自动气象站现场校准方法培训教材.docx
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自动气象站现场校准方法培训教材
自动气象站现场校准方法
（试行）中国气象局监测网络司
参照中华人民共和国气旬行业标准QX/T1—2000《II型自动气象站》，结合我国目前台站使用的自动气象站的实际情况,制定本方法.
1范围
本方未能适用于我国气象台站使用中的多要素（气压、气温、地温、湿度、风速、雨量、蒸发、太阳辐射等）自动气象站的现场校准。
对于其它类型的自动气象站的现场校准，可参照本方法的相应部分进行。
新出厂和修理后的自动气象站要在实验室进行检定.
2引用文献
本方法引用下列文献：
JJF1001-1998通用计量术语及定义
JJF1059-1999测量有确定度评定与表示
JJF1002-1998国家计量检定规程编写规则
ISO/IEC导则2:
1996标准化及其相关活动的基本术语及其定义
GB/T6583-1994质量管理和质量保证术语
QX/T1—2000II型自动气象站
使用本方法时应注意使用上述引用文献的现行有效版本.
3术语和计量单位
本方法采用JJF1001-1998《通用计量术语及定义》、JJF1059—1999《测量有确定度评定与表示》、GB/T6583和ISO/IEC导则2中的有关定义。
下面引用了一些最相关的定义，并列出一些适用于本方法的其它定义和计量单位.
3.1术语及定义
3.11校准
在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值,或实物量具或参考物质所代表的量值,与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。
注：
1校准结果既可给出被测量的示值，又可确定示值的修正值。
2校准也可以确定其他计量特性，如影响量的作用.
3校准结果可以记录在校准证己或校准报告中。
3。
1.2校准方法
为进行校准而规定的技术程序。
3.1.3测量
以确定量值为目的的一组操作。
注：
1操作可以是自动地进行的。
2测量有时也称计量。
3.1.4计量
为实现单位统一、量值准确可靠的活动。
3。
1.5搬运式标准
供运输到不同地点具有特殊结构的测量标准。
3。
1.6测量准确度
测量结果与被测量真值之间的一致程度。
注：
1不要用术语“精密度”代替“准确度”.
2准确度是一个定性概念.
3.1.7测量不确定度
表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数.
注：
1此参数可以是诸如标准差或其倍数,或说明了置信水准的区间的半宽度.
2测量不确定度由多个分量组成.其中一引起分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准差表征。
另一引起分量则可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准差表征。
3不确定度恒为正值。
当由方差得出时，取其正方根.
3.1.8测量误差
测量结果减去被测量的真值。
注：
1由于真值不能确定,实际上用的是约定真值。
2当有必要与相对误差相区别时，此术语有时称为测量的绝对误差。
注意不要与误差的绝对值相混肴，后者为误的模.
3误差值只取一个符号，非正即负。
4误差与不确定度是完全不同的两个概念，不应混肴和误用。
对同一被测量无论其测量程序、条件如何，相同测量结果的误差相同；而在重复性条件下,则不同结果可有相同的不确定度。
5测量仪器的特性可以用示值误差、最大允许误差等术语描述.
3.1。
9检定
查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序,它包括检查、枵标记和（或）出具检定证书。
3.2计量单位
3。
2.1气压hpa
3。
2。
2气温和地温℃
3。
2。
3湿度％RH
3.2。
4风速m/s
3.2。
5雨量mm
3。
2.6蒸发mm
3.2.7太阳辐射W/m2（瞬时值）；MJ.m—2（累积值）
4概述
自动气象站是一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。
它由传感器、数据采集、数据处理和后备电源等部分组成，可以连续测量气压、气温、地温、湿度、风向、风速、雨量、蒸发、太阳辐射和日照等气象要素，由计算机业务软件进行数据处理、显示和打印报文、报表，并实现观测数据的存盘、上传和查询。
自动气象站主要用于气象部门,还可用于环境监测、民航、海运、农林、水文、国防等领域.
5现场校准计量性能要求
5。
1气压
最大允许误差:
±0.3hPa
5。
2气温
最大允许误差：
±0。
2℃
5。
3地温
最大允许误差：
±0.5℃
最大允许误差:
±0.3℃（基准站）
5.4空气湿度
最大允许误差:
干湿表±4%RH
湿敏电容±4%RH（＜80％RH）
±8%RH（≥80％RH）
5。
5风速
最大允许误差：
±（0.5+0。
03V）m/s（注：
V为风速示值）
启动风速：
≤0.6m/s
5.6雨量
最大允许误差：
降水强度1mm/min时±0.3mm
降水强度4mm/min时±0.4mm
5。
7蒸发
最大允许误差：
±1。
5％FS（0～50℃）
5.8总辐射
最大允许误差:
±5%（累积值）
5.9直接辐射
最大允许误差：
±2％（累积值）
6通用技术要求
6。
1自动气象站的各要素传感器应有编号,字迹清晰、端正。
6。
2各传感器外型结构应完好，表面不应有明显的凹迹、外伤、裂缝、变形等现象,表面涂层不应起泡、龟裂和脱落，金属件不应有严重锈蚀及其它机械损伤。
6。
3温度传感器的金属（或塑料）封装密封良好，引线接插件接触良好.焊接应牢固、无虚焊,所使用的保护管及引线应能承受相应的使用温度。
6。
4风杯的几何形状与尺寸应一致.相邻两臂内的夹角为120。
。
风杯应转动灵活平稳，不得有明显的轴向跳动和径向摆动。
6.5风向标不得有变形，尾翼与垂锤相平衡，推动灵活.
6.6雨量传感器的承水口不得变形，内壁应光滑并呈圆筒形。
7校准条件
7。
1标准器
7。
1.1数字式气压仪
测量范围：
400~1100hPa测量不确定度：
0。
2hPa
7.1.2数字式铂电阻温度计
测量范围:
-60～+80℃测量不确定度：
0.06℃
7.1.3数字式湿度计
测量范围:
10~100％RH测量不确定度：
2％RH
7.1.4启动风速校验仪
测量范围:
≤0.6m/s测量不确定度:
0。
05m/s
7.1。
5风速校验仪
测量范围:
2～60m/s测量不确定度:
（0.2±0.02V）m/s（注：
V为风速示值）
7.1.6雨量标准球
测量范围：
314。
16mL（对承水口直径为200mm的雨量传感器相当10mm降雨量;对承水口径为159。
6mm的雨量传感器相当15。
7mm降雨量）测量不确定度:
0.2mL
7.1。
7蒸发模块组
测量范围:
0~100mm测量不确定度:
0.04mm
7。
1。
8标准总辐射表
测量范围:
0~1400W/m2测量不确定度：
2%FS
7.1。
9标准直接辐射表
测量范围：
0~14000W/m2测量不确定度：
1%FS
7。
2校准设备
7。
2。
1压力调节器
调节范围:
-0.1MPa～0.4MPa
7.2.2小型液体恒温槽
调节范围:
—30～+50℃温度波动与均匀度：
±0。
05℃
7.2。
3恒湿盐湿度发生器
湿度点:
33%RH，87%RH稳定性优于3％RH
7。
2。
4全自动太阳跟踪器
最大跟踪误差：
0.5°/24h
7.3环境条件
7。
3.1气温5~35℃,湿度不大于90％RH,风速不大于5m/s。
7.3。
2每个项目校准时，要记录下当时的气压、温度、湿度、风速等环境情况.
8校准项目和方法
8。
1校准项目
校准项目有气压、气温、地温、湿度、风速、雨量、蒸发、总辐射、直接辐射。
8.2校准方法
8。
2.1气压
8.2。
1.1校准点的选择
校准在定压条件下进行，选择所在台站的常压点、高于和低于常压点50hPa的3个压力点进行校准.
8.2.1。
2校准方法和数据处理
将标准器、气压传感器以及压力调节器用真空胶管连成一个封闭的测量系统，打开标准器的电源开关，预热半小时。
然后按照压力点进行调整校准，顺序依次为低于常压50hPa点、常压点、高于常压点50hPa，从低压到高压（正行程），再从高压到低压（反行程）.每个压力点调好后稳定时间不小于2min.
在每个校准点上，每1min读取四次标准值和一次被校气压传感器的测量值,总共读取2min。
校准记录格式见附录D1.
计算每个校准点单程测量误差值△P（修约到小数点后一位）:
△P=Pj-（Pb+Xp）
（1）
式中：
Pj—被校气压传感器2min测量值的平均值
Pb—气压标准器2min测量值的平均值
Xp—气压标准器的修正值
计算每个校准点正反行程测量误差平均值。
用三个校准点的测量误差平均值的最大值作为校准结果。
8.2.2校准点的选择
常温单点校准.
8.2.2。
2校准方法和数据处理
将数字式铂电阻温度计的传感器和自动气象站的气温传感器同时等高靠近悬挂在百页箱内,稳定时间不小于15min后开始校准，每隔读取一次标准和被校温度传感器的温度值，共读取十次.校准记录格式见附录D2.
用下式计算校准温度点的测量误差值（修约到小数点后一位），并作为校准结果。
△T=Tj-（Tb+Xt）
（2）
式中：
Tj—被校气温传感器十次测量值的平均值
Tb-温度标准器十次测量值的平均值
Xt—温度标准器的修正值
8.2.3地温
8。
2。
3.1校准点的选择
校准点为-10℃、0℃、+30℃.地温常年不低于0℃的台站可只校准后两点。
8。
2.3。
2校准方法和数据处理
将数字式铂电阻温度计的传感器和自大动站的地温传感器同时插入到液体恒温槽的同等深度上，先进行—10℃点校准，然后进行0℃点和+30℃点校准。
在每个校准温度点上，稳定3～5min后开始校准,每隔1min读取一次标准和被校温度传感器的温度值，共读取四次。
校准记录格式见附录D3.
用下式计算每个校准温度点的测量误差值（修约到小数点后一位）：
△t=tj—（tb+xt）（3）
式中：
tj—被校地温传感器四次测量值的平均值
tb—温度标准器四次测量值的平均值
xt—温度标准器的修正值
用三个校准点测量误差值的最大值作为校准结果。
8.2.4湿度
8.2.4.1校准点的选择
湿敏电容：
恒湿盐湿度发生器33％RH和87％RH两个湿度点。
通风干湿表：
环境湿度条件下，单点校准。
8。
2.4。
2校准方法和数据处理
8.2。
4.2.1湿敏电容校准
打开恒湿盐湿度发生器，将湿度标准器的传感器和被校自动站的湿度传感器同时置入湿度为33％RH的发生器中，稳定时间不小于20min，开始进行校准工作.在该湿度点上,每隔1min读取一次标准值和被校湿度传感器的测量值，共读取十次.
33％RH点校准完毕后再校准87%RH点.87％RH湿度点的校准方法与33%RH湿度点的校准方法相同.校准记录格式见附录D4。
分别计算两个校准湿度点的测量误差值（修约到小数点后一位）:
△H=Hj-（Hb=Xh）（4）
式中：
Hj—被校湿度传感器十次测量值的平均值
Hb—湿度标准器十次测量值的平均值
Xh—湿度标准器的修正值
以两个湿度点的湿度测量误差作为校准结果.
8。
2.4.2.2通风干湿表校准
将上述湿度标准器的传感器和通风干湿表同时放在百叶箱中，稳定时间不小于10min。
每隔1min读取一次标准值和通风干湿表的测量值,共读取十次。
用公式（4）计算校准湿度点的测量误差值，以该湿度点的测量误差作为校准结果。
8。
2.5风速
8.2.5.1启动风速
校准方法和数据处理：
用启动风速校验仪与风速校验仪配合使用校准风速传感器的启动风速。
交地风速传感器放入启动风速校验器内，调节风机，使风速由零缓慢增加，直至风速传感器的风杯均匀转动，读取数字叶轮风速表的指示值（注：
不同厂家的产品，指示值不同），计算启动风速值。
将风速传感器的某一风杯作一记号，每次校准,该风杯应处于启动风速校验仪内不同位置。
用同样的方法校准六次。
校准记录格式见附录D5。
用下式计算其平均值作为风速传感器的戾动风速S（修约到小数点后一位）
16
S=－∑Si（5）
6i=1
式中:
Si—第i个校准启动风速值
8.2.5.2风速示值
8。
2.5.2.1校准点的选择
校准点为2m/s、5m/s、10m/s、20m/s、40m/s。
8。
2.5.2.2校准方法和数据处理
把被校风速传感器与风速仪校验仪用软管连接，按照校准点调整风速校验仪，每个风速点调整好后,稳定2min，读取风速校验仪和被校风速传感器的测量值。
校准记录格式见附录D5。
根据测量结果计算出实际风速u和被校风速传感器测量值u′之间的线性回归方程:
u=a+bu′
式中：
a—常数项（修约到小数点后一位）
b—回归系数（修约到小数点后二位）
用最小二乘法计算线性回归方程中的a和b:
8。
2.6雨量
8.2。
6。
1降水强度选择
1mm/min和4mm/min二种。
8。
2.6。
2校准方法和数据处理
标准球内注满净水,先以1mm/min的降水强度，向雨量传感器的承水口注水，记录数据采集器的雨量示值。
分别校准三次。
再以4mm/min的降水强度，用同样的方法，分别校准三次。
校准记录格式见附录D6。
计算二种降水强度的测量误差值△R（修约到小数点后一位），作为雨量的校准结果。
△R=Rj—Rb（12）
式中：
Rj—被校雨量传感器三次雨量示值的平均值
Rb—标准球的标准值（注：
标准值=标准球队容量/雨量传感器承水口面积）
8。
2.7蒸发
8.2。
7。
1校准点的选择
校准点为0mm、20mm、40mm、60mm、80mm、100mm.
8.2.7。
2校准方法和数据处理
将蒸发传感器水平放置，先将72mm模块放入蒸发传感器圆筒内,读取零位值;然后用其他模块和72mm模块组成20mm、40mm、60mm、80mm、100mm高度的标准值,放入蒸发传感器圆筒内，记录数据采集器的蒸发示值。
校准记录格式见附录D7。
计算出各校准点的相对误差值：
式中:
蒸发传感器的测量值
蒸发传感器的零位值
模块标淮值
以各校准点的最大相对误差作为校准结果.
8.2。
8总辐射
校准方法和数据处理：
总辐射的校准在室外总辐照度大于500W/㎡的条件下进行,将标准总辐射表放在室外平台上，与被校准总辐射表的距离不大于20m;接线柱朝北，清除仪器玻璃罩上的灰尘,调整水平，预热半小时后开始校准.校准一般在地方时10时至14时之间进行，校准时标准表和被校准表进行同步测量；数据采集开始时间为整点，采集时间，采样间隔1,共计采集60次数据。
在校准过程中同时记录当时环境温度，最后给出整个数据采集期间的平均气温.校准记录格式见附录D8。
根据采集到的标准表输出的电压值，用下式计算标准表测量的时累积值Q
式中：
按下式计算出被校准表测量时累积值的相对误差值。
并作为校准结果.
式中：
被校准表测量的时累积值（由自动气象站采集器直接读出）
8。
2.10直接辐射
校准方法和数据处理:
直接辐射的校准在室外总辐照度大于500的条件下进行，将标准直接辐射表安装在全自动太阳跟踪上,放在室外平台，与被校准直接辐射表的距离不大于20cm，电测仪表不能受日光直射；清除仪器玻璃惩上的灰尘,对准南北方向，调整水平，辐射表对准太阳，预热半小时后开始校准。
校准一般在地方时10时至14时之间进行，校准时标准表和被校准表时行同步测量；数据采集开始时间为整点，采集时间1h，采样间隔1，共计采集60次数据。
在校准过程中同时记录当时环境温度，最后给出整个数据采集期间的平均气温。
校准记录格式见附录D8。
根据采集到的标准表输出的电压值，用下式计算标准表测量的时累积值I（（修约到小数点后二位）：
式中：
标准表第次测量输出的电压值
标准表的灵敏度
按下式计算出被校准表测量时累积值的相对误差值，并作为校准结果。
式中：
被校准表测量的时累积值（由自动气象站采集器直接读出）
9校准结果处理
校准结果符合现场校准性能要求的发给校准证书。
证书格式具见附录A～C。
校准结果不符合现场校准性能要求的（传感器）送实验室修理和检定。
10校准周期
自动气象站是自动化观测仪器，各要素传感器都是电信号输出，参照有关甩子仪器的佼准规范，暂定自动气象站现场校准周期为一至两年。
附录A
校准证书封面格式
（校准机构名称）
校准证书
CalibrationCertificate
证书编号
CertificateNo。
委托单位
Clientv
计量器具名称
Description
型号规格
Model/Type
制造厂
Manufacturer
编号
SerialNo.
校准结论
Conclusion
主管
Approver
发证机构（专用章）核验
ISSUEDBY（STAMP）Inspector
校准
Calibrationby
校准日期年月日
IssueddateYMD
有效期至年月日
DuedateYMD
附录B
（校准机构名称）
校准说明
DescriptionofCalibration
1、本次校准的技术依据：
Referencedocumentforcalibration：
2、本次校准使用的主要计量器具：
Mainstandardusedforcalibration：
3、校准地点、环境条件:
Locationandambientconditionforcalibration：
地点：
温度:
℃相对湿度：
％RH大气压力：
hPa
LocationTemperatureRelativeHumidityAtmosphere
校准机构地址:
邮政编码：
电话：
传真：
E-Mail：
第页共页
附录C
校准证书（内面）格式
1。
校准结果
Calibrationresult
2。
备注:
Remarks
第页共页
附录D1
气压校准数据汇总表
校准点
正行程（低-高）
反行程（高—低）
正反行程误差平均
标准
被校
差值
标准
被校
差值
低压点
hPa
常压点
hPa
高压点
hPa
最大误差
校准时间年月日校准人员
气压标准器校准环境条件
名称：
型号：
环境温度：
℃
编号：
环境湿度：
％RH
制造厂:
气压：
hPa
修正值：
风速：
m/s
检定证书号：
检定日期:
检定单位：
附录D2
气温校准数据汇总表
序号
标准温度
传感器
差值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均
校准时间年月日校准人员
温度标准器校准环境条件
名称:
型号：
环境温度：
℃
编号：
环境湿度：
％RH
制造厂：
气压：
hPa
修正值：
风速：
m/s
检定证书号:
检定日期：
检定单位：
附录D3
地温校准数据汇总表
校准点
标准
温度
地表
5
cm
10
cm
15
cm
20
cm
40
cm
80
cm
160
cm
320
cm
-10℃
平均
差值
0℃
平均
差值
30℃
平均
差值
最大误差值
校准时间年月日校准人员
温度标准器校准环境条件
名称：
型号：
环境温度：
℃
编号:
环境湿度：
%RH
制造厂：
气压：
hPa
修正值:
风速：
m/s
检定证书号：
检定日期：
检定单位：
附录D4
湿度校准数据汇总表
序号
33%RH
87％RH
标准湿度
传感器
差值
标准湿度
传感器
差值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均
校准时间年月日校准人员
湿度标准器校准环境条件
名称：
型号：
环境温度：
℃
编号:
环境湿度:
%RH
制造厂：
气压：
hPa
修正值：
风速：
m/s
检定证书号：
检定日期：
检定单位：
附录D5
启动风速、风速校准数据汇总表
序号
启动风速
m/s
风速
m/s
标准器
被校传感器
1
2
3
4
5
6
线性回归方程
平均
非线性误差
校准时间年月日校准人员
风速标准器校准环境条件
名称:
型号:
环境温度：
℃
编号:
环境湿度：
％RH
制造厂：
气压：
hPa
修正值：
风速：
m/s
检定证书号：
检定日期:
检定单位：
附录D6
降水校准数据汇总表
雨强
标准值
传感器
差值
1mm/min
平均
4mm/min
平均
校准时间年月日校准人员
降水标准器校准环境条件
名称：
型号:
环境温度:
℃
编号:
环境湿度：
%RH
制造厂：
气压：
hPa
修正值：
风速：
m/s
检定证书号：
检定日期：
检定单位：
附录D7
蒸发校准数据汇总表
校准点
标准值
传感器
相对误差
0mm
20mm
40mm
60mm
升级会员 