自動(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)中心，四川 成都 610072）

自動(dòng)站雨量數(shù)據(jù)在氣象預(yù)報(bào)相關(guān)工作中得到了大范圍使用，但是其中存在的問(wèn)題也愈發(fā)凸顯，因此需要通過(guò)加強(qiáng)雨量傳感器日常維護(hù)提升氣象觀測(cè)精確度和準(zhǔn)確度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，為部門(mén)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(cè)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(huì)因諸多問(wèn)題出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，影響最終準(zhǔn)確度。因問(wèn)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(guò)有效方法處理問(wèn)題。

1 翻斗式雨量傳感器的工作原理

自動(dòng)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(jì)量翻斗、計(jì)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(shí)會(huì)通過(guò)重力轉(zhuǎn)動(dòng)上翻斗使雨水匯入至匯集翻斗。降雨量的不同強(qiáng)度將會(huì)在雨水進(jìn)入計(jì)數(shù)翻斗時(shí)被調(diào)節(jié)，若劑量翻斗計(jì)算出雨量為0.1mm 則會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一次，干簧管也會(huì)對(duì)其進(jìn)行一次掃描，而干簧管接點(diǎn)會(huì)在磁化作用下關(guān)閉一次。通過(guò)這一方法傳輸信號(hào)，傳感器對(duì)這一降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。

2 自動(dòng)站雨量傳感器的維護(hù)

2.1 對(duì)比設(shè)備精度

相關(guān)工作人員在使用新儀器前或者是過(guò)冬后第一次使用時(shí)需要首先對(duì)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(duì)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(diǎn)是否準(zhǔn)確、干簧管是否正常運(yùn)作、計(jì)數(shù)及記錄數(shù)值是否統(tǒng)一等。對(duì)比儀器精度是減少測(cè)量誤差、提升儀器測(cè)量精度的最主要方法之一。

2.2 定期檢查雨量傳感器

定時(shí)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(shí)要仔細(xì)、耐心、全面，相關(guān)管理部門(mén)也要對(duì)傳感器的注意事項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)注，要求相關(guān)檢查人員逐一落實(shí)檢查事項(xiàng)，保證傳感器性能良好、元件完善。

另外還要注重對(duì)于傳感器周?chē)h(huán)境的確定，保證環(huán)境的優(yōu)良，減少蚊蟲(chóng)、樹(shù)葉等外在因素影響傳感器計(jì)量精度，消除誤差，為傳感器正常運(yùn)作營(yíng)造出可靠環(huán)境。

2.3 加強(qiáng)傳感器清洗工作

傳感器會(huì)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(huì)損害傳感器設(shè)備，且傳感器內(nèi)的油污也會(huì)造成計(jì)量誤差，因此相關(guān)工作者也要重視對(duì)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(shí)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(guò)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(dòng)，影響數(shù)據(jù)計(jì)量。

2.4 做好測(cè)前準(zhǔn)備工作

工作人員要對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)察傳感器情況，做好測(cè)前準(zhǔn)備，防止翻斗中出現(xiàn)昆蟲(chóng)、樹(shù)葉等影響設(shè)備精準(zhǔn)度的雜物，保證各個(gè)元件處于正常狀態(tài)，保證翻斗可以正常運(yùn)作。若在檢查過(guò)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(wèn)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(jiān)決避免對(duì)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(cè)人員觀測(cè)到未來(lái)沒(méi)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(jì)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(duì)漏斗、翻斗等進(jìn)行清潔。需要注意的是，在清潔過(guò)程中堅(jiān)決避免手指接觸，需要使用軟毛刷對(duì)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(jì)量偏差。

3 自動(dòng)站雨量傳感器常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 無(wú)降水卻存在降水記錄

有些時(shí)候雨量傳感器會(huì)出現(xiàn)沒(méi)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(shí)未予以充分干燥造成的。清潔后存留的積水將會(huì)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(jì)數(shù)翻斗晃動(dòng)、致使傳感器出現(xiàn)偏差問(wèn)題的主要原因。此外，線路接觸短路也會(huì)造成計(jì)數(shù)翻斗在無(wú)降雨的情況下翻轉(zhuǎn)。因此，相關(guān)工作者在對(duì)傳感器予以日常維護(hù)時(shí)必須及時(shí)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(guò)程中也要注意保持設(shè)備水平并予以加固，避免因晃動(dòng)造成的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。同時(shí)要詳細(xì)檢查傳感器線路，避免因設(shè)備短路造成偏差。對(duì)于相關(guān)元件也要及時(shí)維護(hù)和更換，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。此外還要減少環(huán)境中干擾因素對(duì)自動(dòng)站造成的影響，保證最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

3.2 無(wú)雨量顯示/雨量時(shí)有時(shí)無(wú)

3.2.1 無(wú)雨量顯示

若無(wú)雨量顯示則需要在斷電狀態(tài)下選擇萬(wàn)用表對(duì)傳感器予以測(cè)量，使用量杯于承水口灌注定量的水，同時(shí)檢查計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)和萬(wàn)用表相關(guān)顯示信號(hào)是否統(tǒng)一。若數(shù)據(jù)一致則說(shuō)明并非傳感器自身問(wèn)題，工作人員此時(shí)需要檢查傳感器與轉(zhuǎn)接盒間的線路是否正常。信號(hào)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(hào)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(shí)予以排查和修理。

若萬(wàn)用表無(wú)信號(hào)顯示則可推測(cè)是雨量傳感器自身問(wèn)題。若雨量較小且傳感器無(wú)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(shí)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(wú)記錄則原因可能是傳感器內(nèi)部堵塞，此時(shí)需要人員對(duì)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(huì)導(dǎo)致漏斗內(nèi)的降水不能夠順利進(jìn)入翻轉(zhuǎn)翻斗，計(jì)量漏斗自然也無(wú)法正常運(yùn)用。不僅如此，人員還要測(cè)試翻斗性能，觀察漏斗是否變形，漏斗變形也會(huì)造成翻轉(zhuǎn)漏斗不能正常運(yùn)行，翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)也會(huì)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(shí)予以更換。

3.2.2 雨量時(shí)有時(shí)無(wú)

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

3.3 實(shí)際降水量與記錄數(shù)據(jù)不符

實(shí)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(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，甚至部分時(shí)候差距巨大。這一問(wèn)題的出現(xiàn)最主要是集水器口不平之類的設(shè)備自身問(wèn)題，降水中含有大量雜質(zhì)造成傳感器堵塞也會(huì)造成計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。針對(duì)這一問(wèn)題，相關(guān)工作人員要全面系統(tǒng)檢查設(shè)備，測(cè)試設(shè)備各項(xiàng)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(yùn)行。此外還要排除外部環(huán)境造成的數(shù)據(jù)偏差，及時(shí)清除降水、樹(shù)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(guò)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(huì)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(shí)需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，若邊降邊化則對(duì)雨量傳感器影響不大，可正常運(yùn)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(duì)雨量傳感器進(jìn)行加蓋，加蓋期間的降雨量需要按缺測(cè)記錄處理，并予以詳細(xì)說(shuō)明。固態(tài)降水邊降邊化以及漏斗堵塞問(wèn)題發(fā)生時(shí)若自動(dòng)站人工雨量筒與過(guò)程總量差值百分比與常規(guī)狀態(tài)下比值無(wú)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(duì)這一時(shí)段內(nèi)的分鐘降雨量、小時(shí)降雨量、日總量等按照缺測(cè)處理，同時(shí)在記錄中予以說(shuō)明。

4 干簧管更換步驟

雨量傳感器故障出現(xiàn)的最常見(jiàn)原因有承水器過(guò)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(wèn)題的最主要措施。更換干簧管時(shí)人員最好將傳感部分拆卸帶回室內(nèi)操作，更換時(shí)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(dòng)扳手、鑷子以及平口起等；（2）使用活動(dòng)扳手?jǐn)Q下計(jì)數(shù)翻斗、計(jì)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?jì)量翻斗、后計(jì)數(shù)翻斗的順序進(jìn)行。平穩(wěn)卸下翻斗，過(guò)程中必須注意控制力道，避免用力過(guò)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(diǎn)，在焊接點(diǎn)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(wàn)用表對(duì)干簧管予以測(cè)試，保證干簧管可正常使用。萬(wàn)用表表筆與干簧管兩端相接，將計(jì)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(shí)萬(wàn)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(wú)問(wèn)題可正常使用，若萬(wàn)用表數(shù)字無(wú)變動(dòng)或者蜂鳴器未發(fā)出聲音則表示干簧管發(fā)生問(wèn)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(guò)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(jì)數(shù)翻斗，將固定螺釘旋緊后使用萬(wàn)用表對(duì)更換后的干簧管予以測(cè)試，保證正常使用，后安裝計(jì)量翻斗并將固定螺釘旋緊。需要注意的是，兩個(gè)固定螺釘需要留有一定縫隙，翻斗可前后輕微移動(dòng)；（7）最后將傳感部分安裝回整體，后使用校準(zhǔn)儀對(duì)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(yǔ)

氣象觀測(cè)中雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)是一個(gè)重要的氣象要素，傳感器使用情況將對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響。因此工作人員需要重視對(duì)于自動(dòng)站雨量傳感器的維護(hù)維修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，為預(yù)報(bào)工作的順利進(jìn)行提供數(shù)據(jù)支撐。