区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法.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
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。
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±0.4mm
＞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、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/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
2.2.1计数容量：
00000～99999；
2.2.2计数误差：
±1个字；
2.2.3速率：
最快7Hz/秒；
2.2.4脉冲宽度：
≥100μs；
2.2.5工作电源：
DC1.5V，AA电池一节；
2.2.6功耗：
计数8μA，待机2μA；
2.2.7计数显示：
LCD（液晶）数字显示字高0.4″,
2.2.8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。
3.4.10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
3.2.1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。
3.2.3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
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