新型自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器故障分析及維修

摘 要：本文結(jié)合山東省日照市氣象局觀測(cè)風(fēng)氣象要素實(shí)際，首先分析了風(fēng)向、風(fēng)速傳感器常見故障，探討風(fēng)傳感器故障維修方法，提出風(fēng)向風(fēng)速傳感器維護(hù)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：新型自動(dòng)氣象站；風(fēng)向風(fēng)速傳感器；故障；維修方法

風(fēng)的觀測(cè)主要包括有風(fēng)速觀測(cè)和風(fēng)向觀測(cè)兩種。在實(shí)際氣象測(cè)報(bào)工作中，風(fēng)儀器故障在新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)儀器故障中較為常見，不管是風(fēng)傳感器故障，還是線路連接異常造成整體故障，都會(huì)影響自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。如果測(cè)報(bào)人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常現(xiàn)象，采集器會(huì)將錯(cuò)誤風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)信息上傳，嚴(yán)重影響氣象服務(wù)和氣候分析工作質(zhì)量。

1 新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向傳感器故障

1.1 風(fēng)向傳感器風(fēng)向方位錯(cuò)亂

如果測(cè)報(bào)人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)向方位出現(xiàn)明顯的異常時(shí)，一般為風(fēng)向轉(zhuǎn)接盒中有線線路虛接或航空頭到轉(zhuǎn)接盒線路錯(cuò)接兩種原因。

1.2 風(fēng)向傳感器風(fēng)向方位不全

觀測(cè)風(fēng)向時(shí)，如果一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)向方位或多個(gè)風(fēng)向方位都沒有變化，則可能風(fēng)向傳感器風(fēng)向方位不全造成的，這類故障不易被觀測(cè)人員發(fā)現(xiàn)，只有認(rèn)真巡查、對(duì)比，再分析地面月報(bào)表、雷達(dá)等資料信息后才能發(fā)現(xiàn)。通常為風(fēng)向格雷碼盤受損引起。

1.3 風(fēng)向傳感器風(fēng)向方位偏差

冷空氣出現(xiàn)時(shí)，風(fēng)向傳感器應(yīng)測(cè)出是偏北風(fēng)，但實(shí)際卻是偏西風(fēng)，這是風(fēng)向傳感器風(fēng)向方位偏差造成?？赡苁前惭b過程中沒有將風(fēng)向傳感器指北標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)北面造成。

2 風(fēng)速傳感器故障

2.1 風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速偏大

若風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速偏大不易被測(cè)報(bào)人員發(fā)現(xiàn)，有時(shí)還會(huì)誤判。如新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向、風(fēng)速傳感器大都在風(fēng)塔東側(cè)安裝，而備用氣象站正相反。如果出現(xiàn)偏西風(fēng)，新型自動(dòng)氣象站風(fēng)杯就會(huì)滯后，備用自動(dòng)氣象站風(fēng)杯卻能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，若滯后時(shí)間在1min內(nèi)且風(fēng)速<1m/s，此時(shí)新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器正常。如果出現(xiàn)微風(fēng)，新型自動(dòng)氣象站風(fēng)杯很長一段時(shí)間內(nèi)靜止，而備用自動(dòng)氣象站卻有風(fēng)速數(shù)據(jù)，而新型自動(dòng)氣象站的風(fēng)速數(shù)據(jù)較小，可以判定為啟動(dòng)風(fēng)速偏大故障。這是設(shè)備老化、潤滑干澀等造成的。

2.2 風(fēng)速（風(fēng)向）傳感器凍結(jié)故障

由于加熱元件分布風(fēng)速（風(fēng)向）傳感器內(nèi)，所以寒冷冬季旋轉(zhuǎn)軸承不易凍結(jié)。在軸承外部設(shè)置有熱動(dòng)開關(guān)，當(dāng)外界氣溫<4℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)打開加熱裝置。但冬季或冷空氣出現(xiàn)過程中，外界環(huán)境溫度急劇下降，風(fēng)速明顯增加，若加熱裝置故障，觀測(cè)的風(fēng)速數(shù)據(jù)為0，而風(fēng)向信息沒有明顯變化。可以確定風(fēng)速傳感器故障。在向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)后，及時(shí)取下風(fēng)速傳感器，查看軸承是否凍結(jié)，之后加熱處理。另外，還要做好風(fēng)速傳感器縫隙處防水處理，重新安裝風(fēng)速傳感器，確保風(fēng)速數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。氣象部門應(yīng)在冬季做好風(fēng)向風(fēng)速傳感器巡視，防止熱動(dòng)開關(guān)故障，影響風(fēng)速數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3 風(fēng)傳感器故障的維修方法

3.1 風(fēng)向傳威器檢查法

判斷風(fēng)速傳感器是否故障，應(yīng)首先檢查供電電壓，依次測(cè)出采集器、防雷板、風(fēng)橫臂接線盒等相應(yīng)位置電壓，接著風(fēng)橫臂接線盒端的測(cè)量，當(dāng)風(fēng)速傳感器1、2兩端分別增加5V直流電壓后，在靜風(fēng)天氣情況下，風(fēng)速傳感器2、3端會(huì)出現(xiàn)0VDC或5VDC電壓，若緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)杯，2、3兩端也會(huì)有0.7～3.8VDC 電壓。若測(cè)得電壓值始終為 0VDC，說明傳感器損壞。

3.2 通訊線路檢查法

利用萬用表通斷檔分別測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)速采集器正、負(fù)兩端和防雷板上10端到19端是否正常連接。如果連接正常，應(yīng)繼續(xù)使用這種方法測(cè)量防雷板10端到19段是否與采集器機(jī)箱CAN總線正常連接。檢查CAN總線接口處與風(fēng)橫臂接線盒處連接情況，最后檢查風(fēng)橫臂接線盒與航頭連接。若檢測(cè)到防雷板接入前端電壓正常，說明防雷板損壞；若檢測(cè)到風(fēng)橫臂接入前端的電壓，說明風(fēng)線連接故障。

3.3 供電電壓檢查法

借助萬用表20VDC檔對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速采集器供電電壓進(jìn)行測(cè)量，也就是測(cè)量防雷板上10、11兩端的電壓。正、負(fù)兩端在正常工作時(shí)電壓應(yīng)為5 VDC。如果電壓正常，則要測(cè)量風(fēng)轉(zhuǎn)接盒處1、2兩端供電電壓，測(cè)出的工作電壓也應(yīng)為5VDC。

4 風(fēng)向風(fēng)速傳感器維護(hù)注意事項(xiàng)

4.1 做好自動(dòng)站與EN型自記記錄的對(duì)比

在對(duì)觀測(cè)的日氣象要素?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行維護(hù)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析2min內(nèi)平均風(fēng)向、風(fēng)速、10min內(nèi)的平均風(fēng)向、風(fēng)速和最大、極大值。自動(dòng)氣象站內(nèi)風(fēng)向儀是通過0～360°方式顯示，EN型自記記錄以16方位方式顯示風(fēng)向信息，這也是自動(dòng)氣象站對(duì)風(fēng)向風(fēng)速氣象要素?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量控制的難點(diǎn)。在實(shí)際觀測(cè)工作中，借助逐小時(shí)風(fēng)向變化曲線判斷自動(dòng)氣象站觀測(cè)的風(fēng)向數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)瞬時(shí)變化。如果發(fā)現(xiàn)自動(dòng)氣象站與EN自記記錄風(fēng)向誤差超過90°，風(fēng)速誤差也較大時(shí)，認(rèn)真分析判斷是故障引起的誤差還是時(shí)間差導(dǎo)致的瞬時(shí)變化差異，避免粗心大意引起長時(shí)間數(shù)據(jù)異常。

4.2 低溫降雪天氣加強(qiáng)監(jiān)控

日照冬季會(huì)出現(xiàn)降溫、降雪天氣，尤其持續(xù)降雪天氣過程中，測(cè)報(bào)人員要及時(shí)觀察風(fēng)向風(fēng)速傳感器運(yùn)行。出外巡查檢查風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)杯是否正常轉(zhuǎn)動(dòng)，也可借助新型自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)查看風(fēng)向、風(fēng)速顯示曲線，如果在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)風(fēng)速變化曲線是直線或風(fēng)向始終維持一個(gè)方向，可判斷風(fēng)傳感器凍結(jié)。測(cè)報(bào)人員在巡視過程中也要注意查看風(fēng)向標(biāo)實(shí)際指向與顯示器上風(fēng)向數(shù)據(jù)信息是否一致，實(shí)際風(fēng)杯轉(zhuǎn)速和觀測(cè)的風(fēng)速數(shù)據(jù)是否一致，若觀測(cè)的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)信息與實(shí)際數(shù)據(jù)有較大誤差，則說明是內(nèi)部線路中斷或接觸不良，應(yīng)及時(shí)維修。

4.3 做好風(fēng)向風(fēng)速傳感器的日常維護(hù)

若觀測(cè)人員可熟練掌握風(fēng)向風(fēng)速傳感器使用和測(cè)量方法，一般在檢定期內(nèi)可以忽略對(duì)風(fēng)向風(fēng)速傳感器維護(hù)。如果臺(tái)站空氣污染嚴(yán)重，風(fēng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間空隙將會(huì)被堵塞，需要及時(shí)清除縫隙內(nèi)污垢。風(fēng)傳感器工作幾年后，軸承會(huì)有一定磨損，如風(fēng)杯不能長期連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或靈敏度下降，應(yīng)將風(fēng)傳感器送到專業(yè)部門修理。每年通過轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器軸部目測(cè)檢查，檢查時(shí)先卸掉風(fēng)向標(biāo)或風(fēng)杯，若風(fēng)傳感器正常，說明軸部可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，無明顯噪音。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝建芳，何興林.新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障判斷及維修[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2015，42（8）.

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作者簡介：劉晨（1988-），男，漢族，山東東營人，本科，助理工程師，從事測(cè)報(bào)工作。