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稱重式雨量計(jì)與翻斗式雨量計(jì)同時(shí)掛接方法

2017-03-28 22:08王玉紅
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2017年3期
關(guān)鍵詞:構(gòu)造

王玉紅

摘要 介紹了稱重式雨量計(jì)和翻斗式雨量計(jì)的組成構(gòu)造及探測(cè)降水的原理,分析不同雨量傳感器產(chǎn)生誤差的原因,并闡述了不同雨量計(jì)掛接的方法,以期為降水的準(zhǔn)確觀測(cè)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 稱重式雨量計(jì);翻斗式雨量計(jì);構(gòu)造;觀測(cè)原理;掛接

中圖分類號(hào) P414.9+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 1007-5739(2017)03-0210-01

氣象臺(tái)站對(duì)降水的觀測(cè)經(jīng)歷了人工測(cè)量到虹吸式雨量傳感器測(cè)量直到現(xiàn)在使用翻斗式雨量傳感器和稱重式雨量傳感器來(lái)探測(cè)降水量,數(shù)次的儀器變革更新實(shí)現(xiàn)了降水量觀測(cè)的連續(xù)化和精準(zhǔn)度,還減輕了臺(tái)站人員的工作量。目前,各臺(tái)站普遍使用翻斗式雨量傳感器測(cè)量液態(tài)降水,用稱重式雨量傳感器來(lái)測(cè)量固態(tài)降水,翻斗式雨量計(jì)翻斗不能承接固態(tài)降水,稱重式雨量傳感器可以監(jiān)控冬季固態(tài)和固液混合性降水以及春夏強(qiáng)對(duì)流冰雹所產(chǎn)生的降水量[1-3];夏季用翻斗式雨量計(jì)來(lái)測(cè)量降水量,當(dāng)翻斗式雨量計(jì)發(fā)生桶口有異物堵塞或翻斗不靈活以及雨勢(shì)較強(qiáng)翻斗來(lái)不及翻轉(zhuǎn)等情況時(shí)易造成數(shù)據(jù)失真或缺失,而稱重式雨量計(jì)可以彌補(bǔ)這些,用翻斗式雨量計(jì)與稱重式雨量計(jì)同時(shí)掛接便可避免夏季降水的缺測(cè)。本文講述稱重雨量計(jì)和翻斗式雨量計(jì)同步掛接方法和數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)置方法。

1 2種雨量計(jì)構(gòu)造及探測(cè)降水原理

1.1 翻斗式雨量計(jì)的組成

翻斗式雨量計(jì)主要由承水器、上翻斗、計(jì)量翻斗和計(jì)數(shù)翻斗組成。感應(yīng)器用二芯電纜與采集器連接,輸出干簧管信號(hào)。雨水降落時(shí),先收集在承水器經(jīng)過(guò)上翻斗和進(jìn)水閥,進(jìn)入計(jì)量翻斗使不同強(qiáng)度的自然降水轉(zhuǎn)換成比較均勻的降水強(qiáng)度,以減少降水強(qiáng)度不同而造成的降水誤差,當(dāng)計(jì)量翻斗承受的降水量達(dá)到0.1 mm時(shí),計(jì)量翻斗會(huì)把該降水傾倒到計(jì)數(shù)翻斗內(nèi),計(jì)數(shù)翻斗會(huì)翻轉(zhuǎn)1次,當(dāng)計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)時(shí)與它相連接的磁鋼對(duì)干簧管做一次掃描,干簧管會(huì)因磁化而瞬間閉合1次,這樣每當(dāng)降水量累計(jì)至0.1 mm時(shí)干簧管就從電纜向計(jì)算機(jī)發(fā)送1個(gè)信號(hào),計(jì)算機(jī)收到信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而獲得累計(jì)的降水量數(shù)值以及降水時(shí)數(shù)和降水強(qiáng)度值,實(shí)現(xiàn)降水量的持續(xù)觀測(cè)。

1.2 稱重式雨量計(jì)的組成

稱重式雨量計(jì)是由承水器、集水桶、傳感器、支架和擋風(fēng)圈組成,使用電子稱重原理,由一個(gè)大容量的高穩(wěn)定載荷元件以及內(nèi)桶構(gòu)成,載荷元件通過(guò)感應(yīng)重量的變化來(lái)測(cè)量固體降水。當(dāng)有固態(tài)降水時(shí),先匯集到集水桶,集水桶中的防凍液會(huì)融化固態(tài)降水成液態(tài),位于集水桶下方的支撐盤(pán)上有3個(gè)獨(dú)立的弦振傳感器,在連續(xù)觀測(cè)中通過(guò)探測(cè)2次測(cè)量間隔間的重量變化給出一個(gè)頻率為0~5 V的方波信號(hào),稱重單元通過(guò)溫度補(bǔ)償、數(shù)字濾波等技術(shù)由電纜發(fā)送到采集器進(jìn)行測(cè)量計(jì)算得到降水量。

2 不同雨量傳感器誤差原因

理想情況下,翻斗翻動(dòng)是很靈活的,但實(shí)際上由于轉(zhuǎn)軸的摩擦加上漏斗沾水或泥沙、昆蟲(chóng)等都會(huì)影響翻斗的翻轉(zhuǎn);大雨時(shí)由于翻斗的慣性使得翻斗來(lái)不及翻轉(zhuǎn)將一部分雨量流失,也使測(cè)量的降水量有很大的誤差,甚至記錄失真;雖然翻斗的分辨率很高(0.1 mm),翻轉(zhuǎn)一次誤差很小,但一次降水過(guò)程中因翻轉(zhuǎn)次數(shù)多而累積起來(lái)的誤差也很大;此外,傳感器上的部件受外界干擾而產(chǎn)生無(wú)降水也有信號(hào)的現(xiàn)象,或筒口有異物堵塞時(shí)產(chǎn)生有降水而無(wú)信號(hào)的現(xiàn)象都是翻斗式雨量計(jì)存在的問(wèn)題。稱重式雨量計(jì)較翻斗式雨量計(jì)有一定的優(yōu)勢(shì),能承接固態(tài)降水和混合降水;抗干擾能力也較翻斗式雨量計(jì)強(qiáng),翻斗式雨量計(jì)重量輕、離地近,容易被振動(dòng)而產(chǎn)生野值,稱重式只需要防止電磁干擾;但稱重式降水器在發(fā)生降水時(shí)降水器口緣及內(nèi)壁容易黏附引起滯后,通常固態(tài)降水越強(qiáng)會(huì)使誤差越大;另外,稱重式雨量計(jì)外部無(wú)網(wǎng)膜隔離,內(nèi)部也無(wú)過(guò)濾網(wǎng),會(huì)使得掉落的雜物也計(jì)入降水量而產(chǎn)生偏差或野值,且其口緣較高不容易被發(fā)現(xiàn)和清理[4]。將兩者同時(shí)使用可以互相補(bǔ)償,減少測(cè)量誤差和缺失。

3 掛接前接線方法

將配發(fā)的信號(hào)線提前穿入地溝線管中,在做線路連接前,為不影響正點(diǎn)數(shù)據(jù)采集而重新開(kāi)啟采集器務(wù)必要關(guān)掉采集箱中的交直流電源。

稱重式雨量計(jì)端接線方法:將原RS232口的接線拔下,將新線按從右到左紅黃白順序接入傳感器插孔(綠色線為空,黑色線接地)。

采集箱端接線方法:將原GPS口的接線拔下,將新線按從左到右紅黃白色的順序接入采集器插孔(綠色線為空,黑色接地)。

4 程序更新及掛接參數(shù)設(shè)置

拔下采集器的CF卡(拔前務(wù)必?cái)嚅_(kāi)電源),用讀卡器將CF卡(拔前斷開(kāi)電源)連接電腦,提前備份源程序(為出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)恢復(fù)采集用),將升級(jí)程序(文件名為tyjt1000)復(fù)制到CF并將CF卡插回采集器后接通電源。

打開(kāi)新型自動(dòng)站采集軟件(SMO)在菜單欄點(diǎn)選設(shè)備管理—維護(hù)終端依次輸入以下命令:

返回“T”,說(shuō)明設(shè)置成功。設(shè)置完成后,重啟采集器使設(shè)置生效。打開(kāi)新型自動(dòng)站采集軟件(SMO)菜單欄選參數(shù)設(shè)置—觀測(cè)項(xiàng)目掛接設(shè)置—勾選稱重降水傳感器,然后保存設(shè)置。打開(kāi)新型自動(dòng)站業(yè)務(wù)軟件(MOI)菜單欄的臺(tái)站參數(shù)設(shè)置,把翻斗式雨量和稱重式降水都設(shè)為自動(dòng)。在業(yè)務(wù)運(yùn)行時(shí)在參數(shù)設(shè)置—基本參數(shù)、觀測(cè)項(xiàng)目下選擇需要的數(shù)據(jù)源并保存。

5 掛接后測(cè)試

用量杯量取3 mm左右干凈水緩慢倒入稱重傳感器內(nèi),等約5 min后,傳感器檢測(cè)到有降水會(huì)有降水量輸出。打開(kāi)新型自動(dòng)站采集軟件(SMO)—實(shí)時(shí)觀測(cè)—新型自動(dòng)站—常規(guī)要素每日逐分鐘數(shù)據(jù)表。當(dāng)分鐘降水量、小時(shí)累計(jì)降水量顯示數(shù)據(jù)與人工加入的降水量相等時(shí)說(shuō)明設(shè)置成功。

6 結(jié)語(yǔ)

掛接完成后要對(duì)日分鐘數(shù)據(jù)和正點(diǎn)數(shù)據(jù)密切監(jiān)視,確保不出現(xiàn)缺測(cè)記錄。稱重式雨量計(jì)和翻斗式雨量計(jì)同時(shí)掛接使用,提高了降水觀測(cè)的精確度,保證數(shù)據(jù)連續(xù)不缺失,使氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)更精細(xì)、更準(zhǔn)確。

7 參考文獻(xiàn)

[1] 胡玉峰.自動(dòng)氣象站原理與測(cè)量方法[M].北京:氣象出版社,2004.

[2] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京:氣象出版社,2003.

[3] DSC3稱重式降水傳感器用戶手冊(cè)[Z].天津:天津華云天儀特種氣象探測(cè)技術(shù)有限公司,2014.

[4] 劉軍,趙青義,魏運(yùn)芳,等.雨量傳感器檢定/校準(zhǔn)裝置對(duì)比與探討[J].氣象水文海洋儀器,2014(1):23-25.

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