■袁小燕刘洋林铖

（1宁德市气象局福建宁德352100；2宁德市防雷中心福建宁德352100）

SL3-1翻斗雨量传感器的误差与故障分析及维护

■袁小燕1刘洋2林铖1

（1宁德市气象局福建宁德352100；2宁德市防雷中心福建宁德352100）

针对自动气象站SL3-1翻斗雨量传感器的工作原理，分析翻斗雨量传感器存在的测量误差及环境对其影响，并结合维护经验提出如何采取有效的措施减少故障的发生。

误差故障维护

1　引言

雨量测量对仪器的安装、风、地形都非常敏感。在参与自动气象站维修维护期间，经统计发现雨量传感器的故障频率高，故障的种类也大致相同，本文对SL3-1型翻斗雨量传感器所测得的降水失真、缺测等现象进行阐述，并总结维护心得。

2　SL3-1翻斗雨量传感器的工作原理

承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水积到一定量时，由于雨水本身的重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗，当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时（也有的为0.5mm或1mm翻斗），计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗内，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送去一个开关信号，采集器就自动采集存储0.1mm降水量［1］。

3　雨量传感器存在的问题及环境对其影响

3.1自身的问题

3.1.1降水强度产生的误差

在降雨强度突然变大时，由于翻斗翻转的惯性，翻斗翻动时需要反应时间，致使另一翻斗盛满水时还来不及翻转，造成雨量流失，产生计量误差，记录失真。

3.1.2测量方式产生的误差

当降雨强度大时，上翻斗流入计量翻斗的水速会非常快，导致计量翻斗在一次翻转过程中，水未流尽时，上翻斗又有水流入计量翻斗，使得计量翻斗回到原位。这样流入计量翻斗的雨量就小于0.1mm，导致雨量计水量大于实际降水量。并且由于水未排尽，计量翻斗的水量很快又达到相当雨量0.1mm以致再次翻动形成连跳现象。

3.1.3仪器基点位置不正确造成的误差

传感器调节螺母松动造成的，也就是计数翻斗在承接到不到0.1mm的降水量的时候就开始翻动，产生0.1mm降水量的记录，从而使记录明显偏大，反之较小。

3.1.4安装不当产生的误差

器口是否水平也可以造成较大误差。在静风降水的条件下，器口倾斜的仪器测得的降水量要小于器口水平的仪器；在风速较大，且器口倾斜于风的来向时，测得的降水量就会偏大，反之较小。在降水量较小（小于1.0mm）时，两者的差距并不明显。

3.1.5溅水误差

溅水误差由承水器向外溅水和地面向承水器溅水所造成的降水测量误差。尽管在仪器设计和安装上采取了一定的措施，但遇到大到暴雨时，溅水误差仍不可能避免的。

3.1.6蒸发误差

虽然雨量传感器的外筒使用的是不锈钢材质会反射大量的太阳辐射，但是在夏天高温下，如果有微量的降水可能只附着在承水桶内壁上，还没有流入感应器就蒸发了。

3.1.7风造成的误差

风是影响降水测量准确性的主要原因。因为风速较大时，将有部分降水被风刮走而没有落入承水器内，导致仪器的测量值总是偏小，其大小与风速大小和降水强度有关；另外，近地层的风有强劲的上升运动，雨量仪器的阻挡也会使水平方向的气流产生上升运动，风速随高度的增加而增大，阻碍了雨滴落入筒口，造成降水量偏小，产生误差。

3.1.8沾水误差

如果仪器使用时间过长，在污染较大的地区外筒壁和漏斗、翻斗会附着污染物，因此这些部位都或多或少沾水，使得雨量偏小。沾水量的大小与承水时间长短、桶壁的光滑程度有关。

3.1.9漏斗堵塞造成的降水缺测

雨量器的漏斗出现堵塞情况都能造成雨量缺测或偏小。杂物进入雨量桶内堆积，日积月累就会造成的雨量传感器的堵塞。

3.1.10雨量传感器密封条件差造成的其他故障

为了便于维护维修，雨量传感器的机芯与承水桶是分离的，这就导致了承水桶和底座之间有空隙，一些小的昆虫可以轻松进入，随之出现蜘蛛丝缠住翻斗、翻斗被卡死、尸体堵塞翻斗等情况。

3.2周边环境对翻斗雨量传感器的影响

区域自动站大都建立在户外，免不了高大树木对传感器的影响。如果树木处在观测点的上风向，则测得的降水误差就相对较大。野外土壤肥沃，杂草生长十分旺盛，埋没雨量筒，从而导致降水量偏小或传感器故障。

4　常见故障的维护方法

（1）维护时用软毛刷仔细清洗每个漏斗、翻斗，清洗的内容包括附着在每个翻斗上的灰尘、翻斗内的杂物、承水桶上的过滤网。

（2）检查传感器的信号线是否断路，方法是将雨量传感器的红、黑连线连接在一个接线柱上，雨量传感器接线端子从采集器上拔下，用欧姆档测电阻或通断档测短路测量连接在采集器端的连线，电阻接近0Ω或通断档鸣叫说明导线无问题。另外测量红、黑接线柱分别与屏蔽的电阻值，如果阻值很小说明红、黑接线柱与屏蔽层短路，需查看接线柱上的垫片（绝缘）是否丢掉。

（3）仔细检查三个翻斗翻转是否灵活，如果不灵活，检查是否有蜘蛛网拉扯或有其他东西卡滞。如经检查误差确认是由于仪器的基点位置不正确造成的，需作基点调整［2］。

（4）检查干簧管的好坏。将雨量传感器的红、黑连线从接线柱上取下，避免产生虚拟信号。将万用表拨到通断档，将万用表的红、黑表笔分别插入雨量传感器的红、黑接线柱孔内，直接用手翻动雨量传感器的计数翻斗，每翻动计数翻斗一次应听到万用表发出一声嘀的叫声，说明干簧管正常，不鸣叫说明干簧管断路，持续鸣叫说明干簧管短路，需要更换干簧管。仍有异常，检查干簧管是否断裂，计数翻斗与干簧管距离是否合适。

（5）用湿抹布擦拭承水桶内外壁，减少沾水误差。

（6）用雨量标校器仔细标校大雨强、小雨强，保证传感器测得的数据在误差范围内。

（7）可在翻斗雨量传感器周围适当的喷洒除草剂，防止杂草影响观测数据

（8）维护结束后，可在承水桶盖上前，向桶内喷洒杀虫剂，防止蜘蛛、蚂蚁等昆虫对传感器造成的故障及对降水造成的误差。

（9）每次巡检仪器带好锯子、柴刀等，如发现树木侧枝有遮挡的趋势，也应该适当修剪，防止非巡检期间对降水造成误差或树叶对漏斗造成堵塞。

5　结论

每次降水过程开始之前要注意对仪器进行维护，在降水之后要对所收集的数据资料进行分析，出现的野值、数据偏小、数据缺测等数据会对天气分析造成一定的影响。所以在维修维护自动气象站时多多积累经验，努力减少SL3-1型翻斗雨量传感器的故障率。

［1］中国气象局综合观测司.气象装备技术保障手册，2011：12-14

［2］李黄.自动气象站实用手册.北京：气象出版社，2007

O241.1［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-454-1