区域自动气象站翻斗式雨量传感器现场校准方法.docx

1、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

2、 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C JJS1型翻斗雨量传感器校准仪说明( )附录D JJS2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，

3、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 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

4、到地面上的液态或固态(经融化后)的水。3.1.2降水量 precipitation accumulation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) precipitation intensity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：

5、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51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

6、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(04)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

7、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 0.4mm10mm 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：（0150）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435，湿

8、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.

9、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/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：

10、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)314.16mL20cm314.16cm1cm(10mm)314.16mL15.96cm200cm1.57cm(15.7mm)314.16mL22.5cm397cm0.79cm(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

11、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

12、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/mi

13、n） 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

14、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314.16 cm2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

15、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（Vaisala RG13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

16、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：10 mm清水，注入漏斗后，全部滴净时间为230250。 小雨强滴水时

17、间：10 mm清水，注入漏斗后，全部滴净时间为812。2.2计数显示器2.2.1计数容量：0000099999；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：100s；2.2.5工作电源：DC 1.5V，AA电池一节；2.2.6功耗：计数8A，待机2A；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：683528(mm)，宽高厚。3校准器的环境条件3.1气温435，3.2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200 mm)，当被测雨量传感器的口缘面积是200

18、cm2，（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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、-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

24、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

25、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

26、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2.1 JJS2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。 2.2 JJS2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。

27、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3.1 JJS2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VaisalaRG13小雨强(1mm/min) 10116 2754” 1大雨强(4mm/min)23

28、0”30”356”45”159” 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： 500K 输入最大残余电压：0.5V3.3标准球：通过中国计量研究院检定合格3.4节流阀：05mm/min3.5雨强调节旋钮：12圈4. 校准环境：使用环境温度：435使用环境湿度：1090RH5. JJS2型雨量校准仪现场校准方法5.1 JJS2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

29、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