自动气象站翻斗式雨量传感器的现场校准

樊军武，樊 嵘，许海军

(1.中国气象局气象干部培训学院湖南分院,湖南 长沙 410125；2.湖南省邵阳市隆回县气象局，湖南 隆回 422200;3.湖南省长沙市气象局，湖南 长沙 410125 )

1 引言

气象计量检定是整个气象业务及服务工作的基础，准确的量值传递是气象科研和探测的保障。

根据自动气象站检定规程，传感器每1～2年需进行一次检定，各气象计量机构对国家级台站的检定任务已十分繁重，区域站的检定工作则很难按期完成。

因此，对于自动气象站的检定，必须采用新的方式。理想的方法是，在地市级建立移动计量检定系统，形成省级气象计量检定所针对国家站网自动气象站进行检测，地市级气象计量检定站针对区域站网进行检测，这一新的气象计量保障模式。

针对目前地面自动气象站的快速发展，特别是大量翻斗式雨量传感器，布设在荒郊野外，现场校准工作量大。因此，多采用携带方便、性能稳定的移动计量校准装置。JJS2雨量校准装置符合中国气象局雨量现场校准规程中的雨强控制等规范要求，能为提供准确的雨量测量数据做保障。

2 实验设备及校准方法和数据处理

2.1 JJS2雨量校准仪介绍

雨量校准使用的标准器叫雨量校准仪，型号为JJS2。JJS2 雨量校准仪适用于翻斗雨量计、自动气象站雨量传感器的现场校准和测试。

JJS2雨量校准仪由标准玻璃球、计数器、雨强调节阀、信号传输线、主功能面板、蓄水槽、输水管道及支撑架(改进型)等组成。面板上有出水阀、注水阀、雨强调节阀、计数器。装置背面有标准球水位观测窗，左侧面有标准球溢流口。

2.2 技术指标和环境要求

(1)技术指标：①标准玻璃球优于二等；②雨量调节：0mm/min～5mm/min。

(2)环境要求：①温度范围：5～40 ℃；② 湿度范围：10%RH～100%RH；③风速≤5 m/s。

2.3 校准方法和数据处理

模拟降水强度选择：1 mm/min和4 mm/min。

校准方法：标准球内注满干净水，先模拟1 mm/min的降水，向雨量传感器的承水口注水，记录采集器显示的雨量值。重复校准三次。

再模拟4 mm/min的降水，用同样的方法，也是校准三次。

数据处理：计算二种降水强度的测量误差值△R(修约到小数点后一位)，作为雨量的校准结果。

△R=Rj-Rb

(1)

式(1)中：Rj-被校雨量传感器三次雨量示值的平均值；Rb-标准球的标准值(注：标准值=标准球容量/雨量传感器承水口面积)。

3 雨量传感器现场校准操作流程

3.1 雨量传感器校准前的准备

(1)检查雨量传感器外观，铭牌应清晰可识别，外筒没有破损或变形。

(2)拆下雨量筒承水部分，断开雨量传感器与自动站采集器的连接。

(3)雨量传感器安装应该稳定牢固，传感器水平仪的气泡应在中央，各翻斗在翻动过程中应转动灵活，不得有任何的卡滞现象。

(4)断开雨量传感器与自动站采集器的信号线，对雨量传感器进行清洗。在清洗翻斗时不可直接用手触摸，以防手上的油污沾染翻斗而影响校准结果的准确性。

(5)干簧管与磁铁的相对位置应正确，使用万用表测量其通断信号，应正常。

3.2 现场校准操作

(1)选择雨量传感器转接线。由于气象系统使用的翻斗雨量传感器型号多样，请用户结合实际情况选择合适的雨量转接线，连接雨量传感器和雨量校准仪。

(2)雨量传感器连接。雨量转接线从接线孔穿过。但由于 SL3-1 型翻斗雨量传感器底座与地面距离很小，雨量转接线无法从接线孔穿过，只能从雨量承水筒下边的缝隙连出。若是改进型的JJS2 型雨量校准仪，则不存在这个问题，可以从增加的底座支架空隙中，用转接线直接连接。

(3)安装雨量传感器承水部分。将 JJS2 型雨量校准仪竖直套在雨量传感器外的雨量承水筒上(直径 20cm 的雨量承水筒需要使用转接环进行转接)。若是改进型的JJS2，则不需要传感器承水桶，直接将翻斗雨量传感器放置在新配置的底座支架上。

(4)往雨量校准器上部的储水槽中注入适量清水。

(5)关上出水开关，打开注水开关，让标准玻璃球中注满清水。当标准玻璃球充满水后，校准仪侧方的溢水口会有水流出。

(6)关闭注水阀，将流量控制阀调至最大位置，打开出水阀，排尽管道中的空气。待到水不再流出时，通过观察窗检查水位线是否与刻度中线吻合。

(7)若长时间不用雨量校准仪，校准仪中的部分管道会因为水的流失而产生空气柱，导致标准球中的水无法完全流出，从而影响校准的准确性。如有这种现象，就把流量控制阀开到最大，打开出水阀后，同时快速抽动蓄水槽过滤网中的小塑料管，这样做有利于仪器管道中空气的排出。

(8)关闭出水开关，打开注水开关，给计量容器再次注水，水满后关上注水开关。

(9)调节流量控制开关，根据仪器配套包中模拟雨强设定参数，设定调节阀码盘上的数字，模拟所需的雨强。

(10)按动计数器的的复位开关，将计数器数字清零。打开出水开关，对雨量传感器进行校准。依据现场校准规范，对雨量传感器分别进行1mm/min 和 4mm/min 模拟雨强的校准，每种模拟雨强校准三次。

(11)在一个校准过程结束后，标准球的水位停止线应该在中间那根刻度线的附近(校准仪背面的观察窗)。否则，标准球内的水，流出的就不是标准的10 mm。

(12)每次校准过程结束后，及时读取计数器的读数并记录到雨量原始记录表格上。

(13)不同雨强的校准过程结束后，计算每种雨强的测量误差平均值，检查测量误差平均值是否在规范要求范围内，若超出要求则要调整被测雨量传感器。

(14)校准结束后，拆掉转接线，排空仪器中的水，将装置和配件放入仪器箱中。

(15)恢复雨量传感器与自动站采集器的连接。

4 校准数据汇总表，校准证书填写

4.1 雨量校准数据汇总表填写(SL3-1型翻斗雨量传感器)

雨量校准数据汇总表包括：雨量校准数据，校准时间、校准人员、雨量标准器信息和校准环境条件等。

雨量校准最大允许误差：降水强度1 mm/min时，小于等于±0.3 mm(计数器的读数±3)；降水强度4 mm/min时，小于等于±0.4 mm(计数器的读数±4)(表1)。

表1 雨量校准数据

校准时间 2020年7 月 28 日；校准人员：樊军武，樊 嵘。

从本次雨量校准计算的结果来看，差值在最大允许误差内，雨量传感器符合规范要求。

若是差值超出最大允许误差，则要按照下面4.3 中介绍的传感器系统误差的调整方法进行调整。调整后，需要再重新进行雨量校准。直到合格。

4.2 雨量校准仪及校准环境填写

雨量校准仪信息可查看仪器出产说明书(表2)，依次填入相关信息；可从笔记本电脑屏幕上读取区域自动站数据，填入校准对应时间的环境条件。

表2 雨量校准仪信息

4.3 传感器系统误差的调整方法

如果校准结果为有规律的偏大或偏小，可以通过计量翻斗两边定位调节螺钉进行调整。

计数值偏小时，螺钉向内调节，使翻斗内盛水量减少，计数值增大；

计数值偏大时，螺钉向外调节，使翻斗内盛水量增加，计数值减少。

5 维护及注意事项

(1)拆下雨量筒承水部分，断开雨量传感器与自动站采集器的连接后，不要让两根导线头碰到一起了，以防自动站采集器出现不实际的雨量记录。

(2)禁止使用带酸性、碱性的水，水应清洁无浑浊；

(3)校准结束后，取下信号线，将雨量校准仪水槽内的水倒干净。

(4)若是区域自动气象站新建站点、传感器维修、定期巡检、重新启用等情况,均要对雨量传感器进行现场校准和核查。

(5)雨量校准仪自身检定周期为 3 年。

6 结论

为了提高地、市级装备保障人员对自动气象站观测仪器的检定、校准、核查能力。应基本掌握气象移动计量检定设备的操作、维护方法，熟练掌握自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法和数据处理，为各区域自动站的气象仪器能顺利地工作，并提供准确的雨量测量数据做好保障。