翻鬥式雨量計

翻鬥式雨量傳感器 是一種水文、氣象儀器，用以測量自然界降雨量，同時將降雨量轉換為以開關量形式表示的數字信息量輸出，以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示等的需要。 國內首先研製成功的0.2、0.5mm翻鬥式雨量計，可用於國家水文、氣象站網雨量數據長期收集的雨量傳感器。翻鬥式雨量計是降水量測量一次儀表，其性能符合國家標準GB/T11832-2002《翻鬥式雨量計》和國家標準GB/T11831-2002《水文測報裝置遙測雨量計》相關要求。

該儀器與記錄或顯示部分配套，可進行有線雨量數據傳輸、顯示、自記。與無線水情自動測報系統配套，作為專設站雨情遙測報汛的傳感器。 廣泛用於全國各水文站，並且批量出口東西方國家，獲國家實用新型專利。該型雨量傳感器經中國氣象局產業發展與裝備部選型試驗、考核，證明性能穩定性，性能達到國際先進水平。

降水量是一種重要的氣象要素，降水的觀測無論是對於氣象、水文、海洋、環境的觀測還是對航空、鐵路交通的安全都具有重要的意義。雨量計是觀測降水量的重要儀器，它的準確度直接關係到所測量數據的可靠性，特別在人工降雨的效果檢驗和氣象科研方面，其測量的準確度顯得尤為重要。要保證雨量計的精度和可靠性，對雨量計進行校驗是非常必要的。目前對雨量計的校驗主要是利用標準容器或者精度較高的翻鬥式雨量計，也有用手工方法通過量杯進行校驗，整個過程工作效率低，而且易造成人為誤差，所以需要一種能自動產生所需雨量的校驗儀器。

翻鬥式雨量計是由感應器及信號記錄器組成的遙測雨量儀器，感應器由承水器、上翻鬥、計量翻鬥、計數翻鬥、幹簧開關等構成；記錄器由計數器、錄筆、自記鍾、控制線路板等構成。

其工作原理為：雨水由最上端的承水口進入承水器，落入接水漏斗，經漏斗口流入翻鬥，當積水量達到一定高度（比如0.01毫米）時，翻鬥失去平衡翻倒。而每一次翻鬥傾倒，都使開關接通電路，向記錄器輸送一個脈衝信號，記錄器控制自記筆將雨量記錄下來，如此往復即可將降雨過程測量下來。 ^[1] 

翻鬥式雨量計自動化程度高，獲取降水量的及時性強，降雨量資料易於保存和傳輸，因此應用廣泛。此外，山於翻鬥式雨量計適合於數字化方法，所以對自動天氣站特別方便，翻鬥式雨量計測量雨強範圍為不大於4.0mm/min，最小分辨率為0.1 mm。 ^[2] 

具有抗干擾能力強，全户外設計，測量精度高，存儲容量大，方便組網，全自動無人值守，運行穩定等特點。 ^[1] 

（1）翻鬥式雨量傳感器是用來測量自然界降雨量，同時將降雨量轉換為以開關量形式表示的數字信息量輸出，以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示等的需要。

（2）翻鬥式雨量傳感器適用於氣象台（站）、水文站、農林、國防等有關部門用來遙測液體降水量、降水強度、降水起止時間。

（3）用於防洪、供水調度、電站水庫水情管理為目的水文自動測報系統、自動野外測報站,為降水測量傳感器。

（1）定時用雨量傳感器專用清洗筆清理接雨口，防止雜物堵住。

（2）儀器放置在室內，或在野外工作確信無雨天日時，為防止塵土落入接雨器，可用筒蓋將器口遮蔽。

（3）翻鬥部件支承軸的軸向工作遊隙應經常檢查，太大或太小都將影響翻鬥部件的正常工作。兩個M3x10圓柱頭固定螺釘應注意固緊，以免儀器工作失常。 ^[1] 

翻鬥式雨量計作為測量雨量的一種儀器，由於工藝程度和設計本身的缺陷，出現誤差是不可避免的，而我們要做的就是使其控制在可接受範圍內。

翻鬥式雨量計產生誤差的主要原因有兩個，一是計量翻鬥傾角偏大所致；二是計量翻鬥和上翻斗的轉動頻率所致。這兩種皆是因為雨水的在測量過程中，有部分外流失不在計數範圍內，而導致出現測量誤差的原因。除此之外，雨滴落下打在承雨口而濺起的水滴，降雨時的蒸發等也是產生誤差的因素。

根據翻鬥式雨量計的設計原理可知，其主要是利用固定體積換算，每次翻轉為U. 1 mm，通過平衡來控制計數，達到測量雨量的目的。

研究得知，在以1mm/min雨強為調試點調試準確的儀器，再在2.5mm/ mi n和4 mm/min的雨強情況下得到的測量結果誤差很大，而以4 mm/ min雨強為調試點調試準確的儀器，再在另外兩個雨強情況下得到的測量結果雖然也有一定誤差，但差距不是很大，根據之前提到的GJB要求，最大允許誤差分為兩個階級:在雨量為10 mm及以下是士0.4 mm;在雨量為10mm以上是士4%的GJB要求，可以得知，前者在調試點之外的雨強下得到的測量結果超出最大允許範圍，所以無效;而後者以4 mm/min為調試點，在不同雨強情況得到的測量結果誤差在允許值之內，所以可以作為有效數據使用。

在翻鬥式雨量計進行雨量測量時，唯一變化的是計量翻斗的量程，但當我們對其調試完成後其量程便是固定的，在計量翻鬥進行一次計數的過程中，即其在翻轉過程中，漏斗中如果還有雨水，其中一部分雨水將會跟着翻轉流失，此部分雨水視為無效，不在計數之內，這就導致最終的測量結果偏小，我們的試驗數據即可證明此點。那麼，解決這個問題就必須使計量翻斗的翻轉角即傾角達到最小或者在計量翻鬥翻轉過程中，保證漏斗中沒有雨水，即保證上翻鬥與計量翻斗的四個蓄水斗量程一致。但計量翻斗的傾角是不可避免的，所以只能利用後者來減小誤差，而此過程需在調試時解決，必須使上翻鬥翻轉一次所通過的雨水僅且使計量翻鬥剛好翻轉，這個階段調試完畢後，則可使計量翻鬥在翻轉過程中不會有無效雨水流失。

在一個雨強調試點，調試完畢並保證上翻鬥和計量翻鬥上下一致後，在不同雨強情況下的測量過程中，依然會出現計量翻鬥翻轉時漏斗中存有少量雨水的現象，這便又導致測量結果偏小的現象。翻鬥式雨量計中漏斗起緩衝作用，即保證通過節流管的雨水流速穩定，所以通過節流管雨水的流速在一定程度上是固定不變的，而上翻鬥翻轉的頻率跟雨強的大小成正比，所以，當上翻鬥翻轉頻率高於計量翻鬥翻轉的頻率時，即節流管雨水的流速致使計量翻鬥所達到的頻率跟不上前者的頻率，就會出現雨水無效流失現象。由此可知，必須保證計量翻斗的翻轉頻率不低於上翻斗的翻轉頻率，才能得到更加有效的測量結果。所以，在低雨強情況下調試的儀器，在高雨強中就會出現測量結果比被試測量點小很多的現象，甚至使儀器檢定為不合格;在高雨強情況下調試的儀器，因為己經規避了上翻鬥翻轉頻率高於計量翻斗的翻轉頻率，因為人工調試不夠精確，雖然測量結果也會有誤差，但能夠保證在誤差範圍之內，而且其結果會隨着雨強的降低而偏大，原因在於上翻鬥翻轉頻率的減小，能夠充分保證漏斗中不出現存水現象。

出現誤差的原因是計量翻斗的翻轉頻率小於上翻斗的翻轉頻率，導致一部分雨水流失不在計算範圍內。對此我們可以從兩個方而來改進避免。一是在調試階段的時候，以高雨強為調試點並保證上下翻轉頻率一致，這樣即使測量結果上下有波動，也不會超出誤差允許範圍;二是改進翻鬥式雨量計的設計，增加一個擋流器，使其和計量漏斗同軸同轉，己達到在計量漏斗翻轉時擋住節流管，阻比此過程中的雨水流失。這樣既可提高儀器的精確度，也可以一定程度上減小人工調試帶來的誤差，但是加工難度和成本會有所提高。 ^[3] 

（1）功能：本儀器的核心部件翻鬥採用了三維流線型設計，使翻鬥翻水更加流暢，且具有自滌灰塵、容易清洗的功能。

（2）構造及特點

本儀器由承雨口、濾網、一體化支架、引水漏斗、一體化上翻鬥組件、翻鬥、翻鬥支承、傾角調節裝置、水平調節裝置、恆磁鋼、幹簧管、信號輸出端子、排水漏斗、底座、不鏽鋼筒身、底座支承腳等組成。

與其它的雙翻鬥式雨量計不同，本雨量計的上翻鬥為安裝在引水漏斗中的一體化組件裝置，它的下翻鬥為計量、計數鬥。安裝使用本儀器時，不必對上翻鬥組件作任何調整。本型翻鬥式雨量計的下翻鬥上增加了一個活動分水板和兩個用於改變活動分水板逥轉方向的限位柱，在翻鬥翻水過程中，本儀器的活動分水板頂端分水刃口能自動地逥轉到降水泄流水柱的邊緣臨界點位置，當翻鬥水滿開始翻水時，分水刃口即會立即跨越泄流水柱完成兩個承水斗之間的降水切換任務，由此縮短了降水切換時間，減小了儀器測量誤差。

本儀器的翻鬥支承為一體化旋轉式定位結構，使翻斗的裝、拆更加方便，也無需再調整兩個翻鬥支承之間的距離，給用户安裝帶來了方便。本儀器的翻鬥為三維流線型設計，並設計有下垂式弧面導流尖，其造型美觀流暢、翻水性能更好且易清洗維護。

本儀器的翻鬥上裝有兩個恆磁鋼，幹簧管支架上裝有兩個幹簧管，儀器出廠時磁鋼與幹簧管均已調整在合適的耦合距離上，使儀器輸出信號與翻鬥翻轉次數有確定的比例關係。儀器兩路信號輸出中的一路用作現場記數計量，另一路用作遙測報信。本儀器與遙測終端機連接時，應配有匹配的接口電路，以防止因幹簧管抖動和因翻鬥回跳引發的計數、報訊錯誤。

本儀器出廠時已將翻鬥傾角調整螺絲鎖定在最佳傾角基點位置上並對傾角螺釘作了點紅漆漆封處理，用户現場安裝儀器時只需將翻鬥按照本説明書相關要求將翻鬥安裝在翻鬥支架上的2個翻鬥支承中並將翻鬥支架調水平使水平泡位於中心位置即可投入使用，不必現場再調整翻鬥傾角。

（3）主要技術參數

承雨口徑：φ200； 刃口鋭角：40o～45 o

分辨力：0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm可選；

測量準確度：≤±3%（室內人工降水、以儀器自身排水量為準）雨強範圍：0.01mm～4mm/min（允許通過最大雨強8mm/min）

發訊方式：雙觸點通斷信號輸出

工作環境：

環境温度：0～50℃

相對濕度；<95%(40℃)

尺寸重量：φ216×410 2.2Kg

XYL-2型翻鬥式雨量計具有體積小、低功耗、精密度高、可靠性強、雨量檢測、採集和傳輸一體化等優點是目前國內計量最準確的雨量計。如果需要一個獨立的雨量數據記錄系統可以安裝一個數據記錄器通過相關的PC軟件就可以對降雨量數據進行提取和分析。可廣泛應用於氣象、水文、海洋、軍事、機場、環境、農業、林業、科學研究等領域。

一、雨量傳感器技術指標：

● 分辨率：0.2mm

● 承水口徑：Ф200 + 0.6mm

● 測量降水強度：≤4mm/min

● 誤差：(±4%）室內靜態測試,雨強為2mm/min

● 輸出信號：開關通斷信號

● 測量參數：當前累計雨量，50分鐘不下雨儀表自動清零，再次下雨重新累計。

● 工作温度：0℃-+50℃

● 貯存温度：-10℃-50℃

二、雨量數據採集終端機技術指標

●工作電源：AC85V-260V

●整機功耗：不大於4W

●繼電器觸點容量：AC250V/3A

●通訊：RS485(光電隔離)，採用MODBUS-RTU協議

●變送輸出最大負載：750歐姆

●超限顯示：“EEEEEE”

●工作温度：0℃- +50 ℃ 濕度≤85RH 適用於無腐蝕性氣體和粉塵的場合

三、系統組成

本翻鬥式雨量計由翻鬥式傳感器和雨量數據採集終端機組成。雨量數據採集終端機可以實時顯示雨量數據可人工置入數據，與GPRS發射機組合可以無線傳輸到監控中心。翻鬥式雨量傳感器由承水口、過濾網、上筒、連接螺絲、磁鋼、乾式舌簧管、下筒、水準泡、調平螺釘等組成。

四、工作原理

翻鬥式雨量傳感器是一個機械雙穩態結構,當一斗室接水時,另一斗室處於等待狀態,當所接雨水容積達到預定值時,由於重力作用自己翻倒,處於等待狀態.由雨量數據採集終端機接收信號並顯示。