CAWS600-B自動氣象站傳感器故障判斷和解決辦法

丁媛媛，高艷倫，曹善棟，吳玉芳

（1. 菏澤市氣象局，山東 菏澤 274000；2. 定陶氣象局，山東 定陶 274100；3. 平陰縣氣象局，山東 平陰 250400）

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CAWS600-B自動氣象站傳感器故障判斷和解決辦法

丁媛媛1，高艷倫2，曹善棟3，吳玉芳2

（1. 菏澤市氣象局，山東 菏澤 274000；2. 定陶氣象局，山東 定陶 274100；3. 平陰縣氣象局，山東 平陰 250400）

摘要：通過對菏澤市大氣自動監(jiān)測站出現(xiàn)過的傳感器故障進行梳理、歸納，找出其共性和不同點，根據自動氣象站原理和自動氣象站維修手冊結合筆者在實際工作中的經驗，找出傳感器故障和解決辦法之間的相關性，得出解決故障的最簡單辦法。使測報人員在發(fā)現(xiàn)傳感器出現(xiàn)問題時，能判斷出故障原因，快速自主處理簡單故障，或在上級維修人員指導下順利排除復雜故障，提高傳感器故障修復時效。

關鍵詞：傳感器；故障；維修

引言

CAWS600-B型自動氣象站由北京華創(chuàng)升達高科技公司研制和開發(fā)，菏澤市于2004年左右安裝了8套，它的投入運行，使氣象現(xiàn)代化上了一個新的臺階，改善了全市地面觀測業(yè)務的質量。隨著時間的推移，自動站出現(xiàn)故障在所難免，一旦自動站出現(xiàn)故障，首先會影響探測資料的完整性，其次資料的處理也非常麻煩，直接影響到測報員個人、縣局、市局的工作質量。把實際工作經驗和自動站原理、維修手冊結合起來，從故障的現(xiàn)象快速對應找出自動站的癥結并加以解決，減少自動站資料的缺測，達到提高地面測報質量的目的才是問題的關鍵。

1 故障收集分析

通過對菏澤市近幾年常見故障進行統(tǒng)計分析得出：設備故障的表現(xiàn)形式為無數(shù)據或數(shù)據異常，發(fā)現(xiàn)形式為監(jiān)控界面監(jiān)測和報表審核；其中，線路不正常22起，設備損壞11起，維護不及時7起。從排除時間上看，線路故障排除時間最短，傳輸故障與地線故障判斷解決時間耗時最長。自動站出現(xiàn)故障后，發(fā)現(xiàn)異常的幾乎全部為一線業(yè)務人員，并進行上報，解決；少部分由省局資料中心預審發(fā)現(xiàn)。這樣已經對業(yè)務工作造成了影響，對資料的質量造成了不可挽回的損失，如何尋找先于故障發(fā)生而解決的方法是我們努力的方向。

線路不正常的原因：由于傳感器線路及傳輸線路均在地溝中，或通過穿線管埋入地下，或靠近傳感器端直接埋入土中，為鼠等嚙齒類動物和不確定事件損壞線纜埋下了隱患。設備損壞的原因一般為：長時間運行后儀器性能下降、機械磨損、偶發(fā)的超運行條件等。

從分析解決方式上看：一般是通過測量或替換的方式進行確定，測量為主要確定故障手段，替換是在無法通過測量確定故障的情況下，通過替換可疑部件來確定故障。

2 自動站傳感器故障判斷及解決方法

按照早預防、早發(fā)現(xiàn)、早判斷、早解決的思路，用以下步驟和方法判斷并排除自動站傳感器故障。

2.1 日常維護

首先經常檢查相關設備與設施，做到早預防（表1）。合適的供電是所有設備穩(wěn)定的基礎，所以在可檢測的部位都應有在允許范圍內的電壓，在采集器處、計算機處、蓄電池處應有正常的供電；接地電阻是各種干擾入地的重要通路，用來保證采集正常、傳輸正常、接收正常、處理正常的重要措施，所以把接地電阻作為經常性檢查項目。各種傳感器及其安裝維護要逐條進行，保證所采集的數(shù)據準確可信，采集設備能夠正常運行，延長敏感元件的使用壽命。

表1　維護檢查表

其次力爭先于故障之前發(fā)現(xiàn)隱患，如在觀測場線路管道附近是否發(fā)現(xiàn)動物痕跡，在適當?shù)奈恢孟滤幉⒔洺z查更換新藥；在線路管埋設上方布設醒目標志，防止工程施工損壞線路；統(tǒng)計儀器使用期限、平均維修期限、壽命長短、以及能在一定程度體現(xiàn)儀器性能的指標，在將要達到預定指標時提前更換，如風速傳感器的在菏澤的指標之一“月靜風頻率”，歷年來每月的靜風一般小于10％，若有接近或超出時即進行鄰站比較和本站時間分析，看其有無性能下降的情況，其次風速傳感器使用期限一般在1.5年左右，超出這個期限，即應經常性檢查比較，偶發(fā)的超運行條件如閃電、雷暴大風，大雨、電壓超高等災害性條件過后及時檢查。

第三經?？偨Y值班經驗：比如說當有降水時，屋檐滴水，降水量約為0.3mm，當出現(xiàn)雨量計沒有反映時及時檢查漏斗內是否存水，翻斗有翻動的聲音時，必定有雨記錄；溫度在零下降水性質為固態(tài)時，應特別注意風傳感器；巡查儀器時看風杯和風向標是否能上下正常轉動。軟件內參數(shù)設置中審核規(guī)則庫，必須本地化，并經常檢查。

2.2 傳感器的故障排查

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件和裝置[1]7。圖1為傳感器的組成示意圖，自動氣象站用的傳感器將被測量的溫度，濕度，雨量，氣壓，風向，風速等氣象要素量，轉換成的輸出信號包括電壓，電流，頻率等模擬電信號或數(shù)字信號。

圖1　傳感器的組成

2.2.1 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器同時測量空氣溫度和相對濕度，測溫部分為4線制鉑電阻，測濕部分輸出信號為0～1V電壓，對應濕度為0～100％RH。下面是鉑電阻計算公式[1]15。

（1）式中Rt為溫度為t時的電阻值，R0為標準電阻值100?，A、B為通過對傳感器的校準可得出的系數(shù)。

圖2為HMP45D型溫濕度傳感器接線圖，溫度傳感器正常時同端電阻小于5?，異端電阻在80～120?之間，當溫度傳感器出現(xiàn)故障時，分別用萬用表測量其同端電阻（1，2之間或3，4之間的電阻）和異端電阻（1（2）與3（4）間的電阻），若測得的阻值無窮大，或者異端電阻超差（換算成溫度），則可判斷傳感器損壞，需更換傳感器。

圖2　HMP45D型溫濕度傳感器接線圖

濕度傳感器故障時，利用萬用表DC20V測量防雷板5，7之間或者電纜接口5，7之間的電壓輸出，看是否在0～1V之間，若無電壓，則檢查是否有供電，或者線路是否斷開，若正常則是傳感器故障，若電壓高于1V，則可能是傳感器故障或者線路聯(lián)電，需要更換信號線或濕度傳感器。

2.2.2 氣壓傳感器

氣壓傳感器感應元件采用VISALA研制的硅電容壓力傳感器，其具有很好的滯后性和重復性、溫度特性及長期穩(wěn)定性。它的工作原理是基于一個先進的RC振蕩電路，電容壓力傳感器及溫度傳感器連續(xù)測量，微處理器自動進行壓力線性補償及溫度補償獲得精確的氣壓值。

圖3為氣壓傳感器接線圖，氣壓傳感器的正常值范圍為0～2.5V，當氣壓異常時，利用萬用表DC20V測量DT50的3+，3-之間的電壓輸出，若無電壓，則檢查是否有供電，若供電正常，則檢查線路是否斷開；若電壓高于2.5V，則判斷是分壓電阻壞，此時應更換信號線；另一個異常值情況為電壓超差（換算出氣壓值超差），如出現(xiàn)此種情況，判斷為氣壓傳感器故障，應更換氣壓傳感器。

圖3　PTB220型氣壓傳感器接線圖

2.2.3 雨量傳感器

SL3-1型雙翻斗雨量傳感器是用于測量液態(tài)降水量的傳感器（圖4[1]39），雨水經承水口匯集后進入承水器經漏斗進入上翻斗，上翻斗將匯集的液態(tài)降水通過集水器轉換成穩(wěn)定的大降水強度的降水后進入計量翻斗，計量翻斗對進入的降水以0.1mm的分辨率進行計量，將計量后的降水倒入計數(shù)翻斗，每進入0.1mm的降水計數(shù)翻斗翻轉一次，使得干簧管開關接點閉合一次，產生一個脈沖信號，代表0.1mm降水量，對脈沖信號計數(shù)即可測得分辨率為0.1mm的降水量。

圖4　SL3-1型雙翻斗雨量傳感器結構圖

首先使用萬用表歐姆檔測量雨量線電阻，測量出的阻值為無窮大（或者為0）時，可判斷雨量線斷路（或者短路），需更換雨量線。再測量雨量傳感器紅、藍接頭，當計量翻斗處于中間（連接狀態(tài)下）時，測量出的電阻值為無窮大，或者計量翻斗處于一側（斷開連接）時，測量出的電阻值為0，則故障原因可判斷為干篝管損壞，應更換干簧管。

2.2.4 風向風速傳感器

風向、風速傳感器供電電源為+12V，用于測量距地10m處的地面風的速度計方向，并轉換為電信號，電信號可以直接傳送到記錄設備進行處理。

圖5為EL15-2D型風向傳感器、EL15-1A型風速傳感器接線圖，風向傳感器的電壓范圍是0～2.5V，測量由采集器接收信號處開始，防雷板第17（風向信號）、16腳（地）處信號正常，則為采集器不能處理信號，必須更換。斷開風橫臂4腳，即風向信號并不向電纜傳輸，若不正常，故障仍在上一級，通過更換風向傳感器或橫臂電纜即可解決，正常則是風電纜有破損接地現(xiàn)象，導致信號失真，通過更換風電纜即可。當風向連續(xù)變化，但電壓變動不連續(xù)或電壓超出2.5V則為傳感器損壞，直接更換傳感器即可解決。

圖5　EL15-2D型風向傳感器、EL15-1A型風速傳感器接線圖

風速傳感器轉動時電壓約為6V，靜止時為0V或12V，用萬用表DC20V測量防雷板第14（風速信號）、16（地）腳之間的電壓值，若電壓正常，則為采集器不能處理信號，必須更換。斷開風橫臂3腳，即風速信號并不向電纜傳輸，若不正常，故障仍在上一級，通過更換風速傳感器或橫臂電纜即可解決，正常則是風電纜有破損接地現(xiàn)象，導致信號失真，通過更換風電纜即可解決。

3 結語

故障處理只是手段，避免故障的發(fā)生才是目的，要及時發(fā)現(xiàn)問題、事前發(fā)現(xiàn)故障隱患；審核庫的細化、提高觀測員素質，及時發(fā)現(xiàn)故障；按既定的步驟和方法檢查就可以準確找出故障原因，快速排除故障，提高地面觀測業(yè)務質量。

參考文獻：

[1] 李黃. 自動氣象站實用手冊[M]．北京：氣象出版社，2007．

作者簡介：丁媛媛（1990—），女，山東定陶人，本科，助理工程師，主要從事地面測報及應用氣象工作。

收稿日期：2015-01-30

中圖分類號：P415.1

文獻標識碼：B

文章編號：1005–0582（2016）01–0061–04