翻斗式雨量筒的检测方法

直角单向阀指路器

稿件来源：长江水文网发布时间：2004-12-9 15:39:54 作者：中游局陆水水文水资源勘测队吴文德

关于翻斗式雨量传感器误差检定的思考

南京水利水文自动化研究所防汛设备厂生产的JDZ05-1翻斗式雨量传感器，是一种在水文气象部门使用较广泛的新仪器，该设备在出厂前其感知误差（E）一般都会调试到规定范围内，当雨强为2.3mm/min时，E≈0。但在设备的运输过程中或长期使用后难保其误差不会发生变化，因此在使用过程中有必要定期对传感器进行检定。

一、翻斗式雨量传感器误差的来源三排键

造成雨量传感器误差的原因有多方面，包括1、承雨口内径的误差；2、翻斗工作平台不水平而造成的误差；3、翻斗轴翻转灵敏性而造成的误差；4、翻斗部件掠过干簧管时因磁阻尼而造成的误差；5、翻斗斗室容积的误差；6、因降雨强度不同而造成的误差等等。其中1~5项是静态因素引起的误差，通过提高承雨口加工精度和设备安装时按规定操作，一般都会使误差降到最低程度。但自然界降雨强度的不确定性而造成的误差是动态过程引起的，是我们需要进行误差检定的主要内容。

二、翻斗工作的性能

翻斗式雨量传感器的计量部件主要是左右对称的翻斗，自然界降水强度是变化的，因此，翻斗计量工作是动态过程。当雨强很大时，进入翻斗的水流如注，连绵不断，当达到设计规定的重量（容积）时，翻斗开始翻转（t1），但这时雨水仍不停地注入翻斗，直至雨水流入另一翻斗（t2），在t1~t2这一时段△t内翻斗多计量的水量△W即为翻斗计量动态误差△E1，它与翻斗的安装倾角φ 、雨强І等因素有关。由南京水利水文自动化研究所防汛设备厂提供的资料显示，在雨强为4mm/min时，当φ=12°，实测△t=0.15美容枕秒，△W=0.32克，动态计量误差△E1达－5%。在设备出厂时会调整翻斗倾角，分配误差，使小、大雨强两端误差分布对称，即电梯线束△E1=±2.0%，这是器差。再加上其他因素引起的计量误差，总的计量误差达到±3.0%以上。在翻斗式雨量传感器误差检定时只能在一定的降雨强度（0.01~4.0mm/min）范围内控制其误差≤±4%。

三、翻斗式雨量传感器检定
南京水利水文自动化研究所防汛设备厂生产的翻斗式雨量传感器在使用说明书中为我们提供了三种检定方法：

干湿巾其一是适用实验室或室内的人工注水仪器排水计量法，这种方法是以人工注水，测量翻斗实际排水量作为计量基础。目前长江委水文局使用的“模拟强度率定记载表”量测的有关内容就由此排水计量法产生，对于已经安装在野外使用的雨量传感器来说，要在仅20mm高的空间内完全收集排水量是非常困难的。

第二种方法是人工给水检定法，这种方法是先测量注水量，模拟一定的雨强缓慢、均匀地从漏斗注入翻斗，计量翻转次数。这种方法是无须计量排水量，但关键问题是倒水速度须严格控制定量、均速。尤应注意的是要控制雨强切勿过大，更不得突然猛倒！因计量误差随雨强的增大而迅速增加。因此这种方法要模拟小、中、大三种雨强比较困难。

第三种方法是天然降雨仪器自身排水计量法，即仪器在野外使用过程中用降雨时仪器自身排水量检查仪器的量测精度。

四、翻斗式雨量传感器检定方法的思考

为了能在野外雨量站模拟大、中、小各种雨强对翻斗式雨量传感器进行检定，可用类似医院为病人输液（打吊针）的方式对雨强进行控制。具体操作过程如下：

在对翻斗式雨量传感器检定过程中主要是对动态测量精度的检定，对于因小于翻斗分辩率而剩余在翻斗内的雨量不应计入误差，因此，在对雨量传感器进行注水检定时，最后应使斗室内的剩余雨量为零或量取斗室内的剩余雨量并入记录雨量参加误差计算。检定中只须测量从漏斗中注入的实际雨量值（P）和翻斗翻转后所记录的雨量值（V）即可计算相应雨强的误差，因为如忽略注水过程中水量蒸发的影响，根据质量守恒定理实际注水量等于翻斗排水量。

1、工具准备：容积为500ml的医用玻璃瓶1~2个，带调节阀的医用输液器（应将钟头和钟头前管经较细部分的尼龙管去掉）一副，分度值为1ml的30ml医用玻璃注射器一只，精确到秒的计时器一只，10mm雨量量筒（JJG524—88）一只，三脚架一副，现场记载表一份。

2、翻斗检定前检查：漏斗、翻斗是否清洗，仪器工作平台是否调平，翻斗、发信部件是否正常。

3、为不使检定器件的过水部位因吸附水分而影响检定精度，先将玻璃瓶、过水的输液管、漏斗、翻斗等充分湿润。

4、静态翻斗容量检定：揭开雨量传感器的外桶，在无风动的条件下，用30ml注射器吸取定量的清水分别对翻斗的两个斗室进行容量检定，使两斗室的排水量基本相等，对于分辩率为0.5mm的翻斗，两斗室的容量之和要在30.2~31.0ml范围内，应略小于1.0mm的理论容量31.4ml。

5、动态注水检定：先罩上雨量传感器外桶，用10mm雨量量筒量取一定雨量（P）的清水作为注水量倒入容量为500ml的医用玻璃瓶中（如P＞15mm，相当471ml，可将水量分装入两个医用玻璃瓶中），将玻璃瓶橡皮塞塞好倒挂到三脚架上，再将带调节阀的输液器一端穿过玻璃瓶的橡皮塞，另一端通过防虫网导入漏嘴内，通过调整输液器上的调节阀控制玻璃瓶中的清水进入翻斗斗室的流量。

对于分辩率为0.5mm的翻斗式雨量传感器，雨强为0.5mm/min、2.0 mm/min、4.0 mm/min翻斗每斗翻转的历时分别为60s、15 s、7.5 s。

将每次检定的开始时间、结束时间、注入雨量（P）、翻斗翻转次数及其折合雨量（V1）、斗室内的剩余雨量（V2）记录在现场检定记载表中。

注意每一次注水检定过程结束后应检查斗室内是否有剩余雨量，如有剩余雨量（V2）应并入折合雨量（V1）作为实际记录雨量（V）（V= V1＋V2）参加误差计算。

翻斗计量误差（E）为：
E=（V／P－1）×100%
检定2.0 mm/min雨强降雨量，E≤±1.5%
检定4.0 mm/min雨强降雨量，E≤－4%
检定0.5 mm/min雨强降雨量，E≤＋4%
如果超过误差范围应对翻斗传感器进行调校，每次调校后均应注意把微调螺钉固紧。

下表是用该方法对长江委所属崇阳（二）站的翻斗式雨量传感器大、中、小三种雨强的检定结果。

崇阳（二）站雨量翻斗注水检定记载表

检查日期仪器型号静态翻斗检定动态注水检定
1# 2# 误差(%) 开始时间结束时间历时(min) 注水量P(mm) 翻转次数折合雨量V1(mm) 剩余雨量V2(mm) 模拟雨强(mm/min) 误差E(%)
理论容量(ml) 实际容量(ml) 理论容量(ml) 实际容量(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
从检定结果中可以看出，当模拟雨强为0.5mm/min时误差为2.5%，呈正误差；当模拟雨强为1.9mm/min时误差为0.2%，误差接近零；当模拟雨强为3.8mm/min时误差为－3.0%，呈负误差。检定的结果与在实验室或室内的人工注水仪器排水计量法检校的结果比较吻合，满足误差E≤±4%的要求。
这种检定方法因检定用具各地都比较容易获得，因此比较适应测站在野外雨量站模拟大、中、小各种雨强对翻斗式雨量传感器进行检定。

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