CAWS600-B自动气象站传感器故障判断和解决办法

丁媛媛，高艳伦，曹善栋，吴玉芳

（1. 菏泽市气象局，山东 菏泽 274000；2. 定陶气象局，山东 定陶 274100；3. 平阴县气象局，山东 平阴 250400）



CAWS600-B自动气象站传感器故障判断和解决办法

丁媛媛1，高艳伦2，曹善栋3，吴玉芳2

（1. 菏泽市气象局，山东 菏泽 274000；2. 定陶气象局，山东 定陶 274100；3. 平阴县气象局，山东 平阴 250400）

摘要：通过对菏泽市大气自动监测站出现过的传感器故障进行梳理、归纳，找出其共性和不同点，根据自动气象站原理和自动气象站维修手册结合笔者在实际工作中的经验，找出传感器故障和解决办法之间的相关性，得出解决故障的最简单办法。使测报人员在发现传感器出现问题时，能判断出故障原因，快速自主处理简单故障，或在上级维修人员指导下顺利排除复杂故障，提高传感器故障修复时效。

关键词：传感器；故障；维修

引言

CAWS600-B型自动气象站由北京华创升达高科技公司研制和开发，菏泽市于2004年左右安装了8套，它的投入运行，使气象现代化上了一个新的台阶，改善了全市地面观测业务的质量。随着时间的推移，自动站出现故障在所难免，一旦自动站出现故障，首先会影响探测资料的完整性，其次资料的处理也非常麻烦，直接影响到测报员个人、县局、市局的工作质量。把实际工作经验和自动站原理、维修手册结合起来，从故障的现象快速对应找出自动站的症结并加以解决，减少自动站资料的缺测，达到提高地面测报质量的目的才是问题的关键。

1 故障收集分析

通过对菏泽市近几年常见故障进行统计分析得出：设备故障的表现形式为无数据或数据异常，发现形式为监控界面监测和报表审核；其中，线路不正常22起，设备损坏11起，维护不及时7起。从排除时间上看，线路故障排除时间最短，传输故障与地线故障判断解决时间耗时最长。自动站出现故障后，发现异常的几乎全部为一线业务人员，并进行上报，解决；少部分由省局资料中心预审发现。这样已经对业务工作造成了影响，对资料的质量造成了不可挽回的损失，如何寻找先于故障发生而解决的方法是我们努力的方向。

线路不正常的原因：由于传感器线路及传输线路均在地沟中，或通过穿线管埋入地下，或靠近传感器端直接埋入土中，为鼠等啮齿类动物和不确定事件损坏线缆埋下了隐患。设备损坏的原因一般为：长时间运行后仪器性能下降、机械磨损、偶发的超运行条件等。

从分析解决方式上看：一般是通过测量或替换的方式进行确定，测量为主要确定故障手段，替换是在无法通过测量确定故障的情况下，通过替换可疑部件来确定故障。

2 自动站传感器故障判断及解决方法

按照早预防、早发现、早判断、早解决的思路，用以下步骤和方法判断并排除自动站传感器故障。

2.1 日常维护

首先经常检查相关设备与设施，做到早预防（表1）。合适的供电是所有设备稳定的基础，所以在可检测的部位都应有在允许范围内的电压，在采集器处、计算机处、蓄电池处应有正常的供电；接地电阻是各种干扰入地的重要通路，用来保证采集正常、传输正常、接收正常、处理正常的重要措施，所以把接地电阻作为经常性检查项目。各种传感器及其安装维护要逐条进行，保证所采集的数据准确可信，采集设备能够正常运行，延长敏感元件的使用寿命。

表1　维护检查表

其次力争先于故障之前发现隐患，如在观测场线路管道附近是否发现动物痕迹，在适当的位置下药并经常检查更换新药；在线路管埋设上方布设醒目标志，防止工程施工损坏线路；统计仪器使用期限、平均维修期限、寿命长短、以及能在一定程度体现仪器性能的指标，在将要达到预定指标时提前更换，如风速传感器的在菏泽的指标之一“月静风频率”，历年来每月的静风一般小于10％，若有接近或超出时即进行邻站比较和本站时间分析，看其有无性能下降的情况，其次风速传感器使用期限一般在1.5年左右，超出这个期限，即应经常性检查比较，偶发的超运行条件如闪电、雷暴大风，大雨、电压超高等灾害性条件过后及时检查。

第三经常总结值班经验：比如说当有降水时，屋檐滴水，降水量约为0.3mm，当出现雨量计没有反映时及时检查漏斗内是否存水，翻斗有翻动的声音时，必定有雨记录；温度在零下降水性质为固态时，应特别注意风传感器；巡查仪器时看风杯和风向标是否能上下正常转动。软件内参数设置中审核规则库，必须本地化，并经常检查。

2.2 传感器的故障排查

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置[1]7。图1为传感器的组成示意图，自动气象站用的传感器将被测量的温度，湿度，雨量，气压，风向，风速等气象要素量，转换成的输出信号包括电压，电流，频率等模拟电信号或数字信号。

图1　传感器的组成

2.2.1 温湿度传感器

温湿度传感器同时测量空气温度和相对湿度，测温部分为4线制铂电阻，测湿部分输出信号为0～1V电压，对应湿度为0～100％RH。下面是铂电阻计算公式[1]15。

（1）式中Rt为温度为t时的电阻值，R0为标准电阻值100Ω，A、B为通过对传感器的校准可得出的系数。

图2为HMP45D型温湿度传感器接线图，温度传感器正常时同端电阻小于5Ω，异端电阻在80～120Ω之间，当温度传感器出现故障时，分别用万用表测量其同端电阻（1，2之间或3，4之间的电阻）和异端电阻（1（2）与3（4）间的电阻），若测得的阻值无穷大，或者异端电阻超差（换算成温度），则可判断传感器损坏，需更换传感器。

图2　HMP45D型温湿度传感器接线图

湿度传感器故障时，利用万用表DC20V测量防雷板5，7之间或者电缆接口5，7之间的电压输出，看是否在0～1V之间，若无电压，则检查是否有供电，或者线路是否断开，若正常则是传感器故障，若电压高于1V，则可能是传感器故障或者线路联电，需要更换信号线或湿度传感器。

2.2.2 气压传感器

气压传感器感应元件采用VISALA研制的硅电容压力传感器，其具有很好的滞后性和重复性、温度特性及长期稳定性。它的工作原理是基于一个先进的RC振荡电路，电容压力传感器及温度传感器连续测量，微处理器自动进行压力线性补偿及温度补偿获得精确的气压值。

图3为气压传感器接线图，气压传感器的正常值范围为0～2.5V，当气压异常时，利用万用表DC20V测量DT50的3+，3-之间的电压输出，若无电压，则检查是否有供电，若供电正常，则检查线路是否断开；若电压高于2.5V，则判断是分压电阻坏，此时应更换信号线；另一个异常值情况为电压超差（换算出气压值超差），如出现此种情况，判断为气压传感器故障，应更换气压传感器。

图3　PTB220型气压传感器接线图

2.2.3 雨量传感器

SL3-1型双翻斗雨量传感器是用于测量液态降水量的传感器（图4[1]39），雨水经承水口汇集后进入承水器经漏斗进入上翻斗，上翻斗将汇集的液态降水通过集水器转换成稳定的大降水强度的降水后进入计量翻斗，计量翻斗对进入的降水以0.1mm的分辨率进行计量，将计量后的降水倒入计数翻斗，每进入0.1mm的降水计数翻斗翻转一次，使得干簧管开关接点闭合一次，产生一个脉冲信号，代表0.1mm降水量，对脉冲信号计数即可测得分辨率为0.1mm的降水量。

图4　SL3-1型双翻斗雨量传感器结构图

首先使用万用表欧姆档测量雨量线电阻，测量出的阻值为无穷大（或者为0）时，可判断雨量线断路（或者短路），需更换雨量线。再测量雨量传感器红、蓝接头，当计量翻斗处于中间（连接状态下）时，测量出的电阻值为无穷大，或者计量翻斗处于一侧（断开连接）时，测量出的电阻值为0，则故障原因可判断为干篝管损坏，应更换干簧管。

2.2.4 风向风速传感器

风向、风速传感器供电电源为+12V，用于测量距地10m处的地面风的速度计方向，并转换为电信号，电信号可以直接传送到记录设备进行处理。

图5为EL15-2D型风向传感器、EL15-1A型风速传感器接线图，风向传感器的电压范围是0～2.5V，测量由采集器接收信号处开始，防雷板第17（风向信号）、16脚（地）处信号正常，则为采集器不能处理信号，必须更换。断开风横臂4脚，即风向信号并不向电缆传输，若不正常，故障仍在上一级，通过更换风向传感器或横臂电缆即可解决，正常则是风电缆有破损接地现象，导致信号失真，通过更换风电缆即可。当风向连续变化，但电压变动不连续或电压超出2.5V则为传感器损坏，直接更换传感器即可解决。

图5　EL15-2D型风向传感器、EL15-1A型风速传感器接线图

风速传感器转动时电压约为6V，静止时为0V或12V，用万用表DC20V测量防雷板第14（风速信号）、16（地）脚之间的电压值，若电压正常，则为采集器不能处理信号，必须更换。断开风横臂3脚，即风速信号并不向电缆传输，若不正常，故障仍在上一级，通过更换风速传感器或横臂电缆即可解决，正常则是风电缆有破损接地现象，导致信号失真，通过更换风电缆即可解决。

3 结语

故障处理只是手段，避免故障的发生才是目的，要及时发现问题、事前发现故障隐患；审核库的细化、提高观测员素质，及时发现故障；按既定的步骤和方法检查就可以准确找出故障原因，快速排除故障，提高地面观测业务质量。

参考文献：

[1] 李黄. 自动气象站实用手册[M]．北京：气象出版社，2007．

作者简介：丁媛媛（1990—），女，山东定陶人，本科，助理工程师，主要从事地面测报及应用气象工作。

收稿日期：2015-01-30

中图分类号：P415.1

文献标识码：B

文章编号：1005–0582（2016）01–0061–04