新型自動氣象站雨量傳感器多發(fā)故障及維修維護

次仁卓瑪

關(guān)鍵詞自動氣象站;雨量傳感器;故障表現(xiàn);維修維護

降水的時空規(guī)律深刻影響著人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活，實時監(jiān)測降水信息，及時發(fā)布暴雨和山洪預(yù)警預(yù)報信息，可以為人們應(yīng)對自然災(zāi)害提供支持，保護公民生命財產(chǎn)安全，提高本地氣象服務(wù)水平和防災(zāi)減災(zāi)能力。當(dāng)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(shù)據(jù)分析和儀器維護。目前，阿里地區(qū)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(jīng)驗。

1新型自動站雨量傳感器結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表示的數(shù)字信息量輸出，滿足氣象數(shù)據(jù)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(wěn)態(tài)秤重機構(gòu)，是將以毫米計的降雨深度轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號輸出。當(dāng)自然降水匯集在截面為200cm2的集水器中，再經(jīng)過配有小型圓濾網(wǎng)的漏斗和下部引流管進入翻斗，翻斗內(nèi)積蓄的水量達(dá)到預(yù)定值后便會翻倒，此時另一半翻斗便會啟動承雨操作。計數(shù)翻斗配有一塊小磁鋼，干簧管位于磁鋼上部，計數(shù)翻斗傾翻時，磁鋼會對干簧管產(chǎn)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(dǎo)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(xiàn)相應(yīng)降水?dāng)?shù)據(jù)的顯示。

2雨量傳感器主要元器件損毀

雨量傳感器觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)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(guān)鍵性元器件發(fā)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(shù)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(guān)信號每發(fā)送一次，雨量計數(shù)器就會獲取到0.1mm的降水?dāng)?shù)據(jù)。由此可見，干簧管是雨量傳感器關(guān)鍵性工作元器件，干簧管的好壞直接影響著降雨量觀測數(shù)據(jù)的正常與否，因此可依靠對干簧管開關(guān)信號狀態(tài)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(yīng)的開關(guān)信號就會失常，表現(xiàn)為開關(guān)信號連擊或者是漏擊，進而頻繁地發(fā)送出開關(guān)信號來，使得自動站雨量傳感器掃描次數(shù)發(fā)生紊亂，致使降水量觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏大的誤差現(xiàn)象。反之，當(dāng)損壞的干簧管出現(xiàn)漏擊時，翻斗就會出現(xiàn)少發(fā)送開關(guān)信號，甚至不發(fā)送開關(guān)信號的現(xiàn)象，致使自動站降雨量觀測數(shù)據(jù)較實際降水量值偏小。

遇到這種異常情況，工作人員應(yīng)通過查看站內(nèi)自動監(jiān)控軟件的運行狀態(tài)和系統(tǒng)指示燈顯示的狀態(tài)進行判斷，根據(jù)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(cè)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(dāng)翻斗處于水平狀態(tài)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(jiān)控軟件截面，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)機械故障也會導(dǎo)致降水量觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏大誤差。雨量傳感器是根據(jù)翻斗開關(guān)信號來判斷雨量多少的，一旦翻斗發(fā)生機械性故障，就會出現(xiàn)錯誤的信號，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)與實況存在誤差。例如，翻斗內(nèi)的雜物或灰塵會使翻斗翻轉(zhuǎn)不順暢，發(fā)生阻滯，導(dǎo)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(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)異常首先要明確故障表現(xiàn)，檢查雨量傳感器各通道有無堵塞，翻斗可否翻動，容量調(diào)節(jié)螺絲的狀態(tài)是否正常。先將護網(wǎng)卸除進行清理，觀察盛水器，以細(xì)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(shù)據(jù)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(shù)翻斗的內(nèi)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(wǎng)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(yán)重甚至有些微碎裂，應(yīng)以細(xì)針沿內(nèi)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(shù)翻斗，翻斗無法順利翻轉(zhuǎn)。觀察計數(shù)翻斗下的兩個支撐點發(fā)現(xiàn)其不在同一高度?？蓪⒅吸c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(zhì)，使其和另一支點處于同一高度即可。在調(diào)整支撐點高度時，確保最低高度能使計數(shù)翻斗完全降下且排空內(nèi)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(cè)對準(zhǔn)電路板，以避免翻斗失去作用。

3.2雨量傳感器計數(shù)不準(zhǔn)

計數(shù)不準(zhǔn)一般是容量調(diào)螺絲未設(shè)置好，導(dǎo)致測量誤差偏離標(biāo)準(zhǔn)范圍。無異常時，計數(shù)翻斗內(nèi)存有0.1mm的水量，則翻斗翻轉(zhuǎn)開始計數(shù)：存在異常時，則進入計數(shù)翻斗的積雨量不足0.1mm，翻斗便開始翻轉(zhuǎn)計數(shù)，導(dǎo)致計數(shù)多次雨量值顯示大。此時，可將計數(shù)翻斗的容量調(diào)整螺絲逆時針擰，增加計數(shù)翻斗的承積容量。若傳感器雨量值顯示偏小，則將容量調(diào)整螺絲順時針擰，以降低計量翻斗的承積量。容量調(diào)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(diào)整時要按照雨量顯示偏離值確定圈數(shù)。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(fā)現(xiàn)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(nèi)部的精微電子元件不多，理論上而言應(yīng)該是故障率最低的傳感器，但在實際中卻是最常出現(xiàn)問題的傳感器，需要精心維護保養(yǎng)。新安裝的儀器或者季節(jié)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(guī)模降雨時做好精準(zhǔn)度對比工作，將自身排水量和計數(shù)與記錄值相比較，當(dāng)出現(xiàn)誤差超過4%的情況，就需做深度檢查。就計數(shù)和顯示值的匹配度、干簧管有無漏發(fā)或多發(fā)信號的情況，每次降水測量時要將計數(shù)值和自身排水做比較，若頻繁出現(xiàn)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(jīng)常將筒身卸除檢查，檢查中需輕拿輕放，不要誤擊翻斗導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)。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(qū)結(jié)冰期長，初次結(jié)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(jié)則要在雨量簡上加蓋，并在下次出現(xiàn)降水天氣時及時取下蓋子。

5小結(jié)

雨量傳感器出現(xiàn)故障多是由于工作人員的日常儀器維護措施有缺失，導(dǎo)致數(shù)據(jù)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(fù)數(shù)據(jù)線的連接;（2）雨量傳感器集水器內(nèi)有灰塵、小蟲、樹葉等物堵塞漏斗護網(wǎng)的入水口和漏水口：（3）翻斗的放置位置不符合標(biāo)準(zhǔn)，沒有放于支撐點上或翻斗有磁性的一端未對準(zhǔn)電路板。各類氣象預(yù)報產(chǎn)品往往存在較大差異，因此在總結(jié)常見故障原因的基礎(chǔ)上，氣象工作者在實際應(yīng)用時仍需緊密結(jié)合本地實際和當(dāng)時天氣狀況，做好維修維護工作。