区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法可编辑优质文档.docx
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区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法可编辑优质文档
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
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)
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…………………………………………()
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。
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。
b)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。
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。
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±0.4mm
>10mm时±0.4%
6计量标准器具
6.1标准器功能要求
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
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
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;
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。
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
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、风速以及雨量传感器的基本信息。
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:
雨量校准装置降水计算公式
R=V/S
R:
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)
314.16mL
20cm
314.16cm²
1cm(10mm)
314.16mL
15.96cm
200cm²
1.57cm(15.7mm)
314.16mL
22.5cm
397cm²
0.79cm(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)
(2)
式中:
—雨强为1mm/min时的测量误差,mm;
—雨强为1mm/min时,3次测量值的平均值,mm
—雨强为1mm/min时的标准值,mm;
—雨强为4mm/min时的测量误差,mm;
—雨强为4mm/min时,3次测量值的平均值,mm;
—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。
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:
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。
附录C
JJS1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,显示器进行计数显示,通过显示值计算出差值,可以方便的对传感器进行现场调节,保证测量准确。
2主要技术指标
2.1雨强控制指标:
大雨强滴水时间:
10mm清水,注入漏斗后,全部滴净时间为2′30″~2′50″。
小雨强滴水时间:
10mm清水,注入漏斗后,全部滴净时间为8′~12′。
2.2计数显示器
计数容量:
00000~99999;
计数误差:
±1个字;
速率:
最快7Hz/秒;
脉冲宽度:
≥100μs;
工作电源:
DC1.5V,AA电池一节;
功耗:
计数8μA,待机2μA;
计数显示:
LCD(液晶)数字显示字高0.4″,
显示外形:
68×35×28(mm),宽×高×厚。
3校准器的环境条件
3.1气温4℃~35℃,
3.2湿度≤90%RH,风速≤6m/s。
4现场校准步骤
4.1该仪器适用于承水器口缘面积为314cm2的雨量传感器(盛水口直径200mm),当被测雨量传感器的口缘面积是200cm2,(盛水口直径159.6mm)或口缘面积是397cm2,,(盛水口直径225mm时),只需进行计数值换算即可。
4.2翻斗雨量传感器现场校准方法
在自动站现场位置,自动站雨量传感器处于正常安装状态下,进行其测量准确度的校准。
4.3雨量传感器外观检查
4.3.1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;
4.3.2传感器各水流通道应畅通,不得有污物和堵塞现象;
4.3.3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;
4.3.4各翻斗翻转角度定位调节螺钉应紧固,不得松动;
4.3.5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。
4.4现场校准
4.4.1将雨量传感器外桶取下,将自动站二芯信号电缆从传感器接线柱卸下,并妥善处理二芯信号线,避免短接而引起短路产生降水计数;
4.4.2将一节5号电池安装在校准器电池盒内,注意正负极方向;
4.4.3将校准器附带的支撑架稳固的安放在雨量传感器的底座上,再将校准器安放到支撑架上面;。
4.4.4将校准器所带的二芯连接线的连接端,连接到传感器的接线柱上,将二芯连接线插端插入校准器的插孔(两根连接线不分正负极);
4.4.5按动校准器清零按钮,使校准器计数器复位;用手轻轻拨动传感器计数翻斗,校准器计数显示器应有数字显示;然后将传感器计量翻斗和计数翻斗调整到同一倾倒方向,并将校准器计数器清零;。
4.4.6小雨强度精度校准
在标准量杯内盛装10.0毫米清水,注入校准器“1毫米”强度注水孔内,校准器将模拟1毫米降雨强度使清水滴下,同时计数器开始计数,当清水全部流淌完毕,计数器停止计数,计数器显示数值应等于100,如果计数器显示数值不等于100,读取计数器的数值,用100减去读数值得到此次计量的差值。
此过程重复3次,并以3次数值的平均值作为1mm雨强时的测量差值,根据差值的大小可以对传感器进行调整。
4.4.7大雨强度精度校准
进行完小雨强度精度校准后,将计数器归零复位,在标准量杯内盛装10.0毫米清水,注入校准器“4毫米”强度注水孔内,进行计数测试,当清水全部流淌完毕,计数器停止计数,计数器显示数值也应等于100,如果计数器显示数值不等于100,读取计数器的数值,用100减去读数值得到此次计量的差值。
此过程重复3次,并以3次数值的平均值,作为4mm雨强时的测量差值。
4.4.8当校准结果超过误差允许范围,并且属于系统误差性质时,必须对传感器进行调整,调整后必须进行小、大雨强的重新校准,直至在小、大雨强时的测量误差都符合标准。
(调整方法见附件1)
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、调整后仍达不到要求,则该传感器应当报废。
4.4.9雨量传感器现场校准结束后,取下连接线和校准器,将自动站的雨量二芯信号电缆重新与传感器连接好,将雨量传感器外桶装上并固定好;将校准器内电池取下,将校准器、支撑架、连接线和量杯放入仪器箱内。
0每次校准或调整后,应注意传感器计量翻斗和计数翻斗保持在同一倾倒方向。
4.4.11在维修和校准过程中,如发现翻斗内壁有赃物或沙尘时,可从漏斗内注入清水进行冲洗,严禁用手或其它可能带有油垢的物品擦拭翻斗内壁。
4.5数据处理方法
3.5.1校准差值的获得方法为,传感器注入水量10mm,相当于雨量传感器计数翻转100次。
则差值计算公式:
差值=100-计数值
4.5.2以标准值100(注入水量)减去被检雨量传感器的3次测量计数平均值,得出该雨强下的平均测量差值,计算公式如
(1)和
(2)。
△R1=100-R1,3
(1)
△R4=100-R4,3
(2)
△R1雨强为1mm时的测量差值
△R4雨强为4mm时的测量差值
R1,3雨强为1mm时,3次测量值的平均值
R4,3雨强为4mm时,3次测量值的平均值
将在两种雨强下,被检雨量传感器的平均测量差值,作为基点调整依据。
计算公式如。
△R为平均测量差值
4.7传感器调整方法
4.7.11系统误差调整:
如果校准结果为有规律的“+”或“-”差,可以通过计量翻斗两边定位调节螺钉进行调解。
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。
“+”差时向内调节,“-”差时向外调节。
调整时应根据测试差值大小和调整螺钉上的记号,两边同时进行调整相应螺钉,使差值调整在允许值以内。
4.7.2例如:
量取10mm水量,计数显示应为100,经测量计数显示为95,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,计数值增大,减少误差。
4.8计数值需换算
4.8.1当被测雨量传感器的口缘面积是200cm2时(盛水口直径159.6mm(天津厂),传感器的口缘面积是397cm2,225mm(Vasalai)),需进行计数值需进行换算:
计数值=314/200=157(天津)
计数值=314/397=79(Vasalai)
4.8.2用量杯量取10mm水量,当清水全部流淌完毕,计数器停止计数,计数器显示值应为157或79,如果计数器显示数值不等于157或79,读取计数器的数值,用157或79减去读数值得到此次计量的差值,然后进行调整。
4.8.3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。
5校准注意事项
本仪器在校准过程中,如果漏斗内已经注入清水,发生滴水孔堵赛,应从漏斗底部用细针进行通透,严禁将仪器翻转往外倒水。
6操作示意图
取下外筒将支撑架放在底座上将校准仪放在支撑架上将连接线接好
附录D
JJS2型雨量校准仪使用说明书
1.简介
JJS2型雨量校准仪具备量值传递准确可靠、坚固耐用、外形轻巧,操作简单、测试结果精确度高等特点,严格按照量值传递和量值溯源的原则,达到了标准器等级中的参考标准(即二级标准)。
该校准装置适用于不同口径翻斗雨量传感器的现场标定,可广泛应用于气象、环保、民航、水文、交通等部门。
2.JJS2型雨量校准仪结构及原理
2.1JJS2型雨量校准仪组成
由水槽、标准计量球、进水阀、
出水阀、流量控制阀、支撑架、接
线柱、计数器、面板、外壳等部分
组成。
2.2JJS2型雨量校准仪原理
与大气相通的U型管中的水,平衡时两端都处于同一高度。
根据此原理,可实现往标准计量球中注水和雨量计量结束后自动停水的功能。
关闭出水阀,打开进水阀,装置顶端储水槽中的水受到重力作用往标准计量球中注水,标准计量球水满时多余的水通过溢流口流出,关闭进水阀,完成往标准计量球中注水的过程。
打开出水阀,标准计量球中的水通过出水阀、流量控制阀、三通后流入翻斗雨量传感器。
调整三通位置使其与标准计量球的水位停止线相平,当标准计量球水位下降与三通平衡时,出水过程便自动停止。
通过这两个过程,我们可以把标准计量球的量值传递到翻斗雨量传感器。
3.JJS2型雨量校准仪的技术指标
3.1JJS2型雨量校准仪主要技术指标
JJS2型雨量校准仪
整体高度
485mm
口径
193.5mm
标准球容量
314.16ml
量值传递误差
±1.5ml
被校设备
时间
降水强度
上海气象仪器厂
SL3-1型
天津气象仪器厂
SL2-1型
Vaisala
RG13
小雨强(1mm/min)
10’±1’
16’±2’
7’54”±1’
大雨强(4mm/min)
2’30”±30”
3’56”±45”
1’59”±30”
3.2计数器显示
显示位数:
6位
3.2.2复位方式:
外部/面板复位,面板复位带锁定,防止误操作。
计数速度:
10次/秒
3.2.4工作寿命:
3年以上(25℃)
3.2.5无电压输入:
接点接通最大电阻:
<10KΩ
接点断开最小电阻:
>500KΩ
输入最大残余电压:
0.5V
3.3标准球:
通过中国计量研究院检定合格
3.4节流阀:
0~5mm/min
3.5雨强调节旋钮:
12圈
4.校准环境:
使用环境温度:
4~35℃
使用环境湿度:
10-90%RH
5.JJS2型雨量校准仪现场校准方法
5.1JJS2型雨量校准仪结构示意图
JJS2型雨量校准仪结构示意图
5.2雨量传感器校准前的准备
5.2.1对雨量传感器进行外观检查,铭牌应清晰可识别,外筒不应有破损或变形。
5.2.2雨量传感器安装应该稳定牢固,各翻斗在翻动过程中应转动灵活,不得有任何的卡滞现象。
5.2.3断开雨量传感器的信号线,对雨量传感器进行清洗,确保雨量传感器没有尘埃淤积或污物堵塞。
5.2.4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。
5.3现场校准步骤
5.3.1往顶部储水槽中加入清水,打开注水开关,直到标准玻璃球中充满清水,然后关闭注水开关。
将雨强调节阀调至最大,打开出水开关,排尽管道中的空气,并通过观察窗检查停水后的水位线是否与标准玻璃球刻度中线吻合。
5.3.2断开雨量传感器的信号线,用连接线连接校准装置和被校雨量传感器。
将校准装置置于被校雨量传感器上方,给储水槽加满水,并将计数器清零。
如果是SL3-1型雨量传感器可使用转接环转接。
5.3.3打开注水开关,给标准计量容器再次注水(充满水后,校准装置侧壁上会有水溢出),待注满后关闭注水开关。
5.3.4调节雨强调节阀,根据雨强设定表格上的参数设定雨强调节阀码盘上的数字,设置所需的雨强(雨强调节阀