[科普中国]-虹吸式雨量计

简介

虹吸式雨量计能连续记录液体降水量和降水时数，从降水记录上还可以了解降水强度。可用来测定降水强度和降水起止时间，适用于气象台（站）、水文站、农业、林业等有关单位。承水口使用铸铜件，筒身使用镀锌铁板锡焊成型。

虹吸式雨量计自承水器，储水容器（又称浮子室）。自记记录部分和虹吸管等主要部件组成，当承水器将收集到的降水量，通过漏斗导管进入浮子室，浮于随着注入雨水的增加而上升，并带动自记笔在附有时钟的转筒上的记录纸画出曲线。记录纸上纵坐标表示雨量，横坐标表示时间，记录纸上记录下来的曲线是累积曲线，既表示雨量的大小，又表示降雨过程的变化情况，曲线的坡度表示降雨强度，虹吸式雨量计分辨率为0.1mm降雨强度适应范围0.01-4.Omm/min。但缺点是浮子室内一般只能积存lOmm的雨量，到达lOmm雨量时要排空存水，排空时的降水也会造成误差，且虹吸管容易发生故障，需要经常进行检定。

背景知识雨量计（rainfallrecorder）：用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器（降雪量的测量则需要使用雪量计）。常见的有虹吸式和翻斗式两种。（1994年12月18日，中国首台光学雨量计问世。）

大部分的雨量计都是以毫米作为测量单位，有时候测量结果也会以英寸或厘米作为单位。雨量计的读数可以用手工读出（简易雨量计）或者使用自动读数（自动雨量计），而观测的频率则可以根据采集单位的要求而变化。大多数情况下收集的雨水在观测后就不再保留，但也有少数气象站会保留作为污染程度或其他测试的样本。

雨量计不适用的两种情况：

一、风力过大——测量结果偏小；二、温度接近冰点——雨水结冰，堵塞漏斗。

雨量计的安装：在远离建筑物和树木的空地上，以最大程度地减小观测误差。

雨量计的种类：常见的有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计、固态存储雨量器、简易雨量计、数字雨量计等等。

工作原理构造及原理由承雨器、虹吸、自记和外壳四个部分组成。在承雨器下有一浮子室，室内装一浮子与上面的自记笔尖相联。雨水流入筒内，浮子随之上升，同时带动浮子杆上的自记笔上抬，在转动钟筒的自记纸上绘出一条随时间变化的降水量上升曲线。当浮子室内的水位达到虹吸管的顶部时，虹吸管便将浮子室内的雨水在短时间内迅速排出而完成一次虹吸。虹吸一次，雨量为10毫米。如果降水现象继续，则又重复上述过程。最后可以看出一次降水过程的强度变化、起止时间，并算出降水量。

优缺点虹吸式雨量计的优缺点：

优点：节约能源，降水有记录，不需要人守候；虹吸式雨量计性能可靠，测量数据准确，可记录全天的降雨过程

缺点：但必须定时到现场去更换记录纸，操作繁琐（现已有自动虹吸式雨量计），不能用于无人值守的站点。。虹吸管易堵塞。

技术规格表

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使用方法安装与调试虹吸式雨量计的安装，先将浮子室安好，使进水管刚好在承水器漏斗一的下端，再用螺钉将浮子室固定在座板上，将装好自记纸的钟筒套入钟轴，最后把虹吸管插入浮子室的测管内，用连接螺帽固定。虹吸式雨量训一的调试使用前应对其零点和虹吸点进行检查。首先调整零点，往盛水器里倒水，直到虹吸管排水为比，观察自记笔是否停在自记值零线上。往盛水器加注10mm清水，注意自记笔尖移动是否灵活。继续将水注入承水器，检查虹吸管位置是否正常。以上几点都很重要，若安装维护不当会使降水资料产生误差，影响降水记录的准确性、代表性、比较性。1

安装注意事项（1）安装时力求细致、轻巧、娴熟，用力均匀，避免碰撞、振荡。

（2）承水器下端口与浮子室进水管口位置调整适宜，勿使水流斜冲进水管口，以防强降水时形成漩涡，卷入气泡被压进浮子室，引起提前虹吸。

（3）浮子室底部、顶盖水平，顶部直柱与浮子直杆平行，浮子直杆、浮子室顶盖中间小孔、导向支架栋梁孔在一条直线上。调试后固定好笔杆跟部螺钉，确保长时间运行不松动。

（4）严格按规范要求上纸，一定将压纸夹压紧，自记纸受潮易鼓起，严重时，挡开笔杆，笔尖脱离自记纸，迹线中断。自记钟底部保持水平，钟筒应垂直。

（5）浮子室侧管与虹吸管衔接紧密，不可漏水漏气。2

常见故障原因及解决方法（1）笔尖脱离钟筒

原因是笔尖对纸的压力过低造成的。应先拨开笔档，调整笔杆根部的镖丝或改变笔杆架子的倾斜度，然后拨回笔档，看笔尖是否能够正常回位。如果仍不能正常回位，一般为笔杆根部与轴承的连接部分太脏或锈蚀现象造成的。应先清洗后涂抹机油，使其润滑直至笔尖回位。

（2）虹吸提前、落后或虹吸不尽

虹吸提前或落后或虹吸不尽的原因及解决方法如下f51虹吸管或笔尖变位，应先调整虹吸管的零位，再固定好连接镖帽;虹吸管不合格，在上次虹吸后，水体在虹吸管弯曲处分向两边，使出水口端存水，进水口端被水淹没，管内形成半真空状态，如遇大雨极易提前虹吸，这种情况应立即更换虹吸管;虹吸管尾部较短，可能使虹吸变慢，造成虹吸不尽，由于虹吸的快慢取决于吸管的粗细和长度，可采用套上一小段胶管的方法，增大虹吸作用时水柱的压力差，达到虹吸畅通的口的;虹吸管直径较小，可采用一根细铜丝深入到虹吸管内引水，使游离在虹吸管内的水珠或水沿铜丝漏出，同时也可以用上而加套胶管的方法处理;虹吸管的弯曲处曲率偏小，直径过大，水柱上升到弯曲处顺着管壁下流，主要是由于虹吸管的质量有问题，最好将虹吸管换掉;浮子室有漏气现象，应堵塞浮子室漏隙处;浮子室顶盖排气孔被堵，应定期检查顶盖上的排气孔是否堵住;机械部分摩擦过大，水的浮力不能将浮子托起，或虹吸管内壁污垢过多或有昆虫结巢，可采取相应的除锈、去污、保持虹吸管弯曲处顺畅等措施加以消除。

（3）笔尖上升到一定高度后不虹吸

在人工加水或雨大时能够正常虹吸，但降水小时则在1Cmm线处划平线而不虹吸，这种故障现象的特点是上升到虹吸高度处的雨水缓慢地沿虹吸管内壁溢出，使虹吸管不虹吸，记录一直划平线。

造成这一现象的主要原因及解决方法如下:虹吸管与浮子室侧管有较大的空隙，浮子室的水从空隙处漏出，可检查虹吸管与侧管接口处的橡皮圈是否变质，如已变质，应更换;虹吸管与连接镖帽处漏气，判别方法是在虹吸时，虹吸管内有气泡出现，可用万能胶涂于缝隙处，待其干后即能正常使用;浮子直杆与支架直柱接触部分的摩擦较大，直杆被卡住不能下降，可卸下机械部分加以清洗，直杆、直柱变曲时要及时校直，在接触处涂上少许的润滑油;虹吸管内壁有油污，判别方法是内壁沾水后水滴迅速向四周扩散，可用细铁丝一端绕有脱脂棉，一头穿过并轻拉，使脱脂棉经过虹吸管内壁，管内异物得以清除。如果管内壁沾水后附水均匀，证明已无油污;门盖不严，风吹向虹吸管口，产生从管口向上的压力，可在每次观测后将雨量计门盖关严。

（4）实测降水量与自记纸读数差值较大

除与实测降水量读数有误有关以外，还可能存在以下情况:一是浮子室漏水，使浮子室内水量减少，可更换浮子室;二是小漏斗一及以下细管处有异物堵塞，当遇大雨时，降水不能全部进入浮子室而从小漏斗一内溢出，可取下浮子室，对堵塞处进行疏通，并对浮子室进行清洗;三是浮子进水，当浮子室内水而升高时，浮子却不能相应的上升，从而造成记录不准确，这种情况应更换浮子。

（5）无降水迹线上升

造成这种现象的原因主要有3种:一是雾、露、霜造成迹线上升，在天气现象消失后，迹线也不会下降，出现这种清况，如果迹线上升达到或超过0.05 mm，则必须在自记纸背而注明;二是上纸不规范，例如雨量纸下端没靠紧钟筒下沿，自记纸没有紧帖钟筒而有隆起现象。迹线只在自记纸没有靠近钟沿或隆起的地方上升，走过该段后，迹线又下降为正常.因此上纸一定要规范.在使用过程中发现自记纸受潮隆起应取下重上;三是钟筒下的齿轮衔接部分的故障，使得钟筒不水平，迹线每天都在固定时刻上升或下降，可更换钟筒或底座齿轮。

（6）笔尖在上升过程中有停滞现象在加水或降水时.笔尖上升过程中有停滞现象.其原因及解决方法如下:一是笔尖与自记纸间的摩擦力过大，应先查看是否为笔尖压力过大造成，如果是压力过大，则需调整笔尖压力;如果为笔尖尖锐造成，则更换笔尖或取下笔尖，在细石上把笔尖磨滑后再装上。二是浮子筒直杆与各孔洞间的摩擦过大，这种情况下可在直杆与孔洞间打润滑油，使其运动灵活。

（7）记录迹线下降

原因除自然蒸发和上纸不规范外，还有如下情况，一是浮子中途进水，重量加重，这种情况必须立即更换浮子;二是浮子室放水镖丝处漏水，浮子室水量减少，此时，需拧紧放水螺丝，如果是橡皮垫圈老化或破裂，应立即更换;三是虹吸管与固定镖帽处漏水。这种情况只在浮子室内的水位上升到这个位置后，迹线才会出现下降现象，此时可更换橡皮垫圈。

（8）断线或成梯形迹线

此故障原因大多是仪器接触不良所致，如笔尖压力不匀、机械部分摩擦过大、钟筒不垂直，以及浮子室内部太脏等。1

与几种雨量计的对比虹吸式雨量计与自动传感雨量器虹吸式雨量计性能可靠，测量数据准确，可记录全天的降雨过程，但需要有人值守，人工记录观测数据，不能用于无人值守的站点。

自动传感雨量器能够满足监测规范要求，技术性能满足降水量观测规范和水情自动测报系统对遥测雨量计的要求。可设置在无人值守站，自动记录观测数据。该设备结构简单，易于维护和使用，便于推广，性能稳定，可比较稳定的长期工作，数据采集及资料整编容易，其记录数据可直接通过转化后，在南方片生成成果。弥补了虹吸式雨量计的缺陷，解决了降雨量观测数据的传输问题，通过资料的对比分析，由于受气候条件和通讯设备的影响，出现故障的几率比较高，误差比较大。通过降水总量的对比和回传率的对比发现，自动传感雨量数据采集和传输也存在不稳定的现象。在仪器安装时应按安装说明书所规定各项条件做符合性测试，选择具备合适安装条件的站点进行安装，以保证仪器良好运行，防止出现误记录、数据丢失等现象。在日常使用过程中还应做好对仪器的检查、维护和清洗保养。3

虹吸式雨量计与固态存储雨量计通过对两种自动化雨量计与虹吸式自记雨量计的观测资料的对比分析，得出结论如下。

(1)翻斗式雨量计、称重式雨量计汛期降水量一般均少于虹吸式自记雨量计降水量值，翻斗式平均偏小0.5%，称重式平均偏小1.1%。

(2)翻斗式雨量计、称重式雨量计口降水量绝对误差均值随着降水量级的增大而增加，相对误差均值则无明显增长趋势，变化范围不大，一般稳定在0.1%-4%范围内。

(3)翻斗式雨量计、称重式雨量计短历时降水相对误差均值及符合规范要求次数的占比随着降水历时增长而趋于稳定，一般为63%-91%，称重式雨量计符合规范要求降水时段占比一般大于翻斗式雨量计。

(4)翻斗式雨量计与虹吸式自记雨量计相比，口降水量偏多、偏少口数基本相当，称重式雨量计与虹吸式自记雨量计口降水量相比大多数偏多。4