自动站雨量传感器的维护及故障处理分析

2023-01-05夏雪陈涛

中国设备工程 2022年15期

夏雪，陈涛

（四川省气象探测数据中心，四川成都 610072）

自动站雨量数据在气象预报相关工作中得到了大范围使用，但是其中存在的问题也愈发凸显，因此需要通过加强雨量传感器日常维护提升气象观测精确度和准确度，及时发现问题并解决问题，为部门提供最科学准确的气象数据。雨量传感器顾名思义就是用于测量降水量、观察降水强度变化的设备，这一设备有较强的日常维护难度，会因诸多问题出现数据偏差，影响最终准确度。因问题多样，因此在处理方法上也灵活多样，相关工作人员必须提升自身专业素质，加强设备日常维护，依照相关执行标准操作并通过有效方法处理问题。

1 翻斗式雨量传感器的工作原理

自动站翻斗式雨量传感器是当前使用最为广泛的传感器之一，其中主要有承水器、汇集漏斗、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗以及干簧管等诸多组成部分。承水器主要的作用是收集雨水，后将雨水经漏斗传输至上翻斗，雨量到达预设值时会通过重力转动上翻斗使雨水汇入至汇集翻斗。降雨量的不同强度将会在雨水进入计数翻斗时被调节，若剂量翻斗计算出雨量为0.1mm 则会转动一次，干簧管也会对其进行一次扫描，而干簧管接点会在磁化作用下关闭一次。通过这一方法传输信号，传感器对这一降水量数据进行详细记录。

2 自动站雨量传感器的维护

2.1 对比设备精度

相关工作人员在使用新仪器前或者是过冬后第一次使用时需要首先对仪器精度予以调节和校准。若仪器差值在±4%以上就需要专业人员对仪器进行系统检查，其中主要检查记录器是否正常、仪器基点是否准确、干簧管是否正常运作、计数及记录数值是否统一等。对比仪器精度是减少测量误差、提升仪器测量精度的最主要方法之一。

2.2 定期检查雨量传感器

定时检查传感器并使之成为固定规范，要求相关工作人员按照规范定期执行同样是传感器日常维护的关键。在进行传感器检查时要仔细、耐心、全面，相关管理部门也要对传感器的注意事项进行标注，要求相关检查人员逐一落实检查事项，保证传感器性能良好、元件完善。

另外还要注重对于传感器周围环境的确定，保证环境的优良，减少蚊虫、树叶等外在因素影响传感器计量精度，消除误差，为传感器正常运作营造出可靠环境。

2.3 加强传感器清洗工作

传感器会因降水污染物增多发生设备故障，当降水中含有较多杂质会损害传感器设备，且传感器内的油污也会造成计量误差，因此相关工作者也要重视对于传感器的定期清洁，注重传感器内部泥沙、翻斗内杂质等的清除。传感器表面的油污、灰尘也要予以及时清理，后要将设备晾干或是用风干加热等途径干燥传感器，减少清洁中的积水给设备造成的影响，减少记录误差。需要注意的是，在清洗过程中要将传感器与系统连接中断，在清洗完成后要保证安装的合理性，固定好传感器，防止出现传感器晃动，影响数据计量。

2.4 做好测前准备工作

工作人员要对天气变化情况予以密切观察，特别是夏季降水量较多的情况下，人员要实时监察传感器情况，做好测前准备，防止翻斗中出现昆虫、树叶等影响设备精准度的杂物，保证各个元件处于正常状态，保证翻斗可以正常运作。若在检查过程中发现翻斗存在翻转不灵，则需要清洗承轴，若清洗后问题依然存在就需要将承轴进行更换。需要注意的是，工作人员要坚决避免对轴承予以加油操作，防止轴承因油渍沾染灰尘。

2.5 其他日常维护

如果观测人员观测到未来没有雨或存在大雾情况，则要于雨量筒上加盖减少大雾造成的计数偏差。若发现雨量筒被污染，则要选择中性洗涤剂对漏斗、翻斗等进行清洁。需要注意的是，在清洁过程中坚决避免手指接触，需要使用软毛刷对翻斗及漏斗内壁进行清洁，防止因污渍给传感器造成的计量偏差。

3 自动站雨量传感器常见问题

3.1 无降水却存在降水记录

有些时候雨量传感器会出现没有降雨但是却存在数据记录的情况，这一情况的产生有可能是在相关人员清理传感器时未予以充分干燥造成的。清洁后存留的积水将会造成传感器记录出现误差。另外传感器固定不牢也是造成计数翻斗晃动、致使传感器出现偏差问题的主要原因。此外，线路接触短路也会造成计数翻斗在无降雨的情况下翻转。因此，相关工作者在对传感器予以日常维护时必须及时清理传感器并进行充分干燥，干燥工作完成后再将其接入系统。在放置过程中也要注意保持设备水平并予以加固，避免因晃动造成的数据不准确。同时要详细检查传感器线路，避免因设备短路造成偏差。对于相关元件也要及时维护和更换，保证整个系统能够正常运行。此外还要减少环境中干扰因素对自动站造成的影响，保证最终数据的准确可靠。

3.2 无雨量显示/雨量时有时无

3.2.1 无雨量显示

若无雨量显示则需要在断电状态下选择万用表对传感器予以测量，使用量杯于承水口灌注定量的水，同时检查计数翻斗翻转次数和万用表相关显示信号是否统一。若数据一致则说明并非传感器自身问题，工作人员此时需要检查传感器与转接盒间的线路是否正常。信号电缆一般置于地沟PVC 管，若事先未做好PVC 管连接工作则极易进鼠咬断电缆造成信号中断。若电缆连接正常还需要检查转接盒内防雷管电路是否正常，及时予以排查和修理。

若万用表无信号显示则可推测是雨量传感器自身问题。若雨量较小且传感器无记录则原因可能是传感器精度待校正，或者集水装置出现误差，此时需要人员提升翻斗灵活度，保证数据精准；若雨量较大且传感器无记录则原因可能是传感器内部堵塞，此时需要人员对传感器予以全面系统检查，清理内部堵塞部位。传感器中较易出现堵塞的部位主要有小漏斗、集水器下水口等，该部位堵塞将会导致漏斗内的降水不能够顺利进入翻转翻斗，计量漏斗自然也无法正常运用。不仅如此，人员还要测试翻斗性能，观察漏斗是否变形，漏斗变形也会造成翻转漏斗不能正常运行，翻转计数也会出现偏差，造成雨量显示不准确，若发现变形需要及时予以更换。

3.2.2 雨量时有时无

这一问题出现的主要原因是传感器接线柱和信号线之间的连接不畅、转接盒内电缆接线松动、雨量信号线中断等，此类问题会造成降雨无记录，相关工作人员需要注意予以排查。

3.3 实际降水量与记录数据不符

实际降水量与传感器记录数据不符也是雨量传感器使用过程中的常见问题，甚至部分时候差距巨大。这一问题的出现最主要是集水器口不平之类的设备自身问题，降水中含有大量杂质造成传感器堵塞也会造成计量数据不准确。针对这一问题，相关工作人员要全面系统检查设备，测试设备各项性能，按照相应规定严格调试设备，保证传感器处于平稳、水平状态，内部线路以及电容元件等工作良好，翻斗可正常运行。此外还要排除外部环境造成的数据偏差，及时清除降水、树叶等于设备内部积累的杂质，使用中性洗涤器清洗内部杂质和泥沙沉积，必要情况下可以在集水口处增设过滤装置，避免杂质进入传感器给设备精准度造成影响。

3.4 发生固态降水

固态降水也会在一定程度上影响设备显示精准度，相关气象工作人员需要密切观察天气状况，在发生雪、雹、霰等固态降水时需要加强监测，若边降边化则对雨量传感器影响不大，可正常运作，相关雨量数值也可正常记录；若以固态形式下降则需要对雨量传感器进行加盖，加盖期间的降雨量需要按缺测记录处理，并予以详细说明。固态降水边降边化以及漏斗堵塞问题发生时若自动站人工雨量筒与过程总量差值百分比与常规状态下比值无较大差异则可按正常情况处理，若比值出现较大差异则需要对这一时段内的分钟降雨量、小时降雨量、日总量等按照缺测处理，同时在记录中予以说明。

4 干簧管更换步骤

雨量传感器故障出现的最常见原因有承水器过滤网堵塞、翻斗不灵活、漏斗堵塞等，而最易出现的一种就是干簧管损坏，因此更换干簧管是解决雨量传感器故障问题的最主要措施。更换干簧管时人员最好将传感部分拆卸带回室内操作，更换时应在平稳桌面操作。具体步骤如下：（1）最好设备准备工作，首先烧好掉老铁，准备焊锡膏、焊锡、小型活动扳手、镊子以及平口起等；（2）使用活动扳手拧下计数翻斗、计量翻斗正面的固定螺丝，后使用左手拿稳翻斗，再用右手使用平口起旋松翻斗轴承的螺钉，卸下翻斗。可以先计量翻斗、后计数翻斗的顺序进行。平稳卸下翻斗，过程中必须注意控制力道，避免用力过猛造成的轴承机芯变形；（3）使用镊子经焊接片内侧将干簧管夹住，另一只手使用烙铁将焊接片自外至内沿干簧管纵向烧化焊接点，在焊接点烧化之后可使用镊子将干簧管一端抬起方便操作，后以同样的方法将干簧管另一端烧下，完成后卸下干簧管；（4）取出准备好的干簧管，选择断钢锯条轻刮干簧管两端焊接处，使用万用表对干簧管予以测试，保证干簧管可正常使用。万用表表笔与干簧管两端相接，将计数器磁钢缓慢置于干簧管中间，重复操作3 ～5 次。若磁钢接近时万用表数字发生变化且蜂鸣器发出蜂鸣则表示干簧管无问题可正常使用，若万用表数字无变动或者蜂鸣器未发出声音则表示干簧管发生问题，需要予以更换；（5）将两只准备好的干簧管平齐放置，左手电接簧片向下捏紧干簧管中间，先使用焊锡通过烙铁头焊接干簧管一端，后以同样方法焊接另一端，这一方法能够保证干簧管平稳焊接，后按照拆卸干簧管的方法将其回装至传感器；（6）安装计数翻斗，将固定螺钉旋紧后使用万用表对更换后的干簧管予以测试，保证正常使用，后安装计量翻斗并将固定螺钉旋紧。需要注意的是，两个固定螺钉需要留有一定缝隙，翻斗可前后轻微移动；（7）最后将传感部分安装回整体，后使用校准仪对传感器予以校准，连接接线柱及采集器，安装雨量筒。