称重降水传感器与翻斗雨量传感器的降水量对比分析

　　摘　要：为了更好地利用降水观测数据，充分发挥新型观测设备的优势，本文通过对黄冈地面观测站的两种观测仪器 (DSC3型称重式降水传感器、SL3-1型翻斗式雨量传感器)观测得到的降水数据对比分析，发现存在其偏差，总结出为了使降水量出现的偏差、人工观测的弊端尽量缩小、减少，日常维护观测仪器就显得尤为重要，从而提高观测工作质量，完善无人自动化观测能力。

　　关键词：DSC3型称重式降水传感器 SL3-1型翻斗式雨量传感器 降水量 对比分析 日常维护

　　降水观测是地面气象观测的主要项目之一，是水资源的最重要的基础资料之一，对于工农业生产、水利开发、江河防洪和工程管理等方面作用很大。为气象防灾减灾、天气预报、气候分析和科学研究提供了重要的基础资料。

　　降水观测包括降水量和降水强度的观测"。目前，黄冈站常用测量降水量的仪器有人工雨量器，SL.3-1型翻斗式雨量传感器，DSC3型称重式降水传感器。非结冰期，降水观测记录以翻斗式雨量传感器数据为准，称重式降水传感器数据为备份;结冰期，降水观测记录以称重式降水传感器数据为准，人工雨量器记录为备份。

　　1传感器组成及工作原理

　　1.1 DSC3型称重式降水传感器组成及工作原理

　　称重式降水传感器是由载荷元件、数据处理单元、降水发生探测器(OPD)外围组件(收集容器、承水口、保护外壳、底盘与基座、防风圈)组成。降水传感器口高度为(120±3)em，承水口形状为内径200mm的正圆;测量范围0-400mm，最大测量误差±0.4mm(s10mm)，±4%(>10mm);分辨率为0.1mm;输出为脉冲输出和RS-232;供电为直流12V。

　　称重式降水传感器的核心是一种基于电阻应变技术载荷元件，通过对重量变化的快速响应测量和计算出降水量。主板上的处理器(MCU)通过OPD判断是否有降水发生，OPD只有判断有降水发生，才会使判断有降水发生过程时载荷元件测量的重量信号进行输出，同时结合温度、风等环境干扰要素的过滤与修正，得到准确的降水量值。传感器通过温度修正、对风和其它因素引起的扰动进行判断平滑以及一系列的综合运算和处理得到准确的降水量。

　　1.2 SL3-1型翻斗式降水传感器组成及工作原理

　　SL3-1型翻斗式降水传感器由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗等组成。承水口为内径200mm的正圆;最大允许误差±0.4mm(s10mm)，±4%(210mm);分辨率为0.1mm;降水强度为0-4mm/min。

　　雨水由承水口汇集，进入上翻斗。上翻斗的作用是使降水强度近似大降水强度，然后进入计量翻斗计量，计量翻斗翻动一次记为0.1mm降水量。随之雨水由计量翻斗倒入计数翻斗。在计数翻斗的中部装有一块小磁钢，磁钢的上面装有干簧开关，计数翻斗翻转一次，则开关闭合-次，由于开关的闭合送出一个信号。输出信号有红黑接线柱引出。

　　2称重式降水传感器与翻斗式雨量传感器的降水量对比分析

　　对比分析数据挑选了2017年8月11-14日降水过程的降水量(对比图如图1)，2018年1月24-28日雨雪过程的降水量。不同季节，不同观测仪器，同时观测出的降水量数据进行比对分析。

　　根据2017年8月11-14日统计出来的对比表，分析可得：

　　(1)在非结冰期间，当降水过程发生过后，因沙尘、树叶、昆虫等其他异物堵塞翻斗式降水传感器，导致降水量滞后。而称重式降水传感器根据工作原理，不会产生滞后降水和无效降水，具有较强的时效性。(2)因温度、风等环境要素的干扰，使部分小时降水量出现偏差，致使日降水量偏差更大，但偏差值控制在正常范围内。(3)在结冰期间，翻斗式降水传感器停用，人工雨量器作为备份仪器来对比。起初随降随化的降水数据可用，但也只能获得定时观测时段的数据，小时降水量无从知晓，失去它的时效性。当雨转为雪之后，堆积在承水器中的冰雪也人为干扰处理，不能正确的反映当前的雨量。而称重式降水传感器对固态降水的观测能够及时反映当前降雪过程的变化情况，准确度更高。

　　为了使降水量出现的偏差、人工观测的弊端尽量缩小和减少，那么自动观测仪器的日常维护就显得尤为重要。

　　3观测仪器的日常维护

　　DSC3型称重式降水传感器在维护过程中，一定要避免载荷元件受到外力冲击，小心轻放收集容器至载荷元件上，否则可能造成载荷元件测量不准确或故障。载荷元件是整个传感器的核心部件，需要安装在一个稳定、牢固的平台上，牢固的平台对传感器的观测起到关键的作用。在维护过程中需检查传感器各个部件是否固定牢固、无晃动，收集容器桶口与OPD无接触。检查收集容器在托盘上是否放入在槽内，保护外壳的桶口底边与收集容器桶口无连接处接触。清空收集容器每年至少进行2-3次维护，一次在汛期之前，一次是在入夏之前，一次是在入冬之前。在降水量多、沙尘严重的地区，维护次数应适当增加。定期取下保护外壳检查OPD遮光管上有无蜘蛛网或者其他物质悬挂，大的降雪过程后及时清除承水口口沿外的积雪、沙尘等杂物，承水口内壁上的积雪扫入收集容器内[3]。

　　SL3-1型翻斗式雨量传感器在维护过程中，为防止泥沙、尘土、树叶、昆虫及其他异物堵塞承水器内安置的大防堵网及网罩时，可将大防堵网上异物去除，并将承水器口径及内表面保证出水通畅。翻斗部件的盛水斗室如有泥沙，应用清水清洗翻斗轴两端轴颈和宝石轴承的孔[4]。.

　　相关论文推荐：《仪表技术与传感器》(月刊)是1964年创刊，是面向仪器仪表行业的专业性科技期刊，是中国仪器仪表行业最具影响力的期刊之一。本刊主要报导仪器仪表、敏感元件及传感器、电子元器件、检测设备、自动化控制系统以及相关的工艺技术、应用技术等。

　　4 结语

　　通过对两种观测仪器的数据对比分析，总结出日常维护对观测仪器的重要性。日常维护是对每个气象观测员工作的最基本的要求之一，也是加快推进无人化管理及气象观测进程的途径。

　　参考文献

　　[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,2003.

　　[2] 中国气象局综合观测司.地面气象观测业务技术规定 (2016版)[S].2016.

　　[3] 天津华云天仪特种气象探测技术有限公司.DSC3型称重式降水传感器用户手册[Z].

　　[4] 上海气象仪器厂有限公司.SL3-1型翻斗式雨量传感器使用说明书[Z].

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