自动气象站辐射表的安装与日常维护

曹凯明，周 枫，董立亭

(贵州省大气探测技术与保障中心，贵州 贵阳 550002)

自动气象站辐射表的安装与日常维护

曹凯明，周 枫，董立亭

(贵州省大气探测技术与保障中心，贵州 贵阳 550002)

该文介绍了自动气象站现投入运行的5种辐射表，对它们的工作原理、仪器安装、故障检测和排除进行了说明，为今后自动气象站辐射表的使用和日常维护提供参考。

总辐射;散射辐射;反射辐射;净全辐射;直接辐射

1 引言

目前，贵州省的85个国家自动气象站中已有11个站建立了国家级一级辐射观测站。但投入运行后，发现部分台站测报人员对该设备的使用和维护并未掌握透彻，严重影响辐射观测数据的质量。本文总结了辐射表在日常维护和使用方面的一些方法和经验，为测报人员在今后如何提高辐射观测资料质量提供指导。

2 辐射表的工作原理

国家气象站使用的辐射表都为热电型，由感应面与热电堆组成。感应面是薄金属片、涂上无光黑漆，感应原件为快速响应的线绕电镀式热电堆，涂黑一面称为热结点，没有涂黑一面称为冷结点。

当辐射表对准辐射源(如太阳)，热结点与冷结点产生温差电势，输出的电势 V与辐照度 E成正比：

V=K·E K=V/E

其中：E为辐射度，单位W/m2;V为信号电压，单位μV;K为灵敏度系数，K可从辐射表的检定证书上查询。

3 辐射表的安装

总辐射、散射辐射和反射辐射使用的都是TBQ-2-B型辐射表，直接辐射使用的是FBS-2-B型直接辐射表(以下简称直表)，净全辐射使用的是FNP-2型净全辐射表，5种辐射表均安装在专用台架上，如图1所示。

图1 辐射表安装示意图

3.1 总辐射表的安装

安装时，先把总辐射表的白色挡板卸下，再将总辐射表安装在台架上，接线柱方向朝北。用3个螺钉将仪器固定在台柱上，然后利用仪器上所附的水准器，调整底座上3个螺母，使总辐射表的感应面处于水平状态，最后将白色档板装上。

3.2 反射辐射表的安装

仪器感应面朝下安装并调节水平，白色挡板卸下后一定要与感应面反向安装，否则降雨时，雨水将聚在白色挡板上，流入感应元件，从而损坏仪器。

3.3 散射辐射的安装

散射辐射表是由总辐射表和遮光环两部分组成，辐射表安置在遮光环的底座上，方法与总辐射相同。遮光环必须将传感器感应面全部遮住，方法如下：

①遮光环架安装在台架上。底盘边缘对准南北向，使仪器标尺指向正南北，再用水平尺和底板3个调节螺旋调水平后固定;

②根据当地的地理纬度，固定标尺位置;

③总辐射表水平置于遮光环平台上，使感应面位于环中心;

④遮光环按当日太阳赤纬调到相应位置，使遮光环恰好全部遮住感应面和玻璃罩。

3.4 净全辐射的安装

安装净辐射表的架子是由台柱和伸出的长臂组成，长臂的末端固定净辐射表，牢固不能摆动，长臂水平方向朝南，表的底板用不锈螺钉固定在金属板上，用调整螺钉将感应面调水平，同样接线柱方向朝北。

3.5 直接辐射表的安装

直表的安置地方要保证在所有季节和时间内(从日出至日落)太阳直射光不受任何影响。如有障碍物在日出日落方向，其高度角不超过5°。直表的跟踪精度与仪器的安装是否正确关系极为密切，必须要做到调好纬度角、南北向、水平以及太阳倾角和时间，如图2所示。

图2 TBS-2B标准直接辐射表

3.5.1 对纬度 松开纬度盘上的旋纽9和11，转动刻度盘10，使其对准当地纬度(准确至0.25°)，然后再拧固紧。

3.5.2 对南北 直表底座上的方位线对准南北方向是非常重要的，目的是使得地轴与直表回转中心在同一平面上，为此必须准确的测定南北线，方法如下：

①铅垂线法：这是最常用的方法，在真太阳时的正午，用铅垂线观测其投影，画出南北线，确定后即可使直表底座上的方位线与其平行(准确至0.25°)。

②经纬仪法：真太阳时的正午(此时太阳高度角最高)，用经纬仪(通过深色玻璃)观测太阳，然后降低物镜到水平面一点，这一点与观测点相连，即为南北线，由此可在仪器台柱上画出南北线。

3.5.3 调水平 用底板上的3个水平调整螺丝调水平。

3.5.4 对太阳倾角和时间 在调好纬度、南北和水平后，再调整仪器的光筒倾角13和时间刻度5，最终使光筒上的光点正好落在光筒小孔的中央，此时仪器的倾角与时间刻度即为当时的太阳倾角和时间(真太阳时)。为提高跟踪精度，建议在中午时调整倾角和时间，以减少跟踪误差。因为在一天中太阳倾角是由小到大变化的，中午可选在中间位置。

直表安装好后，应试跟踪几天检查是否准确，如果跟踪误差大于0.5°，应反复调整，直至达到要求为止。太阳倾角的指示是由刻度和游标卡尺来完成的，刻度尺每格为 2°30'，游标为 2°15'，所以其精度为15'，读法与游标卡尺相同。

3.5.5 注意事项 调时间刻度时一定要通过电机控制器上的手动开关来控制，快速对时不能超过一圈，否则容易损坏电机控制器。

4 辐射表的维护和常见故障处理

4.1 TBQ-2-B型辐射表(总辐射、散射辐射和反射辐射)的维护和故障处理

4.1.1 TBQ-2-B型辐射表的日常维护 ①应在日出前把金属盖打开，日落后停止观测，并加盖。若夜间无降水或无其它可能损坏仪器的现象发生时，也可不加盖;

②经常定期清洗玻璃罩，在有降雨或结露的低温天气为防止冻结影响观测，要清除玻璃罩上的雨水或露水;

图3 TBQ-2-B型辐射表测试端子

③经常检查仪器是否水平，感应面与玻璃罩是否完好等。

4.1.2 TBQ-2-B型辐射表常见故障处理 ①计算机上数据显示为0或无数据。如图3所示，如果数据为0，通过万用表电阻档量取辐射表对应在防雷板上的两个端子(例如总辐射的31、32端子)，看是否有约为200Ω的电阻，如有，表示仪器正常。如果电阻为0，则说明辐射表和导线之间或辐射表内有短路现象。

如果无数据，将辐射表对应在防雷板上的两个端子拔下，用万用表量取两个端子，若显示为“1”，表示有开路现象，再量取辐射表插座上的1、2针是否为“1”，如果为“1”，表示辐射表内开路，不为1表示是导线开路。

②计算机上数据显示异常，即与实际天气情况不符。用万用表200mV档量取辐射表对应在防雷板上的两个端子的电压值V，使用上文提供的公式E=K/V进行计算，如E与计算机显示数据相同，表示该表灵敏度有问题，若不同，可能为计算机上自动站软件参数设置有问题。

4.2 净全辐射表的维护和故障处理

净全辐射表观测的是全辐射差额，不仅白天观测夜间也要观测。记录仪显示的是瞬时值、时累计量和0-24时日总量，一般白天显示正值，夜间为负值。

4.2.1 净全辐射的日常维护 净全辐射表除每日上下午至少各检查一次仪器状态外，夜间还应增加一次检查。每次检查和维护的内容如下：

①感应面是否水平;

②薄膜罩是否清洁和呈半球凸起。罩外部如有水滴，应用脱脂棉轻轻抹去，若有尘埃、积雪等，可用橡皮球打气，使罩凸起并排除湿气。

遇有雨、雪、冰雹等天气时，应将上下金属盖盖上，降水停止后，要及时开启。若大雨时，因感应面弄湿，使得仪器短路或出现负值，应及时把仪器烘干;

③干燥剂失效要及时更换;

④注意保持下垫面的自然和完好状态。平时不要乱踩草面，降雪时要尽量保持积雪的自然状态。

4.2.2 净全辐射表常见故障处理 净全辐射表的故障和处理方法与TBQ-2-B型辐射表基本相同。但最常见的故障是薄膜罩漏水使得感应面潮湿，造成仪器短路或出现负值。

图4 净辐射在CAWS-FL02防雷板上的连接图

4.3 直接辐射表的维护和故障处理

4.3.1 直接辐射表的日常维护 ①检查仪器是否水平;②检查进光筒处的石英玻璃窗口是否清洁，如有灰尘、水气凝结物等，应及时用吸水棉球或用软布等擦净，切忌划伤;③每天至少要检查一次跟踪情况，并及时调整仰角和时间;④为保持光筒中空气干燥，应定期更换干燥剂，更换时旋开光筒尾部的干燥剂筒即可。

图5 直接辐射在CAWS-FL02防雷板上的连接图

4.3.2 直接辐射表常见故障处理 ①如果跟踪不正常，则用万用表检查37、38号端子(如图5)之间的直流电压是否在12V左右，并把对时开关打开，看其能否正常转动，如果对时准确，说明直表电机及控制器没有问题，如果直表光筒上的光点跟不准确，则检查正南正北线是否倾斜，仪器是否水平，纬度是否调好等。

②如果跟踪正常而数值异常，则拆下35、36号(如图5)接线端子，用万用表电阻档测量其输出电阻是否约为70Ω，如果有电阻，说明正常。如果没有电阻，检查导线是否接触良好，或者用万用表200mv电压档，红表笔接到35端子，黑表笔接到36端子上，将光筒上光点对准太阳光检查是否有电压，把保护罩盖上，输出电压则应为0。如果符合上述条件，则说明辐射传感器正常。如果还是不正常，则应从辐射表插头处一直量到采集单元上的8+、8-上，看是否有电压输出，如果正常，则可能采集单元或软件故障。

5 总结

随着气象站自动化观测的逐步推广，辐射观测必将纳入到全省国家自动气象站的业务运行当中来。通过提高测报人员辐射观测、维护的能力，对掌握贵州省辐射分布的特征和开发利用太阳能资源提供科学依据。

［1］ 李黄.自动气象站实用手册［M］.北京：气象出版社，2007.

［2］ 王炳忠.现代气象辐射测量技术［M］.北京：气象出版社，2008.

［3］ QX/T 56-2007.地面气象观测规范［S］.

P414

B

1003-6598(2011)05-0056-03

2011-07-13

曹凯明(1979-)，男，工程师，主要从事气象装备保障工作。