JDZ-1型固態存儲雨量器供電電路的改裝維護及其數據可靠性分析

董宏偉

JDZ-1型固態存儲雨量器供電電路的改裝維護及其數據可靠性分析

董宏偉

（甘肅省隴南水文水資源勘測局 甘肅隴南 742500）

根據隴南市山區陰雨天多、光照不足的特性，對JDZ-1型固態存儲雨量器供電系統進行改裝，解決陰雨天供電不足的現象，通過對比降水數據得出JDZ-1型固態存儲雨量器可以采集準確可靠的雨情數據，更有效地為防災減災服務。

JDZ-1型固態存儲雨量器 穩壓塊 降水對比

甘肅省長江流域其主要區域以隴南地區為主，加之天水地區和甘南州的長江流域部分，其地理位置位于秦巴山地西部青藏高原東側邊緣，自北向南由黃土丘陵向高山峻嶺、深山峽谷的土石山區過渡，形成以山地、丘陵和盆地為主的地形。河流屬長江流域嘉陵江水系。大致有大小河流3762條，流域面積1.70多萬平方公里，年徑流量277億立方米。氣候屬北亞熱濕潤、暖溫半濕潤、高原濕潤等多種氣候過渡帶。年降水量在400mm～800mm之間，豐水年份可達900mm甚至1000mm以上，屬于我省降水量最為豐沛的地區，加之河流切割嚴重，峽谷幽深，地形破碎，懸壁林立 ，溝壑縱橫，導致氣候多變。這樣一來給降水的觀測和準確計量帶來了較大困難。

降水的測量無論是對于氣象、水文、海洋、環境的觀測還是對航空、鐵路交通和有關水資源的評價調度全都具有極其重要的意義，特別是對于人工降雨的效果檢驗和氣象科研來說其測量的準確度就顯得更為重要。它對人民的生活、生產、建設的關系極為密切。因而人類生活的許多方面需要掌握降水資料，作為研究推算徑流和設計洪水的依據；要保證雨量計的測量完整、準確，對雨量計進行改裝和校準則是非常必要的。

JDZ-1型固態存儲雨量器（以下簡稱存儲雨量器）相比性能穩定可靠，準確度高，但是電源使用時間不長，如果是連續的陰雨天時間較長，電源就會供電不足，導致無法儲存數據；要是遇上連續的晴天，光照強的話輸入電壓會比較高，這樣又會對電瓶造成嚴重危害。為此，本文就針對這種情況將闡述該儀器的電路改裝和安裝調試及其數據分析。

1 儀器簡介

存儲雨量器是人工降雨效果檢驗的重要測量降水儀器，為獲得準確的降水記錄對雨量計進行現場校準和電源的改進是非常必要的；翻斗式雨量計校準工作平臺是集雨強模擬、數據采集、數據處理為一體的雨量計全自動校準裝置。本文就如何改進翻斗式雨量計供電電路與原理和現場調試及數據分析，進行了較為詳細的論述。

2 供電電路改裝20

針對以上不足，本人根據多年工作經驗對太陽能充電系統進行了改進，其改裝的太陽能供電自動充電系統電路圖和LM317T標準電路圖如圖1、圖2所示。LM317T是由美國在2001年生產的一種三端口穩壓器件,他的輸出電壓可以通過調整電阻進行一定幅度的調整。輸出的電壓幅度在1.2～37V之間,可以滿足電瓶所需要的電壓幅度。LM317T作為輸出電壓可變的集成三端穩壓塊，是一種使用方便、應用廣泛的集成穩壓塊。

穩壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設定。然而作為穩壓電源的輸出電壓計算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設定的。1、2腳之間為1.25V電壓基準。為保證穩壓器的輸出性能，R1應小于240歐姆。改變R2阻值即可調整穩壓電壓值。D1、D2用于保護LM317T。

首先LM317T穩壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V～37V（高輸出電壓的LM317T穩壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V～45V），所以R2/R1的比值范圍只能是0～28.6。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩壓器好。LM117/LM317T 內置有過載保護、安全區保護等多種保護電路。

其次是LM317T穩壓塊都有一個最小穩定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩定工作電流的值一般為1.5mA。由于LM317T穩壓塊的生產廠家不同、型號不同，其最小穩定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當LM317T穩壓塊的輸出電流小于其最小穩定工作電流時，LM317T穩壓塊就不能正常工作。當LM317T穩壓塊的輸出電流大于其最小穩定工作電流時，LM317T穩壓塊就可以輸出穩定的直流電壓。如果用LM317T穩壓塊制作穩壓電源時（如圖3所示），沒有注意LM317T穩壓塊的最小穩定工作電流，那么你制作的穩壓電源可能會出現下述不正常現象：穩壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。

通常LM117/LM317T不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317T輸入端的連線超過6英寸（15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓器高的多的紋波抑制比。

輸入要比輸出至少高2V，否則不能調壓。輸入電最高不能超過40V。輸出電流不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。而我局所采用的電瓶實測電壓不低于12.4V，故我們在強光直射的時候調至14.4V。基于經濟方面的考慮,我局設計了一種內置式的電源供電電路,制板后經過幾個月對所安裝儀器的調試，能夠達到預期的效果,證明此電源供電是可行且可靠的。該系統保證了太陽光較強時，電瓶達到設定值后，電路會自動斷開，對電瓶起到保護作用。在連續的陰雨天氣不會自動放電，保證了電瓶電量不足的原因，使固態存儲雨量器更好的服務于人民的生活生產。

圖1 太陽能供電自動充電系統

圖2 LM317T標準供電線路

圖3 LM317T接線圖

3 安裝維護

安裝和維護該雨量器過程比較簡單，要嚴格按照下列規定，才能是該雨量器發揮最大的優勢。其安裝過程為：

（1）存儲雨量器安裝高度為0.7m（從承雨口平面至觀測場地面距離），北方地區也可沿用1.2m高度。

（2）存儲雨量器安裝時，用水平尺將承雨口校平。

（3）存儲雨量器底座上三個地腳的安裝孔借3個M8地腳螺栓、螺母（或膨脹螺釘）將其固定在混凝土基座上。基座埋入途中深度應能保證儀器安裝牢固，在暴風雨中不發生抖動或傾斜。

（4）調整調平螺帽，使圓水泡居中，儀器調平后，用M4*6圓柱頭螺釘將調平裝置鎖緊。

（5）基座應有排水管道出口和電纜的通道。如需要收集排水量以檢測系統的測量精度，應建造一個安放積水容器的小室（坑）。

（6）信號輸出電纜為兩心屏蔽線（A43VVT2*16/0.15話筒線）。電纜從儀器底座的橡膠電纜護套穿進，用螺帽緊固，以增加抗拉強度，避免接線拉脫。電纜兩芯電線分別剝長20mm，折半、絞成股，塞進接線座中常用發信部件的兩接線孔，用螺釘緊固。

（7）用手輕輕撥轉翻斗部件，檢查接收部分的信號是否正常。

（8）安裝完畢后，進行三次人工滴水試驗，（每次滴水十毫米，三到五分鐘內滴完水量，應控制滴水盡可能均勻），三次試驗符合誤差要求，即在±4%之內。

（9）將承雨器部件筒套在儀器基座上，用內六角扳手將三個M6滾花圓柱頭內六角螺釘鎖緊。至此，儀器安裝完畢。

4 數據分析

固態存儲雨量器與虹吸自記雨量計對比觀測資料的分析方法是：由長時段到短時段，逐步排除影響虹吸自記雨量計的觀測時間(超前或滯后等)和一些人為換紙等因素。盡可能地避開受到外界干擾影響的不同條件因素，使兩者具有充分的可比性，這樣才能真正掌握固態存儲雨量器的特點及差異性。表1、表2是對碧口水文站和成縣水文站2012年降水數據的對比分析。

表1 碧口水文站2012年降水數據

表2 成縣水文站2012年降水數據

從表1可以看出，碧口水文站2012年的降水，虹吸式自記雨量計與存儲雨量器的對比；總量上相差1.1mm，相對誤差是0.1%。

從表2可以看出，成縣水文站2012年的降水，虹吸式自記雨量計與存儲雨量器的對比；總量上相差1.3mm，相對誤差是0.2%。

由上述數據分析得出:在間歇性降水和雨量較小時，存儲雨量器由于儀器測量精度的限制（儀器分辨力為0.2mm）以及蒸發損失，會出現一定的誤差。但是這種誤差是在降水數據資料的基本誤差范圍以內，基本上是忽略不計的。從觀測中可以發現，虹吸式自記雨量計的自記鐘存在時間上的誤差，有時會將當日的降水移至上一日或者下一日。從這些資料中我們可以總結出固態存儲雨量器的以下特點：

（1）時間準確。虹吸自記雨量計人工對時有很大的任意性,而存儲雨量器從根本上消除了這些因素的影響。經抽查分析,存儲雨量器在3個月時間左右,其時間誤差不到±1min,比虹吸自記雨量計記錄時間準確得多。

（2）記錄數據質量高。在降水量觀測和數據存儲中，該儀器可節省人力、物力資源，特別是能夠準確記錄降水隨時間的變化過程，減少了人為觀測和蒸發等因素帶來的影響,數據質量高。

（3）便于計算機數據采集和整編處理及進入數據庫,減少了大量的人工摘錄加工等項勞動，大大提高了整編和入庫速度，為實現自動觀測、采集和傳輸以及整編入庫奠定了基礎。

（4）有利于水情信息傳輸自動化，同時具有信息傳輸迅速、快捷,便于自動報汛等特點，可為防汛抗旱及水文預報提供便捷的水情信息。

5 結語

JDZ-1型固態存儲雨量器的優點是安裝方便、操作簡單、易于管理和維護，提高了工作效率，降低了勞動強度。通過整編軟件，可直接將數據導入計算機（導入數據與觀測值對比未出現偏差，無數據“丟失”現象），提高了測驗整編精度。從目前試用的情況來看，固態存儲雨量器運行較好，數據穩定，故障率低，安全性好。使用過程中我們感到，固態存儲雨量器具有很高的集成精密度，該設備應用的好壞，關鍵在于平時對它的檢查與維護。

1. 王水平.開關穩壓電源原理及設計 2007.7

2. 《水文資料整編規范》 SL247-2012. 中國水利水電出版社

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.020

TN98

B

1672-2469（2014）05-0063-04

20作者簡介：董宏偉 （1980年—），男，工程師。