AG2.0蒸發(fā)器的基本原理和故障排查

■王淑張振順

（1福建省霞浦縣氣象局福建寧德355199；2福建省三沙氣象臺福建寧德355101）

AG2.0蒸發(fā)器的基本原理和故障排查

■王淑1張振順2

（1福建省霞浦縣氣象局福建寧德355199；2福建省三沙氣象臺福建寧德355101）

2015年1月1日，我站DZZ5型自動氣象站正式投入運行。與之前的CAWS600BS型自動氣象站相比較，新型站增加了三種新型自動觀測儀器，其中蒸發(fā)觀測采用了AG2.0型超聲波蒸發(fā)器。新儀器投入運行后，蒸發(fā)實現(xiàn)了24小時連續(xù)自動觀測，減輕了觀測人員的勞動強度，觀測數(shù)據(jù)更為客觀、準確。本文主要對AG2.0蒸發(fā)器的基本原理、日常維護和故障排除方法進行介紹，為基層臺站的地面觀測工作提供些許參考。

DZZ5超聲波蒸發(fā)器日常維護故障排查

1　AG2.0型超聲波蒸發(fā)器基本原理

AG2.0型超聲波蒸發(fā)器整體由E601-B蒸發(fā)桶、超聲波傳感器、不銹鋼測量筒、小百葉箱以及鋁塑管等附件組成（如圖1）。通過在地面上安置一個小百葉箱，為超聲波傳感器和測量筒的安裝提供空間，減少溫度波動對超聲傳感器測量的影響；同時小百葉箱的增加方便了工作空間溫度的測量，用于補償環(huán)境溫度變化引起聲速的誤差。測量筒和E601-B蒸發(fā)桶間由鋁塑管組成連通器方式測量水位高度，較大程度上消除水位波動。原來蒸發(fā)傳感器直接安裝在蒸發(fā)桶內(nèi)，很容易受到輻射、風(fēng)、溫度等的影響，水位容易受到影響，波動比較大，不利于觀測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射器和接收器來實現(xiàn)的（示意圖如圖2）。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播時碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。假定超聲波在空氣中的傳播速度為v，而根據(jù)計時器記錄的測出發(fā)射和接收回波的時間差△t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即:S=V*△t/2。同時考慮到聲速對氣溫的影響較為敏感，在組件中配置Pt-100溫度感應(yīng)器，對溫度的影響進行校正，以保證有效使用范圍內(nèi)的測量精度。

AG2.0超聲蒸發(fā)器的測量范圍為0-100mm，分辨率0.1mm，測量準確度±1.5%（0--+50℃），直流供電電壓為12伏左右。

2　蒸發(fā)器的日常維護

（1）蒸發(fā)器用水的要求：按照地面氣象觀測規(guī)范的要求，應(yīng)盡可能用代表當(dāng)?shù)刈匀凰w（江、河、湖）的水。在取自然水有困難的地區(qū)，也可使用飲用水。器內(nèi)水要保持清潔，水面無漂浮物，水中無小蟲及懸浮污物，無青苔，水色無顯著改變。

（2）一般每月?lián)Q一次水，換水時應(yīng)清洗蒸發(fā)桶，測量桶及連通管，換入水的溫度應(yīng)與原有水的溫度相接近。應(yīng)當(dāng)在一小時內(nèi)完成換水過程，避免跨小時換水，造成幾個小時的蒸發(fā)缺測，影響日蒸發(fā)量。

（3）每年應(yīng)定期檢查蒸發(fā)桶、管道等的滲漏情況等；如果發(fā)現(xiàn)有滲水，應(yīng)立即進行處理。

（4）冬季應(yīng)注意觀察水面是否結(jié)冰時，如果結(jié)冰該儀器不觀測，應(yīng)將傳感器取下，妥善保管；解凍后再重新安裝使用。蒸發(fā)觀測按相關(guān)的業(yè)務(wù)規(guī)定處理。

（5）加水最好使用水管連續(xù)往蒸發(fā)桶內(nèi)注水，當(dāng)水面基本淹過蒸發(fā)桶連通器上水位后，可以從測量筒中往里面加水，排除氣泡后再正常往蒸發(fā)桶內(nèi)注水。加水時要緩慢或平穩(wěn)地加，避免一大桶水嘩地一下就倒入。

（6）在日常使用儀器的過程中，值班員應(yīng)當(dāng)注意蒸發(fā)水位，應(yīng)盡量使水位處于傳感器的刻度線的中間，以免水位超出傳感器的測量范圍，而造成數(shù)據(jù)的不準確，水位過高或過低應(yīng)及時舀出或加水。當(dāng)預(yù)測未來有較大降水過程時，為了保證蒸發(fā)桶水不發(fā)生溢出，應(yīng)及時將蒸發(fā)桶內(nèi)的水舀出。發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)量有明顯異?；蝈e誤的，應(yīng)查找原因及時處理解決。

3　常見故障排查

3.1強降水后蒸發(fā)異常

強降水后小時蒸發(fā)量為0.6mm-0.8mm，甚至更大，根據(jù)實際天氣狀況可判定為蒸發(fā)異常。造成異常的原因是雨量筒和E601-B蒸發(fā)桶的承水面積差異較大（面積比約1：10），又安裝在觀測場的不同位置，強降水時實際二者各自承接的雨量相差較大，從而計算出的蒸發(fā)量明顯偏大。實際上，降水時空氣的濕度一般都在90-100%，蒸發(fā)量很小，按有關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)定，小時蒸發(fā)量按0毫米處理。

3.2大風(fēng)引起的蒸發(fā)異常

夏季臺風(fēng)影響時，常出現(xiàn)長時間的大風(fēng)。容易將蒸發(fā)桶的水刮出，造成蒸發(fā)明顯偏大而失真，這時小時蒸發(fā)量按缺測處理。如果連續(xù)二小時以上出現(xiàn)缺測，則日蒸發(fā)量也作缺測處理。

3.3蒸發(fā)桶換水清潔后蒸發(fā)量異常

在蒸發(fā)換水清潔后幾個小時內(nèi)，小時蒸發(fā)量明顯偏小。這時應(yīng)檢查連接蒸發(fā)桶到超聲波測量桶之間的鋁塑管是否有異物堵住，或者鋁塑管中有無氣泡。檢查是否堵塞的方法是用一根電工用的穿線鋼絲，從測量筒直接穿入至蒸發(fā)桶，確保暢通即可。檢查連通管中是否有氣泡的方法：利用雨量杯倒入30毫米水到桶中，延時約10分鐘待水位穩(wěn)定后，從SMO軟件中查詢蒸發(fā)水位是否上升3毫米。如果讀數(shù)偏小，說明管中有氣泡，用本文2.5節(jié)中所述的方法將管中氣泡排除，蒸發(fā)測量就能恢復(fù)正常了。

3.4供電異常引起的蒸發(fā)故障

小時蒸發(fā)量幾個小時連續(xù)為0毫米，根據(jù)當(dāng)時天氣狀況判斷確定有誤。清洗蒸發(fā)桶及連通管道后重新加水，小時蒸發(fā)還是為0。通過SMO查詢蒸發(fā)水位也一直無變化。拆開蒸發(fā)測量筒的接線盒，用萬用表直流檔位測各個接線的直流電壓，分別測量紅、綠、藍色端子對地電壓，紅色對地始終只有6.5伏，懷疑直流供電有問題，用新電纜更換后，恢復(fù)正常。

4　結(jié)語

本文通過AG2.0型蒸發(fā)器基本原理、日常維護方法和常見故障排查方法的介紹，使觀測員對蒸發(fā)器有了較為全面的了解，有助于地面觀測員做好儀器的維護工作，快速排除故障，確保了蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)信息的準確性、可靠性和及時性，提高地面觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

［1］中國氣象局地面氣象觀測規(guī)范北京：氣象出版社，2003

［2］胡玉峰自動氣象站原理與測量方法北京：氣象出版社，2004

［3］WUSH-TV2型超聲波蒸發(fā)傳感器用戶手冊無錫江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司，2012

［4］李黃自動氣象站實用手冊北京氣象出版社，2007

P414.8+2［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-464-1