称重式降水传感器的原理与应用

目前,在气象站观测设备中,用于降水量观测的称重式降水传感器,基于载荷测量技术原理设计,可通过对质量变化的快速相应测量降水量,符合智能气象传感器的发展趋势。

  近日,北方多地迎来冬季降雪。银装素裹的雪天,究竟是大雪、中雪,还是小雪呢?想弄清楚这个问题,就要依靠测雪神器:称重式降水传感器。目前,在辽宁沈阳市内已建成的16个降雪自动观测站内,均安装有称重式降水传感器这种气象监测传感器。

称重式降水传感器的原理与应用

沈阳市区降雪自动观测站内称重式降水传感器,资料图

  在沈阳,过去,测量降雪量,观测员需要每小时将盛雪容器拿到屋里去。化成水后,再用量杯测量,全过程只能依靠人工。现在,随着气象现代化进程的不断加快,称重式降水传感器已基本取代人工观测,它可以根据重量自动测算降雪量,并可以在全市的自动观测站设置,密切监测沈阳的降雪情况。

  目前,我国气象部门对固态降水的观测主要是以人工观测为主,存在时效性差、时空密度不足等诸多弊端,不能全面、连续反映冰雪过程的变化情况。

称重式降水传感器的原理与应用

翻斗式雨量传感器,资料图

  过去常用的雨量观测器通常是翻斗式雨量传感器,这种传感器是自动测量降水量的仪器,主要由承水器、过滤漏斗、翻斗、干簧管和底座等组成。降水通过承水器,再通过一个过滤斗流入翻斗里,当翻斗流入一定量的雨水后,翻斗翻转,倒空斗里的水,翻斗的另一个斗又开始接水,翻斗的每次翻转动作通过干簧管转成脉冲信号(1脉冲为0.1mm)传输到采集系统。仪器测量范围0到4mm/min。

  虽然实现了数字传输,但翻斗式雨量传感器在冬天低温环境下,遇到雪、冰雹、雨夹雪等固态降水或混合性降水时,融化较慢,导致无法及时监测,需加盖停用,人工干预才能完成观测。

  而新型称重式降水传感器,则是一种适合固态、液态和混合态降水总量及降水强度测量的、全自动、全天候降水观测仪器,能为气象提供更加全面、权威的信息资料支撑。

  最新的称重式降水传感器,通过利用一个弹簧装置或一个重量平衡系统,将储水器连同其中积存的降水的总重量作连续记录。没有自动倒水,有固定容积,且还需减小蒸发损失(加防冻液和抑制蒸发油),特别适合测量固体降水。

  称重式降水传感器基于载荷测量技术原理设计,通过对质量变化的快速相应测量降水量,既可以输出开关量信号接入现有自动气象站,也可作为智能传感器挂接在其他采集系统上。

称重式降水传感器的原理与应用

称重式降水传感器原理结构示意图,资料图

  具体来说,其原理是通过载荷原件对盛水桶内质量变化的快速响应测量降水量,称重式降水传感器主要由承水口、外壳、内筒、载荷原件及处理单元、底座组件、防风圈等部件组成。

  目前,称重式降水传感器采用的测量技术主要有两种:

  基于电阻应变测量技术

  敏感梁在外力的作用下产生弾性変形,使粘贴在其表面的电阻应变片也随至产生变形,电阻应变片变形后,其阻值会发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,进而得到降水的质量。

称重式降水传感器的原理与应用

称重式降水传感器局部,资料图

  振弦测量技术

  该技术以固定频率振动的弦丝作为弹性部件,根据其所受拉力与振动频率的对应关系,通过相应的测量电路得到降水的质量。

  总的来说,称重式降水传感器可有效测量固态降水情况,可解决传统人工观测降水带来的时效差、密度不足以及不够全面等问题,既能满足现行气象观测业务要求,输出脉冲量接入各地区气象局现有的自动气象站,又符合智能气象传感器的发展趋势。

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