SL3-1翻斗式雨量传感器测量不确定度的评定

陈龙福 郑道淮 蒋文欣 陈璐艳

(福建省大气探测技术保障中心，福建 福州 350001)

0 引言

福建地处东南沿海，山地多，地形复杂，春夏季节强对流天气频发，局地暴雨造成洪灾泥石流、滑坡、城市内涝等自然灾害；而且每年夏季都有台风正面袭击，造成狂风暴雨，给国家和人民生命财产造成不少损失。因此，雨量的测量显得尤为重要，特别是精准的雨量测量数据对于福建开展防灾减灾工作能够提供科学的决策依据。目前福建省有国家级气象观测站70个，区域自动气象站2000多个，均采用SL3-1翻斗式雨量传感器进行测量，为福建开展精准雨量测量提供基础保障。气象站点雨量传感器需要定期对传感器进行维护和校准。目前，福建采取台站送到计量检定所进行实验室检定、计量检定人员到现场进行校准两种方式，检定周期为1年。在测量中，由于受到各种因素和环境的影响，雨量传感器测量误差[1]客观存在，因此测量结果应该表示为一个被测量值和说明分散性的测量不确定度。不确定度的来源有A类不确定度分量、B类标准不确定度分量[2-5]。

1 雨量测量不确定度评定依据和方法

依据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[6]、JJG(气象)005-2015 《自动气象站翻斗式雨量传感器检定规程》[7]和雨量计量标准的量值溯源和传递，在检定时采用直接比较法，测量对象为SL3-1翻斗式雨量传感器；雨量传感器检定装置是JJS2型雨量校准仪，由标准玻璃量器(314.16mL)、计数器、流量控制器等组成。调节雨量校准仪出水开关，以不同降水雨强的流量对雨量传感器进行注水，测量得到雨量传感器测量的示值；根据测量值建立不确定度测量模型和灵敏系数，具体如下。

测量模型为：

灵敏系数通过对各个影响量求偏导方式得出，公式如下：

2 不确定度评定

2.1 A类不确定度评定

同一检定员在相同环境条件与相同检定条件下重复检定SL3-1雨量传感器，选用贝塞尔公式法计算得出引入的A类标准不确定度。在相同降雨量(标准玻璃量器314.16mL容量的水相当于口径200mm的承水器承接10.0mm的降雨)、不同降雨强度条件下，用雨量检定装置对被检雨量传感器等间隔重复测量10次，用各次被检雨量传感器的测量值减去标准值得出各次测量误差，共进行4组，用(1)式计算各检定点测量误差的标准偏差，列入表1。

表1 降雨量10.0mm、两种降雨强度(小雨、大雨)测量误差的标准偏差

(1)

在实际检定中，根据规程规定，对被检传感器每个检定点进行3次读数，以3次检定读数的算术平均值作为检定结果，则该结果的不确定度为

2.2 B类不确定度评定

B类不确定度评定是根据以往测量数据、标准器标准装置技术说明书、检定证书、校准证书、假设的概率分布及其数字特征等逐项分析和计算。查阅标准玻璃量器证书，引入标准不确定度u1及JJS2校准仪不确定度引入标准不确定度u2；被检雨量传感器上翻斗、计量翻斗残留量引入的不确定度u3；雨量传感器测量值误差值计算修约引入的不确定度u4。

2.2.1 标准玻璃量器误差引入的标准不确定分量

2.2.2 标准装置雨量校准仪引入的不确定度分量

2.2.3 翻斗未能达到翻动残留量引入的不确定度

2.2.4 被检传感器测量误差值计算修约引入的不确定度

2.2.5 B类不确定度

2.3 合成标准不确定度

以上各分量相互独立，则合成标准不确定度为:

2.4 扩展不确定度u的评定

u=k×uC=0.16mm

3 试验验证

通过分别对10台SL3-1翻斗式雨量传感器的不确定度评定统计，得出扩展不确定度均小于本文评定的扩展不确定度(0.16mm)，SL3-1翻斗式雨量传感器测量不确定度评定方法获得实际验证。不确定度值计算结果如表2所示。

表2 10台雨量传感器测量误差不确定度评定统计表

4 结论

通过对SL3-1翻斗式雨量传感器检定及检定数据分析、实例不确定度评定结果验证,考虑了标准器，标准装置，被检SL3-1传感器上翻斗、计量翻斗残留水，被检传感器测量误差值计算修约等引入标准不确定度B类分量，评定SL3-1翻斗式雨量传感器的扩展不确定度为0.16mm。

影响标准不确定度的主要因子是被检传感器上翻斗、计量翻斗残留水，其次是传感器重复性测量，两者合成占比约95%，最小因子是高一等级的标准器误差和标准装置不确定度。每次检定结束后，被检传感器上翻斗、计量翻斗壁挂水是不可避免的，误差就不可能完全消除，可通过在同一雨强连续多次测量提高测量数据准确度。本文给出SL3-1翻斗式雨量传感器不确定度评定方法，对翻斗式雨量传感器检定结果的不确定度评定提供参考。