地面气象观测仪器常见故障诊断及日常维护

连瑞漂，兰宗宏，石金伟

（福建省德化九仙山气象站，福建 泉州 362500）

1.引言

近年来，随着社会的发展与科技进步，我国气象事业发生了翻天覆地的变化，气象业务现代化建设高效推进，地面气象观测业务于2020年4月1日已全面实现自动化观测，这预示着气象观测业务开启了新的篇章，不但大大节约气象方面的人力资源，而且大幅提高了地面气象观测业务质量和效率，气象观测仪器采集到的气象观测数据也更为全面、准确，为天气预报、公共气象服务等工作的开展提供了特别有价值的数据指导。但与此同时，气象台站地面气象观测仪器每天需要24 h不间断运行，观测仪器自身消耗特别大，在长时间运行过程中有些气象观测仪器也会碰上一些故障问题，从而影响到地面气象观测业务的顺利开展[1]。基于此，本文重点对地面气象观测仪器常见故障进行诊断分析，并提出地面气象观测仪器仪器日常维护建议，以确保地面气象观测仪器均能够全天候稳定运行，进一步提高地面气象观测业务质量。

2.地面气象观测仪器常见故障诊断

2.1 采集器故障

采集单元故障：气象台站采集器处于运行状态的时候，如果发现某些气象要素数据乱码或者丢失；观测数据卸载到业务计算机发生异常；整点观测数据没有了；监控软件异常[2]，需要及时采取科学有效的方式进行诊断（图1）。通过对故障情况进行诊断发现主要原因如下：当雷击对采集单元造成不同程度的损坏时，控制面板和采集器的主板，或雷电中的电磁干扰会导致数据采集不成功。为了尽可能有效地将故障问题进行排除，工作人员应该对通讯软件的参数设置情况进行仔细检查，通过手动方式对数据进行卸载，同时对采集器作复位处理，若指示灯闪烁间隔存在异常问题，那么此时需要认真对交流输入灯、直流输出灯状况进行观察，假如这些处于稳定状态，那么极有可能会属于采集单元故障，应该安排专业人员对故障部位进行维修亦或者直接换取新的仪器[3-5]。

图1 数据异常诊断方法

通道防雷板故障：一般而言，气象台站站防雷板的故障会导致某些气象要素异常。根据业务实际情况发现此故障的主要原因是由雷电引起的，即雷电击中采集器通信板或防雷管，从而造成仪器损坏。气象观测人员可以凭借万用表的电阻档对各个通道的连接状态进行认真检查，同时观察上下通道亦或者其他通道的连接状态，假若上下不通，或者如果它们连接到其他通道，则大体上可以诊断为雷击防雷板损坏故障，需要及时维修或换取新部件。

2.2 气压传感器故障

一般而言，如果气象台站气压传感器出现故障，则应尽快切断系统电压，以免情况继续蔓延。如果发现气压值稳定性差并且波动十分大，那么就应及时检查气压传感器的连接状态，以查看是否有异物堵塞通气口。如果以上情况均属于正常状态，那么说明气压传感器存在故障，应该及时维修地面气象观测仪器或直接对新设备进行更换。如果地面气象观测业务数据存在缺测问题，那么就应该仔细查看气压数据是否能够在采集面板上显示正常。同时，应仔细测量电源电压。如果电源电压正常，气压数据依旧没有正常显示，那么可被判断为气压传感器故障，需要尽快维修处理亦或者更换新仪器[6-9]。

2.3 雨量传感器故障

如果气象台站运行期间，雨量传感器数据记录方面显示出现异常，那么就需要及时对雨量传感器进行认真检查。观察雨量传感器内部有无堵塞物存在，同时需要将堵塞物清除[10]。此外，需要认真对翻斗的性能进行检测，看其是否变形，这会使得翻斗的稳定性不足并应计数的准确性。假如通过检查发现变形问题后，需要及时更换。若雨量传感器内无故障，那么需要仔细观察与雨量传感器相连接的电缆电路、信号系统以及干簧管等部件，通过分析诊断判断有无异常。一旦通过诊断发现不同程度的仪器故障，就应安排专门的维修保障人员对仪器进行及时维修维护或更换新的仪器，以确保雨量传感器能够正常运行。

2.4 风传感器故障

通常情况下，风向、风速传感器产生故障的部位比较多，在仪器运行过程中工作人员应需要仔细诊断分析，然后采取科学有效的维护措施。在检修风传感器的时候，可以在采集器中输入相应的命令，以检查是否存在风向、风速数据。如果不存在，则应检查风传感器的电源并检查传感器的输出信号。万用表可用于测量风速传感器和地线之间的电压值。在正常状态下，风杯的电压一般处于工作电压的1/2。假若所测量的电压值不在标准值之内，则风速传感器很可能会发生故障，因此有必要及时修理或更换新仪器。相反，如果测得的电压值正常，则需要继续进行分析诊断，直到故障得到有效处理。对于风向传感器的故障，假若单独判断故障问题，将会使得工作难度增大。此时，可以使用替换方法将现有仪器替换为新的风向传感器，以查看其是否能够及时解决问题。如果可以解决故障，则可以将其诊断为风传感器故障，应立即安排人员维修或更换设备。

2.5 温度传感器故障诊断及处理

如果在实际的地面天气观测工作中观测到的温度数据异常或丢失，则可能是由于温度传感器故障所致。检查所有与温度传感器的电缆连接。可以通过万用表的蜂鸣器一一测量温度传感器的4条电缆，并且2条短路线以组的形式检测（1和2、3和4）。借助于万用表对温度传感器1脚与3脚或2脚与4脚的电阻值分别进行测量，测量后将该数值记录为R1，该数值大都在110Ω左右，之后对1脚与3脚或2脚与4脚的电阻值进行测量，该电阻值记录为R2（图2）。实际上，R2的数值相对较小，将R1与R2相减可得出R的数值，之后结合公式T=（R-100）/0.385，将温度数值计算出来，并将计算的温度值与标准值进行对比。比较这两个值，如果两者之间有较大误差，则表示温度传感器有故障，必须及时更换或维修。如果两个值相似，则温度传感器正常，这可能是由于采集器通道错误或其他原因引起的。必须仔细检查。为了避免错误判断，需要分别测量两组温度数据。

图2 四线制测电阻接线示意

3.地面气象观测仪器的日常维护

3.1 采集器的日常维护

采集器属于气象台站的关键组件，应特别重视采集器的日常维护工作，要禁止在采集器上放置杂物。在对采集器进行清洁的时候，要选用软毛刷。还需要时常查看采集器指示灯是否可以稳定运行。一旦采集器指示灯发生异常，则需要及时检查并对采集器进行维修维护。春末至夏季属于雷电多发季节，在频繁出现雷电灾害之前，有必要第一时间检测气象站地面气象观测仪器的防雷装置，检查防雷装置的布局、接地电阻值是否符合防雷标准要求，并防止雷击将采集器系统损坏。

3.2 气压传感器的日常维护

为了避免气压传感器被大气流所影响，在打开仪器机柜门的时候工作人员需要格外小心，要求确保静压气孔一直处于顺畅态势，要防止气孔被灰尘或者其他物质堵塞。此外，还需要不时对气压传感器的电源电压进行测量，确保仪器运行可靠和观测数据的准确性。

3.3 雨量传感器的日常维护

工作人员应不时清洁和维护雨量传感器，并仔细检查雨量传感器组件是否有灰尘、树叶和其他杂质。当需要清洁和维护仪器时，最好使用软刷进行清洁，请勿用手直接接触内壁，以免因为污渍的附着而对降雨的准确性产生不利影响；当下雨较少或没有降水天气的时候，最好盖上防雨罩，但必须在下雨前及时打开。另外，应确保干簧管开关性能的稳定性和器口的合理性。

3.4 风传感器的日常维护

每年至少需要清洁一次风传感器的轴承。由于滚动轴承的两侧均配有防尘罩，因此在清洁过程中最好不要取下防尘罩。通常要注意观察风杯和风向标是否处于灵活稳定的旋转状态。天气复杂（例如雷暴、强风和大雨）后，应检查风向标是否朝北，并校准风向标以确保风传感器正常工作。

4.结语

新型自动气象站的建成和使用，提高了气象要素观测的准确性、及时性和代表性，减轻了测报人员的工作强度，但由于观测仪器的精密性，使得仪器设备更加容易出现故障，对测报人员的理论知识及操作技能也提出了更高的要求，需要观测员熟练掌握仪器操作、维修维护知识，能够迅速对仪器故障作出分析和判断，并进行简单的维修，熟练掌握观测数据质量控制方法，定期做好自动气象站仪器维护管理。同时，还要加强台站自动气象站供电系统、通信系统等故障的维修维护工作，确保新型自动气象站能够正常运行，提高气象观测质量。

综上所述，地面气象观测仪器在现代气象观测业务中发挥着极其重要的作用。一旦地面气象观测仪器出现故障问题，会使得气象观测数据质量和天气预报的制作受到不同程度的影响。因此，各级气象台站工作人员均应注重对地面气象观测仪器操作技术、故障维修以及日常维护方法的学习，不断提升地面观测仪器故障诊断分析和维修维护能力，确保观测仪器的稳定运行。