TWI793041B

TWI793041B - 檢測系統

Info

Publication number: TWI793041B
Application number: TW111125047A
Authority: TW
Inventors: 簡振和; 謝棃惠; 趙鍵哲
Original assignee: 國立臺灣大學
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-02-11
Also published as: US20240011816A1; TW202403346A

Abstract

本發明揭露一種檢測系統，其用以檢測對傾斗式雨量計的器差，並用以判定雨量計的勘用狀況。本發明的檢測系統包含現地查核儀、偵測傳訊盒及應用程式。應用程式由一電子裝置來執行，其在接收偵測傳訊盒傳送的計量訊息及環境資訊後，即可計算出傾斗式雨量計的器差。本發明的檢測系統讓相關人員可以在待檢測的傾斗式雨量計的所處位置，直接對傾斗式雨量計的器差及堪用狀況進行檢測，並提供使用者後續採行的處理措施或建議。

Description

檢測系統

本發明涉及一種特殊的檢測系統，一種可在田野(現地)針對傾斗式雨量計的器差、勘用性進行查核，並提供使用者後續處理建議的檢測系統。

大氣降水是地球科學水循環重要環節，雨量資料是政府在水資源利用、水庫操作及防災等重要決策最主要的依據。其中，傾斗式雨量計(Tipping Bucket Rain Gauge, TBRG)是目前國內外使用最廣泛的降雨觀測設備。傾斗式雨量計如同絕大部份的量測儀器，需要經定期校準，才能確保資料(降雨量)量測的準確度。因此，氣象法規範雨量計應定期(依校驗週期)送校。由於雨量計校準(檢測器差及調整)需要可進行量測標準追溯的專屬校驗設備，並由經受專業訓練人員才能完成，因此一般祗能送校正實驗室。惟實驗室校正的量能有限，雨量計一般依校驗週期(約1～3年)送校，常出現無法及時發現問題的窘境。

此外，雨量計長期置於戶外，不僅必需面對日曬、風吹、雨淋等各種天候，常處在一個溫、濕度、氣壓變化劇烈的環境中；而且雨量計還會遭遇各種外來包括落塵、鳥糞、各種爬昆蟲、樹葉、動植物等異物入侵的問題。雨量計即使能定期送實驗室校準，恐仍無法保證雨量計的勘用狀況。爰此，採行有效的因應措施，例如增訂雨量計現地查核程序的作業要求，有其必要性及迫切性。本發明的檢測系統適可提供一個可行、立即並有效的工具。

目前氣象法規範雨量計的公差是

。更清楚的闡釋：在一般關注雨強範圍內(約10～100或120mm/h，亦即日常生活中容易出現或一般可觀測到的雨強)，雨量計之器差RE(量測誤差一般係以量測誤差百分比表示，

應介於

(亦即

)。雨量計除器差應符合法規公差要求外，其實，雨量計在實際應用上，還應同時確認儀器的勘用狀況，包括計量機制的穩定性及量測值的再現性(亦即雨量計的信度及效度)。

但雨量計器差的檢測，目前除將定期送校正實驗室檢測外，別無他途。市面雖有國外廠商針對傾斗式雨量計研發的產品—田野校正儀，例如YOUNG (USA), HYQUEST SOLUTIONS (Australia)。但此等設備採用的是傳統的定量瓶(Buret)滴定法，不僅檢測設備的體積大、攜帶不便，而且價格昂貴、檢測耗時，更重要的是檢測結果僅能提供大致的器差，除器差外，無法用來判定儀器檢測的相關訊息，滿足使用者需求。

本發明公開一種檢測系統，用以改善現有檢測技術無法讓相關人員直接在現地對雨量計進行檢測的問題。

本發明的其中一實施例公開一種檢測系統，其包含：一現地查核儀、一應用程式及一偵測傳訊盒。現地查核儀包含：一盛水瓶、一定水頭裝置及一置放架。盛水瓶用來裝盛模擬降雨所需要的一水體；定水頭裝置安裝盛水瓶的一開口端，定水頭裝置的一出口端具有可替換式的一針頭；置放架用以使裝上定水頭裝置的盛水瓶，倒置地設置於待檢測的一傾斗式雨量計的一承雨筒內；其中，當盛水瓶裝滿水體，且定水頭裝置針頭安裝於盛水瓶，而盛水瓶及定水頭裝置通過置放架倒置於承雨筒內時，盛水瓶所承裝的水體，能通過定水頭裝置，而以預設的一流率自針頭流出，並流入傾斗式雨量計的承雨筒中，據以模擬傾斗式雨量計承受預設的強度降雨的情況；應用程式能被一電子裝置執行：偵測傳訊盒包含：一環境條件感測器、一計量感測模組、一訊息傳輸模組及一供電模組。環境條件感測器用以感測此項檢測所處的環境條件，包括溫度、濕度及大氣壓力等環境參數(滿足檢測規範應出示檢測「環境條件」及計算「不確定性」的要求)。計量感測模組用以感測傾斗式雨量計的計量傾斗每次裝滿一標稱容量水體後自動翻傾的動作，並對應產生一計量訊息。訊息傳輸模組能將計量訊息及環境參數傳送至執行應用程式的電子裝置；應用程式能被一電子裝置執行。供電模組電性連接計量感測模組、環境條件感測器及訊息傳輸模組；其中，當電子裝置接收環境參數及計量訊息—後，其應用程式即能依據檢測對象—傾斗式雨量計型號、規格、該現地查核儀對應的流率、計量訊息、環境資訊…，立即計算出傾斗式雨量計量測的一器差，並依預設條件判定查核對象的勘用性，對應產生一建議訊息。

綜上所述，本發明的檢測系統提供一個簡便、可自動化操作並且有效的實用工具，可讓使用者(降雨觀測第一線工作人員、維護廠商)在測站現地快速檢測傾斗式雨量計量測的器差、查核儀器的勘用性，並獲取後續處理建議的訊息。

為更進一步瞭解本發明內容的特徵及技術，請參閱以下說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

於以下說明中，如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述及的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。

為更進一步說明本發明的特徵及技術內容，首先必需針對傾斗雨量計特有的計量原理先作詳細說明，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖；其次，再說明本發明所建構的裝置及如何運用特殊的檢測技術，除可校驗雨量計量測的器差外，還能利用檢測過程之相關數據來判定查核件的勘用狀況。本發明讓一般的使用者僅需簡單的操作訓練，即可完成傾斗式雨量計現地查核作業，並達到該檢測預期的效果及目的。

本發明公開一種檢測系統，除提供一個可自動檢測傾斗式雨量計器差的簡便工具，以滿足法規上的要求外，並可讓使用者確認儀器的勘用狀況；除能兼顧雨量計的效度及信度之需求外，還可提供使用者後續使用或處理上的相關建議，滿足儀器在應用上的實務需求。本發明的檢測系統並無法取代雨量計送實驗室校準的功能，但可彌補定期校驗無法及時發現問題的困擾；除讓有實際校準需求的雨量計優先送實驗室校準外，同時亦可舒緩一般雨量計的校正需求及國內實驗室校正量能不足的問題。

雨量計過去一直採用定量瓶法(Buret Method)來檢測器差；但恆定雨強(流率)法(Static Method)是較新並更有效率的器差檢測法。本發明係依據發明人長期在雨量計校正實驗室的觀察及技術經驗的累積，藉由對雨量計器差特性掌握而發明的一種檢測系統。由於此法更能精確掌握器差隨降雨強度(簡稱雨強)變化的特性，因此僅需利用一組關鍵性的雨強，即能達到檢測傾斗式雨量計器差的預期目的。除可用來判定檢測對象量測誤差否符合公差(法規)要求外，同時透過該檢測試驗過程量測到的相關參數，還可從技術面準確地判定該雨量計的勘用性。

請一併參閱圖1至圖3，圖1顯示為本發明的檢測系統及一般傾斗式雨量計的示意圖，圖2為本發明的檢測系統的現地查核儀(Field Calibration Device, FCD)的示意圖，圖3為傾斗式雨量計的器差隨模擬雨強變化關係(趨勢)的示意圖。

傾斗式雨量計100係屬流量計的一種(計量的單位為累積深度(mm)，亦即降雨量在一水平面上每單位面積所累積的深度)，並且係利用類似可裝盛標稱容量(Nominal Volume)

的量杯—計量傾斗(Bucket)14來計量。前述標稱容量

係指傾斗式雨量計100的計量傾斗14裝戴1個分辨力R(降雨深度)雨水的容量，因此

，A為承雨筒11口徑用來捕捉雨水的面積。舉例來說，以口徑200mm的承雨筒為例，其捕集雨水的面積

；以分辨力0.5mm及1.0mm的傾斗式雨量計100而言，其標稱容量分別為157.08ml及314.16ml。亦即，當計量傾斗14每裝滿標稱容量的雨水，並自動翻傾倒水的同時，相當於雨量計量測到0.5mm或1.0mm(1個分辨力R)的降雨量。傾斗式雨量計100的計量機制則係利用兩個位於軸承15的兩側，並經校準容量的計量傾斗14，以類似蹺蹺板的制動方式輪流接替盛水(上升側斗杯用來盛水，另側斗杯翻傾倒水)，達到持續進行降雨量量測的目的。

傾斗式雨量計100的運作方式大致為：雨水經承雨筒11捕集後，雨水經承雨筒11底部的集雨漏斗12導入下方緩衝漏斗13，再由緩衝漏斗13導入下方其中之一的計量傾斗14。當其中一側的計量傾斗14裝滿標稱容量的雨水時，該計量傾斗14藉由本身重量產生的力矩自動翻傾倒水；同時，另側的計量傾斗14將上升，而自動接替盛裝自緩衝漏斗13落下的雨水。當傾斗式雨量計100連接上，帶有內置供電源的雨量記錄器(圖未示)後，每當計量傾斗14翻傾倒水時，即會觸動隱藏的磁簧開關(圖未示)並發送一個類比訊息至雨量記錄器(Rain Pack)。因此，雨量記錄器只要累計所收受訊息的次數(亦即計量傾斗14翻傾倒水的次數)，即可依據計量傾斗14的分辨力R(Resolution)量測到降雨量

(Rainfall Total)。值得一提的是在，並不是所有的傾斗式雨量計100皆含有緩衝漏斗13，在不同的實施例(例如歐美廠牌)中，雨水係直接從承雨筒11底部的集雨漏斗12滙入下方的計量傾斗14，但少了緩衝漏斗13並不影響以上計量機制的運作。

傾斗式雨量計100因係屬氣象法規範的氣象觀測儀器之一，因此，傾斗式雨量計100的器差(量測誤差)應符合國內法規所稱公差(容許誤差)要求。雨量計的器差RE(亦即量測誤差；一般器差RE係以相對誤差百分比來表示。

；其中，

為量測雨強，

為參考雨強。目前氣象法僅規範雨量計的公差是±3%，亦即其器差應介於±3%間(或-3%≦RE≦3%)；但前述規範，由於法規訂定當時尚未能確實掌握降雨觀測儀器的器差特性，因此並不盡完備，還需要更進一步的釐清才能滿足實務需求。

所有型態的傾斗式雨量計100，其計量機制皆存在明顯且無可避免的系統性誤差(System Aticerror)；此系統性誤差源自於當計量傾斗14承載標稱容量的雨水，並開始翻傾的同時，雨水仍持續自緩衝漏斗13進入計量傾斗14；因此造成計量傾斗14在每次倒水時皆盛裝超額(超出標稱容量)的水量。假設

為啟動計量傾斗14翻傾所需水量(標稱容量)，但當計量傾斗14盛裝

水量並開始翻傾的同時，雨水仍持續進入計量傾斗14(此為傾斗式雨量計100的計量機制無可避免的系統性誤差)。造成計量傾斗14每次翻傾時，實際裝盛的水量W會比預期的還多，即

(式1)。其中，

即為計量傾斗14翻傾過程中雨水仍持續注入的水量(此為計量機制上的系統性誤差)；該計量上的誤差

顯然與傾斗式雨量計100當時承受的雨強有關。假設I為當時的降雨強度，

為計量傾斗14翻傾過程中雨水持續注入直至另一計量傾斗14完全接替的時間，則

(式2)。由此同時可推測傾斗式雨量計的器差會隨著觀測雨強的大或小而改變。

由於氣象法規範雨量計的公差為±3%，因此為期傾斗式雨量計100適用觀測(器差符合公差要求)的雨強範圍極大化；雨量計在設計及製造時，需在擬觀測雨強的範圍內先選定某一降雨強度

，並讓該雨量計在承受該雨強時，計量傾斗14翻傾時實際裝盛的水量W剛好等於其標稱容量

(此時器差RE接近0)。由式1及式2可得

(式3)。由於降雨強度

，為滿足式3要求，

。亦即傾斗式雨量計100在設計及製造時，必須找到另一個小於標稱容量

，並可讓計量傾斗14啟動翻傾動作的擬載水量W。

傾斗式雨量計100的系統性誤差，除會讓器差隨著觀測(或承受)雨強的大小而變化外，由傾斗式雨量計的以上設計可知，當雨量計承受降雨強度

小於預設降雨強度

時，計量傾斗14翻傾時的盛裝水量W將小於標稱容量

(因

)；器差為正值(0＜RE＜3)。但當雨量計承受降雨強度

大於預設降雨強度

時(

)，計量傾斗14翻傾時的盛裝水量會大於標稱容量(

)；器差為負值(-3＜RE＜0)。因此，傾斗式雨量計100隨著觀測(或量測)雨強從小(＜

)到大(＞

)的改變，其器差亦由正值轉為負值(亦即量測值分別由高估狀況轉為低估狀況)。器差隨雨強變化的趨勢大致如圖3所示。

傾斗式雨量計100是經由精密設計及製作的計量器，當其計量傾斗14裝滿標稱容量(亦即1個分辨力R(降雨深度))的雨水後，無需耗費電力，即可藉由自身重量所產生力矩自動翻傾倒水，並持續進行降雨量的量測，因此極適合田野長期降雨觀測作業利用。其計量機制是以位於中間的軸承15連結並撐起左、右兩側的兩個量杯(傾斗)，形成類似蹺蹺板般，可分別上、下反覆作動的裝置來完成。惟該機械式的軸承裝置經使用後，如同其他量測儀器設備，或因軸承磨耗、或因環境或其他因素影響，其量測誤差(亦即前述標稱容量

)可能改變。因此需要透過定期校準，才能維持傾斗式雨量計量測的準確度。器差調整的方式則係透過調整計量斗杯下方的止動螺絲16(Stop Screw)的高度，去改變計量傾斗的盛水容量(以及傾斗主動翻傾所需的力矩)。

雨量計校準的目的是在確保雨量計的準確度(俾儀器的器差能符合公差要求)；但雨量計的校準(器差檢測及調整)，因實驗室校準的量能有限，過去祗能依校驗週期(或法規要求)定期送校，卻常出雨量計出現問題卻無法及時發現問題的窘境。雨量計校正實驗室由於必需符合認證機構(TAF)及國際標準ISO17025「測試及校正實驗室能力一般要求事項」規範，雨量計的校正必需完整依循標準作業程序要求(例如校驗雨強範圍平均分佈的7組雨強等)，需耗費人力成本高且校驗時間長。但站在雨量計器差檢測及儀器勘用性查核的需求上，似不需歷經完整的實驗室標準校正作業程序才能獲致所需結果。另外，校正實驗室的功能，除檢測儀器的器差是否符合公差的要求外，另一個目的是必需要能針對器差不符公差要求的雨量計進行調整準(亦即「校準」或「校正」)，同時並儘可能讓每部(同廠牌或不同廠牌)傾斗式雨量計100的器差隨雨強變化分布的趨勢線，儘量趨於一致，俾讓每部(同廠牌或不同廠牌)傾斗式雨量計100在其適用觀測(亦即器差符合公差±3%要求)雨強範圍內，並在合理的觀測時距下，皆能量測到具一致性的降雨量。但這適用(亦即器差能符合公差±3%要求)的觀測雨強範圍在哪裡，法規並未明確規範而造成困擾(亦即前述段落0021提到，由於法規訂定當時尚未能確實掌握儀器的器差特性以及降雨觀測實務上的需求，法規規範另一個不完備項，需要更進一步的釐清)。

降雨觀測的實務需求而言，雨量計的量測值應具準度及信度，並且該雨量計的性能要能滿足觀測者的目的需求；亦即該雨量計在其適用觀測雨強範圍內之器差必須能符合法規上公差的要求，而且該雨量計適用觀測的雨強範圍要能滿足觀測者的目的需求。為滿足不同降雨特性觀測需求，傾斗式雨量計提供不同分辨力(解析度)供選擇；原則上，觀測小雨或大雨應分別使用分辨力較小(0.1、0.2mm)或較大(0.5、1.0mm)的雨量計。不同分辨力各有其適用觀測雨強範圍。一般使用者或可依降雨觀測地區降雨特性，選用不同分辨力(解析度)的傾斗式雨量計。以期適用觀測雨強範符合觀測目的需求。理論上雨量計觀測雨強的範圍應包括常發生、曾經發生或預期可能發生的最大降雨強度。以台灣而言，時雨量超過100mm/H(甚至更高)的降雨事件雖時有所聞，但並不常見。由於現階段國內主管機關(中央氣象局)檢校中心雨量計校正實驗室設備目前所能提供的最大校驗雨強為100mm/H(或120mm/H)，因此目前國內對雨量計的器差應能符合公差的要求的雨強範圍：10mm/H(或20mm/H)～100mm/H(或120mm/H)，亦即在雨量計至少在此適用觀測雨強範圍內。

更進一步的說明：傾斗式雨量計適用觀測雨強範圍與其分辨力有關，觀測小雨或大雨應分別採用分辨力較小(例如0.1或0.2mm)或分辨力較(例如0.5或1.0mm)的雨量計；前述兩組雨強範圍則係分別適用於分辨力0.5mm及1.0mm的雨量計；0.1或0.2mm分辨力的雨量計適用觀測雨強範圍則為10mm/H～30或40mm/H。因此，在當前法規規範下，100mm/H(120mm/H)或可視為一般以防災目的為需求雨量計，其器差應符合公差要求的最大觀測雨強。

如圖3所示，顯示傾斗式雨量計100的器差(相對誤差)隨模擬(或承受)雨強變化的趨勢關係如示意圖中的長虛線，圖中傾斗式雨量計100的器差在符合公差±3%(以紅色水平點狀虛線表示)要求(亦即該雨量計所謂「適用觀測」)的雨強範圍：20mm/H≦RI≦120mm/H。其中，120mm/H即為該雨量計適用觀測之最大雨強(如圖3中藍色垂直點狀虛線所示)，亦即該雨量計觀測雨強若小於120mm/H，其器差一定可符合公差要求。

按：以一般大解析度R=1.0mm傾斗式雨量計為例，120mm/H亦是其器差應至少要能滿足公差要求的的最大雨強；以解析度R=0.5mm的傾斗式雨量計為例，其器差至少要能滿足公差要求的最大雨強則為100mm/H。因此，吾人要查核雨量計的勘用性，倘能利用傾斗式雨量計的器差隨雨強變化的特性，其實祗要選定一個略小於120mm/H(亦即該雨量計適用觀測的最大雨強)的「關鍵雨強」即可達到檢測該查核件量測的器差是否符合公差要求的目的。當該雨量計承受這個「關鍵雨強」的器差值＜-3%(器差的絕對值＞3%)，顯示該查核件器差已不符合公差要求；但如果器差值＞-3%(器差的絕對值＜3%)，顯示「關鍵雨強」的器差可符合公差要求；但需進一步檢示其值是否可落在一預期或虛擬的合理範圍內；如果確認其值在合理範圍內，顯示該雨量計在段落0027中所述適用觀測或關注雨強範圍內的器差亦皆能符合公差要求。但如果超出此合理範圍，則顯示以上適用觀測雨強範圍內的器差並無法全部符合公差要求，需要進行調整。

前述用來檢示器差值允收標準的一虛擬範圍，係分別依據以下包括：(1)器差一般隨模擬(或承受)雨強變化的趨勢特性，並用來檢視其他小於「關鍵雨強」的器差是否亦皆能符合公差±3%要求；(2)「關鍵雨強」亦即此項檢測系統現地查核儀FCD用來模擬降雨的雨強(亦即依本發明檢測系統的現地查核儀22的供水流率換算，同時做為本項檢測的「參考雨強」)；(3)參考雨強的「不確定度」(各次量測值變異度容許的下限值)及器差的「允收標準」(可接受容許誤差的上、下限值)等考量而定。另分述如下：

承上說明，以下以分辨力0.5mm的傾斗式雨量計100的實施例(其適用觀測雨強範圍的上限，至少要能達100mm/H)，並以上述圖3器差隨雨強變化關係的示意圖說明如下：(1)本實施例中選用約100mm/H的模擬雨強(亦即「參考雨強」)。(2)實施例中實際模擬雨強及其範圍(亦即「參考雨強」及其「不確定度」，大致落在標示為參考雨強的垂直實線的左右兩側，如圖中虛線方框內)；其中，不確定度係針對FCD供水流率進行包括以不同時間、測試人員共30組的重複性試驗，並以統計學上進行品管的常用標準差σ (Standard Deviation)或變異係數CV (Coefficient Of Variance)測試流率的穩定度並計算其不確定。(3)器差值虛擬(或預設)的合理範圍(如圖中虛線方框，方框以置中的模擬雨強(即參考雨強

)為中心，方框分別由左右兩側的垂直虛線(亦即考量不確定性，模擬雨強可能變化的範圍)，及上下兩條水平虛線(亦即考量不確定性後，器差合理範圍的上下限)所圍的一虛擬範圍，該方框適可用來作為是項檢測器差值的允收標準。

以本實施例而言，當查核件承受參考雨強：100mm/H(約)時的器差不應小於-3%，若再考量檢測時參考雨強及其檢測器差兩者可能存在的不確定度，該模擬雨強合理的器差(含允收標準)應介於-1.0%～-3.5%間。據此，應用程式即可迅速計算出待檢測的傾斗式雨量計100的器差，並依前檢測的器差值判定查核對象量測的器差是否合格(滿足公差要求)。另依據完成一組檢測試驗(計量傾斗裝滿20次標稱容量，亦即左、右計量傾斗各翻傾10次)過程中的相關量測數據，即可用來判定傾斗式雨量計100的勘用狀況。

本發明檢測系統200的現地查核儀22在實際應用中，係類屬校正領域所稱的「校正標準件」，其模擬降雨的「雨強」係由現地查核儀22的供水流率換算並為「參考雨強」，因此需先在可追溯量測標準的實驗室率定，並計參考雨強的不確定度。應用例中每具現地查核儀22的「參考雨強」，皆需預先在可進行量測標準追溯的校正實驗室，依文件化的標準作業程序進行多人次、重複性的量測試驗，校正現地查核儀22的流率，並依據各次流率量測值的標準差來計算不確定度。

本發明公開一種檢測系統200，其包含：一應用程式(Application, APP)21、一現地查核儀(Field Calibration Device, FCD)22及一偵測傳訊盒23。應用程式21能被一電子裝置A執行。所述電子裝置A可為任何具簡易計算及傳訊功能並方便攜帶，例如智慧型手機、平板、筆電之類，於此不加以限制。所述電子裝置A可預先在所述應用程式21中載入檢測對象(傾斗式雨量計100)諸如廠牌、型號、序號、解析度、承雨筒口徑等相關參數。電子裝置A在接收所述偵測傳訊盒23傳送的環境資訊2311(溫度、濕度、大氣壓力)及計量訊息23211後，所述應用程式21即能依據檢測對象(所述傾斗式雨量計100)的型號、規格、所述現地查核儀22對應的流率(參考雨強)，立即計算出傾斗式雨量計100量測的一器差，並依預設條件判定查核對象的勘用性，對應產生一建議訊息供使用者依循或參考。

現地查核儀22可以提供十分穩定流率(單一恆定流率)的供水量，用來模擬雨量計承受特定雨強情況；並兼作此項檢測的「校正標準件」。現地查核儀22包含：一盛水瓶221、一定水頭裝置(Constant Head Adaptor, CHA)222及一置放架223。其中，盛水瓶221用來裝盛模擬降雨所需的水體(乾淨的水，例如簡單自便利商店販售的包裝水取得，不需大費周張準備)。在實際應用中，盛水瓶221可以是一般常見規格並容易取得的採樣瓶，例如口徑為40mm(中口)，容量為1000ml，材質為PE的採樣瓶。但盛水瓶221的材質、口徑及容量等，不以上述舉例為限。

定水頭裝置222係依流體力學基本原理(大氣壓力與密閉瓶內水柱高度平衡)而設計(利用一小通氣孔，將定水頭裝置內受大氣影響氣室內的水頭限制在極微小(約2～5mm間)的變化，進而控制現地查核儀22密閉盛水瓶221內盛裝水體的流出率。定水頭裝置222的一端固鎖在盛水瓶221的開口端。定水頭裝置222的一出口端設置有可替換式的一針頭2221，以作為滴定噴嘴(NOZZLE)。在實際應用中，滴定噴嘴可以採用工業規格的16號針頭，16號針頭的內徑為1.233mm，針長為6mm，材質為黃銅(鈷鍚合金)。但針頭2221號數、長度、材質等，不以上述舉例為限。在實務中，工業規格的針頭不同長度、不同號數對應內徑會影響現地查核儀22供水的流率，無論如何，現地查核儀22的供水流率皆需預先在可進行量測標準追溯的實驗室進行率定(或校正)，以符「校正標準件」要求(請參考前述段落0034的說明)。

置放架223用以使裝上定水頭裝置222的盛水瓶221，倒置地設置於待檢測的傾斗式雨量計100的承雨筒11內。當盛水瓶221裝滿水體，且盛水瓶221及定水頭裝置222通過置放架223倒置於承雨筒11內時，盛水瓶221所承裝的水體，能通過定水頭裝置222，而以預設的一流率自針頭2221流出，並流入傾斗式雨量計100的承雨筒11中，據以模擬傾斗式雨量計100承受預設的強度降雨的情況。

置放架223包含三支腳2231，各支腳的底部向內彎折45度，俾可安穩站立在承雨筒11內，向中心呈現45°傾斜的集雨漏斗12的底部。置放架223上還設置有一水平儀2232。盛水瓶221在裝滿水並將定水頭裝置222鎖固在出口端後，可以透過置放架223及水平儀2232，快速調整定水頭裝置222的水平並安穩置放於傾斗式雨量計100的承雨筒11中，而定水頭裝置222所提供十分穩定流率的供水量，則可用來模擬傾斗式雨量計100承受特定雨強情況。在實際應用中，操作人員可透過觀看水平儀2232，來調整現地查核儀22置放的位置及水平，確保現地查核儀22、盛水瓶221的瓶身及針頭2221與地面保持垂直，減少現地查核儀22因置放位置、或使用者因操作不當，而影響現地查核儀22的供水流率。

另值得一提的是，若是盛水瓶221內的水有雜質、或過多的氣泡，有可能影響現地查核儀22供水的流率。因此實際操作時，建議盛水瓶221直接取用便利商店販售的瓶裝水，注水入瓶時，將瓶身傾斜，讓水可沿瓶壁緩緩注入，減少水體衝濺並捲入空氣，即可避免及減少水中氣泡產生而影響出水量的困擾。

在實際應用中，現地查核儀22因係屬「校正標準件」，因此其供水流率應先在可進行量測標準追溯的校正實驗室進行率定(請參考前述段落0034的說明)。由於現地查核儀22製作上各有其獨特性，因此每件現地查核儀流率(亦即參考雨強)皆需單獨率定並計算其不確定度。相關率定訊息除同時上傳管理單位所建置的雲端監理系統資料庫予以登錄並加註率定日期列管外，亦會載入本發明檢測系統所述應用程式21並鎖定(不容許更改)及用來計算查核件的器差。雨量計器差檢測結果亦可反向上傳前述雲端監理系統資料庫，提供雨量計主管機關建立查核自動化的管理機制利用。

偵測傳訊盒23包含一環境條件感測器231、一計量感測模組232、一訊息傳輸模組233及一供電模組234。實際運作程序：(1)環境條件感測器231用以感測其所處環境的溫度、濕度及大氣壓力中的至少一種環境資訊2311(用以滿足檢測規範應出示檢測「環境條件」並提供「不確定性」計算上的需求)；(2)訊息傳輸模組233將環境條件感測器231的環境資訊2311(包含溫度、濕度及大氣壓力)傳送至執行應用程式21的電子裝置A，應用程式21即可據以修正相對應的設定值，舉例來說，不同的溫度可能會改變水體的密度及水體的黏滯度，進而可能影響到現地查核儀22的定水頭裝置222實際的供水的流率(即前述的參考雨強)。

計量感測模組232包含計量感測器2321，計量感測器2321用以感測傾斗式雨量計100的計量傾斗14每次裝滿標稱容量的水體並自動翻傾的動作，並對應產生的一計量訊息23211。計量感測模組232可因地制宜，利用包括音波(聲音、震動)、光學(光纖)、電性(磁簧開關)等各類簡單、穩定可靠、價位便宜的感測器來偵測計量傾斗14的翻傾動作，並據以產生計量訊息23211。計量感測模組232產生計量訊息23211後，訊息傳輸模組233將會將計量訊息23211傳送至執行應用程式21的電子裝置A，促使應用程式21產生對應動作。在其中一個具體實施例中，計量感測模組232可以是震動感測器用來感測計量傾斗裝滿標稱容量的水體後自動翻傾動作所產生的震動，並據以產生計量訊息23211。

電子裝置A接收到計量感測模組232的計量訊息23211後，應用程式21即呼叫電子裝置A的計時器，並分別計算左、右計量傾斗14，各次翻傾(裝滿標稱容量的水體)所需時間。所述應用程式21並可依據所述定水頭裝置222的流率分別計算出左、右計量傾斗14各次翻傾時實際盛裝的水量及其平均值與標準差。

承上，所述應用程式21再利用完成一組檢測試驗(計量傾斗裝滿20標稱容量，亦即左、右計量傾斗各翻傾10次)全程所需的時間，計算出待檢測的傾斗式雨量計100的「器示雨強」，並以所述現地查核儀22對應的「參考雨強」，並計算出查核對象量測的器差。最後，所述應用程式21並能利用檢測過程中量測相關訊息，依據預設條件判定查核對象的勘用性，並對應產生一建議訊息，提供有關該查核件後續使用及處理的建議，供使用者參考利用。

所述計量訊息23211例如包含脈衝類比訊號。計量傾斗翻傾是很明顯(不模擬兩可)的大動作，因此可利用簡單包括音波(聲音、震動)、光學(光纖)、電性(磁簧開關)或其他任何可以偵測計量傾斗翻傾動作的感測器，並據以促使應用程式產生對應動作，但不是直接用來計量。

偵測傳訊盒23的訊息傳輸模組233可以透過無線(例如WiFi ^®、藍牙)、或有線方式將接收所述環境資訊2311及計量訊息23211，傳遞至電子裝置A。傳訊方式可以包含有各式的無線傳輸晶片，例如藍牙或WI-FI ^®晶片等，但不以此為限。

供電模組234電性連接環境條件感測器231、計量感測模組232及訊息傳輸模組233。供電模組234分別供電給環境條件感測器231、計量感測模組232及訊息傳輸模組233。供電模組234可以是一般蓄電池、充電電池或行動電源。

執行有應用程式21的電子裝置A接收計量訊息23211、環境資訊2311後，應用程式21能依據計量訊息1、環境資訊2311、現地查核儀22對應的一流率(即模擬雨強)、傾斗式雨量計100的各個計量傾斗14的標稱容量，計算出傾斗式雨量計100的一器差211，且應用程式21能判斷器差211是否超出允收標準，並對應產生一建議訊息212。所述允收標準例如可以是氣象法公差要求，亦可以是使用者自訂的標準。

具體來說，應用程式21能依據現地查核儀22所對應的流率(

)、應用程式21接收到各個計量訊息23211的時間點及傾斗式雨量計100的各個計量傾斗14的標稱容量，計算出傾斗式雨量計100所量測到的降雨強度

，且應用程式21能利用關係式：

，計算出所述傾斗式雨量計100的一相對器差(RE)。

在實際應用中，應用程式21可以透過電子裝置A的電信網路連線至遠端伺服器B，取得待檢測的傾斗式雨量計100諸如廠牌、型號、序號、解析度、承雨筒口徑等相關參數。

如圖4所述，在實際應用中，應用程式可以在一般可攜式或手持的電子裝置(例如手機、平板)上執行一查核程序，查核程序包含以下步驟：

一接收步驟S1：接受偵測傳訊盒傳遞的訊息(包含檢測環境資訊及計量訊息)；

一計算步驟S2：依據收受檢測環境資訊修正參數(例如溫度及大氣壓力修正水密度，溫濕壓修正流率)，依據收受計量訊息計算各次訊息的時間間隔，依據現地查核儀對應的流率計算出傾斗式雨量計的左、右計量傾斗各次翻傾實際所裝載水量、及其平均值與標準差、左右差異等訊息，分別用來計算器差，並用來判定查核件的穩定性及勘用性；

一判定步驟S3：依據預設(允收標準)條件判定器差是否合格(符合公差要求)，由量測數據穩定度性判查核件的勘用性，判斷檢測器差是否超出允收標準，且判斷差異是否超出預設容許範圍；

一提示步驟S4：依據適用性判定步驟的判定結果，產生相對應的建議訊息。

綜合上述，本發明檢測系統(含現地查核儀、訊息傳訊盒、應用程式)可以讓沒有歷經專業校正訓練，或特別嚴格的操作訓練的相關人員，在待查核傾斗式雨量計的現場，進行操作，而檢測系統可以在待查核的傾斗式雨量計的現場，短時間內精確檢測出待查核的傾斗式雨量計的檢測器差，並評斷出該傾斗式雨量計的適用性，且給出相關人員對於該傾斗式雨量計的後續處理的建議。

另外，本發明的檢測系統整體的成本相對低廉，且整體是輕量化設計，而可便於相關人員攜帶及使用。由於現地查核儀必需提供重複性高且相當準確的流率，俾用來做為模擬特定雨強。本發明現地查核儀的流率，由於係透過可追溯量測標之校正實驗室來進行率定，因此可類比為校正實驗室可追溯量測標準之校正標準件，做為該現地查核儀之參考雨強(含不確定度)，並用來計算查核對象之器差。因此，本發明檢測系統整體上，可提供準確的量測結果並做出可靠的適用性判定。

傾斗式雨量計量測的器差(量測誤差)校驗的需求，大致是依校驗週期(一般1～3年)或當對量測結果有疑慮時，將整部雨量計自測站拆下，送回校正實驗室校準(包括：校驗器差，如果器差不符公差要求，則進行必要調整後再校驗直到器差可符合公差要求為止，或判定不合格或不再續用)。在目前並無任何有效方式可在現地檢測傾斗式雨量計的準確性。雨量計器差倘不符公差要求，可能影響政府在水資源應用及防災決策的品質。本發明的檢測系統提供一個方便的工具，在現場即時對傾斗式雨量計進行相關查核，包括：蒐集查核對象(包括雨量計穩定性、量測值變異度以及承受關鍵雨強之器差等)量測值相關訊息，藉由專業的判斷，判定該查核對象的勘用狀況，並提出後續使用或處置的建議(例如合格、後續使用注意、送廠維修、送實驗室校準)。透過應用程式之電子裝置，可將查核結果相關訊息上傳雲端資料庫，提供雨量計主管單位進行主動式的管理進行維修。

綜上所述，本發明的檢測系統提供一個簡便、有效並可自動化操作的實用工具，除讓使用者(執行降雨觀測業務第一線人員、維護廠商、業務主管人員)可在測站現地快速檢測傾斗式雨量計量測的器差外，還可查核儀器的勘用性，並獲取後續處理的適當建議。

以上所述僅為本發明的其一實施例，並不因此侷限本發明的專利範圍；舉凡運用本發明說明書或圖式內容所做等效技術變化，均應包含在本發明的保護範圍內。

100:傾斗式雨量計 11:承雨筒 12:集雨漏斗 13:緩衝漏斗 14:計量傾斗 15:軸承 16:止動螺絲 200:檢測系統 21:應用程式 211:器差 212:建議訊息 22:現地查核儀 221:盛水瓶 222:定水頭裝置 2221:針頭 223:置放架 2231:支腳 2232:水平儀 23:偵測傳訊盒 231:環境條件感測器 2311:環境資訊 232:計量感測模組 2321:計量感測器 23211:計量訊息 233:訊息傳輸模組 234:供電模組 A:電子裝置 B:遠端伺服器

圖1為本發明的檢測系統及一般傾斗式雨量計的示意圖。

圖2為本發明的檢測系統的現地查核儀的示意圖。

圖3為傾斗式雨量計量測的器差隨模擬雨強變化關係(趨勢)的示意圖。

圖4為應用程式執行查核程序的流程示意圖。

100:傾斗式雨量計

11:承雨筒

12:集雨漏斗

13:緩衝漏斗

14:計量傾斗

15:調整螺絲

16:軸承

200:檢測系統

21:應用程式

211:器差

212:建議訊息

22:現地查核儀

221:盛水瓶

222:定水頭裝置

2221:滴定針頭

223:置放架

2231:支腳

23:偵測傳訊盒

231:環境條件感測器

2311:環境資訊

232:計量感測模組

2321:計量感測器

23211:計量訊息

233:訊息傳輸模組

234:供電模組

A:電子裝置

B:遠端伺服器

Claims

一種檢測系統，其包含：一現地查核儀，其包含：一盛水瓶，其用來裝盛模擬降雨所需要的一水體；一定水頭裝置，其安裝所述盛水瓶的一開口端，所述定水頭裝置的一出口端設置有可替換式的一針頭；一置放架，其用以使裝上所述定水頭裝置的所述盛水瓶，倒置地設置於待檢測的一傾斗式雨量計的一承雨筒內；其中，當所述盛水瓶裝滿所述水體，且所述盛水瓶及所述定水頭裝置通過所述置放架倒置於所述承雨筒內時，所述盛水瓶所承裝的所述水體，能通過所述定水頭裝置，而以預設的一流率自所述針頭流出，並流入所述傾斗式雨量計的所述承雨筒中，據以模擬所述傾斗式雨量計承受預設的強度降雨的情況；一應用程式，其能被一電子裝置執行：一偵測傳訊盒，其包含：一計量感測模組，其用以感測所述傾斗式雨量計的計量傾斗每次裝滿一標稱容量的所述水體後自動翻傾的動作，並對應產生一計量訊息；一環境條件感測器，其用以感測所述偵測傳訊盒所處環境的溫度、濕度、大氣壓力中的至少一種環境參數，並對應產生一環境資訊；一訊息傳輸模組，其能將所述計量訊息及所述環境資訊傳遞至執行有所述應用程式的所述電子裝置；一供電模組，電性連接所述計量感測模組、所述環境條件感測器及所述訊息傳輸模組；其中，執行有所述應用程式的所述電子裝置接收所述計量訊息及所述環境資訊後，所述應用程式能依據所述計量訊息、所述環境資訊、所述流率、所述傾斗式雨量計的各個計量傾斗的所述標稱容量，計算出所述傾斗式雨量計的一器差，且所述應用程式能判斷所述器差是否超出允收標準，並對應產生一建議訊息。
如請求項1所述的檢測系統，其中，執行有所述應用程式的所述電子裝置接收所述計量訊息後，能開始計時，以算出所述傾斗式雨量計的計量傾斗各次裝滿標稱容量的所述水體而翻傾所需的時間，並依據所述流率及所述標稱容量計算出各個計量傾斗每次翻傾時實際裝盛的所述水體的水量。
如請求項1所述的檢測系統，其中，所述環境資訊包含溫度、濕度及大氣壓力，所述應用程式接收所述環境資訊後，將先依據所述環境資訊中的溫度及大氣壓力，修正所述水體的密度，並利用所述濕度修正所述流率，再計算出各個計量傾斗每次翻傾時實際裝盛的所述水體的水量。
如請求項1所述的檢測系統，其中，所述計量感測模組包含一震動感測器，所述震動感測器用以感測所述傾斗式雨量計的震動，並據以產生所述計量訊息。
如請求項1所述的檢測系統，其中，所述置放架上還設置有一水平儀。
如請求項1所述的檢測系統，其中，所述應用程式能依據所述現地查核儀所對應的流率
、所述應用程式接收到各個所述計量訊息的時間點及所述傾斗式雨量計的各個計量傾斗的標稱容量，計算出所述傾斗式雨量計所量測到的降雨強度
，且所述應用程式能利用一關係式：
，計算出所述傾斗式雨量計的所述器差RE。