翻斗式雨量筒的檢測方法

2024年2月18日發(作者：預算外資金)

關于翻斗式雨量傳感器誤差檢定的思考

稿件來源：長江水文網 發布時間：2004-12-9 15:39:54 作者： 中游局陸水水文水資源勘測隊 吳文德

關于翻斗式雨量傳感器誤差檢定的思考

南京水利水文自動化研究所防汛設備廠生產的JDZ05-1翻斗式雨量傳感器，是一種在水文氣象部門使用較廣泛的新儀器，該設備在出廠前其感知誤差（E）一般都會調試到規定范圍內，當雨強為2.3mm/min時，E≈0。但在設備的運輸過程中或長期使用后難保其誤差不會發生變化，因此在使用過程中有必要定期對傳感器進行檢定。

一、翻斗式雨量傳感器誤差的來源

造成雨量傳感器誤差的原因有多方面，包括1、承雨口內徑的誤差；2、翻斗工作平臺不水平而造成的誤差；3、翻斗軸翻轉靈敏性而造成的誤差；4、翻斗部件掠過干簧管時因磁阻尼而造成的誤差；5、翻斗斗室容積的誤差；6、因降雨強度不同而造成的誤差等等。其中1~5項是靜態因素引起的誤差，通過提高承雨口加工精度和設備安裝時按規定操作，一般都會使誤差降到最低程度。但自然界降雨強度的不確定性而造成的誤差是動態過程引起的，是我們需要進行誤差檢定的主要內容。

二、翻斗工作的性能

翻斗式雨量傳感器的計量部件主要是左右對稱的翻斗，自然界降水強度是變化的，因此，翻斗計量工作是動態過程。當雨強很大時，進入翻斗的水流如注，連綿不斷，當達到設計規定的重量（容積）時，翻斗開始翻轉（t1），但這時雨水仍不停地注入翻斗，直至雨水流入另一翻斗（t2），在t1~t2這一時段△t內翻斗多計量的水量△W即為翻斗計量動態誤差△E1，它與翻斗的安裝傾角φ 、雨強?等因素有關。由南京水利水文自動化研究所防汛設備廠提供的資料顯示，在雨強為4mm/min時，當φ=12°，實測△t=0.15秒，△W=0.32克，動態計量誤差△E1達－5%。在設備出廠時會調整翻斗傾角，分配誤差，使小、大雨強兩端誤差分布對稱，即△E1=±2.0%，這是器

差。再加上其他因素引起的計量誤差，總的計量誤差達到±3.0%以上。在翻斗式雨量傳感器誤差檢定時只能在一定的降雨強度（0.01~4.0mm/min）范圍內控制其誤差≤±4%。

三、翻斗式雨量傳感器檢定

南京水利水文自動化研究所防汛設備廠生產的翻斗式雨量傳感器在使用說明書中為我們提供了三種檢定方法：

其一是適用實驗室或室內的人工注水儀器排水計量法，這種方法是以人工注水，測量翻斗實際排水量作為計量基礎。目前長江委水文局使用的“模擬強度率定記載表”量測的有關內容就由此排水計量法產生，對于已經安裝在野外使用的雨量傳感器來說，要在僅20mm高的空間內完全收集排水量是非常困難的。

第二種方法是人工給水檢定法，這種方法是先測量注水量，模擬一定的雨強緩慢、均勻地從漏斗注入翻斗，計量翻轉次數。這種方法是無須計量排水量，但關鍵問題是倒水速度須嚴格控制定量、均速。尤應注意的是要控制雨強切勿過大，更不得突然猛倒！因計量誤差隨雨強的增大而迅速增加。因此這種方法要模擬小、中、大三種雨強比較困難。

第三種方法是天然降雨儀器自身排水計量法，即儀器在野外使用過程中用降雨時儀器自身排水量檢查儀器的量測精度。

四、翻斗式雨量傳感器檢定方法的思考

為了能在野外雨量站模擬大、中、小各種雨強對翻斗式雨量傳感器進行檢定，可用類似醫院為病人輸液（打吊針）的方式對雨強進行控制。具體操作過程如下：

在對翻斗式雨量傳感器檢定過程中主要是對動態測量精度的檢定，對于因小于翻斗分辯率而剩余在翻斗內的雨量不應計入誤差，因此，在對雨量傳感器進行注水檢定時，最后應使斗室內的剩余雨量為零或量取斗室內的剩余雨量并入記錄雨量參加誤差計算。檢定中只須測量從漏斗中注入的實際雨量值（P）和翻斗翻轉后所記錄的雨量值（V）即可計算相應雨強的誤差，因為如忽略注水過程中水量蒸發的影響，根

據質量守恒定理實際注水量等于翻斗排水量。

1、工具準備：容積為500ml的醫用玻璃瓶1~2個，帶調節閥的醫用輸液器（應將鐘頭和鐘頭前管經較細部分的尼龍管去掉）一副，分度值為1ml的30ml醫用玻璃注射器一只，精確到秒的計時器一只，10mm雨量量筒（JJG524—88）一只，三腳架一副，現場記載表一份。

2、翻斗檢定前檢查：漏斗、翻斗是否清洗，儀器工作平臺是否調平，翻斗、發信部件是否正常。

3、為不使檢定器件的過水部位因吸附水分而影響檢定精度，先將玻璃瓶、過水的輸液管、漏斗、翻斗等充分濕潤。

4、靜態翻斗容量檢定：揭開雨量傳感器的外桶，在無風動的條件下，用30ml注射器吸取定量的清水分別對翻斗的兩個斗室進行容量檢定，使兩斗室的排水量基本相等，對于分辯率為0.5mm的翻斗，兩斗室的容量之和要在30.2~31.0ml范圍內，應略小于1.0mm的理論容量31.4ml。

5、動態注水檢定：先罩上雨量傳感器外桶，用10mm雨量量筒量取一定雨量（P）的清水作為注水量倒入容量為500ml的醫用玻璃瓶中（如P＞15mm，相當471ml，可將水量分裝入兩個醫用玻璃瓶中），將玻璃瓶橡皮塞塞好倒掛到三腳架上，再將帶調節閥的輸液器一端穿過玻璃瓶的橡皮塞，另一端通過防蟲網導入漏嘴內，通過調整輸液器上的調節閥控制玻璃瓶中的清水進入翻斗斗室的流量。

對于分辯率為0.5mm的翻斗式雨量傳感器，雨強為0.5mm/min、2.0 mm/min、4.0 mm/min翻斗每斗翻轉的歷時分別為60s、15 s、7.5 s。

將每次檢定的開始時間、結束時間、注入雨量（P）、翻斗翻轉次數及其折合雨量（V1）、斗室內的剩余雨量（V2）記錄在現場檢定記載表中。

注意每一次注水檢定過程結束后應檢查斗室內是否有剩余雨量，如有剩余雨量（V2）應并入折合雨量（V1）作為實際記錄雨量（V）（V= V1＋V2）參加誤差

計算。

翻斗計量誤差（E）為：

E=（V／P－1）×100%

檢定2.0 mm/min雨強降雨量，E≤±1.5%

檢定4.0 mm/min雨強降雨量，E≤－4%

檢定0.5 mm/min雨強降雨量，E≤＋4%

如果超過誤差范圍應對翻斗傳感器進行調校，每次調校后均應注意把微調螺釘固緊。

下表是用該方法對長江委所屬崇陽（二）站的翻斗式雨量傳感器大、中、小三種雨強的檢定結果。

崇陽（二）站雨量翻斗注水檢定記載表

檢查 日期 儀器 型號 靜態翻斗檢定 動態注水檢定

1# 2# 誤差(%) 開始 時間 結束 時間 歷時(min) 注水量P(mm) 翻轉 次數 折合 雨量V1(mm) 剩余 雨量V2(mm) 模擬 雨強(mm/min) 誤差E(%)

理論容量(ml) 實際容量(ml) 理論容量(ml) 實際容量(ml)

9.28 JDZ05-1 15.7 15.3 15.7 15.4 -2.2 9:53 10:26 33 16.1 33 16.5 0 0.5 2.5

10:34 10:58 24 45.1 90 45.0 0 1.9 0.2

11:04 11:28 24 90.7 176 88 0 3.8 -3.0

從檢定結果中可以看出，當模擬雨強為0.5mm/min時誤差為2.5%，呈正誤差；當模擬雨強為1.9mm/min時誤差為0.2%，誤差接近零；當模擬雨強為3.8mm/min時誤差為－3.0%，呈負誤差。檢定的結果與在實驗室或室內的人工注水儀器排水計量法檢校的結果比較吻合，滿足誤差E≤±4%的要求。

這種檢定方法因檢定用具各地都比較容易獲得，因此比較適應測站在野外雨量站模擬大、中、小各種雨強對翻斗式雨量傳感器進行檢定。