翻斗式雨量计的误差分析与改进

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1、翻斗式雨量计的误差分析与改进王展宏（浙能萧山发电厂，浙江杭州311202）摘要：目前国内外水文自动测报系统使用的翻斗式雨量计存在翻斗式雨量传感器测量误差偏大问题，翻斗式雨量传感器主要存在最大起始、翻斗计量、器口尺寸等误差，在分析误差产生原因的基础上，提出相应的改进措施，主要措施有：调整翻斗感量，减小翻斗倾角，缩短2斗室转换时间，增大承雨口面积，安装阀门消减器差装置，仪器表面喷涂特氟龙，利用软件改正误差。从理论上解决了翻斗式雨量计误差偏大问题，可以在实践中推广应用。关键词：翻斗式雨量计；雨量传感器；数据采集仪；误差分析；改进措施中图分类号：P335文献标识码：A文章编号：1674-94

2、05(2012)04-0053-040引言钢，在雨量计固定支架上安装有高灵敏度的干簧管。在翻斗翻转过程中，磁钢接近干簧管，随即离开，使干簧管内触点产生1次接触断开过程，达到1次翻转产生1个信号的目的[1]。将翻斗翻转水量调节成要求值，如0.1，0.2，0.5mm雨量（在承雨口径为200mm时，分别为3.14，6.28，15.7mL水量），则每个信号代表0.1，0.2，0.5mm降雨，实现降水遥测的目的。目前雨量观测仪器中翻斗式雨量计已逐渐取代传统的雨量器和虹吸式雨量计，广泛应用于水文自动测报与雨量资料收集固态存贮系统中。翻斗式雨量计分为翻斗式雨量传感器和数据采集仪2部分。随着电子信息

3、技术的发展，数据采集仪己经能够达到很高的精度标准，完全能满足雨量观测的要求。翻斗式雨量计存在的主要问题来自翻斗式雨量传感器，主要表现在翻斗式雨量传感器的计量误差较大。随着雨强的变化，计量误差随之变化，同期雨量观测资料对比表明：雨强变化越大，降雨量的测量误差也越大。因此，翻斗式雨量计在使用过程中存在的问题之一是雨强与测量误差之间的矛盾。2翻斗式雨量计误差产生的原因翻斗式雨量计的误差是通过实际降水量和仪器实际排水量比较后得出的，但在使用中，实际降水量因为受到许多环境因素（比如风、地形、高度等）的影响无法准确认定，故以进入承雨口的雨量为雨量真值。2.1仪器的最大起始误差[2]仪器安装在野外

4、，在初始干燥的情况下，降雨后雨水先由进水口汇集，通过管道，进水漏斗，最终进入翻斗。在翻斗翻转之前，翻斗内的降水，以及进水漏斗、管道、仪器集水面等处残留的水珠和水膜无法在仪器中得到计量；翻斗翻转以后，翻斗内的降水虽然参加了计量，但残留的水珠、水膜仍1翻斗式雨量计工作原理目前，较多使用的是单翻斗雨量传感器。降水由筒身上部承雨口，进入翻斗。翻斗一般由金属材料制成，支承在轴承上。当翻斗内水量达到规定量时，翻斗会因为自身重力自行翻转。翻斗下方左右各有1个定位螺钉，调节高度，可改变翻斗倾斜角度，即可改变翻斗每一次的翻转量。翻斗上部有磁收稿日期：2012-04-05作者简介：王展宏（1986－），

5、男，浙江杭州人，助理工程师，从事设备检修和试验工作。然无法得到反映。翻斗最后一次翻转到降雨停止的这段时间内，残留在翻斗内的水量也无法得到反映，造成仪器系统误差，即测量值可能总是小于真值。最大起始误差可由以下部分组成：1）湿润误差。即残留的水珠和水膜，导致降水并不立即进入翻斗计量，产生误差。湿润误差值在每次发生降水时管道、进水漏斗、仪器集水面等处都干燥的情况下才会比较明显，且是定值；与雨强和降水量大小无关，但湿润误差在每次降水过程中所占比重与降水量的大小有关。湿润误差值可以通过实验的方法测得。2）分辨力误差。由于降水量的不确定性，所以在实际使用过程中小于仪器分辨力的计量误差没有办法克服

6、，并且在分辨力范围内呈随机分布状态，因此一般简化处理方法是将残留在翻斗内未计量的降水导致的误差直接取为分辨力的最大值，也是一定值。由于湿润和分辨力误差均为定值，故仪器的最大起始误差也为定值，因此可根据该误差在某次降雨中所占的比重大小评定本次降水量的计量过程和精度是否合乎标准。2.2仪器的翻斗计量误差单翻斗雨量计比较简单，但存在比较明显的翻转误差。在翻转的前半部分，即翻斗从开始翻转到翻斗中间隔板越过中心线的△t时间内，进水漏斗仍向翻斗内注水，多计量的水重量为△W。降水强度越大，注入的水量也越大，反之越小。这部分在翻转过程中注入但实际并未得到计量的水量，产生随降雨强度不同而变化的计量误差

7、，也即动态计量相对误差，为△W与雨量计感量相应重量G之比。对翻斗的计量误差，可用雨强—精度关系图表示，如图1所示。仪器调整时，可设置在雨强为2mm/min左右，测量精度最高，误差接近于零。从图2可见，当雨强较大时（大于2mm/min），翻斗翻转期间注入水量较多，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，导致仪器记录值大于自身排水量，测量精度偏正。2.3仪器的器口尺寸误差翻斗式雨量计的器口直接控制仪器承受雨