---------------------- Page 1-----------------------
自动气象站气温及地温跳变原因初探实例
王 彬 王少江 李荣双
(长岭县气象局,长岭 131500)
1 引言 3.3 工作原理介绍
2004 年自动气象站从对比观测到单轨运行, 3.3.1 系统工作原理
随着软件的升级和设备的更新升级,由不能存储 气象状况的变化,引起各气象要素传感器变
分钟记录到能存储分钟记录。从存储的分钟记录 化,使得相应的传感器输出的电信号产生变化。气
中发现,有的月份气温的分钟记录及地温的小时 压、温度、湿度、地温、风向、风速和雨量诸要素传
记录有跳变的现象,各站都不同程度的存在这一 感器所感应的不同物理量,经过相应的电路,转换
现象。2006 年 8- 9 月,长岭县气象站这种现象尤 成标准的电压模拟量和数字量,然后由数据采集
其严重,我们对此进行了分析并采取了相应的措 器 CPU 按时序采集、计算,得出各个气象要素的
施,经过近两年的实践消除了这种现象的发生。 实时值,可供实时显示。
2 气温及地温跳变 3.3.2 传感器工作原理
自2005 年自动气象站能存储分钟记录以来, 3.3.2.1 气压传感器
发现有的月份气温的分钟记录及地温 (尤其是深 气压传感器为石英真空电容式气压传感器,
层地温)的小时记录有跳变的现象发生,即非正常 电容的真空间隙受外界压力而变化,石英电容量
的天气过程影响,气温的分钟记录前 1 分钟记录 随之变化。通过高级 RC 震荡电路,使气压变化与
和后 1 分钟记录相差 0.3℃~3℃,甚至更大;地温 频率变化产生对应关系,从而实现了对气压的测
前 1 小时记录和后 1 小时记录 0cm、5cm ~20cm 量。
相差 3℃~5℃,甚至更大(误差小的记录无法判断 3.3.2.2 温度传感器
是否为跳变,因为地温记录没有分钟记录),40cm 采用 PT- 100 型铂电阻作为温度测定传感
~320cm 相差 0.3℃~3℃,甚至更大。 器,铂电阻具有较高的稳定性和良好的复现性。随
3 产生的原因 温度变化,铂电阻的阻值也发生变化,在一定测量
3.1 初步分析 范围内,温度和阻值成线性关系。配备精密的恒流
2006 年 8- 9 月,长岭县气象站这种现象频繁 源使模拟电压和温度呈线性关系,通过 A/D 转
出现。因为这种现象不是第一次出现,而且其它站 换,经采集器 CPU 解算处理,得到相应的温度值
也有发生,排除了传感器故障的可能。9 月 18 日 (电压模拟量)。
这种现象再次发生,当时怀疑是否市电电压出现 3.3.2.3 湿度传感器
了问题,用万用表测量了市电电压,电压从 采用湿敏电容作为测湿传感器。由于空气湿
158V~220V 振荡,极不稳定,断开市电用 UPS 电 度变化使湿敏电容值改变,在一定测量范围内,空
源系统供电,记录恢复正常,采用发电方式供电记 气相对湿度和湿敏电容值是对应关系,经电路转
录也正常,出现问题的原因可以初步断定为市电 换为湿度与频率的对应关系,经 F/V 转换将标准
供电电压不稳超出正常工作技术指标造成。 模拟电压(0~1V,计算的对应湿度为 0~100)送给
3.2 自动站供电系统正常工作技术指标分析 A/D 后,再通过 A/D 转换,经采集器 CPU 解算处
自动气象站配备了高稳定性、无干扰的系统 理,得到相应的湿度值。
电 源 , 它 的 正 常 工 作 技 术 指 标为 交 流 电 源 3.3.2.4 风向传感器
180V~240V,50±2Hz,超出这一指标就会造成记 选用单叶式风向标作为风向测定传感器,采
录失真,产生误差日这种现象发生时,用 用七位格雷码的编码方式进行光电转换,将轴角
万用表测量了市电电压,电压从 158V~220V 振 位移转换为数字信号,经采集器 CPU 根据相应公
荡,导致了气温的分钟记录及地温的小时记录有 式解算处理,得到相应的风向值(数字量)。
跳变的现象发生。 3.3.2.5 风速传感器
《《吉林气象吉林气象》》20092009 年第年第 23 期期
- 42 -
----------------------- Page 2-----------------------
采用三杯回转架式风速传感器,利用光电脉 3.4 工作原理分析
冲原理。风杯带动码盘转动,光敏元件受光照后输 从系统工作原理和各传感器工作原理可以知
出脉冲,经采集器 CPU 根据相应的风速计算公式 道温度传感器同草温 / 雪温、地表、浅层地温、深
解算处理,电源开关得到相应的风速值(数字量)。 层地温传感器工作原理相同, 输出的电信号为标
3.3.2.6 雨量电源开关传感器 准的电压模拟量,同电压直接发生关系,因此超出
采用称量翻斗式雨量传感器测定降水量,通 标准电压(180V~240V)差值的大小与气温及地温
过上翻斗、计量翻斗和计数翻斗(干簧管触闭合) 产生的跳变(误差)的大小是正相关的。其它传感
获得数字量,每个信号表示降水量 0.1m电源开关m,经采集 器输出的电信号(数字量)都是汇接后,经信号电
器 CPU 解算处理,得到相应的降水量值 (数字 缆接入数据采集器,超出标准电压对其没产生影
量)。 响,从实测记录中也得到了印证(气温及地温跳变
3.3.2.7 草温 / 雪温、地表、浅层地温、深层地温传 时其它记录均正常)。温度(含地温)信号处理流程
感器 如下:
采用 PT- 100 型铂电阻作为草温 / 雪温、地 基准电压送到电子开关 N7,经过电子开关切
表、浅层地温、深层地温传感器,原理与温度传感 换,经过防雷管 T16、J2 加到采集器后面的转接板
器相同(电压模拟量)。 上,经过 7 芯电缆传到外转接盒内转接板上的集
3.3.3 室外转接盒 成电路 N3 上。从 N3 上经过电子开关切换到不同
各传感器分别由各自专用信号电缆接入室外 的温度通道(11 个温度传感器),同时切换到某一
转接盒。温度、地温传感器信号通过电子开关选通 通道时,便会在该 PT- 100 型铂电阻上产生一个
与湿度信号经信号 1 电缆接入数据采集器;风向、 电压信号,此电压信号的高端和低端经过传感器
风速和雨量传感器经转接盒汇接后,经信号 2 电 的电缆分别回传到外转接盒内转接板上的集成电
缆接入数据采集器 (只有温度及地温信号通过电 路 N2、N1 上,从 N2、N1 上经过电子开关切换到
子开关选通处理,其余都是汇接)。 输出端,经过 7 芯电缆回传到采集器后面的转接
《《吉林气象吉林气象》》20092009 年第年第 23 期期
- 43 -
----------------------- Page 3-----------------------
板上,经过防雷管 T15、T14、J2 传到电子开关 N8 压器不能正常工作,由市电直接给自动气象站供
上,经过切换送到主仪表放大器 N9 上,经过 9 倍 电系统供电,2007 年 5、6 月本站又出现这种现
放大与参考电压比较后,送入第二级放大器 N11, 象,6 月上旬单位又购买了一台高精度全自动交
输出信号加到电子开关 N15 隔离驱动 N16、插座 流稳压器(三科),使用后所有记录正常至今。
J4,传到数字板上的 AD 转换器;经过单片机解算 5 总结
后显示温度值。当市电电压不稳超出正常工作技 5.1 气温及地温跳变原因找出后采取了相应措
术指标时,从 N3 上经过电子开关切换到不同的 施,消除了隐患,提高了观测记录的准确度。
温度通道时,在 PT- 100 型铂电阻上所产生的电 5.2 减轻了观测员对 A、J 文件处理的工作量,减
压信号有正常信号和异常信号,正常信号为正常 少了错情。
值,异常信号即产生记录跳变,导致同一时次记录 5.3 避免了因实时数据不正确而影响到观测发
有正常记录和异常记录。 报,减少了错情的发生。
3.5 实测记录分析 5.4 经过近两年的实践,加装稳压器装置是解决
市电供电电压不稳超出正常工作技术指标的有效
从 2006 年 8、9 月和 2007 年 5、6 月本站有这
办法。
种现象的记录看,只要温度分钟记录有跳变相应
5.5 建议这一现象发生频率高的台站在现象发生
时次的地温就有跳变,主要表现在深层地温上的
时测量市电电压,如是电压不稳超出正常工作技
某一层或几层(见图 1、图 2)。
术指标造成,可加装稳压器装置。
4 采取的措施
参考文献
出现问题的原因找到后,我们采取的措施是
[1] 刘德福,关志宇,岳立成. 自动气象站的雷电防护措施.吉
用预报不用的电子管调压稳压器把市电调到
林气象,2007 (3).
220V,经调压稳压器给 自动气象站供电系统供 [2] 鲁长海,岳立成,周华.观测场照明电路造成自动站温度
电,所有记录正常。2007 年 5 月电源开关初电子管调压稳 异常故障分析.吉林气象,2008 (2).
20092009 年第年第 23 期期