区域气象站现场核查设备工作原理及使用方法研究

田世芹，刘 非， 孙亚丽

(滨州市气象局，山东 滨州 256600)

0 引言

区域气象站是按照国际气象组织气象观测标准，在国家级气象站网的空隙中，为进行加密观测而布设的自动气象站。区域气象站一般采用太阳能供电，可采集温度、雨量、风向、风速等信息，每小时通过手机网络自动传输数据。当前，我国气象探测领域在用的各类区域气象站已达5万套以上，伴随着气象现代化的稳步推进[1]，数量还在不断增加。根据相关规定，自动气象站所采用的传感器需要定期检测和标定[2]，以保证探测数据的可用性。罗淇[3]等提出了自动气象站现场核查的概念，张莉莉[4]等研究了自动气象站现场温度核查系统，刘昕[5-7]等研究了自动气象站风向、风速现场核查方法。本文着重介绍区域气象站各类传感器现场核查设备的工作原理及使用方法[8-11]，以帮助业务人员尽快掌握区域气象站现场核查技术，保障区域站设备的稳定运行。

1 区域气象站现场核查工作简介

区域气象站现场核查工作主要包括对温度、湿度、气压、雨量、风向、风速等设备的现场核查。由于国内区域站大多分布在野外，所以用于现场核查的设备必须脱离交流电的限制，并能通过串口相连，实现自动核查、记录核查结果和打印核查报告等功能。

2 各设备的工作原理及使用方法

2.1 GRZ3800精密数字温度计

GRZ3800精密数字温度计采用32位单片机、24位模数转换器和微功耗集成电路模块化设计。该设备采用四线制测温原理，利用铂电阻值随温度变化来实现测温的目的。其转换电路将随温度变化的电阻值转换为电压信号输出，经采集器采集并计算，从而输出温度值。温度传感器测量原理如图1所示。

图1 温度传感器测量原理图

GRZ3800可以检测Pt100二等标准铂电阻温度计和Pt25一等标准铂电阻温度计，温度测量范围为-60～+100 ℃，最大允许误差为±0.05 ℃，通信接口为RS-232和以太网。其具有电容触摸屏汉字数字显示、性能稳定、交直流两用(内置电池)、抗干扰能力强和操作方便等特点，广泛适用于实验室和工业过程中的精密温度测量，符合ITS-1990国际温标。

另外，该设备在使用前需预热20 min后才可以达到最佳工作状态，使用时需注意两个通道标准铂电阻温度计是否接反，检查标准铂电阻温度计接线柱有没有松动以及接线顺序是否正确。

2.2 JJS2型雨量校准仪

JJS2型雨量校准仪由水槽、标准计量球、进水阀、出水阀、流量控制阀、计数器等部分组成，内部结构如图2所示。

图2 JJS2型雨量校准仪内部结构图

其工作原理是设备中与大气相通的U型管中的水，平衡时两端都处于同一高度。根据此原理，可实现往标准球中注水和雨量待校准结束后自动停水；关闭出水阀，打开进水阀，储水槽中的水受到重力作用往标准球中注水，标准球水满时多余的水通过溢流口流出，关闭进水阀，完成往标准球中注水的过程。打开出水阀，标准球中的水通过出水阀、流量控制阀、三通后流入雨量传感器翻斗。当标准球水位下降与三通平衡时，出水过程便自动停止。通过这两个过程，把标准球的量值传递到被测雨量传感器中。该设备具备量值传递准确可靠、坚固耐用、外形轻巧，操作简单、测试结果精确度高等特点，适用于不同口径翻斗雨量传感器的现场标定。

在使用过程中，如果大雨强和小雨强的校准结果均为偏大或偏小，可以通过调节计量翻斗两边的定位螺丝来消除计量误差。当误差为负值时，应向内调节定位螺丝，使翻斗内的盛水量减少，计数值增加；当误差为正值时，应向外调节定位螺丝，使翻斗内盛水量增加，计数值减少。调整时，应同时调整两边翻斗的定位螺丝，定位螺丝调节的量应相同，以保持计量翻斗的水平。

2.3 JJE10型风向核查仪

JJE10型风向核查仪主要用于各类风向传感器的定性定量测试，是集风向传感器的驱动控制、检测、显示于一体的新型检测设备。该设备标准风向的产生是采用了固定风向传感器主体方式，使用步进电机拖动风向标转动的办法，达到风向检测的目的。标准为内置360°刻度线的码盘，通过光电开关传感器将采到的数据反馈到控制器中作为标准。同时，该设备还配备了角度盘，用于操作人员实际观察使用，也可在不使用自动模式时手动旋转支撑杆，用眼观察数值，起到辅助测量的作用。

该设备由校验台和便携式控制器两大部分组成。校验台用于安装各类风向传感器。进行风向校验时，被测传感器配套不同的风座转接件，安装在校验台上，用支撑杆固定风向标。便携式控制器控制步进电机带动风向标转动，采用闭环控制原理，使得校验仪精度得到保证。在使用时，选择配套的风座转接件固定在校验仪上，将传感器连接好线缆安装在风座转接件上，固定好后按照刻度指示调节好伸缩杆高度；向下压尾翼托架转动到尾翼杆上，托架受弹簧杆力量顶住尾翼，提高检定精度。

JJE10型风向检查仪安装示意图如图3所示。

图3 JJE10型风向核查仪安装示意图

2.4 JJE3型风速校验仪

JJE3型风速校验仪主要用于各类风速传感器的定性定量测试，是集风速模拟、检测、显示于一体的专用杯式风速传感器检测设备。进行风速传感器校验时，去掉传感器的风杯，用软管连接传感器轴，通过机械传动方式强制风速传感器轴转动，使风速传感器输出信号，校验仪显示与转速相关的风速值。其标准风速发生器有内置带码盘的直流无刷电机，使用直流无刷电机拖动风速传感器同步转动；电机通过变频调速技术来实现调速，通过连接电机的编码器获得电机转速来获得标准转速。为了实现标准转速和设置转速一致，电机内部采用比例积分控制算法，保证了标准转速和设备转速的高度一致。

该设备外观简洁、性能可靠，对测试环境要求较低，方便用户在室内和室外进行不同种类风速传感器的测试，操作简单，使用方便。在使用时，还应对风杯的外观、转动性能和平衡特性进行认真的检查，并对检查不合格的传感器进行修理或判定为不合格。

3 结束语

现场核查是日常验证观测设备及其测量系统性能的一项维护性工作。本文通过介绍区域气象站各类传感器现场核查设备的工作原理及使用方法，指出了GRZ3800精密数字温度计、 JJS2型雨量校准仪、JJE10型风向核查仪、JJE3型风速校验仪等设备的高稳定性、准确性和便携性等优点。这些设备适合用于相关设备的现场核查工作，同时为业务人员在设备安装、巡检、维护、维修或更换部件后的现场核查提供技术依据。