翻斗雨量计的误差分析
翻斗式雨量计误差影响因素分析
降水 量是形 成洪 涝灾 害 的重 要 因素 准确 地监
站， 每个站 的 两 台雨 量计 都安 装 于标准 高 度上 下 面选 取 ２ ０ ０ ８年 几 场 降雨 ，通 过 雨 量数 据 的对 比 ．
测 降 水量 ， 并 开展 预 测 预 报工 作 ． 是 预 防洪 涝 灾 害
的重 要非 工程性 措施 之一 自动雨 量站 是用于测 量
孙 雷 ２ ０ １ ５年 ｌ １ 月
当安装 高度 相 同时 ．主要误 差来 自降雨强 度 。
如表 ｌ中 ， 南章党 、 占贝 、 北 口前 水文 站 。我们 采用
角， 红 升雨 量 计水 平 夹 角 为 ４度 ， 佟 庄 子雨 量 计 水
平 夹角 为 ３度 。通 过这 两 个 站 的数 据 分 析水 平 不 平产 生 的误差 。雨量数 据见 表 ２ ：
量要求 。这 部分 翻转 过程 中注 人 的雨量 ． 就会 产 生 随着 降雨强 度不 同而不 同的计量误 差 当雨强较 大 时． 翻斗 翻转 期 间 注人水 量较 多 ． 导 致 仪器 自身 排 水量 大 于仪 器记 录值 ， 测 量精 度偏 负 。反之 当雨 强
很小时。 翻斗 翻 转期 间几 乎无 降 水注 入 ． 导 致 仪 器
遥测型翻斗雨量计观测资料的误差分析
维普资讯
科技推广与应用 ｌ ｌ
江德 武
安徽 省阜阳水情分 中心信息采集 ②雨量 ≤１ ． ，许可误 差 ±０ ｍ 差 ； ２ ｍｍ ５ ． ｍ。 ５ ②５～１ ０月降雨总量 的绝对误差和 系统于 ２ ０ 年 ９月建 成并投入 使用 ， ③雨量 ＞２ ｒ ， 可误差 ± ％。 ０１ １． ｍ许 ５ ａ ４ ④根 相对误差 ； ③年降水量的相对误差 。 阜 阳水文水资源局辖 区内所使用 的遥 据 翻转次 数乘 以 ０５ ． ｍｍ即得 降雨量 。
料的精度 ，均采用虹吸式 自记雨量 计
二 、 比观 测 资 料 误 差 分析 对
１ 误 差 结 果 统计 、
降雨总量绝对偏 大 （ 平均 值 ）３ ｍ ２ ． ｍ； ８
采用 了 ２ ０ ０ ２年至 ２ ０ ０ ４年阜 阳水 相对偏 大 （ 平均值 ）．％ ； ６０ 年降水 量平
与其进行对 比观测 ，现将该 仪器与虹 文水 资 源局辖 区 内 １ ５个遥 测南 量站 均偏大 ４ ％。即该仪器在该地 区观测 ． ９
监控 主机采用 Ｄ Ｌ ｒｃ ｉｎ３０ Ｅ ＬＰｅｉｏ ８ ｓ
上桥节制 闸计 算机监控 系统的投
络拓扑 图； 报警信息 图；Ｌ Ｐ Ｃ通道图 ； 开 高 性 能 计 算 机 ， 网 络 操 作 系 统 为 入运行 ， 改变 了节制 闸传统的管理 、 控 运行方 式 ， 高 了上桥 提 度 、荷重等各类模 拟量变化历 史曲线 Ｗ Ｎ ００ Ｉ２０ ，运行监 控软 件为 Ｉｔｌｉ 制方式和观测 、 ｎ ｌｔｎ ｅｕ ｏ 图 ； 类报 警统计报表 ； 各 闸门操 作记录 Ｆ 组态软件 ， 现人机界 面和各种监 枢纽 的综合 自动化管理 水平 ，为水利 ｉ ｘ 实 表； 运行 日志 ； 闸流量和全 年总泄水 控功能 ；同时 独立 建立历史 数据库 和 工程安全 高效 运行和科 学调度运用提 过
水文遥测翻斗式雨量计的误差分析
总631期第二期2018年2月河南科技Henan Science and Technology水文遥测翻斗式雨量计的误差分析王亚楠（信阳水文水资源勘测局，河南信阳465550）摘要：自然降水量是水资源的重要组成部分，而观测降水量是水文遥测工作的重要内容之一，其观测精度的大小对洪涝灾害预测精度、水文水利规划精度有着非常大的影响。
翻斗式雨量计是较为常用的观测雨量的工具，但其在应用过程中仍存在较大误差。
本文首先分析翻斗式雨量计的结构和原理，然后重点探讨其在应用过程中存在的误差，并提出了相应的预防和诊断措施，以期为水文遥测工作人员在降水量观测的实践应用中提供参考。
关键词：水文遥测站；翻斗式雨量计；误差分析中图分类号：P414.95文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）05-0094-02 Error Analysis of Hydrometeorology Tipping-bucket RainometerWANG Yanan（Xinyang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinyang Henan465550）Abstract:Natural precipitation is an important part of water resources,and the observed precipitation is an important part of hydrological telemetry.The accuracy of its observation has a great impact on the accura⁃cy of flood forecasting and the accuracy of hydrologic and water conservancy planning.Tipping bucket rain⁃fall is more commonly used observation tools,but in the application process,there is a big error.This pa⁃per first analyzed the structure and principle of tipping bucket rain gauge,and then focused on the error existing in the application process,and put forward corresponding measures for prevention and diagnosis,in order to provide refreence for staff in the practical application of hydrological telemetry rainfall observation. Keywords:hydrological telemetry station；tipping bucket gauge；error analysis水是生命之源，没有水生命将不复存在。
翻斗雨量计的对比观测及误差分析
河 北 水 利 电 力 学 院 学 报JournalofHebeiUniversityof WaterResourcesandElectricEngineering 2021年6月第31卷第2期Jun 2021Vol 31 No. 2文章编号：2096 — 5680(2021)02 — 0039 — 06翻斗雨量计的对比观测及误差分析张梦娜(河北省廊坊水文勘测研究中心，廊坊市新华路90号065000)摘要：翻斗雨量计搭载降雨量智能测控终端机实现了数据自动采集、存储、远传、显示及控制、报警一体化的雨量自动测报功能。
三河站于1992年开始使用该设备观测雨量，多年的观测实践，充分体现了该设备结构设计精巧、运行费用低、数据存储容量大、信息传输快捷、便于管理的特点。
文中对三河站2012年,2017年,2018年,2019年,2020年5个典型年总共174次翻斗雨量计测记的日雨量与人工观测的日雨量的误差数据进行了统计分析，结果表明三河站翻斗雨量计观测雨量的运行稳定、观测精度高，观测误差在士4%以内，符合《降水量观测规范M SL21-2015)规定要求。
关键词：翻斗雨量计；对比观测；误差分析；误差成因与消除中图分类号:P335. 1文献标识码:ADOI ： 10. 16046/j. cnki. issn2096-5680. 2021. 02. 007当今我国雨量观测设备的技术水平已经跨入到 世界先进行列。
翻斗雨量计自20世纪80年代开始 使用以来，通过近40年不断创新改进，其性能日臻 完善，已成为集数据采集、存储、远传、显示为一体的水文自动测报仪器。
三河站于1992年开始使用翻 斗雨量计观测降雨量，翻斗雨量计的使用提升了水文监测能力和水平，是逐步摆脱固守断面观测陈旧 模式，向“有人管理，无人值守”模式发展、实施动态 实时观测的水文监测方式改革的重要举措。
为了掌握该类仪器的可靠性和稳定性，三河站开展了翻斗 雨量计和普通雨量器对比观测及误差分析，取得阶段性成果。
SL2-1型翻斗式雨量传感器误差分析与调节方法探讨
第２期㊀气象水文海洋仪器㊀㊀N o ．２２０１８年６月㊀M e t e o r o l o g i c a l ,H y d r o l o gi c a l a n d M a r i n e I n s t r u m e n t s ㊀㊀J u n ．２０１８收稿日期:２０１７Ｇ０９Ｇ２０．作者简介:周桃成(１９９３),男,大学,助理工程师．主要从事气象仪器检定工作．S L ２Ｇ１型翻斗式雨量传感器误差分析与调节方法探讨周桃成,李毅聪,魏明明(江西省大气探测技术中心南昌３３００９６)摘㊀要:雨量传感器需要定期进行校准和维护以保证数据准确性,在校准有误差时需要进行调节.文章结合雨量传感器工作原理,提出 翻转流 的概念,对传感器校准过程中常规的误差情况及其调节方法进行了分析讨论.针对 大雨强结果偏小,小雨强结果偏大 这一特殊情况,结合实验数据,提出以小雨强结果修正大雨强的解决方案,该方案切实可行,能有效解决S L ２Ｇ１型雨量传感器的调节难题.关键词:雨量传感器;校准;误差调节;翻转流中图分类号:P ４１２．１３㊀㊀文献识别码:A㊀㊀文章编号:１００６Ｇ００９X (２０１８)０２Ｇ００１０Ｇ０４D i s c u s s i o no n e r r o r a n a l y s i s a n da d ju s t m e n tm e t h o do f S L ２Ｇ１t i p p i n gＧb u c k e t r a i n f a l l s e n s o r Z h o uT a o c h e n g ,L iY i c o n g ,W e iM i n g m i n g(J i a n g x i A t m o s p h e r i cO b s e r v a t i o na n dT e c h n i c a lC e n t e r ,N a n c h a n g ３３００９６)A b s t r a c t :T h e r a i n f a l l s e n s o r n e e d s t o b e c a l i b r a t e d a n dm a i n t a i n e d r e g u l a r l y t o e n s u r e t h e a c c u r a c y of t h e d a t a w h e n t h e r e a r ee r r o r s i nt h ec a l i b r a t i o n ．C o m b i n e dw i t ht h e p r i n c i p l eo f t h er a i n f a l l s e n s o r ,t h ec o n c e p to f F l o wa t t h eT u r n h a s b e e n p u t f o r w a r d i n t h i s p a p e r ．Al o t o f a n a l ys i s t o t h e c o n v e n t i o n a l e r r o r s a n d t h e a d j u s t i n g m e t h o d i nt h e r a i n f a l l s e n s o r c a l i b r a t i o na r ed i s c u s s e d ．A i m i n g at t h e p a r t i c u l a r s i t u a t i o nt h a t t h e h e a v y r a i n i sb i g g e r t h a nt h es t a n d a r dd a t aa n dt h e l i g h t r a i n i s l e s s ,a c c o r d i n g t ot h ee x p e r i m e n t a l d a t a ,a s o l u t i o n i s p r o v i d e d t h a t t h e r e s u l t s o f h e a v y r a i n c a n b e c o r r e c t e d b y t h e l i g h t r a i n ．T h i s s c h e m e i s f e a s i b l e a n d c a n e f f e c t i v e l y s o l v e t h e a d j u s t m e n t pr o b l e mo f S L ２Ｇ１r a i n f a l l s e n s o r ．K e y wo r d s :r a i n f a l l s e n s o r ;c a l i b r a t i o n ;e r r o r a d j u s t i n g ;f l o wa t t h e t u r n ０㊀引㊀言降雨量指从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)水,未经蒸发㊁渗透㊁流失,而在水平面上积聚的深度,以m m 为单位,是重要的气象要素之一.目前自动气象站主要采用翻斗式雨量传感器对降雨量进行测量.为保证雨量数据的准确性,雨量传感器需定期进行检查㊁维护与校准.S L ３Ｇ１型雨量传感器具有平衡流速设计,大雨强和小雨强之间偏差一般较小,校准相对容易.而常规气象观测业务中S L ２Ｇ１型雨量传感器仍然广泛被采用,实际工作中经常遇到一些复杂的情况导致难以对雨量传感器进行校准.杜衍君[１]㊁孟庆勇[２]㊁陆志良[３]㊁杨银[４]等分别对雨量传感器的工作原理㊁日常维护㊁故障排除等进行了研究.王三瑞[５],汪玉中[６]㊁宁彦[７]分别第２期周桃成,等:S L ２Ｇ１型翻斗式雨量传感器误差分析与调节方法探讨从S L ２Ｇ１型雨量传感器降水误差的分析㊁测量误差的调整方法方面进行了探讨.罗淇[８]㊁刘军[９]㊁孙嫣[１０]等分别对不同型号的雨量传感器校准方法㊁校准装置以及最大允许误差等角度进行了探讨,但均未对在进行调节S L ２Ｇ１型雨量传感器中遇到的 大雨强结果偏小,小雨强结果偏大 异常情况进行详细分析和讨论.文章将在以上人员工作的基础上,专门针对S L ２Ｇ１型雨量传感器异常情况进行分析,提出相应的解决方法.１㊀结构和工作原理S L ２Ｇ１型雨量传感器由外筒㊁安装板㊁翻斗㊁水平器㊁底盘㊁支架等组成,图１为传感器内部结构图.图１㊀S L ２Ｇ１型翻斗式雨量传感器雨水通过接收器接收,在通过集水器流入翻斗里,当流入翻斗内的水达到一定量时,翻斗翻转,倒空雨水,同时另一侧翻斗开始接水.翻斗的每次翻转动作都会传输１个脉冲信号,通过电缆传输到采集系统,数据采集系统通过对脉冲信号处理,即可得到相应的降雨量数据.测量范围为雨强０~４m m /m i n.２㊀误差情况分析按照相关检定规程[１１]的要求,雨量传感器一般采用标准球进行比较检定,通过模拟１m m /m i n 和４m m /m i n 两种雨强进行校准.数据采集完成之后,需要对超出误差范围的传感器进行调校.理想情况下,一般存在大雨强(４m m /m i n )㊁小雨强(１m m /m i n )数据偏大或偏小两种超差情况.而在实际操作中,却还会出现大雨强结果偏小,小雨强结果偏大的情况.各种情况总结如下:１)结果都偏小;２)结果都偏大;３)大雨强结果偏小,小雨强结果偏大.影响翻斗翻转次数的原因有很多,在环境条件相同的情况下,翻斗内有异物㊁翻斗两边不平衡㊁集水器(或漏斗)堵塞㊁干簧管不能正常工作㊁进入翻斗的水有溢出或者翻斗翻转时水不能倒空等,都会导致测量结果产生偏差.遇到上述情况,先做外观检查,再检查整个过程中有无水溢漏情况,确定无水溢漏㊁翻斗两边处于平衡,再调节翻斗的角度.以下将对上述３种情况的原因和调节方法分别进行探讨.２．１㊀结果都偏小在模拟小雨强和大雨强两种情况下,假如测量结果都偏小,产生该结果的直接原因是平均每斗超过标准的水量或者是水有溢漏.在结果偏小的情况下,通过调节螺丝调小角α,使翻斗的承水量减少(这里的承水量指的是使翻斗翻转的最小水量),如图２所示.两边螺丝同时调节,调节１圈约改变结果６％左右,反复调节直至结果合格.图２㊀S L ２Ｇ１型雨量传感器翻斗调节２．２㊀结果都偏大若结果都偏大,原因与偏小相反,即平均实际每斗要少于标准每斗的降水量.调节方法与偏小结果相似,调节螺丝将α角调大使翻斗的承水量增加,反复调节使结果合格.２．３㊀大雨强结果偏小,小雨强结果偏大从雨量校准的原理上看,在标准条件下,等量的雨测得的结果,无论大雨强还是小雨强其结果应是相同的.在实际雨量检定或者校准过程中,除了上述两种偏差之外,我们经常还会遇到结果呈两级化的棘手现象,即大雨强结果偏小,小雨强１１气象水文海洋仪器J u n．２０１８结果偏大.采用逆推法分析产生大雨偏小㊁小雨偏大需要满足的条件.在实验中模拟实际降水,通过水流的流速控制分别达到模拟大雨强和小雨强两种情况,大雨强流速快㊁整个过程耗时短,小雨强流速慢㊁过程耗时长.在理想的条件下,即同一被检雨量传感器㊁相同环境条件㊁排除人为操作误差,则结果应该都相同,与流速无关.而在实际操作过程中,我们发现很少有小雨强和大雨强两种检测结果相同的情况,情况较好的也会有偏差.假定每次翻转翻斗的承水总量为q,当翻斗装满水达到要翻转的条件时,设此时翻斗内的雨量为q０,如图３所示,在翻斗需要翻转角度小于θ角时,水流仍是注入左斗,翻转θ角所需要的时间为t０,相关资料显示[１２]在雨强为４m m/m i n,θ＝１２ʎ时,t０＝０．１５s .图３㊀雨量传感器翻转在小雨强和大雨强两种情景下,q０与t０是不变的,v１为小雨强下单位时间流下的雨量,v２为大雨强下单位时间流下的雨量,Q为总雨量,a和b分别为小雨强与大雨强情景下翻斗翻转的总次数,在排除外因的理想条件下有:Q＝(q０＋v１t０)a(１)Q＝(q０＋v２t０)b(２)㊀㊀在这种情况下,q＝q０＋v t０,即每次翻转实际所盛水量要大于q０,在文中称v１t０(或v２t０)为 翻转流 .由于流速的不同而翻转所用的时间t０是相同的,大雨强和小雨强的翻转流不一样,所以a㊁b不一样,即大雨强与小雨强的结果不一致. v２大于v１,Q相等则a大于b,即小雨强的结果一般比大雨强的结果偏大,因而会出现小雨强结果比标准次数大,而大雨强结果却比标准次数小的情况.３㊀调节与解决方法针对大雨强和小雨强同时偏大(或偏小)的情况,通过调节螺丝,使翻斗盛水量同时减小(或增多)来调节,为了方便后续的校准和维护,调节翻斗时需同时调节两边的螺丝,确保翻斗两边平衡,调节１圈约改变结果为６％左右,反复调节直至合格.针对大雨强偏小,小雨强偏大的情况,在雨量校准过程中,要保证a㊁b两者接近就要使翻转流(v１t０和v２t０)越接近零越好,v１与v２的值是按规范调设好的,所以只能通过合适的θ角来使a㊁b接近.多数情况下,仪器在出厂时θ角已经调节合适,使用前只要稍微调节便可使用,但也存在运输或者安装过程中使角度发生了较大变化的情况,此时就要反复调节θ角来使a㊁b接近标准值,但因结果呈两极化分布,故难以达到标准要求.通过多次实验,如表１所示,无论大雨强还是小雨强,单独纵向比较,即大雨强的测量结果只与大雨强测量结果进行比较,小雨强的测量结果只与小雨强的测量比较,对比结果发现数据差值极小可忽略.这表明仪器的稳定性是良好的.考虑到小雨强环境下,仪器的工作环境更为温和(流速慢,雨水溅射㊁前后流速相差较小等),这里我们不考虑大雨强结果,将小雨强结果a调至接近标准值,即a ＝标准翻斗次数,q＝q０(或在误差范围即可),在此基础上模拟大雨强情况下的翻转次数为bQ＝q０a(３)Q＝qᶄ０b(４)qᶄ０＝a b q０(５)表１㊀大雨强与小雨强差值㊀单位:m m/m i n１２３４５６７８９１０大雨强(b)１４４１４６１４６１４６１４５１４１１４３１４２１４２１４２小雨强(a)１５９１６０１６０１６０１６０１５６１５６１５７１５７１５７差值１５１４１４１４１５１５１３１５１５１５㊀㊀实验表明在同一个传感器中,将小雨强结果调至合格的前提下大雨强与小雨强的变化是同步的,其差值非常稳定.若在一次实际降水过程中,测得为大雨,测量结果的翻斗次数为b１,总降水量为Q１,结果需进行修正,实际降水量为:Q１＝a b q０b１(６)㊀㊀这样我们就免去了繁琐的调节过程,并且小雨强已调至合格,所以小雨的测量结果并不需要修正,只需在大雨的时候将大雨的结果按公式(６)进行修正即可.２１第２期周桃成,等:S L２Ｇ１型翻斗式雨量传感器误差分析与调节方法探讨４㊀结束语针对目前S L２Ｇ１型翻斗式雨量传感器在进行校准过程中,经常会遇到大㊁小雨强同时偏大,大㊁小雨强同时偏小和大雨强偏小,小雨强偏大的误差情况,文章分析了３种情况产生的具体原因,并结合分析的结果给出了具体调节和解决方法,同时提出了通过修正的方法解决大雨强偏小㊁小雨强偏大的问题.通过实验验证,以上方法切实有效,能较好地解决S L２Ｇ１型翻斗式雨量传感器的误差问题.参考文献:[１]杜衍君．S L３Ｇ１型双翻斗雨量传感器的工作原理及故障排除[J]．安徽农业科学,２０１２,４０(３５):１７２３１Ｇ１７２３２．[２]孟庆勇,丽东．S L３Ｇ１型雨量传感器的构件改进和维护方法[J]．气象科技,２０１４,４２(０４):５９７Ｇ６００．[３]陆志良,邬洪养．S L３Ｇ１型雨量传感器的维护[J]．气象水文海洋仪器,２００９,２６(０３):１７１Ｇ１７２．[４]杨银,杨玲君．S L３Ｇ１型双翻斗式雨量传感器故障分析及排除方法[J]．气象科技,２０１２,４０(０２):３１９Ｇ３２０．[５]王三瑞,陆霞．S L２Ｇ１型雨量传感器误差原因及几种异常记录的解决方法[J]．气象与环境科学,２００９,３２(S１):２９１Ｇ２９３．[６]汪玉中．S L２Ｇ１型雨量传感器测量降水误差之浅析[J]．安徽农学通报,２０１０,１６(１７):２０３Ｇ２０４．[７]宁彦,温晓清．S L２Ｇ１型雨量传感器测量误差调整方法探讨[J]．气象水文海洋仪器,２００６,２３(０１):６Ｇ８．[８]罗淇．自动气象站雨量传感器现场校准方法的探讨[J]．气象水文海洋仪器,２００６,２３(０３):３５Ｇ３８．[９]刘军,赵青义,魏运芳,等．雨量传感器检定/校准装置对比与探讨[J]．气象水文海洋仪器,２０１４,３１(０１):２３Ｇ２５．[１０]孙嫣,边文超,郭瑞宝．不同型号雨量传感器最大允许误差的探讨[J]．气象水文海洋仪器,２０１０,２７(０１):５０Ｇ５２．[１１]吴文德,程正选．关于翻斗式雨量传感器误差检定的思考[J]．水利水文自动化,２００５,(０２):３９Ｇ４１．[１２]J J G(气象)０００５Ｇ２０１５自动气象站翻斗式雨量传感器检定规程[S]．３１。
翻斗式、压电式雨量计测量原理及误差分析
科学技术创新2020.30由于我国幅员辽阔，地形多变，降水主要对流雨、地形雨、锋面雨、台风雨几种类型。
对于不同测量精度和应用场景选择不同测量原理的雨量计，就具有十分重要的意义。
文章从测量原理、性能差异、降水强度、测量环境等因素进行误差分析，进而为设备选型提供基础性参考。
1雨量计的技术原理1.1翻斗式雨量计翻斗式雨量计由测量部件和雨轴承部件组成。
计量部件由恒磁钢、排水漏斗、信号输出端子、控制线路板组成；承雨器部件由承雨口、饮水漏斗、翻斗、角调节装置、水平调节装置、干簧管等构成。
工作原理为：其工作原理是:雨水从上承座进入贮水器，落入水漏斗，再通过漏斗口流入翻斗桶。
当蓄水量达到一定高度（如0.01mm ）时，翻斗会失去平衡而翻倒。
每次铲斗被翻倒时，开关就连接到电路上，向记录器发送一个脉冲信号。
记录器控制记录器来记录降雨，因此降雨过程可以持续测量。
1.2压电式雨量计压电式雨量计主要由所述感测元件测量降雨，所述感测元件由壳体和粘贴在壳体内的压电陶瓷片组成。
工作原理：雨滴落在传感器上，作用在传感器表面。
在雨滴的冲击激励下，壳体会产生微小的机械振动。
压电陶瓷板在振动的机械应力作用下，电极之间产生电压差，并将电信号输出到外界。
雨滴冲击的冲击力越大，振动幅值越大，传感器元件输出电压幅值越大。
该传感器是通过采集压电元件的输出信号得到的，由高斯模型可用于在标准大气条件下得到雨滴的垂直最终速度。
雨滴下落的垂直动量为Mv=mVv=m （Vt+Vwv ）式中，m 是雨滴质量，Vt 是垂向雨滴终速，Vwv 是垂向风速。
对于等效直径为D 的雨滴，雨滴质量为m=πρD/6ρ=1g/mm 3为雨水的密度，忽略通常情况很小的垂向风速，垂直动量只与雨滴的质量和下落终速有关Mv-mVt根据冲量定理，雨滴的动量将被传感器元件的冲击力所代替。
在冲击力作用下，传感器壳体产生机械振动，压电传感器将振动信号转换为电信号输出。
每个雨滴对应的输出电压信号为振幅呈指数衰减的正弦信号，输出电压在冲击时刻达到最大值，峰值电压为翻斗式、压电式雨量计测量原理及误差分析陈凯方海涛沈玉亮（安徽省大气探测技术保障中心，安徽合肥230031）摘要：目前常用的雨量计有翻斗式、压电式雨量计等几种类型，根据不同的雨量计测量原理，分析不同降水情况下所产生的误差原因，分析发现测量误差主要有两个方面，一方面由于仪器本身的性能差异和不可避免的故障的测量误差，另一方面是降水强度变化和自然条件产生的影响造成的误差。
雨量传感器的误差故障分析及解决方法.
雨量传感器的误差故障分析及解决方法驻马店市气象局观测站2004年开始双轨运行人工站和自动站，自动气象站在2006年正式进行单轨运行。
气象自动站由传感器、电缆信号线、采集器、计算机及电源、通讯部分组成，具有数据采集计算处理、存储和编发报功能，能够连续采集每分钟的气压、气温、降水等气象要素，极大地减轻了地面测报人员的劳动量，提高了气象要素的的精确性、完整性和连续性。
但自动气象站由于自身原因和外界影响，雨量传感器部分最容易出现故障和问题，就需要气象工作者及时发现和排除故障[1-5]。
在2006年驻马店市气象局观测站在连续2次大降水过程观测中，遥测翻斗雨量器出现比实际观测值大的偏差现象，经分析后解决了该问题。
1 室外雨量传感器部分的常见故障及解决办法1.1 无雨量记录（1）集雨器下水口和漏斗被杂物堵塞。
长时间不清洁仪器，灰尘和树叶等杂物会堵塞集雨器下水口和漏斗，使雨水积在集雨器内不能下流，翻斗不会翻动计数雨量。
解决办法：清除堵塞物即可以排除。
（2）电缆信号线接线松动或断线。
取下雨量筒，一是检查接线柱螺母与电缆线连结是否牢固，如果螺母松动或线头脱开就造成线路断路，则不能上传雨量计数信号。
解决办法：拧紧螺母，固定好电缆线接头。
二是如果接线柱螺钉与电缆线连结完好，就检查从传感器到室内采集器之间的电缆线是否断开。
方法可以用万用电表测量，还可以采用短路方法检查，将连结传感器导线的2个接头瞬间短路1次，就是0.1 mm的雨量记录，到室内采集器或计算机查看是否有雨量记录显示，如果有记录说明电缆线是完好的，如果没有则可能因为电缆线断开或破损而断路。
解决方法：顺着电缆线检查到断开或断路部分位置，重新接好，扎好防水，注意做好防鼠咬损保护工作。
（3）磁钢性能降低或干簧管损坏。
通过以上检查还未检查到故障原因，接着就要检查磁钢性能是否降低，干簧管是否损坏。
由于使用时间较长，磁钢磁性减弱，就可能造成少记数或者不计数，干簧管损坏就不能和磁钢吸合，直接造成没有记录。
翻斗式雨量计运作过程误差分析
科技创新□刘国强赵国辉苏敬芳收稿日期：2020-04-01作者简介：刘国强，男，汉族，沧州水文水资源勘测局，高级工程师。
赵国辉，男，汉族，沧州水文水资源勘测局，工程师。
苏敬芳，女，汉族，河北水利电力学院，讲师。
摘要翻斗式雨量计是一种观测自然界降雨量的设备，它将一定的降雨量转换为开关信息输出，其不同的误差来源对雨量数据采集精度具有不同程度的影响。
如何减小雨量数据采集误差，对水资源利用、洪水预报、水文资料整编等工作具有重要意义。
通过对翻斗式雨量计进行误差分析，提出通过调节翻斗感量，并根据常年降雨强度统计数据，以及不同雨强下的滴定结果，将翻斗式雨量计应用到更适合的区域，从而减小翻斗式雨量计的降雨量观测误差。
关键词雨量计；传感器；误差；精度雨水情信息是防汛抗洪的重要指标，降雨量的大小直接影响防汛抗洪的科学决策。
自2007年开始，河北省沧州水文水资源勘测局安装了雨量自测报系统，该系统能够实时、全自动地进行降雨量信息的采集、存储，并通过通信数据卡GPRS 方式进行数据远程传输。
翻斗式雨量计是该系统的数据采集核心部件，它决定了雨量数据采集的精确度，在雨量计实际应用过程中，需要同时满足小雨、大雨及暴雨3种雨强的数据采集精度要求，因此，减小翻斗式雨量计的测量误差，让它能够更好、更精准的进行数据采集，是雨量自测报系统科学合理应用的关键所在。
1.JDZ02-1型雨量传感器工作原理JDZ 系列翻斗式雨量计由外筒、承雨器、翻斗部件等组成见图1。
雨量计工作时，进入承雨器内的降雨，在其锥形底部汇集后，流入翻斗部件的漏斗，再注入翻斗。
当翻斗居上的一侧斗室累积到一定的水量时，翻斗自重、翻斗内水的重量、支撑力、转动摩擦力等组成的力平衡关系被打破，使翻斗状态产生突变，翻斗翻转。
固定在翻斗架上的干簧管受到磁激励，便产生一次通断信号。
如此反复即可将降雨过程记录下来。
2.运作过程误差调整雨量传感器误差主要由承水口误差、湿润误差、安装误差、蒸发误差、环境影响误差、运作过程误差等组成。
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翻斗雨量计的误差分析
刘振东，舒大兴
河海大学水资源环境学院，南京（210043）
E-mail：lzhdong@
摘 要：本文介绍了翻斗雨量计的工作原理并说明了分辨率为0.1mm的翻斗雨量计在实际中应用的必要性。
通过人工模拟降雨的方法分析了分辨率为0.1mm的翻斗雨量计的翻斗计量误差并且给出了雨强与翻斗计量误差关系图，最后得出误差分析的结论。
关键词：翻斗雨量计，误差，雨强
1.引言
在一定时段内，从云中降落到水平地面上的液态或固态（经融化后）降水，在无渗透、蒸发、流失情况下积聚的水层深度，称为该地该时段内的降水量。
雨量计是用于测量一段时间内累积降水量的仪器。
传统的雨量观测方式大多是以人工雨量筒和虹吸式自记雨量计为主要观测仪器。
近年来随着科学技术的日新月异，社会对雨量信息的实效性和时效性要求日益增高，传统雨量观测手段已难以满足以微电脑芯片自动处理为依托的雨量自动采集、固态存储和雨量遥测的时代要求, 翻斗式雨量计是一个可以将实时观测雨量数据数字化的重要雨量观测仪器, 因而在雨量观测新技术推广方面得到广泛应用。
雨量传感器的灵敏度（分辨率）和测量精度是翻斗雨量计固有的矛盾，即低分辨率的翻斗雨量计能较好的测得微雨，保证测量降雨的可靠性，但其精度往往较差，而高分辨率的翻斗雨量计虽然有比较高的测量精度，对微雨却往往感应不到其发生，导致降雨资料的不完整。
降水量观测规范规定，需要控制雨日地区分布变化的基本雨量站和蒸发站必须记至0.1mm；不需要雨日资料的雨量站可记至0.2mm；多年平均降水量大于800mm的地区可记至0. 5mm。
[1]但目前我国大部分水文站使用的翻斗雨量计的分辨率都是0.2mm或0.5mm，主要原因是由于分辨率为0.1mm的翻斗雨量计在雨量观测的精度上偏低。
本文以分辨率是0.1mm的翻斗雨量计为研究对象，探讨其误差的来源，以期能为翻斗雨量计的实际应用提供理论性参考。
2.翻斗雨量计的工作原理
翻斗式雨量计，分传感器和固态存储器两部分。
传感器是一个翻斗式机械双稳态称重机构。
它采用中间隔板间开的两个完全对称的三角形容器，中隔板可绕水平轴转动，类似于跷跷板的原理。
工作时两侧容器轮流接水，当一侧容器装满一定量雨水时(根据灵敏度不同而定) ，由于重心外移而翻转，将水倒出，随着降雨持续，将使翻斗不断的左右翻转。
在翻斗的轴上固定有磁钢，在漏斗的偏下方有固定的干簧继电器或霍尔元件，如图1所示。
在翻斗翻转过程中磁钢的位置在①②两个位置之间往复运动，当磁钢接近干簧继电器或霍尔元件时开关闭合，离开一定距离时，开关断开，于是就产生一个计数脉冲。
固态存储器则负责将传感器传来的脉冲计数,然后以各种方式记录下来[2]。
图1 翻斗传感器示意图
3. 翻斗雨量计误差的室内试验
本文的试验对象是分辨率为0.1mm 的翻斗雨量计，采用人工模拟降雨方法进行翻斗计量误差试验。
试验的设计为：将一个表面积约0.5mm2的大水箱中注满水作为恒压的进水设备，采用医用的静脉输液器作为模拟降水的自动控制设备。
通过控制输液器的开关，模拟不同的雨强降雨，在翻斗传感器下面设置一虹吸装置，收集翻斗内的降水，当达到虹吸时，虹吸装置将在这段时间内的降水排出，下面用一个量杯收集并称重。
翻斗的计量误差E 为：
E=P
P V −×100％ (1) 式中：V 为理论上翻斗的排水量，为仪器的感量与在达到一次虹吸中翻斗翻转次数的乘积，g ；P 为一次虹吸的实际排水量，g 。
试验中通过调整翻斗传感器的翻斗部件的安装角Φ，分别将每斗的感量设置为3.1g/斗和
2.2g/斗。
在这两种情况下，分别处理试验数据，拟和数据系列，得出雨强～误差关系图。
如图2、3所示。
图2 3.1g/斗时雨强与翻斗计量误差关系图
-25.00%
-20.00%
-15.00%
-10.00%
-5.00%
0.00% 翻斗计量误差
图3 2.2g/斗时雨强与翻斗计量误差关系图
4. 翻斗计量误差分析
本试验分别将每斗的感量设置为3.1g/斗和2.2g/斗具有代表性。
由于仪器标定的分辨率是0.1mm ，每翻一斗代表降雨0.1mm ，仪器的承雨口直径是200mm ，所以翻斗每翻一斗代表降雨3.14g 。
我国最大暴雨雨强约为4mm/min ，为了使翻斗计量误差正负均匀分配，选择最大雨强的中值作为调试零点的雨强，在这种情况下，将翻斗每翻一斗的水量设为2.2g/斗。
从图2、3可以得出：
（1）、翻斗的计量误差随雨强的增大而增大。
从降雨输入的实际过程我们不难分析出原因。
在实际工作中，翻斗的左右两斗室轮流处于上方的漏斗出水口出承接雨水，在t 1时刻，当上斗室计量的雨水重量达到仪器的设定感量G 时，翻斗部件的安装角为Φ，此时按理论上讲，上斗室应立即停止进水，并且迅速将计量的雨水倒干，与此同时，下翻斗转换成上翻斗，在t 3时刻开始承接雨水，进行第二斗的计量，如此反复进行[3]。
而实际上，在t 1～t 3的时间间隔t △中，雨水仍然不断的向上斗室注入，而在t △时间内的水量就没有经过翻斗的计量而计入了实际降水量中，因而出现负误差，并且随着雨强的增大，这部分多计入的水量越大，因而误差越大。
（2）、翻斗感量大小的设定对翻斗计量误差也有直接的影响。
从图2、3可以看出，在同样的雨强下，翻斗感量小的翻斗计量误差比仪器感量大的翻斗计量误差小。
当将翻斗组件的翻转角调小时，翻斗的感量就变小，计量误差就减小。
因此，翻斗的计量误差与翻斗的翻转角Φ成正比。
5. 结语
分辨率为0.1mm 的翻斗雨量计的翻斗计量误差较大，而在对雨日的地区分布要求较高的雨量站，研究和控制分辨率为0.1mm 翻斗雨量计的翻斗计量误差意义很大。
如何从仪器结构和数学建模等角度将此误差减小到最小值得进一步探究。
-20% -15%
-10%
-5% 0% 5% 10% 翻斗计量误差
参考文献
[1]赵新生，孙发亮，李建成等。
遥测系统雨量观测误差分析与仪器选型设计[J]。
人民黄河，2005年12月，第27卷（第5期）：23
[2]朱洪海，鲁成杰，孟庆明等。
降水量自动采集中的干扰分析和处理[J]。
山东科学，2005年12月，第18卷（第5期）：37～38
[3]杨汉塘。
翻斗雨量计动态计量系统误差来源及其改善措施[J]。
水利水文自动化，2001年第4期：20
Error analysis for tipping-bucket raingguage
Liu Zhendong, Shu Daxing
Water resource and environment college of Ho Hai University, Nanjing (210043)
Abstract
This paper introduced the principle of tipping-bucket raingguage and the necessity of application of tipping-bucket raingguage of 0.1mm resolution in practice. This paper analyzed the measure error of tipping-bucket of tipping-bucket raingguage of 0.1mm resolution by simulating rainfall and gave the relation graphs between different rainfall intensity and measure error of tipping-bucket. Finally, this paper got a conclusion of analysis of the error.
Keywords: tipping-bucket raingguage, rror, rainfall intensity。