自动气象站温度传感器在现场检定中电磁干扰源的探讨

曾 涛，龚 熙

（湖北省气象信息与技术保障中心，湖北武汉，430074）

自动气象站温度传感器在现场检定中电磁干扰源的探讨

曾 涛，龚 熙

（湖北省气象信息与技术保障中心，湖北武汉，430074）

简要介绍了自动气象站温度传感器的测温原理；分析了自动气象站温度传感器常见的电磁干扰来源，以及温度传感器在现场检定过程可能产生的电磁干扰和对检定工作造成的误差和影响，并提出了增加滤波、正确接地及改变检定方式等应对措施。

自动气象站；铂电阻温度传感器；电磁干扰；现场检定；

0 引言

温度一直是气象观测最基本的要素之一，从人工观测站到自动气象站，温度观测仪器从水银玻璃温度表演变为自动观测的温度传感器。目前我国自动气象站地面观测中，温度的测量以Pt100铂电阻传感器为主，包括深层地温、浅层地温、地面温度、草温的观测以及新型自动气象站的气温观测等[1]。为了确保铂电阻温度传感器测温数据的准确性和稳定性，定期开展铂电阻温度传感器的检定和维护工作非常重要。

1 铂电阻温度传感器测温原理

铂电阻温度传感器是国际公认的高精度测温标准传感器，它是根据金属铂丝的电阻值随温度变化的特性来测量温度。因为铂电阻在氧化性介质中或高温下的物理、化学性质都非常稳定，电阻—温度关系曲线在（-200～650）℃温度范围内线性度已经非常接近直线[2]，因此得到广泛应用。Pt100表示它在0℃时的阻值为100Ω，其阻值与温度的关系可以近似用下式表示：

式中 A = 3 . 90802×10−3；B = −5 . 80× 1 0−7；C = 4 .2735×10−12。

Pt100温度传感器测温的本质是测量传感器的电阻，将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号并进行放大处理，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。根据接线方式的不同，常用Pt100铂电阻测温传感器有二线制、三线制、四线制三种。目前气象观测使用的铂电阻温度传感器是四线制，其电路如图1所示。

图1 四线制铂电阻温度传感器电路图

四线制铂电阻的电路中,线路1L和4L为电流线，线路2L和3L为电压线，测量Pt100的阻值是通过Pt100两端的电压反映，由于线路2L 和3L上无电流，无压降，因此，四线制铂电阻测温传感器可以有效的抵消线阻的影响，测量精度也最高。

2 现场检定过程中温度传感器的电磁干扰源及应对措施

2.1 电磁干扰源的形式

电磁干扰主要有辐射干扰和传导干扰两种形式。辐射干扰是干扰源将干扰信号通过空间传播到另一个电网络，传导干扰是干扰源通过导电介质信号耦合到另一个电网络。自动气象观测系统中，辐射干扰主要来源于各观测设备内部电路和电子元件接收感应产生的干扰，与观测场环境、各观测设备的分布及线缆的布置有关；传导干扰则主要来源于电源干扰、信号线引入的干扰和不合理的接地系统引入的干扰。正常情况下，国家级自动站的选址、观测设备和配套设备以及防雷接地系统都有相应的标准,辐射干扰和传导干扰不足以影响观测数据。因此电磁干扰的影响可以忽略不计。

在铂电阻温度传感器的现场检定过程中，现场检定用的干体炉形成较强的电磁场，而铂电阻温度传感器属于弱信号源，当铂电阻温度传感器放在干体炉内进行检定时，铂电阻测温信号会受到干扰。如果温度控制槽和铂电阻测温系统接地或屏蔽线安装不正确，铂电阻测温信号由于电磁干扰产生异常跳变，影响正常的检定数据，造成检定或检测异常。目前在我省多个台站出现此类电磁干扰情况。

2.2 抗电磁干扰的应对措施

2.2.1 增强传感器的抗干扰能力

增强铂电阻温度传感器的抗干扰能力最简单的一个方法就是增加滤波器，就是在端子两端增加滤波电容，实现一个RC滤波回路，如图2所示。

图2 增加滤波电容电路图

滤波电容有隔离直流通交流的作用，可以有效去除高频电压波峰，从而去掉瞬间电压跳变的干扰，从而增强铂电阻温度传感器的抗电磁干扰能力。

2.2.2 正确接地

铂电阻测温系统的硬件主要包括铂电阻传感器、分采模块、通信模块和显示终端，正常情况下，自动气象站所有的仪器设备引入一个共同的地线，以避免雷击或电磁干扰。在进行铂电阻温度传感器的现场检定过程中，将干体炉与自动气象站的共同地线相连接，可以有效的避免干体炉引入的干扰。在处理我省出现的几起此类电磁干扰故障时发现，都是铂电阻测温系统中某一模块接地方式不正确或其他原因造成地线开路而导致，将铂电阻测温系统正确接地后，此类电磁干扰故障就排除。因此，正确接地可以有效避免电磁干扰的影响。

2.2.3 改变检定方式

防止电磁干扰的最好方式是做好电磁屏蔽工作，使铂电阻温度传感器与干扰源实现屏蔽和隔离。在现场检定过程中，由于现场情况复杂且受条件限制，有时无法实现电磁干扰有效屏蔽，从而造成检定数据的不准确或检定过程无法继续。若改变检定方式，将现场检定改为实验室内检定，可有效避免在现场检定时引入的不必要的电磁干扰，同时采取一些预防措施，例如不使用携带方便但引入电磁干扰源的干体炉，而使用屏蔽性能更好的恒温槽，或将铂电阻传感器的屏蔽线和恒温槽的地线相连等，能有效的消除电磁干扰的影响。

3 总结

在铂电阻温度传感器的现场检定过程中，除了要严格按照检定规程执行外，还要注意各种不确定因素可能会对检定过程中造成的影响[3]，其中电磁干扰是影响较大的因素之一，针对电磁干扰的影响提出了三种应对措施。综上所述，改变检定方式，将现场检定改为实验室检定是更有效、更实用、更方便的措施。相比于现场检定的现场条件有限、出现问题后难以应对等不利因素，室内检定有着设施丰富全面、改造空间大、应对能力强等特点，对可能产生的干扰能提前做好应对措施，对于检定过程中的各种突发状况也能有较大的应变空间。

[1]地面气象观测规范[M]. 气象出版社 .中国气象局[编],2003.

[2]王红萍.铂电阻温度传感器测温研究[J]. 抚顺石油学院学报,2003,(02):58-60.

[3]晏敏,柳鸣.铂电阻温度传感器检定结果的不确定度评定[J].气象研究与应用,2017,:140-143.

Discuss theEIS of Automatic Weather Station Temperature Sensor in Field Verification

Zeng Tao, Gong Xi
(Information and Technical Support Center, Hubei meteorological administration,Wuhan Hubei, 430074)

This paper briefly introduces the measuring principle of the automatic weather station temperature sensor; analyzes the common EIS of automatic weather station temperature sensor, and the electromagnetic interference may produce in the field verification process of the temperature sensor, which causedthe verification errors and influence, and puts forward the countermeasures against electromagnetic interference such as increase the filtering, correct grounded and changed verification mode

automatic weather station; platinum resistance temperature sensor; electromagnetic interference; field verification