DZZ5新型自動氣象站淺層地溫數(shù)據(jù)異常分析處理*

李紅英，尹育紅

（1.新疆石河子烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子炮臺氣象站）

0 引言

自動氣象站作為常規(guī)的氣象觀測站，在地面氣象觀測業(yè)務系統(tǒng)中得到了廣泛的運用，各類觀測儀器和傳感器更是自動站的核心，為采集數(shù)據(jù)的準確性、高速性和存儲數(shù)據(jù)的安全性都提供了堅實的基礎。溫度傳感器在氣象探測中的應用十分重要且極為廣泛，目前國內(nèi)各氣象站普遍使用的測溫元件多為四線制Pt100鉑電阻，分別為淺層地溫傳感器、深層地溫傳感器、地表溫度傳感器、草面溫度傳感器和新型站的氣溫傳感器。

1 鉑電阻溫度傳感器測溫原理

自動氣象站Pt100鉑電阻傳感器是利用其電阻與溫度成一定函數(shù)關系而制成的溫度傳感器。Pt100表示它在0℃時的阻值為100 Ω，其阻值計算公式如下。

當-200℃＜t＜0℃時：

當0℃＜t＜850℃時：

式中：A ＝ 3.90802× 10-3；B ＝ -5.80× 10-7；C ＝4.2735×10-12。

Pt100鉑電阻溫度傳感器具有良好的測溫線性，在0～100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0.5℃。同時，Pt100鉑電阻溫度傳感器還具有測量范圍大、穩(wěn)定性好、示值復現(xiàn)性高和耐氧化等優(yōu)點。目前我國氣象觀測使用的鉑電阻以四線制為主。四線制鉑電阻原理圖如圖1所示。

圖1 四線制Pt100鉑電阻原理圖

2 故障現(xiàn)象

2017年4月，石河子市某臺站DZZ5新型自動氣象站在4月2日至11日期間，10 cm地溫斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象。起初，觀測值班員在ISOS軟件上發(fā)現(xiàn)4月2日凌晨12時開始10 cm地溫數(shù)據(jù)跳變到-40℃至-60℃之間，持續(xù)幾十分鐘后恢復正常；隨后幾天偶爾凌晨數(shù)值跳變2 h后恢復正常，直至11日10時10 cm地溫數(shù)據(jù)一直在-40℃至-60℃之間，見圖2。

3 故障排查

3.1 替代法

按照替代原則將地溫分采集器上接線端子10cm與5 cm地溫傳感器接線互換，結果顯示5 cm數(shù)據(jù)異常，10 cm正常。因此懷疑10 cm地溫傳感器有可能故障，更換10 cm地溫傳感器后，數(shù)據(jù)依然異常，初步排除傳感器和地溫分采集器故障。

3.2 檢測法

用萬用表歐姆檔200 Ω測量傳感器四線電阻值1、3（1、4）腳，2、3（2、4）腳 ，阻值 分別 為 106.2 Ω、106.3 Ω、106.5 Ω 和 106.5 Ω，均在正常范圍內(nèi)。 用溫度計算公式T＝ （Rt-100）/0.385計算得出溫度T為16.3℃，由此判斷10 cm地溫傳感器正常。溫度傳感器四線制測量電阻接線如圖3所示。

圖3 溫度傳感器四線制測量電阻接線示意圖

將10 cm地溫傳感器接入淺層地溫接線盒，測量電阻，阻值一直跳變不穩(wěn)定。斷開接線盒到地溫分采接線并測量阻值，分別為 106.6 Ω、107.1 Ω、107.4 Ω和107.9 Ω，由此可判斷，淺層地溫接線盒到地溫分采線纜故障。

拔下地溫分采集器上10 cm地溫傳感器接線端子進行測量，發(fā)現(xiàn)傳感器電阻值一直跳變不穩(wěn)定，懷疑地溫分采10 cm傳感器到淺層地溫接線盒子之間線纜有破損。將接線盒10 cm接線端子和地溫分采10cm接線端子直連，數(shù)據(jù)全部顯示正常。

數(shù)據(jù)恢復正常后，打開地溝發(fā)現(xiàn)10 cm地溫傳感器接線盒到地溫分采線纜被老鼠咬斷，將破損處連接處理好后，故障排除。

4 結語

針對一次DZZ5型自動氣象站淺層地溫數(shù)據(jù)異常故障，根據(jù)溫度傳感器鉑電阻原理和測量原理，經(jīng)過逐級測量和故障排查，快速確定了故障點，及時恢復了數(shù)據(jù)采集和上傳，減少了數(shù)據(jù)缺失，保證了自動氣象站的正常運行。