区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法

区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法（征求意见稿）中国气象局综合观测司2翻斗式雨量传感器现场校准方法归口单位：中国气象局综合观测司起草单位：辽宁省气象装备保障中心河北省气象技术装备中心福建省大气探测技术保障中心起草人：王军（辽宁省气象装备保障中心）张景云（河北省气象技术装备中心）沙莉（辽宁省气象装备保障中心）田文波（辽宁省气象装备保障中心）李麟（福建省大气探测技术保障中心）李效东（福建省大气探测技术保障中心）林建滨（福建省大气探测技术保障中心）3目次概述………………………………………………………………………………()1范围……………………………………………………………………………()2规范性引用文件………………………………………………………………()3术语和定义……………………………………………………………………()4计量单位………………………………………………………………………()5计量特性………………………………………………………………………()6校准条件………………………………………………………………………()7翻斗雨量传感器现场校准方法………………………………………………()8校准周期………………………………………………………………………()附录A翻斗式雨量传感器校准记录表…………………………………………()附录B翻斗雨量传感器调整方法………………………………………………()附录CJJS1型翻斗雨量传感器校准仪说明……………………………………()附录DJJS2型雨量校准仪使用说明…………………………………………()4概述翻斗式雨量传感器是用来连续采集液体降水量的传感器，分为双翻斗与单翻斗两种类型。作为主要的雨量自动观测手段，翻斗式雨量传感器广泛用于气象、水文、交通等应用部门。针对目前地面自动气象观测站的快速发展，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，现场校准必须采用携带方便、性能稳定、量值溯源准确的雨量校准装置，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，提供准确的雨量探测数据。根据雨量现场校准的实际需求，特制定翻斗式雨量传感器现场校准方法，供各基层用户校准使用。5区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法1范围本方法适用于区域自动气象站新建站点、日常维修维护、定期巡检、重新启用等翻斗式雨量传感器的现场校准和测试。2规范性引用文件JJF1017-2000《国家计量校准规范编写规则》JJF1001-1998《通用计量术语及定义》QX/T1-2000《Ⅱ型自动气象站》《自动气象站现场校准方法》(中国气象局监测网络司)3术语和定义3.1术语和定义3.1.1降水precipitation降水是指从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)的水。3.1.2降水量precipitationaccumulation降水量是指某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水,在水平面上累积的深度。3.1.3降水强度(雨强)precipitationintensity单位时间内或某一时段内的降水量3.1.4测量仪器的准确度测量仪器给出接近于真值的响应能力注：准确度是一个定性概念，只能用等或级来表示3.1.5准确度等级符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别﹑级别。注：准确度等级通常按约定注以数字或符号，并称为等级指标。3.1.6测量仪器的误差测量仪器的示值与对应输入量的真值之差注：a)由于真值不能确定，实际上用的是约定真值。6b)此概念主要用于与参考标准相比较的仪器。c)就实物量具而言，示值就是赋予它的值。4计量单位降水校准时降水量用“mm”作计量单位；雨强用“mm/min”作计量单位。5计量特性5．1翻斗式雨量传感器概述翻斗式雨量传感器是用来连续采集液体降水量的传感器，分为双翻斗与单翻斗两种类型。翻斗式雨量传感器主要由承水器、缓冲部分、计量部分和脉冲发生部分组成。5.1.1单翻斗雨量传感器该传感器主要由承水器（口径为15.96cm）、过滤漏斗、翻斗、干簧管和底座等组成。降水通过承水器，再经过一个过滤漏斗流入翻斗里，当翻斗流入一定量的雨水后，翻斗翻转，倒空斗里的水，翻斗的另一个斗又开始接水，翻斗的每次翻转动作通过干簧管转换成脉冲信号（1个脉冲为0.1mm）传输到采集器。该传感器适用雨强范围为(0～4)mm/min。5.1.2双翻斗雨量传感器该传感器主要由承水器（口径为20cm）、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗和干簧管等组成。承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当降水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水量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，调节为比较均匀的大降水强度，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0.1mm时，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送出去一个开关信号，直接输入计算机进行计数，通过数据处理获得累计降水量、降水时数和降水强度。5.2计量性能要求：雨强测量范围：0.1~4mm/min雨量值≤10mm时±0.4mm7＞10mm时±0.4%6计量标准器具6.1标准器功能要求6.1.1标准容器标准容器容积：≧314mL；最大允许误差：≤0.5%具备量值溯源能力其他同等或更高准确度等级的雨量标准量器6.1.2标校设备流速控制范围：（0～150）mL/min方便携带，自带计数功能，适应野外校准需求。6.2校准仪工作环境条件气温4℃～35℃，湿度≤90%RH，风速≤6m/s。7翻斗式雨量传感器现场校准方法在翻斗雨量传感器使用现场,雨量传感器处于正常安装状态下,对其进行测量准确度的校准。7.1雨量传感器外观检查7.1.1雨量传感器安装应稳定牢固，各地脚紧固螺钉不应有松动现象；7.1.2传感器各水流通道应畅通，不得有污物和堵塞现象，如有污物堵塞应用可溶性苛性钠溶液和相应清洗工具进行清理；严禁用手或其它可能带有油垢的物品擦拭翻斗内壁。7.1.3各翻斗轴杆紧固螺栓应松紧适中，翻斗应转动灵活无任何阻滞现象；7.1.4各翻斗翻转角度定位调节螺钉应紧固，不得松动；7.1.5干簧管与磁铁的相对位置应正确；用万用表测量，输出的通断信号状态应正常。7.2校准方法7.2.1校准前准备将雨量校准仪与传感器正确连接，将校准仪稳定的放置于被校准传感器上，向标准容器中注水，做好校准前装备工作。校准开始前应记录当前的环境温湿度、8风速以及雨量传感器的基本信息。7.2.2校准数据读取方法设置雨量校准仪的流量强度，按校准仪使用说明书进行1mm/min和4mm/min雨强的雨量检定。每种雨强下的雨量分别校准三次，记录每次校准结果。7.3雨量传感器测量误差计算方法：7.3.1雨量校准装置降水计算公式R=V/SR:雨量降水量标准数值V:标准容器容积（cm3）S:承水口面积（cm2）以标准容积V=314.16mL的校准装置为例，雨量传感器标准值换算结果如下：表1：标准数值与承水口面积换算表标准容积（V）承水口直径(D)承水口面积(S)标准数值(R)314.16mL20cm314.16cm²1cm(10mm)314.16mL15.96cm200cm²1.57cm(15.7mm)314.16mL22.5cm397cm²0.79cm(7.9cm)7.3.2以被检雨量传感器的3次测量雨量平均值减去标准值，得出该雨强下的测量误差平均值，计算公式如下：(1))s,(),(RRR4344(2)式中：1R—雨强为1mm/min时的测量误差，mm；)3,1(R—雨强为1mm/min时，3次测量值的平均值,mm),1(sR—雨强为1mm/min时的标准值，mm；4R—雨强为4mm/min时的测量误差，mm；)3,4(R—雨强为4mm/min时，3次测量值的平均值，mm；s)(1,(1,3)1RRΔR9),4(sR—雨强为4mm/min时的标准值，mm；在两种雨强条件下，被检雨量传感器在≤10mm降雨量时的测量误差均不超过±0.4mm视为合格；在两种雨强条件下，被检雨量传感器在＞10mm降雨量时的测量误差均不超过±4％时视为合格。否则应进行雨量传感器的基点调整。经过调整后的雨量传感器，必须重新进行校准，直至传感器的测量误差都符合标准。选择两种雨强下测量误差的最大值作为雨量的校准结果。(调整方法见附录2)当校准结果超过误差允许范围，并且不属于系统误差性质时，则必须对传感器各个部分进行仔细的检查和维修，然后再进行调整。如经进一步检查、调整后仍达不到技术要求，则该传感器应当报废。每次校准合格时保留校准记录（校准记录格式见附录1）8校准周期8.1区域自动气象站雨量传感器的校准周期一般为1年，每年汛期开始前进行校准。8.2有以下情况之一时须进行校准。1）新建站点使用的雨量传感器，重新启用及更换的雨量传感器应进行现场校准。2）自动气象站数据采集器经过维修或更换后。3）当发现雨量测量值出现异常时。4）大雨过后及每月正常维护时应进行现场校准。10附录A翻斗式雨量传感器现场校准记录表传感器编号：校准地点：传感器型号：校准时间：制造厂：校准单位：环境温度：℃环境湿度：%RH风速：m/s示值校准记录（mm)雨量标准值R雨量校准装置计数值×传感器分辨率平均值∑Ri/3测量误差降水量（1mm/min）⊿R=平均值-R降水量（4mm/min）测量误差：Max（⊿R）外观检查及处理记录现象处理校准人员签字：复核人员签字：11附录B翻斗雨量传感器调整方法B1如果校准结果为有规律的正偏差或负偏差，可以通过计量翻斗两边的定位调节螺钉进行调节。一般计量翻斗调整螺钉转一圈，雨量计数值可相应变化3%，向外调节，使翻斗内盛水量增加，计数值减少，向内调节，使翻斗内盛水量减少，计数值增大。误差值为负数时向内调节，误差值为正数时向外调节。调整时应在调整螺钉上先做记号，再根据测试误差值大小同时调整两边计量翻斗的定位螺钉，最终使误差值调整到允许范围以内。若以标准容积314.16mL的雨量对翻斗雨量传感器进行校准，根据以下公式可以计算出雨量校准仪的标准计数值：以承水口面积为314.16cm2的雨量传感器为例（上海气象仪器厂SL3-1型翻斗雨量传感器承水口直径200mm计量翻斗分辨力为0.1mm），量取314.16mL的水量进行雨量传感器的校准，校准装置计数显示应为100（即分辨力为0.1mm的翻斗计数次数为100次）。计算公式如下：如校准仪测量的计数显示为95，则测量误差值为-5，说明翻斗启动容量大，应向内调节螺钉使翻斗内盛水量减少，校准仪计数值增大，减少误差。反之，如校准仪测量的计数显示为105，则测量误差值为+5，说明翻斗单次计量容量偏小，应向外调节螺钉使翻斗内盛水量增加，校准仪计数值减少，减少误差。在完成雨量计量翻斗的调整后，应重新进行翻斗式雨量传感器的校准，直到传感器的测量误差达到规定的计量要求。B2当被测雨量传感器的承水口面积是200cm2(天津气象仪器厂SL2-1型12翻斗雨量传感器承水口直径159.6mm计量翻斗分辨力为0.1mm）时，标准计量数值（即计量翻斗翻动次数）为：当被测雨量传感器的承水口面积是397cm2（VaisalaRG13型翻斗雨量传感器承水口直径225mm计量翻斗分辨力为0.2mm)时，标准计量数值（即计量翻斗翻动次数）为：如雨量传感器测量误差不符合规定的计量要求，则需要参照第1点中的调整方法进行调整，并重新校准，直到传感器的测量误差达到规定的计量要求。对于此类传感器的具体调整方法，可根据仪器使用说明书进行。13附录CJJS1型翻斗雨量传感器校准仪使用说明1.简介1.1该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，便于携带，操作使用方便，校准过程简单，实用可靠，可广泛应用于气象台站和其它观测现场。1.2该仪器由计数器、雨强漏斗（小雨强1mm和大雨强4mm）、连接线、支撑架、雨量杯等组成，校准时由雨强漏斗模拟降雨，显示器进行计