新型自動氣象站雨量傳感器多發故障及維修維護

次仁卓瑪

關鍵詞自動氣象站;雨量傳感器;故障表現;維修維護

降水的時空規律深刻影響著人們日常的生產生活，實時監測降水信息，及時發布暴雨和山洪預警預報信息，可以為人們應對自然災害提供支持，保護公民生命財產安全，提高本地氣象服務水平和防災減災能力。當前，各地氣象部門已建成新型自動氣象站并投入運行多年，提高了數據分析和儀器維護。目前，阿里地區氣象臺站采用翻斗式雨量傳感器，筆者主要分享多年臺站儀器維修保障經驗。

1新型自動站雨量傳感器結構和原理

翻斗式雨量傳感器是一種氣象觀測儀器，用于測量自然界降雨量，同時將降雨量轉換為以開關量形式表示的數字信息量輸出，滿足氣象數據信息傳輸、處理、記錄和顯示等需求。傳感器由承雨器部件和計量部件等組成，承雨口采用口徑200mm，計量組件是一個翻斗式機械雙穩態秤重機構，是將以毫米計的降雨深度轉換為開關信號輸出。當自然降水匯集在截面為200cm2的集水器中，再經過配有小型圓濾網的漏斗和下部引流管進入翻斗，翻斗內積蓄的水量達到預定值后便會翻倒，此時另一半翻斗便會啟動承雨操作。計數翻斗配有一塊小磁鋼，干簧管位于磁鋼上部，計數翻斗傾翻時，磁鋼會對干簧管產生掃描影響，這時干簧管接點會磁化而閉合一次，每閉合一次傳輸出一個電路導通脈）中，等于0.1mm降水量，電纜會接收到脈）中傳輸至采集器，采集器處理接收到的信號便可實現相應降水數據的顯示。

2雨量傳感器主要元器件損毀

雨量傳感器觀測數據出現偏大誤差，可以從整體上把握故障排除步驟和觀察要點，首先考慮的是雨量傳感器關鍵性元器件發生損毀所致。由上述雨量傳感器工作原理分析可知，該傳感器主要是利用計數翻斗中磁鋼掃描器對干簧管定期進行掃描，以完成對雨量的觀測。期間干簧管開關信號每發送一次，雨量計數器就會獲取到0.1mm的降水數據。由此可見，干簧管是雨量傳感器關鍵性工作元器件，干簧管的好壞直接影響著降雨量觀測數據的正常與否，因此可依靠對干簧管開關信號狀態的判斷來確定雨量傳感器翻斗是否正常工作。如果干簧管被損毀，對應的開關信號就會失常，表現為開關信號連擊或者是漏擊，進而頻繁地發送出開關信號來，使得自動站雨量傳感器掃描次數發生紊亂，致使降水量觀測數據出現偏大的誤差現象。反之，當損壞的干簧管出現漏擊時，翻斗就會出現少發送開關信號，甚至不發送開關信號的現象，致使自動站降雨量觀測數據較實際降水量值偏小。

遇到這種異常情況，工作人員應通過查看站內自動監控軟件的運行狀態和系統指示燈顯示的狀態進行判斷，根據實際情況排除故障等，檢查干簧管，以工具撥動翻斗聽到清晰聲響則說明翻斗無問題。卸除雨量傳感器外罩，以萬用表二極管檔測量干簧管兩側的接觸點，輕翻翻斗有接通的提示音，則干簧管無異常。以萬用表置于200電阻測試檔，以兩支筆分別觸及傳感器兩個接線端，輕翻翻斗，當翻斗處于水平狀態時，電阻值在106上下，再次撥動翻斗，則電阻值接近于0，說明傳感器線路正常。

排除上述原因后，則將故障點限制在傳感器連接采集器的信號線和采集器的防雷板上。先卸除防雷板線路12和13端口的雨量線，再將雨量筒的一端盛上水，以萬用表二極管測量12和13線撥動翻斗，有接通聲響則線路正常。再檢查防雷板的插頭，將插頭插好，取約8mm水緩慢注入盛水器，查看監控軟件截面，發現顯示降水值為13.6mm，則診斷故障為插頭接觸不良所致，故要更換新的干簧管。

雨量傳感器出現機械故障也會導致降水量觀測數據出現偏大誤差。雨量傳感器是根據翻斗開關信號來判斷雨量多少的，一旦翻斗發生機械性故障，就會出現錯誤的信號，導致觀測數據與實況存在誤差。例如，翻斗內的雜物或灰塵會使翻斗翻轉不順暢，發生阻滯，導致觀測值偏小于實況。為解決這種情況，需要對雨量傳感器進行清潔維護，及時清除翻斗軸承孔內的雜草枯葉、灰塵鳥屎等，用干凈的水清洗翻斗軸頸和寶石軸承孔。

3雨量傳感器觀測數據異常的判斷處理

3.1雨量傳感器無降水記錄或降水記錄偏小

傳感器數據異常首先要明確故障表現，檢查雨量傳感器各通道有無堵塞，翻斗可否翻動，容量調節螺絲的狀態是否正常。先將護網卸除進行清理，觀察盛水器，以細鐵絲疏通出水口，確保水流順暢，沒有積水則要檢查傳感器的數據線是否因清潔儀器后未連接到位。檢查“V”型槽有無變形，變形則更換。降水記錄偏小可能是由于計數翻斗的內置軸承不靈活，致使撥動翻斗有障礙感，故要以清水）中洗翻斗軸兩端軸頸護網寶石軸承的孔，清洗后無改善則考慮是軸承使用時間過長，磨損嚴重甚至有些微碎裂，應以細針沿內孔表面刮滑，感到明顯阻礙感便是寶石磨損，更換軸承部件即可。處理軸承問題時，切忌給軸承添油，避免黏附塵土。降水記錄偏小時，撥動計數翻斗，翻斗無法順利翻轉。觀察計數翻斗下的兩個支撐點發現其不在同一高度。可將支撐點上端的保護套卸除，再將支點固定在同一高度并使之保持在同一平面上，再安裝好保護套，或在高度較低的支撐點下面墊橡膠圈等物質，使其和另一支點處于同一高度即可。在調整支撐點高度時，確保最低高度能使計數翻斗完全降下且排空內部積水，然后將翻斗置于支點上，撥動動作要輕，將帶磁性一側對準電路板，以避免翻斗失去作用。

3.2雨量傳感器計數不準

計數不準一般是容量調螺絲未設置好，導致測量誤差偏離標準范圍。無異常時，計數翻斗內存有0.1mm的水量，則翻斗翻轉開始計數：存在異常時，則進入計數翻斗的積雨量不足0.1mm，翻斗便開始翻轉計數，導致計數多次雨量值顯示大。此時，可將計數翻斗的容量調整螺絲逆時針擰，增加計數翻斗的承積容量。若傳感器雨量值顯示偏小，則將容量調整螺絲順時針擰，以降低計量翻斗的承積量。容量調整螺絲每順時針或逆時針擰足一圈，則表示測量誤差降低或減少3%左右。調整時要按照雨量顯示偏離值確定圈數。雨量傳感器的干簧管最易損壞，換上新的干簧管后必須以焊接的方式固定好，同時要保護好干簧管的電阻。傳感器的磁鋼部件容易松動，一旦發現固定不牢需要上緊。

4新型自動氣象站雨量傳感器日常維護措施

雨量傳感器的核心要件是兩個翻斗，內部的精微電子元件不多，理論上而言應該是故障率最低的傳感器，但在實際中卻是最常出現問題的傳感器，需要精心維護保養。新安裝的儀器或者季節性停用后重新啟用的傳感器需要在運行1個月后的第1次大規模降雨時做好精準度對比工作，將自身排水量和計數與記錄值相比較，當出現誤差超過4%的情況，就需做深度檢查。就計數和顯示值的匹配度、干簧管有無漏發或多發信號的情況，每次降水測量時要將計數值和自身排水做比較，若頻繁出現10mm以上降水量誤差值大于4%的情形，就需檢查基點位置是否正確。儀器檢查頻率保持在4周1次，經常將筒身卸除檢查，檢查中需輕拿輕放，不要誤擊翻斗導致翻轉。以干電池做電源的，要定期檢查電壓，確保電壓值大于10V，若小于10V則需要更換全部電池。阿里地區結冰期長，初次結冰前要把傳感器的盛水口覆上蓋子，拔掉電源然后置于室外。少雨季節則要在雨量簡上加蓋，并在下次出現降水天氣時及時取下蓋子。

5小結

雨量傳感器出現故障多是由于工作人員的日常儀器維護措施有缺失，導致數據采集異常。常見故障有以下三種：（1）清潔雨量傳感器工作完成后，沒有正確恢復數據線的連接;（2）雨量傳感器集水器內有灰塵、小蟲、樹葉等物堵塞漏斗護網的入水口和漏水口：（3）翻斗的放置位置不符合標準，沒有放于支撐點上或翻斗有磁性的一端未對準電路板。各類氣象預報產品往往存在較大差異，因此在總結常見故障原因的基礎上，氣象工作者在實際應用時仍需緊密結合本地實際和當時天氣狀況，做好維修維護工作。