大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)校驗(yàn)中出現(xiàn)的線性測(cè)量誤差及解決辦法

滕學(xué)毅

長(zhǎng)島縣氣象局 山東 長(zhǎng)島265800

引言

2018年5月25日山東省氣象局大探中心和煙臺(tái)市氣象局保障中心對(duì)長(zhǎng)島局的E-601B大型蒸發(fā)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)數(shù)值存在誤差，而且誤差值明顯超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。誤差呈現(xiàn)明顯的線性，即越低的水位，誤差越大，而且無法通過軟件進(jìn)行修復(fù)或校正，即使對(duì)儀器進(jìn)行中心校正和旋轉(zhuǎn)，也無法明顯減小誤差，建議更換新的探測(cè)儀器。但這樣既要花錢購(gòu)買，而且在新設(shè)備來之前，采集到的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)將影響數(shù)據(jù)的正確性和可用性。經(jīng)過仔細(xì)分析誤差可能出現(xiàn)的各種原因，進(jìn)行各種嘗試，最終找到原因并解決了問題。

1 大型蒸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)出現(xiàn)明顯誤差

山東省氣象局大探中心和煙臺(tái)市氣象局保障中心對(duì)長(zhǎng)島局的E-601B大型蒸發(fā)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。通過利用校準(zhǔn)器件對(duì)大型蒸發(fā)探測(cè)儀器的20、40、60、80四個(gè)水位探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)數(shù)據(jù)均出現(xiàn)誤差，誤差率分別達(dá)到3.5%，2.0%，1.5%和0.5%，前面兩個(gè)蒸發(fā)誤差率均明顯超過中國(guó)氣象局對(duì)于大型蒸發(fā)水位誤差率的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，從誤差率的變化看，呈現(xiàn)明顯的線性，即越低的水位，誤差越大。立即對(duì)儀器進(jìn)行了檢查，儀器底座是水平的，然后，對(duì)儀器進(jìn)行了中心定位和旋轉(zhuǎn)，都正常，但誤差仍然存在，而且誤差率并沒有變化。而且也無法通過軟件進(jìn)行修復(fù)或校正。檢測(cè)人員認(rèn)為是儀器本身出現(xiàn)了探測(cè)誤差，建議更換新的探測(cè)儀器。但這樣既要花錢，時(shí)間又來不及，還影響數(shù)據(jù)的正確性和可用性。

2 通過原理找原因

對(duì)于出現(xiàn)的誤差，心有不甘，畢竟大型蒸發(fā)在長(zhǎng)島使用的時(shí)間短，而且按規(guī)定進(jìn)行維護(hù)，如果開始安裝的時(shí)候儀器沒有問題，短時(shí)間內(nèi)儀器本身出現(xiàn)問題的可能性比較小。

察看儀器的原理和說明得知，大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)使用的是微波探測(cè)的原理，出現(xiàn)誤差最大的可能性是探測(cè)儀器設(shè)備本身出現(xiàn)問題，主要是儀器性能退化，產(chǎn)生了不可逆的誤差。但從原理和安裝要求來看，也有別的可能性。即其它的因素影響了探測(cè)數(shù)據(jù)，而儀器本身并沒有大的問題。

于是拆解儀器，重新進(jìn)行逐個(gè)檢查、安裝，包括測(cè)量底座水平、底座上緣水平、儀器中心定位、儀器自身水平。經(jīng)過反復(fù)安裝、檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)儀器的底座上緣有一定的粗糙度，雖然符合標(biāo)準(zhǔn)，但沒有達(dá)到最佳，放置上儀器，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)中心定位后，測(cè)試水平的水泡沒有超出中心位置的邊線，仍然有一丁點(diǎn)的平衡偏差，但量非常小(圖1和圖2)。經(jīng)過與檢測(cè)人員進(jìn)行討論，有的認(rèn)為，這種情況不影響正常使用，誤差來源于儀器本身，我個(gè)人認(rèn)為，應(yīng)該把諸事做到最好，最后再下結(jié)論。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，利用固定螺絲，強(qiáng)制把水平氣泡調(diào)整到最中間的位置。最終再進(jìn)行四個(gè)水位的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，仍然有誤差，但所有誤差都達(dá)到國(guó)家要求的標(biāo)準(zhǔn)，一次性通過。

(圖1 和圖2 ，大型蒸發(fā)底座頂端略有粗糙，水平度不是最佳，但在合理范圍內(nèi))

3 共同探討，還原誤差真實(shí)原因

問題解決后，給我們帶來了巨大的反思。

有些常見問題易被忽略，看似簡(jiǎn)單的問題沒有解決，最終會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)大的麻煩。通常情況下，微量的偏差并不影響正常探測(cè)數(shù)據(jù)的正確性，不會(huì)帶來超量的誤差，往往就會(huì)被常規(guī)性的理解所忽略，但這并不能說明所有的情況下細(xì)微的偏差都是這樣的，往往小概率的個(gè)體事件能夠影響儀器的可用性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所以，儀器在安裝時(shí)，必須要對(duì)每個(gè)組件進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，而且要多方向測(cè)量，使所有組件都達(dá)到安裝的最佳狀態(tài)。大型蒸發(fā)的底座要根據(jù)自帶的水平氣泡調(diào)整，探測(cè)儀器本身沒有自帶顯示水平的組件，其水平要單獨(dú)使用水平儀來調(diào)整(圖3和圖4)，并最終使整體水平。不能認(rèn)為儀器一定是標(biāo)準(zhǔn)和合格的，就常識(shí)性的認(rèn)為底座水平了，儀器一定會(huì)水平。找到誤差產(chǎn)生的真正原因，就順利地解決了問題，挽救了儀器、節(jié)省了時(shí)間、節(jié)約了資金，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性。

(圖3 和圖4 ，要多方向測(cè)量?jī)x器的水平，使儀器整體水平)

所有的工作都要盡量做到最好，從而減少出現(xiàn)誤差，甚至是失敗的概率。

線性誤差的出現(xiàn)，極可能是由于儀器微量的傾斜造成的儀器探測(cè)中心到探測(cè)水面的距離延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致水位越低，誤差越大的最根本原因，與儀器本身的性能無關(guān)。

雖然制作儀器本身材料質(zhì)量較好，配件也可以到達(dá)要求(底座頂端和儀器內(nèi)壁)，但每個(gè)零件的質(zhì)量偏差疊加到一起后，可能會(huì)放大零件質(zhì)量偏差，從而導(dǎo)致探測(cè)誤差率增大，超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)失真。