ZQZ－CⅡ型自动气象站快速维修探讨

李双霞

（河南省驻马店市气象局，河南 驻 马店463000）

1 引言

ZQZ－CⅡ型自动气象站是中国气象局组织研制并设计定型的标准自动气象站，该自动站可观测的气象要素有风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨量和地温（地表温、浅层地温、深层地温），数据的业务处理完全符合中国气象局气象业务观测的要求。自1999年起，由江苏省无线电科学研究所生产的设备已大批装备于国家基本站和一般站。

2 原理简介

ZQZ－CⅡ型自动气象站是对地面气象数据进行实时采集、计算处理、报文报表编制、数据储存和显示、组网通讯处理的小型自动天气观测系统。一般包括数据采集系统、计算机、通讯线路、电源、打印机等。其中数据采集是由PHILIPS公司生产的P89C51RD2FN组成的单片机系统完成，见图1。

图1 ZQZ－CⅡ自动气象站结构

3 ZQZ－CⅡ型自动站维修

自动气象站是连续观测气象要素的仪器，一旦出现故障，能否快速修复对数据连续采集具有重要的意义。ZQZ－CⅡ型自动气象站系积木式结构，对发生故障的部件，往往用部件整体更换的方法予以修复。判别故障虽有一定难度，但只要了解了自动站基本的结构和工作原理，掌握了自动站故障判别的基本原则，台站一般测报人员就可以做到正确判别故障部位，从而快速排除自动气象站故障。

3.1 电源部分

UPS不间断电源，是 Uninterruptable Power System的简称，当市电发生故障或停电时，能保证向负载（ZQZ电源，微机等）供电数小时。这种在线式不间断电源最大的特点是逆变器始终处于工作状态；电网输入故障时，不存在切换问题；能够保护负载，不受电网的浪涌、尖峰、电压瞬间下跌等影响。当UPS出现故障时一般是更换。如只是出现延时时间短，可以考虑更换电池，电池的寿命一般为3年。

ZQZ电源是数据采集器的后备电源。当市电正常时，使用市电经避雷电路和抗干扰电路通过隔离变压器输出到采集器中，无市电时使用蓄电池的直流（＋12V）输出到采集器中。ZQZ电源配备的是38AH/12V的铅酸蓄电池，可保证采集器和传感器在停电时候连续工作3d。一般出现的故障为保险管熔断，可以通过指示灯来判断。原机是500mA的，有些偏小，应更换稍大些的，市面有售。如出现延时时间短，应更换电池。值得一提的是，当ZQZ电源临时出现故障影响工作时，可以用市电直接给采集器供电。

3.2 采集器部分

数据采集器是ZQZ－CⅡ型自动站的核心，所有传感器、微机、后备电源都与数据采集器相连接。其主要功能是数据采样、数据处理、数据存储、数据传输。内部部件包括主板、电源板、显示板、变压器、气压传感器等。机箱的前面板主要布置显示器和按键，后面板主要布置开关和连接线缆的插座。主板上标识号为1XP1和1XP2的两个插座用于与传感器信号连接，为判断传感器故障提供了方便，采集器的故障主要有以下3种：数据采集器LED显示器显示格式不正确；或显示非法字符；或显示的气象要素值几乎都是错误的。在微机和通讯电缆是好的情况下，不能与微机通讯，显示“联机失败”。电源系统完好，前面板“秒闪灯”不闪或显示器无显示。出现上述情况之一的，请更换数据采集器。

3.3 传感器和连接线

3.3.1 气压

ZQZ－CⅡ型自动气象站配置的PTB220气压传感器系硅电容压力传感器，由芬兰Vaisala公司生产，有较好的温度特性和稳定性，安装于采集箱内。在电源正常时，气压显示值明显不正确或与人工观测值误差较大时或一直显示为缺测可判断为传感器故障，维修的方法一般为更换。更换PTB220气压传感器的步骤为：关掉采集器的开关；拆下采集器的上盖板；拔去与气压传感器连接的插头；拆下固定气压传感器的4只螺钉；换上备件，上紧传感器4只固定螺钉；连接底板与传感器的连接插头；盖好上盖板并固定；开机并用plevel命令设置传感器海拔高度。

3.3.2 风向风速

ZQZ－CⅡ型自动气象站使用的是长春气象仪器厂生产的EC9－1高动态性能测风传感器。风速传感器的感应元件为三杯式风杯组件，信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力的驱动下，风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，在霍尔开关电路中感应出脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加。测出频率就可以计算出风速，一般为线性关系。风向传感器的感应元件为风标板组件，角度变换电路为格雷码盘加光电电路，当风标板组件随风向旋转时，带动主轴及码盘一同旋转，每转动一个角度，位于光电器件支架上下两边的7位光电变换电路就输出一组格雷码，通过这些7位格雷码，就可知道风向。

EC9－1测风传感器出现的故障及解决方法为：风速示值变小或启动风速增大，应拆下清洗或者更换；风杯在旋转但风速示值始终为零，应更换传感器或更换电缆；风向示值始终缺某些方位或与人工测量值不符的，应更换传感器或更换电缆。

3.3.3 雨量

ZQZ－CⅡ型自动气象站配置的是上海气象仪器厂生产的SL3－1型双翻斗雨量传感器。这种雨量传感器是由承水器、漏斗、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗等组成。计量翻斗对进入的降水进行计量，即每0.1mm降水量计量翻斗就翻转一次，并将计量后的0.1mm降水倒入计数翻斗；计数翻斗对进入的0.1mm降水进行计数，即每进入一个0.1mm降水计数翻斗翻转一次，其翻斗中部的小磁钢使上面的干簧管接点闭合一次，产生一个脉冲信号，代表0.1mm的降水量，对脉冲信号计数即可测得分辨率为0.1mm的降水量。

SL3－1型双翻斗雨量传感器出现的故障及解决方法为：有降水，雨量示值始终为0，请检查承水器漏斗是否堵塞；计量（数）翻斗是否被卡住；干簧管是否损坏；电缆线故障降水示值明显滞后，请检查承水器内部，网罩是否有杂物降水示值偏大或偏小，请调整计量翻斗的容量调节螺钉，使测量误差在要求的最大误差范围内。容量调节螺钉每向内或向外旋转一圈，测量误差减小或增大3%左右。

3.3.4 温湿度

芬兰Vaisala公司生产的HMP45D温湿度传感器是目前我国气象部门地面气象观测网内自动气象站上统一使用的测量气温和相对湿度的传感器。该传感器采用铂电阻感应元件（Pt100）测气温，利用铂电阻的阻值正比于温度的原理，通过测量铂电阻的电阻值而测得温度值；采用电容式薄膜聚合物感应元件（HUMICAP180）直接测相对湿度，是有源的0～1V电压输出。温度和湿度感应元件装在传感器头部带有滤膜的保护罩内。滤膜每月用毛刷清洁一次，保护罩每6个月更换一次。

HMP45D温湿度传感器出现的故障及解决方法为：温度示值和湿度示值与人工观测值相差较大或出现明显异常，请更换传感器；温度示值为－49.5℃，一般是连接线断路，请更换。

3.3.5 地温

包括深层地温传感器（4只）、浅层地温传感器（4只）、地表温传感器（1只）共9只。采用铂电阻感应元件（Pt100），原理同气温。但使用环境是地下，与气温传感器相比更容易出故障。

地温传感器出现的故障及解决方法为：地温示值与人工观测值相差较大或出现明显异常，请更换传感器；地温示值为－49.5℃，一般是连接线断路，请更换；地温观测值有突变，或地下层面上温度昼夜变化不符合常规，请更换传感器；地表温（0cm，地面最高，地面最低）示值与人工观测值相差较大，还应检查安装是否正确：即一半埋入土里，一半露出地面，保持地温场土壤疏松。

3.4 计算机故障

计算机出现故障比较容易解决，不再赘述。但是在值班室放置一台装好软件、各项参数已设置好的备份微机是必要的。

3.5 其他故障

3.5.1 蜂鸣器报警

蜂鸣器每隔1min叫一次时有两种可能：第1种为电源问题，自动站电源箱的长时间（3d以上）无交流电源输入，自动站一直使用电源箱中的蓄电池电能，蓄电池过放电导致自动站无法正常工作。解决办法：接入交流电即可。第2种为气压传感器缺测，请检查采集器前面板上的气压显示是否有数值；但第一种电源问题也可造成气压缺测，应先排除电源问题。如电源正常，前面板上的气压显示无数值表明气压传感器有故障。

3.5.2 蜂鸣器长鸣蜂鸣器长鸣有两种可能：第1种为大风报警，与计算机联机即可解除；大风报警值存储在FJ.TXT中。第2种为自动站遭雷击或强电干扰（有足够峰值的电源浪涌）。对自动站可能造成程序混乱或损坏；处理办法如下：

按“复位”键，一般可解决，如不行执行下一步。将“0/1”开关置到“0”位：按“复位”键进行总复位，如不行执行下一步。关掉采集器电源，3min后“0”位开机。如不行则说明自动站硬件有损坏，执行下一步。关掉采集器电源，旋下风向风速传感器插头，“0”位开机，如采集器正常说明风向风速传感器损坏，需更换。如采集器应不正常说明采集器有损坏。

4 故障实例分析

（1）某一般站相对湿度一直是100%，将备份的温湿传感器（HMP45D）换上，故障依旧。据值班员讲述，夜里有一次雷雨天气过程，风速和雨量较大，怀疑机器遭雷击。

打开采集器，用数字万用表电压档测量，标号1XP1插座RH（湿度信号输入端）与地端的电压值为1.38V，而正常值为0～1V之间。关机拆下温湿度传感器连接线室内航空插头与采集器的连接，开机再测，RH端的电压仅为0.01V，说明采集器正常。这时，把温湿度传感器也拆下，用万用表电阻档200K档测量连接线的航空插头第5脚12V供电端与第6脚湿度信号输出端有30K～50kΩ不停跳变的阻值，正常时应为无穷大，判断为连接线故障。但是，站内无此备用的8芯屏蔽电缆，从厂家发货得几天时间，就是有也不容易更换。仔细观察百叶箱内的航空插头，发现很潮湿，判断为航空插头因雨量过大而进水，用电吹风对准空气航空插头，连续吹15min热风，再用万用表测第5、6脚阻值变为无穷大。把温湿度传感器和连接线全接上，开机，一切都恢复正常。建议：百叶箱湿度传感器的航空插头不要放在百叶箱边缘部位，最好用塑料等防水材料包好。

（2）SL3－1型双翻斗雨量传感器示值不稳定。日前在进行雨量现场标校时发现示值不稳定，当多次注入10mm清水时，示值一直在10.0～10.7左右变化，差别很大且不稳定，经仔细观察，发现汇集翻斗下部的漏斗流水很慢，当计量翻斗翻转过后，仍在向下缓慢滴水，造成计量翻斗内已存了小半斗水，计量翻斗可能会连续跳2次，从而造成示值偏大，拆下汇集翻斗组件，发现漏斗的咀部有黑色杂物，用脱脂棉轻轻擦洗后，装上，再多次注入10mm清水，均稳定显示10mm，故障彻底排除。

[1]李 黄.自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.

[2]江苏省无线电科学研究所有限公司，自动气象站用户手册[R].无锡：江苏省无线电科学研究所有限公司，2006.