区域自动气象站雨量传感器故障成因分析

袁靖凯 苏慧君 郑礼灿

(福建省龙岩市永定区气象局，福建 龙岩 364100)

随着气象现代化进程的推进，龙岩市永定区区域自动气象站已经覆盖了辖区内的各个街道、乡镇，区域自动气象站的建设对永定区的短临预警能力和防灾减灾能力的提高发挥了重要作用。如何确保区域自动气象站的稳定运行就显得尤为重要。截至2021年6月底，永定区共计区域自动气象站46个，其中2个为温度、气压、湿度、雨量、风向、风速六要素站，22个为温度、雨量、风向、风速四要素站，1个为温度、雨量两要素、21个为单雨量站，由此可见，辖区内所有区域自动站均有雨量要素，本地的区域自动气象站保障维护工作也主要围绕雨量维护展开[1]。为此，本文通过对永定区区域自动气象站雨量故障的日常维护、维修保障工作中遇到的常见问题进行归纳、分析，从中总结经验，为日后更好地对雨量要素开展维护和保障工作提供借鉴。

1 双翻斗雨量传感器的工作原理

永定区辖区内区域自动站雨量传感器均为SL-1型双翻斗雨量传感器[2](上海气象仪器厂有限公司)。其测量范围为0～4mm/min， 分辨率为0.1mm，准确度为0.4mm(≤10mm)、4%(>10mm)，在自动气象站中采样速率为1次/min，SL-1 型双翻斗雨量传感器组成结构(图2)，它由外筒、承水器(截面积为200cm2)、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。

图1 双翻斗雨量传感器外观图

图2 SL-1 型双翻斗雨量传感器组成结构图

其工作原理为承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水累积到一定量时，由于水本身的重力作用，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时，就把不同强度的自然降水调节为比较均匀的降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1 mm时，计量翻斗把降水倾倒入计数翻斗，使计数翻斗翻转1次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描1次。干簧管因磁化而瞬间闭合1次。由此降水量每次达到0.1 mm时，就送出一个开关信号，采集器就自动采集存储0.1 mm降水量。

2 双翻斗雨量传感器常见故障分析

2.1 通讯中断

通讯中断的原因主要有：一个是电池电压低，导致整个采集器无法正常运行；另一个是采集器故障，此故障多为雷暴过顶后区域站遭受雷击造成采集器受损，从而无法工作，导致通讯中断。当有区域站通讯中断时，首先应通过区域站监控平台查看中断前电池状态，排除电池电压低的原因，其次应考虑采集器故障，前往维护维修时应做好充足准备，带齐主采集器、通讯模块、电源模块、天线等备件。

2.2 有雨无量

2.2.1 人为因素故障

按照业务规定，福建省每年汛期开始前各台站需完成一次对辖区内所有区域站的巡检工作，通过对各区域站的巡检，确保其保持良好的运行状态。但是因保障人员巡检失误造成的故障也不少，本文总结了历年来出现较多的三种人为因素故障，用于提醒保障人员。

一是信号线未接回，雨量的大小是通过对开关信号的计数统计而得出的，保障人员巡检维护结束时，应仔细检查过信号线接线情况，避免信号线未接在接线柱上，造成不必要的返修(图3)。

图3 信号线未接回

二是信号线和屏蔽线位置接反，雨量通讯线是三芯线，其中两根为信号线，一根为屏蔽线。因为有时信号线和屏蔽线只能通过裸露出的一小部分区分，保障人员容易误把信号线与屏蔽线位置接反。

三是屏蔽线位置接错，屏蔽线的接地应该避开计数翻斗翻动的范围，不影响计数翻斗的正常运转。例如：2021年 3月 5日，F7536基安村站点有雨无量，其原因为屏蔽线接线不当，造成计数翻斗卡滞，导致有雨无量(图4)。

图4 屏蔽线位置接错

2.2.2 通讯线故障

永定区区域自动站多建于2013年以前，至今已近10年，且常年在户外环境下运行。连接雨量传感器和采集器的通讯线几乎均裸露在外，恶劣的环境和虫蚁的撕咬对通讯线造成了很大破坏，近几年经常出现因通讯线老化或虫蚁撕咬造成的断路故障。为减少此类故障的发生，在巡检和维护时，应统一在通讯线外套上PVC管，并埋入土下，做好密封，最大程度地保护通讯线不受外界干扰。

2.2.3 传感器故障

传感器故障排除步骤为：首先拆下承水桶，使用万用表拨至电阻通断蜂鸣挡，红、黑表笔分别接触雨量传感器红、黑接线柱的金属部分，模拟降水翻动计数翻斗(注意手勿直接触摸内壁)，每翻到中间位置万用表有导通响声为正常；若无，说明传感器故障，需更换传感器内的干簧管[3]。

2.2.4 雨量筒堵塞

雨量传感器故障最多的就是雨量筒的堵塞，降水从承水器开始进入雨量筒到从底盘流出，经过了承水器、网罩、漏斗、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗等部件，其中任何一处的堵塞都会造成有雨无量的情况发生。为便于快速判断堵塞位置，维护时应随身携带小半瓶干净自来水，打开外筒后，模拟降水，均匀把水倒至漏斗，观察水流在雨量传感器内的走向，判断堵塞位置，从而迅速对堵塞位置进行清理。例如：2021年 4月 15 日，F7509高陂镇站点有雨无量，其原因为汇集漏斗堵塞，降水无法流入计量翻斗，导致有雨无量(图5)；2021年6月 22日，F7516西溪乡站点有雨无量，其原因是蜘蛛在传感器内织网产卵，粘住了计量翻斗，使降水无法流入计数翻斗，导致有雨无量(图6)。

图5 汇集漏斗堵塞

图6 汇集漏斗堵塞

2.3 雨量异常

2.3.1 雨量偏小

永定区境内雨量偏小的原因主要有两种，一是由于雨量筒某个部位的堵塞，使雨量筒无法正常的运转，导致了雨量的偏小，这个堵塞不一定位于雨量筒内部，也可能来自雨量筒外部。例如：2021年 6月 22日，F7521堂堡乡站点雨量偏小，保障人员前往查看后发现，马蜂在雨量筒底盘下筑巢，使桶内雨水无法排出，影响计数翻斗正常工作，从而导致测得雨量偏小(图7)。

图7 雨量传感器底盘外堵塞

二是雨量筒计量翻斗一边所能承载的雨量大于0.1mm，导致采集到的降水量小于实际降水量，此时应对雨量传感器进行校准[4]。

2.3.2 雨量偏大

雨量筒计量翻斗一边所能承载的雨量小于0.1mm，导致采集到的降水量大于实际降水量，此时应对雨量传感器进行校准。

3 雨量传感器的校准

随着区域站在野外的长时间运行，雨量传感器的采集准确度也会有所下滑，造成采集雨量的偏大或偏小，此时应对超出误差范围的雨量传感器进行校准，通过调整计量翻斗的容量调节螺钉，使测量误差在误差范围之内[5]。

调节的方法归纳为“内正外负”，当误差为正时，将容量调节螺钉向内旋进，反之向外旋出；容量调节螺钉每向内或者向外旋转一圈，测量误差减少或增加3%。例如：某雨量传感器校准时，实际降水量为10.0mm，而测得降水量为9.4mm，此时应将两个容量调节螺钉同时向内旋转一圈或一个容量调节螺钉向内旋转两圈。

4 结束语

雨量传感器是区域站的重要传感器之一，它出现故障相对较多。为保证雨量传感器处于良好的运行状态，日常维护非常重要，特别是汛期前的巡检，应按要求认真检查维护，不能敷衍了事。维护人员首先应加强责任心，避免出现因人为失误而导致的故障；其次需加强业务学习，掌握正确的维修技能和维护方法，定期总结经验，不断提高保障水平。

本文归纳总结了永定区内区域站雨量维护中常见的一些故障，分模块分析了故障原因，有针对性地提出了解决办法，以期快速找准故障点，及时排除故障，尽量避免返修，提高维护维修的质量，从而确保数据采集的及时性和有效性，为各类气象服务提供有效数据支撑。