地面气象优要素智能采集系统 第7页
…………………………（2-15）
式中符号“ ”为不进位加，其运算规则为：
0 0＝0，0 1＝1，1 0＝1，1 1＝0。
2.5.4误差分析
造成风测量误差的因素很多，详细探讨各种因素形成的测量误差不是本课题的研究任务，但是在此有必要讨论一下风杯风速仪的过高效应，目前史载建立这样一个概念，即：在本系统构成中，机械原理所造成的测量误差对整个系统是有很大影响的。因此在本系统中仅仅只能考虑电子部分或者线路造成的误差，应该有一种系统的概念。这一点在实践中很重要。
A） 假设外界风速v恒定，风杯相对空气的运动速度为(具体推导过程参考《军用地面气象仪器教程》)：
…………………………（2-16）
式中 为扭力矩， 为空气阻力矩， 为动摩擦力矩， 为静摩擦力矩。当摩擦力矩很小，可以略去不计时，上式简化为：
…………………………（2-17）
从上式可以看出：当摩擦力矩忽略不计时，风杯的转速与风速成正比。从中我们不难得出以下结论：、
1） 当风速较小时，必须考虑两种摩擦力矩（动摩擦力矩和静摩擦力矩）；而风速较大时，摩擦力矩所占比例随风速增加而降低，在实际使用中应根据所要求的测量精度加以考虑和较正。
2） 由于摩擦力矩的存在， 曲线在接近零点区域明显弯曲，只有当风速达到某一阈值 时（及曲线与v坐标的交点处的风速值），风杯才开始转动，该阈值成为启动风速：
（即当n=0时的风速值）
从上式可以看出：启动风速值与风杯的固有参数有关，而与环境风速无关，可以视为风速仪的一项固有参数，在实际过程使用中，必须注意使用要求和所选风速仪相匹配。
B)当风速变化时，如从 跃变为 ，由于惯性的原因，风杯转速不可能在瞬间跃变，需要一个相应过程。设风杯转速为 ，根据风杯风速计的转动方程有：
…………………………（2-18）
整理得：
………（2-19）
其中：
称为尺度常数（是仅与风杯本身的固有性能有关的参数），而 称为风杯风速仪的时间常数，它与待测风速成反比。
风杯风速仪的这种特性所造成的实际影响是：仪器指示的平均风速总是高于实际风速的平均值，这种特性称之为风杯风速仪器的过高效应（当然风速过高效应还会受到垂直风和风向脉动的影响），它使风杯风速仪的测量结果存在系统性误差。
通过上述对风向风速仪的机械探测原理引用的系统误差分析，我们可以有这样的结论：探测原理引入的系统误差是十分重要的，要达到较高的测量要求，必须对测量原理有深入的了解，测量原理的变革对测量系统指标的贡献往往大于电路部分改进。因此，在系统设计过程中不能仅考虑电路设计，更应该从探测原理开始分析和论证，以期达到最佳的系统设计目的。
2.6降水的测量
2.6.1概述
降水量是指从天空降落到地面上的液态或固态（经融化后）降水，未经蒸发、渗透、流失而积聚在水平面上的水层深度。地面气象观测规范规定：降水量以毫米为单位，保留一位小数。纯雾、露、霜、雾凇、吹雪不作降水量处理。
2.6.2降水的测量方法
降水的测量方法主要有承水法、光学法、雷达微波法和卫星遥感法。其中承水法为直接测量法，其它为遥感测量法。承水法有翻斗式、称重式、压敏式、水导式、电容式、虹吸式和电功率法。遥感测量法有光学法、雷达微波法、卫星遥感法。
2.6.3测量降水的器件
测量降水量的常规仪器有：雨量器、翻斗式雨量计及虹吸式雨量计。除此之外，近年来又研制出很多新型的测量降水设备，如光学雨量计、采集总雨量计、镀金栅极降雨探测器、智能全天候雨量计、天气雷达等。
虽然降水测量设备种类很多，但目前自动观测系统中大量使用的仍然是翻斗式雨量计。这主要是因为：1）翻斗式雨量计可以较好地满足使用要求；2）结构简单、性能稳定可靠、文修方便；3）环境适应性好；4）输出为脉冲信号，便于处理和计量。
图2-5翻斗式雨量计结构图
翻斗式雨量计由水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。如图所示：上翻斗与计量翻斗是两个对称的三角容器，在对称中心压入不锈钢转轴。计数翻斗是两个对称的的方形翻斗，在中心也压入了不锈钢转轴，在计数翻斗上装有磁钢，磁钢极性与转轴垂直。翻斗转轴有轴承支撑以保证翻斗灵活转动。在上翻斗和计量翻斗两侧分别有一对调节螺钉，调整螺钉位置能调整翻斗的翻转倾角，即改变启动计量翻斗所需的水量。雨水通过上翻斗及汇集漏斗将降水注入计量翻斗。上翻斗与汇集漏斗的主要作用是使不同的自然降水强度积聚成近视固定的量，通过汇集漏斗截流管，人为地使注入计量翻斗的雨水成为一股一股的水流，其流量相当于6毫米／分的降水，既不发生雨水的滞留现象，又不使注入计量翻斗的雨水强度过大。
感应器的工作过程：雨水由承水器（口径一般为20厘米左右）汇集，通过装有小圆形护网的小漏斗及其下端的引流管注入上翻斗。当上翻斗承积的水量达到一定数量时，上翻斗反倒，雨水流入汇集漏斗有截流铜管流入计量翻斗，当计量翻斗承积到相当于0.2毫米的降水时，计量翻斗反倒，把雨水倒入计数翻斗，使计数翻斗翻动一次，装在计数翻斗中部的小磁钢，对气上面的干簧管扫描，使干簧管接点磁化而瞬间闭合一次，送出一个电路导通信号,雨量计的记录及处理单元根据该脉冲信号进行计数及计算，从而得到中的降水量以及各规定时段的降水量等参数。
2.6.4误差分析
测量误差主要由机械和制造原因引起的，尤其是极弱或极强降水的情况下，会出现翻斗延迟或提前误翻。因此为尽量减小这种情况造成的差错（尤其容量较小的翻斗）。于是我们必须注意在制作中应该使用的材料、加工工艺及配合精度、各类技术指标或参数，精心安装、校准、调试、注意保持仪器的清洁并定期保养、文护
等。
表2-5 温度传感器的工作性能
传感器类型 薄膜铂金RTD： ＝100 @0 ； ＝0.000385 / /
温度范围 -55 到+150
温度精度 ，两者取大
基本电阻和换性
100 @0
线性度 0.1%在-40 到125
时间常数 16s在空气中（3.5m/s）
操作电流 推荐使用1mA，2 mA时自热引起的误差<1
稳定性 <0.25 /年;0.05 每五年在工作环境
自热 <15mW/
绝缘电阻 >50M
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