降水作為關鍵的水文氣象參數,其監測數據的準確性直接關乎水文、氣象、交通等多個領域的安全與發展。雨量計作為測量降水的核心設備,在長期戶外工作環境下,檢測精度易受影響。當前,傳統雨量計檢定技術存在諸多局限,難以滿足高精度測量需求,在此背景下,新型雨量計檢定裝置的研發與應用成為行業發展的關鍵驅動力。
目前,市場上的雨量計類型多樣,如虹吸式、翻斗式、稱重式等,其中翻斗式雨量計在水文氣象行業應用最為廣泛。然而,現有的雨量計檢定技術存在明顯不足。傳統檢定技術將 10mm 標準雨量加入被檢儀器計算示值誤差,未考慮余水影響,這對水文用分辨力為 0.5mm 的翻斗式雨量計檢定結果影響較大。同時,水文現場比測僅採用人工注水方式,無法保障量值溯源及數據準確性。
為解決這些問題,新研發的雨量計檢定裝置採用了創新方法。該裝置以高精度電子天平作為標準器測量水的質量,利用數字式密度計測量實驗用水密度,通過質量和密度換算得出雨量;使用蠕動泵精確控制雨強。針對翻斗式雨量計檢定,考慮濕潤損失和余水影響,滴定前先潤管,將潤管後第一個翻斗信號設為開門信號(不計入示值誤差計算),取得開門信號後的第一個信號開始計算,第 10mm / 分辨力(如分辨力為 0.5mm / 斗,則為 20 斗)個信號作為關門信號結束檢定,據此計算示值誤差。對於稱重式雨量計,潤管後將電子天平測量的標準雨量值(如 10mm)通過蠕動泵滴入被檢儀器,觀測示值並計算誤差。
新的雨量計檢定裝置需滿足多項嚴格要求,以確保其適用性和準確性。在雨量量值測量方面,要能自動精確測量,根據預設雨量值或開關門信號反饋,通過控制加水器出水質量,復現準確雨量量值,雨量控制範圍為 0.4 - 30mm,累計不低於 500mm,雨量值最大允許誤差 ±0.1%。雨強控制上,可通過控制加水器出水流量,準確模擬 0.1 - 10mm/min 範圍內的預設雨強。數據採集方面,能夠自動採集雨量計干簧管開關量、RS333/RS485 等不同形式的輸出數據。檢定功能上,可按照相關規程或標準,同時自動檢定 4 台雨量計,並生成原始記錄和檢校證書。此外,裝置還具備水密度自動修正功能,以及自動淨水、加水、排水功能,全方位保障檢定工作的順利進行。
該雨量計檢定裝置由控制台軟體和多個硬體組件構成,各部分協同工作實現自動化檢定。控制台軟體基於.net 平台編寫,包含用戶管理、技術機構信息管理、計量標準管理、檢定操作、證書記錄管理等模塊。用戶管理模塊可分配帳號明確任務;技術機構信息管理模塊維護送檢和檢定單位信息;計量標準管理模塊監控設備狀態;檢定操作界面分承雨口尺寸檢定與準確度檢定模塊,支持多台設備同時檢定且工位獨立;證書記錄模塊管理檢定數據、儲存記錄並列印證書,實現對多種雨量計的自動檢定和自定義測試。
硬體部分,稱量組件由電子天平、稱量容器、數字式密度計和光電液位開關組成,通過精密儀器配合實現雨量數據全自動實時採集,並設置軟限位和光電液位開關防止加水異常。出水控制組件採用步進電機式蠕動泵、輸水軟管等部件,通過調節泵的轉速,模擬 0.1 - 10mm/min 的雨強,將水輸送至被檢雨量計。反饋控制組件包含工控機、溫濕度模塊等,採集環境數據並控制執行機構,實現過程控制,出現異常時報警提示。數據處理組件採用分布式數據採集解決方案,通過串口伺服器等設備實現通信和數據採集,最終將檢定數據上傳至控制台軟體形成成果。
對雨量計檢定裝置進行測量不確定度評定,以驗證其可靠性。
目前,該雨量計檢定裝置已在實際項目中發揮重要作用。在山東水文實施的儀器設備安裝前檢測制度中,於小清河防洪綜合治理水文設施工程、山東省雨水情監測系統建設工程等多個項目的儀器設備質量監督中應用。經《2025-2030年全球及中國雨量計行業市場現狀調研及發展前景分析報告》檢定,翻斗式雨量計不合格率高達 68.5%,通過對不合格產品退貨處理,有效保障了降水量觀測數據的準確性和可靠性。未來,還將結合實際工作,制定相關計量管理辦法,編制年度檢定校準計劃,開展雨量計等水文監測儀器周期檢校工作,進一步推動行業發展。
綜上所述,2025年雨量計行業正朝著測量精準化方向發展,新型雨量計檢定裝置的出現有效解決了傳統檢定技術的弊端。其創新的研究方法、嚴格的設計要求、完善的裝置組成以及可靠的測量不確定度,使其在提高檢定準確度、實現自動化檢定和保障數據可靠性方面具有顯著優勢。隨著該裝置的進一步推廣應用和相關制度的完善,將為水文水利等行業的高質量發展提供堅實保障,推動雨量計行業邁向新的發展階段。