误差的主要来源
翻斗式雨量计作为测量雨量的一种仪器,由于工艺程度和设计本身的缺陷,出现误差是不可避免的,而我们要做的就是使其控制在可接受范围内。
番羽斗式雨量计产生误差的主要原因有两个,一是计量翻斗倾角偏大所致;二是计量翻斗和上翻斗的转动频率所致。这两种皆是因为雨水的在测量过程中,有部分外流失不在计数范围内,而导致出现测量误差的原因。除此之外,雨滴落下打在承雨口而溅起的水滴,降雨时的蒸发等也是产生误差的因素。
误差的分布
根据翻斗式雨量计的设计原理可知,其主要是利用固定体积换算,每次翻转为U. 1 mm,通过平衡来控制计数,达到测量雨量的目的。
研究得知,在以1mm/min雨强为调试点调试准确的仪器,再在2.5mm/ mi n和4 mm/min的雨强情况下得到的测量结果误差很大,而以4 mm/ min雨强为调试点调试准确的仪器,再在另外两个雨强情况下得到的测量结果虽然也有一定误差,但差距不是很大,根据之前提到的GJB要求,最大允许误差分为两个阶级:在雨量为10 mm及以下是士0.4 mm;在雨量为10mm以上是士4%的GJB要求,可以得知,前者在调试点之外的雨强下得到的测量结果超出最大允许范围,所以无效;而后者以4 mm/min为调试点,在不同雨强情况得到的测量结果误差在允许值之内,所以可以作为有效数据使用。
误差的原因分析
在翻斗式雨量计进行雨量测量时,唯一变化的是计量翻斗的量程,但当我们对其调试完成后其量程便是固定的,在计量翻斗进行一次计数的过程中,即其在翻转过程中,漏斗中如果还有雨水,其中一部分雨水将会跟着翻转流失,此部分雨水视为无效,不在计数之内,这就导致最终的测量结果偏小,我们的试验数据即可证明此点。那么,解决这个问题就必须使计量翻斗的翻转角即倾角达到最小或者在计量翻斗翻转过程中,保证漏斗中没有雨水,即保证上翻斗与计量翻斗的四个蓄水斗量程一致。但计量翻斗的倾角是不可避免的,所以只能利用后者来减小误差,而此过程需在调试时解决,必须使上翻斗翻转一次所通过的雨水仅且使计量翻斗刚好翻转,这个阶段调试完毕后,则可使计量翻斗在翻转过程中不会有无效雨水流失。
在一个雨强调试点,调试完毕并保证上翻斗和计量翻斗上下一致后,在不同雨强情况下的测量过程中,依然会出现计量翻斗翻转时漏斗中存有少量雨水的现象,这便又导致测量结果偏小的现象。翻斗式雨量计中漏斗起缓冲作用,即保证通过节流管的雨水流速稳定,所以通过节流管雨水的流速在一定程度上是固定不变的,而上翻斗翻转的频率跟雨强的大小成正比,所以,当上翻斗翻转频率高于计量翻斗翻转的频率时,即节流管雨水的流速致使计量翻斗所达到的频率跟不上前者的频率,就会出现雨水无效流失现象。由此可知,必须保证计量翻斗的翻转频率不低于上翻斗的翻转频率,才能得到更加有效的测量结果。所以,在低雨强情况下调试的仪器,在高雨强中就会出现测量结果比被试测量点小很多的现象,甚至使仪器检定为不合格;在高雨强情况下调试的仪器,因为己经规避了上翻斗翻转频率高于计量翻斗的翻转频率,因为人工调试不够精确,虽然测量结果也会有误差,但能够保证在误差范围之内,而且其结果会随着雨强的降低而偏大,原因在于上翻斗翻转频率的减小,能够充分保证漏斗中不出现存水现象。
改进方法
出现误差的原因是计量翻斗的翻转频率小于上翻斗的翻转频率,导致一部分雨水流失不在计算范围内。对此我们可以从两个方而来改进避免。一是在调试阶段的时候,以高雨强为调试点并保证上下翻转频率一致,这样即使测量结果上下有波动,也不会超出误差允许范围;二是改进翻斗式雨量计的设计,增加一个挡流器,使其和计量漏斗同轴同转,己达到在计量漏斗翻转时挡住节流管,阻比此过程中的雨水流失。这样既可提高仪器的精确度,也可以一定程度上减小人工调试带来的误差,但是加工难度和成本会有所提高。