淺談區(qū)域自動氣象站現(xiàn)場核查

王麗平，林世豪，劉 浩，劉政清

（1.江西省贛州市氣象局，江西 贛州341000；2.江西省崇義縣氣象局，江西 崇義341300；3.江西省永新縣氣象局，江西 吉安 343499）

《中華人民共和國氣象法》規(guī)定氣象計量器具應(yīng)當(dāng)依照《中華人民共和國計量法》的有關(guān)規(guī)定，經(jīng)氣象計量檢定機(jī)構(gòu)檢定。未經(jīng)檢定、檢定不合格或者超過檢定有效期的氣象計量器具不得使用[1]。但是長期以來中國區(qū)域自動氣象站的核查校準(zhǔn)工作并未全面開展，都是每年只進(jìn)行一次雨量傳感器的校準(zhǔn)工作。2020年地面氣象觀測自動化改革后，區(qū)域自動氣象站現(xiàn)場核查校準(zhǔn)已成為日常驗證觀測設(shè)備及其測量系統(tǒng)性能的一項維護(hù)性工作，是保證區(qū)域自動氣象站觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的重要手段和評定自動氣象站數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確、可靠、可用的主要依據(jù)，也是氣象觀測質(zhì)量體系建設(shè)和地面氣象觀測自動化業(yè)務(wù)運(yùn)行考核工作的重要內(nèi)容。

贛州區(qū)域自動氣象站現(xiàn)場核查采用實驗室核查與現(xiàn)場核查2 種方式結(jié)合進(jìn)行，即雨量傳感器采用現(xiàn)場校準(zhǔn)方式進(jìn)行，氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速采用撤換方式由臺站送交市局氣象信息與裝備保障中心進(jìn)行實驗室核查，核查合格的傳感器可在全區(qū)流轉(zhuǎn)使用。本文就區(qū)域站實驗室核查中技術(shù)要點(diǎn)和注意事項，以及遇到的問題和解決辦法進(jìn)行了歸納總結(jié)，供業(yè)內(nèi)同行參考。

1 技術(shù)要點(diǎn)及注意事項

1.1 氣壓核查技術(shù)要點(diǎn)及注意事項

氣壓核查儀器采用的是YKQ-20-B 壓力發(fā)生器。YKQ-20-B 便攜式氣壓發(fā)生器具有測量、控制及自動檢定3 種模式，對壓力測量儀器進(jìn)行測試和校準(zhǔn)?？蓪崿F(xiàn)與PTB 傳感器的數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)儲存并將檢定數(shù)據(jù)通過U 盤導(dǎo)出。

核查前要做好以下接線準(zhǔn)備：將通氣管分別與壓力發(fā)生器上的壓力口和被測傳感器上的通氣口相連，將串口通訊線與壓力發(fā)生器上的PTB 口和被測傳感器上的端子相連接。接通電源后，按下電源鍵，然后在壓力發(fā)生器上的顯示屏上進(jìn)行相關(guān)設(shè)置：點(diǎn)擊“菜單”“被檢表設(shè)定”，選擇好被檢表類型，設(shè)置完成后點(diǎn)擊確定。核查時，點(diǎn)擊“菜單”“自動檢定”“單點(diǎn)檢定”，在校驗點(diǎn)輸入氣壓值，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后讀取一次PTB 示值，1 min 均勻讀取3 次標(biāo)準(zhǔn)值，將數(shù)據(jù)記錄好。

在氣壓核查時需要著重注意以下幾點(diǎn)：①進(jìn)行氣壓核查時，首先要注意對氣壓傳感器外觀進(jìn)行仔細(xì)檢查，要著重檢查氣壓傳感器的出氣口是否被堵塞，有的話要進(jìn)行疏通；②在接線和拔線時，都得在關(guān)閉壓力發(fā)生器電源的情況下進(jìn)行，否則容易發(fā)生短路故障損壞儀器；③PTB 系列傳感器的波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位設(shè)置為“9600 NONE 8 1”，無錫廠的DYC1 型傳感器工作方式和PTB 系列傳感器是一樣的，所以也可以進(jìn)行檢定，只是型號、波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位要設(shè)置為“PTB330 2400 NONE 8 1”，并且要注意串口通訊線要換成適應(yīng)DYC1 型傳感器的線；④氣壓核查校驗點(diǎn)選擇3 個核查值，一般以當(dāng)前環(huán)境氣壓作為基本校準(zhǔn)點(diǎn)，以50 hPa 為核查值步距，上下各取一點(diǎn)為高壓和低壓校準(zhǔn)點(diǎn)。

1.2 氣溫與濕度核查技術(shù)要點(diǎn)及注意事項

氣溫與濕度的核查一般是同時進(jìn)行的。濕度和氣溫的核查儀器分別是JDS505 濕度發(fā)生器、RTC158 干體爐和TM-3022T（臺式精密兩通道 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度表）。JDS505 濕度發(fā)生器采用分流法原理。主校驗腔室由2 個腔體提供干氣流和濕氣流混合配比，一個腔體裝滿干燥劑，提供干氣流；一個腔體有一定量的蒸餾水，提供飽和氣流。同時配備內(nèi)置與外置2 個高精度溫濕度傳感器，它有著極高的精度和穩(wěn)定性，同時其數(shù)據(jù)也可直接顯示在主屏幕上；精密兩通道電阻溫度表TM-3022T 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻轉(zhuǎn)換（支持氣象的10 區(qū)11區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻），實現(xiàn)了對溫度的直讀；RTC158 干體爐用于測量均溫塊溫度的傳感器和溫度顯示器（可通過溫度控制表），利用干體爐內(nèi)均溫塊的均溫作用來保證插入均溫塊的被校溫度計與標(biāo)準(zhǔn)溫度保持一致。將被校傳感器放入恒溫塊中，熱傳導(dǎo)作用使被校傳感器與恒溫塊達(dá)到溫度平衡，即可進(jìn)行校準(zhǔn)。

核查前，將氣溫傳感器從溫濕傳感器的套筒中抽出，插入干體爐的套管中（也可不抽出，插入套筒中），再將對應(yīng)的氣溫線按照相同顏色一組接在TM-3022T上CH2的相同顏色接線柱上，打開干體爐和TM-3022T上的電源進(jìn)行核查讀數(shù)。讀數(shù)時，每讀一次被測傳感器CH2 的數(shù)據(jù)，按*鍵轉(zhuǎn)到標(biāo)準(zhǔn)傳感器CH1 的數(shù)據(jù)，在1 min 均勻讀取3 次CH1 的數(shù)據(jù)，記錄好（重復(fù)3次操作，核查要求讀3 組CH2 的值）。

將濕度傳感器插入到濕度發(fā)生器的插口2 上，對應(yīng)的濕度線接到濕度發(fā)生器背面的端子2 上。打開濕度發(fā)生器的電源鍵進(jìn)行核查讀數(shù)。核查時，首先點(diǎn)擊顯示屏左上角的“設(shè)置點(diǎn)”進(jìn)行設(shè)置，一般取當(dāng)前濕度為設(shè)置點(diǎn)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后進(jìn)行讀數(shù)，讀一次被測傳感器即探頭2 的數(shù)據(jù)，1 min 內(nèi)均勻讀3 次標(biāo)準(zhǔn)值，即外部基準(zhǔn)濕度的值，將數(shù)據(jù)記錄（重復(fù)3 次操作，核查要求讀3 組探頭2 的值）。

核查氣溫與濕度的過程中有如下值得強(qiáng)調(diào)的地方：①氣溫線接在TM-3022T 接線柱要擰緊，否則核查過程會出現(xiàn)線松導(dǎo)致沒數(shù)據(jù)的情況；②按*鍵轉(zhuǎn)換讀取數(shù)據(jù)時要注意有時會出現(xiàn)按了但數(shù)據(jù)沒轉(zhuǎn)換過來的情況，所以有時需要按多次；③濕度發(fā)生器上一般以外部基準(zhǔn)濕度為標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)置方法為點(diǎn)擊“校準(zhǔn)設(shè)置”“溫度基準(zhǔn)設(shè)置”，“顯示的基準(zhǔn)”選擇“外部”；④當(dāng)發(fā)現(xiàn)外部基準(zhǔn)濕度與探頭1 的數(shù)據(jù)偏差較大時，要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值的修正，方法為點(diǎn)擊“系統(tǒng)設(shè)置”“修正”，校準(zhǔn)點(diǎn)選“3”，進(jìn)行校準(zhǔn)；⑤一般來說，濕度核查設(shè)置點(diǎn)設(shè)好以后需要20 min 穩(wěn)定數(shù)據(jù)才能讀數(shù)，核查時有時會出現(xiàn)很長時間才能穩(wěn)定的情況，這時就要注意干燥劑是否失效，干燥劑變白說明已經(jīng)失效，就要更換干燥劑；⑥干燥劑更換過程中要注意防止飽和蒸汽腔體內(nèi)的蒸餾水外溢，可以先將蒸餾水用注射器吸出來。

1.3 風(fēng)向核查要點(diǎn)及注意事項

風(fēng)向核查采用JJE10 風(fēng)向校驗儀。JJE10 型風(fēng)向檢驗儀主要用于各類風(fēng)向傳感器的定性定量測試，是集風(fēng)向傳感器的驅(qū)動控制、檢測、顯示于一體的新型檢測設(shè)備。采用閉環(huán)原理的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式，實現(xiàn)了自動化檢驗，操作過程中不需人工干預(yù)，保證了檢驗的一致性[2]。

首先，將被測傳感器安裝在校驗臺上，尾翼通過固定支架固定，連接好航空插頭，打開校驗儀主機(jī)進(jìn)行核查。然后在校驗儀主機(jī)上選擇被測傳感器的廠家型號，點(diǎn)擊“置北”對傳感器進(jìn)行置北。置北完成點(diǎn)擊“快速”進(jìn)行固定風(fēng)向點(diǎn)的核查。

在風(fēng)向核查過程中，要注意以下幾點(diǎn)：①要根據(jù)被測傳感器的廠家型號選擇好風(fēng)座轉(zhuǎn)接件和轉(zhuǎn)接線；②傳感器安裝在風(fēng)座轉(zhuǎn)接件上時要完全貼合在上面，并且要擰緊傳感器上的螺絲進(jìn)行固定，否則會影響核查的結(jié)果；③核查無錫廠的傳感器時要把指北針拔下來，否則會使校驗臺轉(zhuǎn)不過去；④為了使操作簡便，可以先手動將風(fēng)向傳感器上的指北標(biāo)記對齊。

1.4 風(fēng)速與起動風(fēng)核查要點(diǎn)及注意事項

起動風(fēng)與風(fēng)速的核查儀器分別是JJE2 型風(fēng)速檢驗儀和JJE3 型起動風(fēng)速檢驗儀。JJE2 起動風(fēng)速校驗儀用于檢測杯式風(fēng)速傳感器起動特性和風(fēng)速特性，能夠快速檢測風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯、軸阻力等特性，方便檢測維修；JJE3 風(fēng)速校驗儀主要用于各類風(fēng)速傳感器的定性定量測試，是集風(fēng)速模擬、檢測、顯示于一體的專用杯式風(fēng)速傳感器檢測設(shè)備。

起動風(fēng)核查時，先將風(fēng)速傳感器安裝在風(fēng)筒中，連接好航插線，蓋好風(fēng)筒蓋。打開風(fēng)速控制器，調(diào)至起動風(fēng)檔，按下風(fēng)速調(diào)節(jié)按鈕，當(dāng)聽見一聲“嘀”的長鳴表示可以讀取起動風(fēng)的示值（重復(fù)3 次）。

風(fēng)速核查時，先將風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯取下，將傳感器安裝在校驗臺上，調(diào)節(jié)高度旋鈕將橡膠管套在傳感器上，連接好航插線。打開風(fēng)速控制器的電源，調(diào)至風(fēng)速檔，調(diào)節(jié)風(fēng)速調(diào)節(jié)旋鈕至30.0 m/s，按下風(fēng)速調(diào)節(jié)旋鈕開始讀數(shù)。

在風(fēng)速與起動風(fēng)核查過程中要注意以下幾點(diǎn)：①根據(jù)傳感器的不同類型選擇不同的轉(zhuǎn)接座和航插線，在風(fēng)速控制器上調(diào)節(jié)風(fēng)速儀選擇按鈕選擇對應(yīng)的檔位；②風(fēng)速核查時，要擰緊傳感器上的螺絲固定在校驗臺上，否則容易出現(xiàn)晃動，影響數(shù)據(jù)的讀??；③起動風(fēng)的風(fēng)筒要保持水平，要調(diào)節(jié)風(fēng)筒下的螺絲使桶內(nèi)的水平泡在中間，否則會影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；④風(fēng)速上面的螺絲是反絲，不要扭反了；⑤拆解時壓帽會特別緊，需要用到水管鉗；⑥給軸承噴潤滑液沒有將軸承丟到潤滑液里浸泡效果好；⑦將軸承上下對調(diào)有時會有意外驚喜，可有效降低起動風(fēng)速；⑧潤滑無效的風(fēng)速軸承可以明顯感覺到有磨損，阻力明顯較大，需要更換軸承；⑨購買652 軸承進(jìn)行更換，更換后明顯感覺到阻力減小，核查值變小。

2 現(xiàn)場核查遇到的問題及解決辦法[3]

2.1 氣壓傳感器核查

問題一：設(shè)定一個校驗值開始后，“控制狀態(tài)”一直處于“控制中”，不能顯示“完成”，標(biāo)準(zhǔn)器示值和PTB 系列值上不去或下不來，不能接近設(shè)定值，且一直在快速變化，不穩(wěn)定，誤差值也比較大，通常大于1 以上。可能是通氣管未連接好而漏氣，重新連接緊密即可。

問題二：核查示值誤差大。可能氣口被堵，疏通即可。

2.2 溫度傳感器核查

問題一：測完第一支后未關(guān)電源，測第二支時出現(xiàn)“CH2：----”，無數(shù)值顯示。解決辦法為斷電關(guān)機(jī)重啟。

問題二：CH2 顯示超常值，如-800 多等?？赡苁悄掣€沒接好，重新接好線即可。

2.3 濕度傳感器核查

問題一：開機(jī)后白屏，無顯示。原因為傳感器接線順序不對，重新接線即可。

問題二：關(guān)機(jī)重啟后參數(shù)發(fā)生變化。疑似恢復(fù)出廠設(shè)置，按照核查規(guī)程重新正確設(shè)置參數(shù)即可。

2.4 風(fēng)向傳感器核查

問題一：不能置北，標(biāo)準(zhǔn)值大于360，且與測量值無法一致，或者標(biāo)準(zhǔn)值與測量值無法穩(wěn)定，一直同時在變。一般是出現(xiàn)了儀器故障，不能維修時需報廢。

2.5 風(fēng)速傳感器核查

起動風(fēng)核查的不合格率極高。核查值偏大，一般都是軸承的問題，長時間使用導(dǎo)致軸承不夠潤滑，需要使用除銹潤滑劑（dw-40 或者其他的）給軸承潤滑和除銹，效果明顯。若除銹后還不合格，可換軸承，換軸承后仍不合格，一般就直接報廢了，無維修價值。起動風(fēng)速核查符合要求的，才進(jìn)行風(fēng)速示值核查；起動風(fēng)速不合格風(fēng)速也視為不合格。

3 經(jīng)驗和思考

3.1 有關(guān)時間效率的經(jīng)驗

核查時應(yīng)當(dāng)考慮時間效率的問題。一般來說，濕度核查和起動風(fēng)核查需要花費(fèi)的時間是較多的，一般在20 min 左右，而其他的項目如氣壓、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向則花費(fèi)的時間較少。又因為氣溫濕度一般是儀器核查，所以為使時間效率較高，可以按以下順序進(jìn)行核查：起動風(fēng)、溫濕度可以先接線核查，中間等待的時間可以進(jìn)行氣溫、風(fēng)向、氣壓的核查，最后再核查風(fēng)速。

3.2 有關(guān)數(shù)據(jù)處理的經(jīng)驗

在核查中，對每個風(fēng)速傳感器進(jìn)行了清潔、一般除銹、深度除銹3 種情況下的核查。一般來說，經(jīng)過一般除銹后起動風(fēng)比清潔下的情況要小，進(jìn)行深度除銹后起動風(fēng)比一般除銹情況下要小。這說明，導(dǎo)致起動風(fēng)變大的一個主要原因就是傳感器生銹。一般除銹時，要特別注意對傳感器中間柱子的除銹工作，一般對其噴除銹劑然后靜置一段時間，然后用毛巾和螺絲刀將繡除掉。深度除銹要對軸承進(jìn)行深度的除銹，將軸承取下放置在裝有除銹劑的杯子里一段時間，然后用毛巾擦拭干凈。

3.3 幾點(diǎn)思考

核查對市局備件的購買具有一定的指導(dǎo)意義，根據(jù)核查結(jié)果可知，濕度和風(fēng)速傳感器不合格率偏高，是需要更多購買的備件，否則會出現(xiàn)核查階段傳感器不夠的情況；核查時要特別注意對原始文檔的保存，縣局送檢過來時要注意保存好上一年的核查表，核查儀器時要注意規(guī)范填寫紙質(zhì)版的核查表，并及時填寫好電子版的核查表，同時要善于整理歸納，要認(rèn)真設(shè)計核查儀器的流轉(zhuǎn)表，仔細(xì)填寫，儀器的流轉(zhuǎn)動向一目了然，對下一年的核查工作的開展具有很好的借鑒作用；要注意提醒縣局保存好核查表及相關(guān)資料。