自動站雨量傳感器的維護(hù)及故障處理分析

夏雪，陳濤

（四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心，四川 成都 610072）

自動站雨量數(shù)據(jù)在氣象預(yù)報相關(guān)工作中得到了大范圍使用，但是其中存在的問題也愈發(fā)凸顯，因此需要通過加強(qiáng)雨量傳感器日常維護(hù)提升氣象觀測精確度和準(zhǔn)確度，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，為部門提供最科學(xué)準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)。雨量傳感器顧名思義就是用于測量降水量、觀察降水強(qiáng)度變化的設(shè)備，這一設(shè)備有較強(qiáng)的日常維護(hù)難度，會因諸多問題出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，影響最終準(zhǔn)確度。因問題多樣，因此在處理方法上也靈活多樣，相關(guān)工作人員必須提升自身專業(yè)素質(zhì)，加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)，依照相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)操作并通過有效方法處理問題。

1 翻斗式雨量傳感器的工作原理

自動站翻斗式雨量傳感器是當(dāng)前使用最為廣泛的傳感器之一，其中主要有承水器、匯集漏斗、上翻斗、計量翻斗、計數(shù)翻斗以及干簧管等諸多組成部分。承水器主要的作用是收集雨水，后將雨水經(jīng)漏斗傳輸至上翻斗，雨量到達(dá)預(yù)設(shè)值時會通過重力轉(zhuǎn)動上翻斗使雨水匯入至匯集翻斗。降雨量的不同強(qiáng)度將會在雨水進(jìn)入計數(shù)翻斗時被調(diào)節(jié)，若劑量翻斗計算出雨量為0.1mm 則會轉(zhuǎn)動一次，干簧管也會對其進(jìn)行一次掃描，而干簧管接點會在磁化作用下關(guān)閉一次。通過這一方法傳輸信號，傳感器對這一降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。

2 自動站雨量傳感器的維護(hù)

2.1 對比設(shè)備精度

相關(guān)工作人員在使用新儀器前或者是過冬后第一次使用時需要首先對儀器精度予以調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)。若儀器差值在±4%以上就需要專業(yè)人員對儀器進(jìn)行系統(tǒng)檢查，其中主要檢查記錄器是否正常、儀器基點是否準(zhǔn)確、干簧管是否正常運作、計數(shù)及記錄數(shù)值是否統(tǒng)一等。對比儀器精度是減少測量誤差、提升儀器測量精度的最主要方法之一。

2.2 定期檢查雨量傳感器

定時檢查傳感器并使之成為固定規(guī)范，要求相關(guān)工作人員按照規(guī)范定期執(zhí)行同樣是傳感器日常維護(hù)的關(guān)鍵。在進(jìn)行傳感器檢查時要仔細(xì)、耐心、全面，相關(guān)管理部門也要對傳感器的注意事項進(jìn)行標(biāo)注，要求相關(guān)檢查人員逐一落實檢查事項，保證傳感器性能良好、元件完善。

另外還要注重對于傳感器周圍環(huán)境的確定，保證環(huán)境的優(yōu)良，減少蚊蟲、樹葉等外在因素影響傳感器計量精度，消除誤差，為傳感器正常運作營造出可靠環(huán)境。

2.3 加強(qiáng)傳感器清洗工作

傳感器會因降水污染物增多發(fā)生設(shè)備故障，當(dāng)降水中含有較多雜質(zhì)會損害傳感器設(shè)備，且傳感器內(nèi)的油污也會造成計量誤差，因此相關(guān)工作者也要重視對于傳感器的定期清潔，注重傳感器內(nèi)部泥沙、翻斗內(nèi)雜質(zhì)等的清除。傳感器表面的油污、灰塵也要予以及時清理，后要將設(shè)備晾干或是用風(fēng)干加熱等途徑干燥傳感器，減少清潔中的積水給設(shè)備造成的影響，減少記錄誤差。需要注意的是，在清洗過程中要將傳感器與系統(tǒng)連接中斷，在清洗完成后要保證安裝的合理性，固定好傳感器，防止出現(xiàn)傳感器晃動，影響數(shù)據(jù)計量。

2.4 做好測前準(zhǔn)備工作

工作人員要對天氣變化情況予以密切觀察，特別是夏季降水量較多的情況下，人員要實時監(jiān)察傳感器情況，做好測前準(zhǔn)備，防止翻斗中出現(xiàn)昆蟲、樹葉等影響設(shè)備精準(zhǔn)度的雜物，保證各個元件處于正常狀態(tài)，保證翻斗可以正常運作。若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)翻斗存在翻轉(zhuǎn)不靈，則需要清洗承軸，若清洗后問題依然存在就需要將承軸進(jìn)行更換。需要注意的是，工作人員要堅決避免對軸承予以加油操作，防止軸承因油漬沾染灰塵。

2.5 其他日常維護(hù)

如果觀測人員觀測到未來沒有雨或存在大霧情況，則要于雨量筒上加蓋減少大霧造成的計數(shù)偏差。若發(fā)現(xiàn)雨量筒被污染，則要選擇中性洗滌劑對漏斗、翻斗等進(jìn)行清潔。需要注意的是，在清潔過程中堅決避免手指接觸，需要使用軟毛刷對翻斗及漏斗內(nèi)壁進(jìn)行清潔，防止因污漬給傳感器造成的計量偏差。

3 自動站雨量傳感器常見問題

3.1 無降水卻存在降水記錄

有些時候雨量傳感器會出現(xiàn)沒有降雨但是卻存在數(shù)據(jù)記錄的情況，這一情況的產(chǎn)生有可能是在相關(guān)人員清理傳感器時未予以充分干燥造成的。清潔后存留的積水將會造成傳感器記錄出現(xiàn)誤差。另外傳感器固定不牢也是造成計數(shù)翻斗晃動、致使傳感器出現(xiàn)偏差問題的主要原因。此外，線路接觸短路也會造成計數(shù)翻斗在無降雨的情況下翻轉(zhuǎn)。因此，相關(guān)工作者在對傳感器予以日常維護(hù)時必須及時清理傳感器并進(jìn)行充分干燥，干燥工作完成后再將其接入系統(tǒng)。在放置過程中也要注意保持設(shè)備水平并予以加固，避免因晃動造成的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。同時要詳細(xì)檢查傳感器線路，避免因設(shè)備短路造成偏差。對于相關(guān)元件也要及時維護(hù)和更換，保證整個系統(tǒng)能夠正常運行。此外還要減少環(huán)境中干擾因素對自動站造成的影響，保證最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

3.2 無雨量顯示/雨量時有時無

3.2.1 無雨量顯示

若無雨量顯示則需要在斷電狀態(tài)下選擇萬用表對傳感器予以測量，使用量杯于承水口灌注定量的水，同時檢查計數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)和萬用表相關(guān)顯示信號是否統(tǒng)一。若數(shù)據(jù)一致則說明并非傳感器自身問題，工作人員此時需要檢查傳感器與轉(zhuǎn)接盒間的線路是否正常。信號電纜一般置于地溝PVC 管，若事先未做好PVC 管連接工作則極易進(jìn)鼠咬斷電纜造成信號中斷。若電纜連接正常還需要檢查轉(zhuǎn)接盒內(nèi)防雷管電路是否正常，及時予以排查和修理。

若萬用表無信號顯示則可推測是雨量傳感器自身問題。若雨量較小且傳感器無記錄則原因可能是傳感器精度待校正，或者集水裝置出現(xiàn)誤差，此時需要人員提升翻斗靈活度，保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)；若雨量較大且傳感器無記錄則原因可能是傳感器內(nèi)部堵塞，此時需要人員對傳感器予以全面系統(tǒng)檢查，清理內(nèi)部堵塞部位。傳感器中較易出現(xiàn)堵塞的部位主要有小漏斗、集水器下水口等，該部位堵塞將會導(dǎo)致漏斗內(nèi)的降水不能夠順利進(jìn)入翻轉(zhuǎn)翻斗，計量漏斗自然也無法正常運用。不僅如此，人員還要測試翻斗性能，觀察漏斗是否變形，漏斗變形也會造成翻轉(zhuǎn)漏斗不能正常運行，翻轉(zhuǎn)計數(shù)也會出現(xiàn)偏差，造成雨量顯示不準(zhǔn)確，若發(fā)現(xiàn)變形需要及時予以更換。

3.2.2 雨量時有時無

這一問題出現(xiàn)的主要原因是傳感器接線柱和信號線之間的連接不暢、轉(zhuǎn)接盒內(nèi)電纜接線松動、雨量信號線中斷等，此類問題會造成降雨無記錄，相關(guān)工作人員需要注意予以排查。

3.3 實際降水量與記錄數(shù)據(jù)不符

實際降水量與傳感器記錄數(shù)據(jù)不符也是雨量傳感器使用過程中的常見問題，甚至部分時候差距巨大。這一問題的出現(xiàn)最主要是集水器口不平之類的設(shè)備自身問題，降水中含有大量雜質(zhì)造成傳感器堵塞也會造成計量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。針對這一問題，相關(guān)工作人員要全面系統(tǒng)檢查設(shè)備，測試設(shè)備各項性能，按照相應(yīng)規(guī)定嚴(yán)格調(diào)試設(shè)備，保證傳感器處于平穩(wěn)、水平狀態(tài)，內(nèi)部線路以及電容元件等工作良好，翻斗可正常運行。此外還要排除外部環(huán)境造成的數(shù)據(jù)偏差，及時清除降水、樹葉等于設(shè)備內(nèi)部積累的雜質(zhì)，使用中性洗滌器清洗內(nèi)部雜質(zhì)和泥沙沉積，必要情況下可以在集水口處增設(shè)過濾裝置，避免雜質(zhì)進(jìn)入傳感器給設(shè)備精準(zhǔn)度造成影響。

3.4 發(fā)生固態(tài)降水

固態(tài)降水也會在一定程度上影響設(shè)備顯示精準(zhǔn)度，相關(guān)氣象工作人員需要密切觀察天氣狀況，在發(fā)生雪、雹、霰等固態(tài)降水時需要加強(qiáng)監(jiān)測，若邊降邊化則對雨量傳感器影響不大，可正常運作，相關(guān)雨量數(shù)值也可正常記錄；若以固態(tài)形式下降則需要對雨量傳感器進(jìn)行加蓋，加蓋期間的降雨量需要按缺測記錄處理，并予以詳細(xì)說明。固態(tài)降水邊降邊化以及漏斗堵塞問題發(fā)生時若自動站人工雨量筒與過程總量差值百分比與常規(guī)狀態(tài)下比值無較大差異則可按正常情況處理，若比值出現(xiàn)較大差異則需要對這一時段內(nèi)的分鐘降雨量、小時降雨量、日總量等按照缺測處理，同時在記錄中予以說明。

4 干簧管更換步驟

雨量傳感器故障出現(xiàn)的最常見原因有承水器過濾網(wǎng)堵塞、翻斗不靈活、漏斗堵塞等，而最易出現(xiàn)的一種就是干簧管損壞，因此更換干簧管是解決雨量傳感器故障問題的最主要措施。更換干簧管時人員最好將傳感部分拆卸帶回室內(nèi)操作，更換時應(yīng)在平穩(wěn)桌面操作。具體步驟如下：（1）最好設(shè)備準(zhǔn)備工作，首先燒好掉老鐵，準(zhǔn)備焊錫膏、焊錫、小型活動扳手、鑷子以及平口起等；（2）使用活動扳手?jǐn)Q下計數(shù)翻斗、計量翻斗正面的固定螺絲，后使用左手拿穩(wěn)翻斗，再用右手使用平口起旋松翻斗軸承的螺釘，卸下翻斗?？梢韵扔嬃糠贰⒑笥嫈?shù)翻斗的順序進(jìn)行。平穩(wěn)卸下翻斗，過程中必須注意控制力道，避免用力過猛造成的軸承機(jī)芯變形；（3）使用鑷子經(jīng)焊接片內(nèi)側(cè)將干簧管夾住，另一只手使用烙鐵將焊接片自外至內(nèi)沿干簧管縱向燒化焊接點，在焊接點燒化之后可使用鑷子將干簧管一端抬起方便操作，后以同樣的方法將干簧管另一端燒下，完成后卸下干簧管；（4）取出準(zhǔn)備好的干簧管，選擇斷鋼鋸條輕刮干簧管兩端焊接處，使用萬用表對干簧管予以測試，保證干簧管可正常使用。萬用表表筆與干簧管兩端相接，將計數(shù)器磁鋼緩慢置于干簧管中間，重復(fù)操作3 ～5 次。若磁鋼接近時萬用表數(shù)字發(fā)生變化且蜂鳴器發(fā)出蜂鳴則表示干簧管無問題可正常使用，若萬用表數(shù)字無變動或者蜂鳴器未發(fā)出聲音則表示干簧管發(fā)生問題，需要予以更換；（5）將兩只準(zhǔn)備好的干簧管平齊放置，左手電接簧片向下捏緊干簧管中間，先使用焊錫通過烙鐵頭焊接干簧管一端，后以同樣方法焊接另一端，這一方法能夠保證干簧管平穩(wěn)焊接，后按照拆卸干簧管的方法將其回裝至傳感器；（6）安裝計數(shù)翻斗，將固定螺釘旋緊后使用萬用表對更換后的干簧管予以測試，保證正常使用，后安裝計量翻斗并將固定螺釘旋緊。需要注意的是，兩個固定螺釘需要留有一定縫隙，翻斗可前后輕微移動；（7）最后將傳感部分安裝回整體，后使用校準(zhǔn)儀對傳感器予以校準(zhǔn)，連接接線柱及采集器，安裝雨量筒。

5 結(jié)語

氣象觀測中雨量觀測數(shù)據(jù)是一個重要的氣象要素，傳感器使用情況將對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響。因此工作人員需要重視對于自動站雨量傳感器的維護(hù)維修，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，保證測量數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性，為預(yù)報工作的順利進(jìn)行提供數(shù)據(jù)支撐。