斗，導致有雨無量(圖6)。

圖5 匯集漏斗堵塞

圖6 匯集漏斗堵塞

2.3 雨量異常

2.3.1 雨量偏小

永定區境內雨量偏小的原因主要有兩種，一是由于雨量筒某個部位的堵塞，使雨量筒無法正常的運轉，導致了雨量的偏小，這個堵塞不一定位于雨量筒內部，也可能來自雨量筒外部。例如：2021年 6月 22日，F7521堂堡鄉站點雨量偏小，保障人員前往查看后發現，馬蜂在雨量筒底盤下筑巢，使桶內雨水無法排出，影響計數翻斗正常工作，從而導致測得雨量偏小(圖7)。

圖7 雨量傳感器底盤外堵塞

二是雨量筒計量翻斗一邊所能承載的雨量大于0.1mm，導致采集到的降水量小于實際降水量，此時應對雨量傳感器進行校準[4]。

2.3.2 雨量偏大

雨量筒計量翻斗一邊所能承載的雨量小于0.1mm，導致采集到的降水量大于實際降水量，此時應對雨量傳感器進行校準。

3 雨量傳感器的校準

隨著區域站在野外的長時間運行，雨量傳感器的采集準確度也會有所下滑，造成采集雨量的偏大或偏小，此時應對超出誤差范圍的雨量傳感器進行校準，通過調整計量翻斗的容量調節螺釘，使測量誤差在誤差范圍之內[5]。

調節的方法歸納為“內正外負”，當誤差為正時，將容量調節螺釘向內旋進，反之向外旋出；容量調節螺釘每向內或者向外旋轉一圈，測量誤差減少或增加3%。例如：某雨量傳感器校準時，實際降水量為10.0mm，而測得降水量為9.4mm，此時應將兩個容量調節螺釘同時向內旋轉一圈或一個容量調節螺釘向內旋轉兩圈。

4 結束語

雨量傳感器是區域站的重要傳感器之一，它出現故障相對較多。為保證雨量傳感器處于良好的運行狀態，日常維護非常重要，特別是汛期前的巡檢，應按要求認真檢查維護，不能敷衍了事。維護人員首先應加強責任心，避免出現因人為失誤而導致的故障；其次需加強業務學習，掌握正確的維修技能和維護方法，定期總結經驗，不斷提高保障水平。

本文歸納總結了永定區內區域站雨量維護中常見的一些故障，分模塊分析了故障原因，有針對性地提出了解決辦法，以期快速找準故障點，及時排除故障，盡量避免返修，提高維護維修的質量，從而確保數據采集的及時性和有效性，為各類氣象服務提供有效數據支撐。