JJG(气象)005-2011自动气象站降水传感器检定规程.pdf

中国气象局部门计量检定规程 JJG（气象）005-2011 自动气象站自动气象站雨量传感器雨量传感器 Rainfall Sensor of Automatic Meteorological Station 2011-06-13 发布 2010-10-01 实施 中国气象局 发布 JJG（气象）005-2011 自动气象站雨量传感器检定规程 Verification Regulation of Rainfall Sensor of Automatic Meteorological Station 本规程经中国气象局于 2011 年 6 月 13 日批准，并自 2011 年 10 月 1 日起施行。 归 口 单 位：中国气象局 主要起草单位：国家气象计量站 参加起草单位：辽宁省气象计量站 陕西省气象计量站 安徽省气象计量站 本规程委托国家气象计量站负责解释 JJGJJG（气象）（气象）005005- -20112011 JJG（气象）005-2011 本规程主要起草人： 朱乐坤 （国家气象计量站） 沙奕卓 （国家气象计量站） 贺晓雷 （国家气象计量站） 参加起草人： 王 军 （辽宁省气象计量站） 陈 征 （陕西省气象计量站） 周昌文 （安徽省气象计量站） 温晓清 （国家气象计量站） JJG（气象）005-2011 目 录 1. 范围 . 1 2. 术语和计量单位 . 1 2.1 降水 1 2.2 降水量 1 2.3 降水强度(雨强) 1 2.4 计量单位 1 3. 概述 . 1 3.1 单翻斗雨量传感器 1 3.2 双翻斗雨量传感器 1 4. 计量性能要求 . 2 5. 通用技术要求 . 2 6. 计量器具控制 . 2 6.1 检定条件 2 6.2 检定项目 2 6.3 检定方法 2 6.4 检定结果处理 4 6.5 检定周期 4 附录 A 5 附录 B 6 附录 C 8 附录 D . 10 JJG（气象）005-2011 自动气象站雨量传感器检定规程 1. 范围 本规程适用于单、 双翻斗雨量传感器的首次检定、 后续检定及修理后的检定。 2. 术语和计量单位 2.1 降水 precipitation 降水是指从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)的水。 2.2 降水量 precipitation accumulation 降水量是指某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水,在水平面上累积的 深度。 2.3 降水强度(雨强) precipitation intensity 单位时间内或某一时段内的降水量 2.4 计量单位 降水检定时降水量用“mm”作计量单位；雨强用“mm/min”作计量单位。 3. 概述 翻斗式雨量传感器是用来连续采集液体降水量的传感器， 分为双翻斗与单翻 斗两种类型。 3.1 单翻斗雨量传感器 该传感器主要由承水器（口径为 15.96cm） 、过滤漏斗、翻斗、干簧管和底 座等组成。降水通过承水器，再经过一个过滤漏斗流入翻斗里，当翻斗流入一定 量的雨水后，翻斗翻转，倒空斗里的水，翻斗的另一个斗又开始接水，翻斗的每 次翻转动作通过干簧管转换成脉冲信号（1 个脉冲为 0.1mm）传输到采集器。该 传感器适用雨强范围为(04)mm/min。单翻斗雨量传感器的结构如图 1 所示。 3.2 双翻斗雨量传感器 该传感器主要由承水器（口径为 20cm） 、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗和干 簧管等组成。 承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当降水积到一定量时，由于水本身 重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水量从汇集漏斗的节流管注入计量 翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的大降水强度，以减少由于 降水强度不同所造成的测量误差，当计量翻斗承受的降水量为 0.1mm 时（也有 0.5mm 或 1.0mm 的翻斗） ，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一 次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬 间闭合一次。这样，降水量每次达到 0.1mm 时，就送出去一个开关信号，直接输 入计算机进行计数，通过数据处理获得累计降水量、降水时数和降水强度。双翻 斗雨量传感器的结构如图 2 所示。 1 JJG（气象）005-2011 图 1 单翻斗雨量传感器结构图 2 双翻斗雨量传感器结构图 4. 计量性能要求 测量范围： （04）mm/min 分辨力：0.1mm 最大允差：0.3mm (降雨量10mm 时) 4(降雨量10mm 时) 5. 通用技术要求 传感器外型结构应完好， 表面不应有明显的凹迹、 外伤、 裂缝、 变形等现象， 表面涂层不应起泡、龟裂和脱落，金属件不应有严重锈蚀及其它机械损伤。 传感器应有型号、出厂编号等明显标志。对于使用过的雨量传感器，用卡尺 重点检查承水器是否有变形。 6. 计量器具控制 计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中的检验。 6.1 检定条件 6.1.1 标准器 流量计 测量范围：50mL 为一满量程，可连续加液至 1000ml; 最大允差：0.1(50mL) 6.1.2 检定设备 雨量传感器自动检测系统 流量控制范围: 50mL1000 mL 流速控制范围：0.05mL/min150ml/min 6.1.3 6 位半多通道数据采集器 频率测量 测量范围：3Hz500kHz 最大允差:(读数的 ppm+量程的 ppm) 6.2 检定项目 6.2.1 外观检查 2 JJG（气象）005-2011 按照通用技术要求进行外观检查.目测雨量传感器外型结构是否完好;传感 器表面是否有明显的凹迹、外伤、裂缝、变形。传感器型号、出厂编号是否清晰， 对于使用过的雨量传感器，用卡尺重点检查承水口是否有变形。过滤网和翻斗是 否有任何损坏。 6.2.2 示值误差检定 经过外观检查合格的雨量传感器，才能进行示值误差检定，检定项目见表 1。 表 1 检定项目表 检定项目 首次检定 后续检定 使用中检验 外观检查 + + + 示值误差检定 + + + 注:“+”表示必须检定的项目 6.3 检定方法 6.3.1 降雨量和降水强度选择 降雨量：10mm；降水强度：1mm/min、4mm/min。 根据需要进行 30mm 降雨量的检定 6.3.2 检定前准备 手动检测操作是通过加液器和数据采集器实现。 连接加液器的进、 出水管路， 将数据采集器与被检雨量传感器相连，根据被检传感器承水口面积将雨强、雨量 通过加液器键盘分别输入到加液器主机。 用加液器检定不同口径雨量传感器时降 雨量和雨强设定方法见附录 B。 6.3.3 检定数据读取(采集)方法 将被检雨量传感器安装在检测台上，将导水管置入雨量传感器的承水口，按 “GO”键（按“FILL” 键，加液器停止运行并恢复至初始设置状态） ，加液器主 机按程序运行，数据采集器记录翻斗的翻动次数，程序结束后察看数据采集器读 数。加液器按设定雨强和雨量自动检定。每种雨强和雨量分别检定 3 次。检定开 始前和检定结束后，分别读取（采集）环境温度、湿度和大气压力值，用两次读 取（采集）到的环境条件的平均值，作为环境条件，填写到检定记录表格中。检 定记录见附录 A。 若采用自动检测，按雨量传感器自动检测系统程序运行。 6.3.5 示值误差的计算 以被检雨量传感器 3 次测量值的平均值减去标准值， 得出该雨强下的测量误 差，分别用公式(1)和(2)计算各雨强下的测量误差值(如雨量传感器输出值是频 率信号、脉冲信号,应转换成雨量值)。 (1) )s ,( ),(RRR 4 34 4 = (2) 式中： 1 R雨强为 1mm/min 时的测量误差，mm； )3 , 1(R雨强为 1mm/min 时，3 次测量值的平均值,mm ), 1( s R雨强为 1mm/min 时的标准值，mm； 、 4 R雨强为 4mm/min 时的测量误差，mm； )3 , 4(R雨强为 4mm/min 时，3 次测量值的平均值，mm； )s ,( ),(RRR 1 31 1 = 3 JJG（气象）005-2011 ), 4(s R雨强为 4mm/min 时的标准值，mm； 在两种雨强条件下，被检雨量传感器在10mm 降雨量时的测量误差均不超 过0.3mm 视为合格；在两种雨强条件下，被检雨量传感器在10mm 降雨量时的 测量误差均不超过4时视为合格。否则应进行雨量传感器的基点调整。经过 调整后的雨量传感器，必须重新进行检定。单、双翻斗雨量传感器的基点调整调 整方法见附录 C。 6.4 检定结果处理 经检定合格的雨量传感器，发给检定证书(检定证书格式见附录 D)。检定不 合格的雨量传感器，发给检定结果通知书，并在检定结果通知书中注明示值误差 不合格对应的雨强、雨量检定点。 6.5 检定周期 雨量传感器的检定周期一般为 2 年。但有以下情况之一时须提前送检。 1）自动气象站数据采集器经过维修或更换后。 2）当发现雨量测量值出现异常时。 4 JJG（气象）005-2011 附录 A 自动气象站雨量传感器检定记录表 检定证书号： 检定记录流水号： 第 页 共 页 检定环境 环境条件 检定开始 检定结束 平均值 温度() 湿度(RH) 气压(hPa) 标准器 被检雨量传感器 标准器名称： 型号/规格： 生产厂家： 出厂编号： 准确度等级/最大允差： 送检单位： 传感器名称： 型号/规格 生产单位： 出厂编号： 准确度等级/最大允差： 降雨量 (mm) 雨强 (mm/min) 标准值 (mm) 示值 (mm) 测量误差 (mm) 10 1 10 平均值 4 10 平均值 30 1 30 平均值 4 30 平均值 检定依据 检定结论 检定人： 复核人： 检定日期： 年 月 日 5 JJG（气象）005-2011 附录 B 用加液器检定不同口径的雨量传感器用加液器检定不同口径的雨量传感器雨量和雨强雨量和雨强设定方法设定方法 B1. 雨量设定方法 根据定义:总流量等于雨量传感器承水口面积与总降水高度的乘积,表达式 如式(1)所示。 hsVs= （1） 式中: s V总流量，cm3 ； s承水口面积，cm2； h总降水高度，cm。 例 1：如果承水口面积为 200 cm 2,要检定 10mm 的降水时的总流量是多少？ 根据公式（1） ： s V=200 cm 21cm(10mm=1cm)=200 cm3,单位换算：1 cm3=1ml, 200 cm 3=200ml，将加液器的流量设定为 200ml。 B2. 雨强设定方法 根据定义:单位时间内的降雨量称为雨强。 按照例 1 给出的承水口面积为 200 cm 2，检定 10mm 的降雨量，要用 1mm/min 的雨强进行检定，应该将加液器的雨强 设为多少？ 首先将降水高度 1mm 换算成单位时间内的流量(ml),用比例关系式(2)导出： 1 h V h Vs = (2) 式中: V单位时间流量，cm 3 ； 1 h单位时间内的降水高度，cm。 已知：总流量为 200 cm 3(200ml)；总降水高度为：10mm=1cm；单位时间的降 水高度为：1mm=0.1cm。 将上面已知数据代入式（2）, 200 cm 3/1cm=V /0.1cm 得出V=(200 cm 30.1cm)/1cm=20 cm3(ml) 将加液器的流速设为：20ml/min。其它流速（雨强）的设定方法以此类推。 B3 翻斗雨量传感器的翻斗容量计算方法 根据定义:翻斗容量等于雨量传感器承水口面积与分辨力的乘积，表达式见 式(3)。 fsV= 1 （3） 式中: 1 V每斗容量，cm 3； 6 JJG（气象）005-2011 f分辨力，mm； 例 2：承水口面积为 314cm 2,分辨力为 0.1mm,计算每斗的容量是多少？ 单位换算：0.1mm=0.01cm 用式(3)计算每斗容量 1 V=314cm 20.01cm=3.14 cm3(ml) 即:每斗的容量为 3.14ml。其它不同分辨力的翻斗雨量传感器的每斗 容量计算方法依次类推。 7 JJG（气象）005-2011 附录 C 翻斗雨量传感器基点调整方法翻斗雨量传感器基点调整方法 C C1. 1. 双翻斗雨量传感器基点调整方法双翻斗雨量传感器基点调整方法 C1.1 基点调试前的电性能检验 将万用表设置在测量通断的电阻档，测量线接在红、黑接线柱上；将计量翻 斗与计数翻斗拨到倾斜的同一侧；向漏斗内按 1 mm/min 的强度注入清水；检查 计数翻斗翻转和万用表指示的输出信号，是否有信号多发和漏发现象（翻转一次 应发一个信号） 。 C1.2 传感器基点调试方法 传感器出厂时已调试检验合格，一般情况下可直接安装使用，不必再重新检 查调试。 当传感器经长期使用发现测量误差超过最大误差要求时，应调整传感器基 点，使测量误差在最大误差范围内。按以下步骤调整传感器基点： C1.2.1 调整上翻斗 当上翻斗出现向下滴流但不翻转现象时，将对应的上翻斗定位螺钉向内旋 进，减小上翻斗倾角；调整后，在小降水强度（0.5 mm /min）时上翻斗与计 量翻斗能同步翻转，不出现岔开翻转现象。 C1.2.2 调整计量翻斗 调整计量翻斗的容量调节螺钉，使测量误差控制在最大允许误差范围内。 误差=（传感器实际排水量-传感器测得的降水量）/传感器实际排水量，当 误差为“+”时，表示传感器测得的降水量小于传感器实际排水量，这时应增大 传感器测得的降水量， 即减小计量翻斗的容量， 方法是将容量调节螺钉向内旋进； 反之，当误差为“-”时，表示传感器测得的降水量大于传感器实际排水量，这 时应减小传感器测得的降水量，即加大计量翻斗的容量，方法是将容量调节螺钉 向外旋出； 一个容量调节螺钉每向内或向外旋转一圈，测量误差减少或增加 3左右。 例如，若误差为-2时，可将一个容量调节螺钉向外旋出 2/3 圈； 若误差为+6时，可将两个容量调节螺钉各向内旋进 1 圈。 C C2. 2. 单翻斗雨量传感器基点调整方法单翻斗雨量传感器基点调整方法 新传感器出厂时已作调整和检测，一般可直接安装使用。如因外部因素或长期使用后， 经检定发现示值误差超差需要调整时，按以下步骤进行。 C2.1 翻斗调整方法 用 2 ml 标准吸管吸入 1.9 ml2 ml 的清水缓慢注入处于集水位置的翻斗内， 如注入不到 1.9 ml2 ml 的清水翻斗已翻转，则调整另侧翻斗下面阻止块的螺 母，将阻止块稍稍降低些。 如注入 1.9 ml2 ml 的清水后翻斗还不翻转，则调整另侧翻斗下面阻止块 的螺母，将阻止块稍稍升高些。 当调好一侧翻斗后，按同样操作方法调整另一侧翻斗，直到两侧翻斗均调好 为止。 C2.2 调整后的再检定