常見(jiàn)自動(dòng)氣象站故障判斷方法及維修——以普蘭縣為例

左航天

（西藏阿里地區(qū)普蘭縣氣象局，西藏 普蘭 859500）

0 引言

自2020年自動(dòng)氣象站地面觀測(cè)自動(dòng)化以來(lái)，業(yè)務(wù)人員主要職責(zé)從地面觀測(cè)逐步轉(zhuǎn)向至設(shè)備維修和維護(hù)，本文依托普蘭縣現(xiàn)有5套自動(dòng)氣象站常規(guī)監(jiān)測(cè)6要素的主要設(shè)備型號(hào)，系統(tǒng)介紹自動(dòng)氣象站的工作原理、故障排查步驟及簡(jiǎn)單的解決辦法，為業(yè)務(wù)人員排除裝備故障和問(wèn)題提供一個(gè)科學(xué)的參考依據(jù)。

1 設(shè)備故障分類

自動(dòng)氣象站能夠利用數(shù)據(jù)采集器對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，一般而言，設(shè)備出現(xiàn)故障主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是硬件故障（如：電源無(wú)法正常供電、采集器被燒壞、通訊線纜無(wú)法正常傳輸?shù)龋?，這類故障原因較多，需要仔細(xì)排查、分析和判斷；二是傳輸故障（如：通訊模塊不能夠正常工作、通訊卡沒(méi)有通訊費(fèi)等）。

2 處理故障原則

2.1 安全原則

普蘭縣除國(guó)家基準(zhǔn)氣候站外，其余設(shè)備均采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，其工作電壓主要在12-13.7v之間，蓄電池為98AH膠體蓄電池，也有部分設(shè)備采用的電池不一樣，在檢測(cè)故障時(shí)，有些故障需要帶電、有些則需要斷電測(cè)量，所以要牢記，進(jìn)行電壓和電流測(cè)量時(shí)，要選擇正確的量程和直流電，以免燒壞設(shè)備或者萬(wàn)用表。

2.2 分解原則

自動(dòng)氣象站由好幾部分組成，有傳感器、通訊線纜、采集器、通訊模塊、供電系統(tǒng)等，確認(rèn)故障時(shí)，要將設(shè)備從理論上分割成不同的部門，如溫度采集模塊、濕度采集模塊、降水量采集模塊等，針對(duì)性的進(jìn)行故障排查，切勿到達(dá)臺(tái)站后，亂拆亂卸，從而引起其他模塊故障。

2.3 替代原則

維修設(shè)備時(shí)，可以先大致判斷出故障出現(xiàn)在那一部分，可以用一個(gè)好的設(shè)備進(jìn)行替換，若故障消失，則顯示故障判斷正確，與此同時(shí)，設(shè)備則維修好，這樣能夠更快的進(jìn)行裝備維修，設(shè)備進(jìn)行替代必須要斷電，嚴(yán)禁帶電操作，避免損壞其它設(shè)備。

3 傳感器的故障判斷

3.1 溫度傳感器

各個(gè)自動(dòng)氣象站用的溫度傳感器不盡相同，有VAISALA廠家生產(chǎn)的HMP45D溫濕傳感器、有中國(guó)華云生產(chǎn)的HYHMP155A溫濕度傳感器、也有直接用溫度探頭的設(shè)備，主要采用的測(cè)量原理為利用鉑電阻在溫度變化的時(shí)候其阻值也在對(duì)應(yīng)的發(fā)生線性變化，溫度每上升或下降1℃，電阻值則會(huì)相應(yīng)的變化0.385Ω。

故障判斷步驟：①溫度傳感器主要采用四線制接法，一般顏色為紅、紅、黃、黑，在設(shè)備采集器上找到對(duì)應(yīng)的接線端，檢查通訊線是否緊固；②用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量供電是否正常；③按照線序的排列順序，依次測(cè)量標(biāo)號(hào)1，3或者2，4之間的電阻值R1（80-120Ω），再測(cè)量標(biāo)號(hào)1，2或者3，4之間的電阻值R2（1-9Ω），最后利用公式估算出大致溫度（電阻值不在正常范圍或者利用電阻值測(cè)量出的溫度值異常，均可判斷傳感器故障）。有時(shí)候，傳感器引線螺絲松動(dòng)，造成引線連接處有接觸電阻，使得R值計(jì)算有誤；另外溫度傳感器的屏蔽線沒(méi)有接地也可能造成對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，由于相關(guān)線路或設(shè)備等其他原因造成的，也可以使溫度數(shù)據(jù)異常，因此，遇到溫度數(shù)據(jù)故障時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，冷靜分析故障原因，直到故障排除。

3.2 濕敏電容傳感器

濕度傳感器主要采用有VAISALA廠家生產(chǎn)的HMP45D溫濕傳感器和有中國(guó)華云生產(chǎn)的HYHMP155A溫濕度傳感器，該設(shè)備科同時(shí)測(cè)量溫濕度，本文主要以HYHMP155A設(shè)備為例，該設(shè)備工作原理為：水蒸汽穿過(guò)上部電極,到達(dá)活性聚合物薄膜，多少水蒸汽被薄膜吸收取決于周圍環(huán)境的相對(duì)濕度，聚合物中吸收的水蒸汽改變了傳感器的電介質(zhì)特性，傳感器的電容值改變，傳感器電容的改變通過(guò)測(cè)量電路測(cè)量，輸出信號(hào)為0～1V電壓，進(jìn)而得出對(duì)應(yīng)濕度為0～100%RH[1]。

故障判斷步驟：①在設(shè)備采集器上找到對(duì)應(yīng)的接線端，檢查通訊線是否緊固；②用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量傳感器線阻，觀察是否在1-9Ω之間，或者直流電壓測(cè)量供電電壓（濕度正極）和接地線（濕度負(fù)極），觀察直流電壓是否在0-1V之間，若測(cè)量的阻值或者電壓不在范圍內(nèi)，則可以判斷故障為濕度傳感器；③接線故障，檢查接線，看看是否有虛接的現(xiàn)象，另外要檢查屏蔽線是否接好[2]。

3.3 風(fēng)向傳感器

風(fēng)向傳感器主要采用航天新氣象生產(chǎn)的ZQZ-TF和中環(huán)天儀生產(chǎn)的EL15-2C的設(shè)備，本文主要分析中環(huán)天儀生產(chǎn)的EL15-2C設(shè)備，其工作原理主要是利用單板式風(fēng)向標(biāo)和七位格雷碼光電碼盤，在風(fēng)力的驅(qū)使下，風(fēng)向標(biāo)主軸帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)，隨著角度的變化，將產(chǎn)生一組新的七位并行格雷碼，通過(guò)查詢格雷碼與之對(duì)應(yīng)的表格，從而得出具體風(fēng)向。

故障判斷步驟：①檢查主采集器中指示燈是否正常（一秒滅、一秒亮），再看風(fēng)向通訊線纜接線端是否牢固；②直接用萬(wàn)用表直流檔檢測(cè)供電系統(tǒng)，正極測(cè)量*5V端、負(fù)極測(cè)量G，觀察電壓是否為+5VDC，從而判斷是否為供電系統(tǒng)故障；③用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量端信號(hào)線，正極依次測(cè)量D6-D0、負(fù)極測(cè)量G端，大于3.5V的為1、小于1V的為0，然后根據(jù)轉(zhuǎn)換表查詢對(duì)應(yīng)風(fēng)向，與實(shí)際風(fēng)向相對(duì)比，判斷是否為傳感器故障（注意：格雷碼第1位到第7位分別為D6到D0相對(duì)應(yīng)的格雷碼，然后轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制，再轉(zhuǎn)成10進(jìn)制，再乘以2.8125計(jì)算出相應(yīng)的風(fēng)向數(shù)值）。

3.4 風(fēng)速傳感器

風(fēng)速傳感器主要采用江蘇省無(wú)線電科技研究所有限公司生產(chǎn)的ZQZ-TF測(cè)風(fēng)傳感器和華云升達(dá)生產(chǎn)的EL15-1C設(shè)備，其工作原理大致差距不大，均為利用三個(gè)輕質(zhì)錐形風(fēng)杯，附著在中心不銹鋼軸上的截光盤隨軸旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，切割紅外光束14次，從而由光電晶體中產(chǎn)生出一個(gè)脈沖鏈，輸出的脈沖速率與風(fēng)速成正比[3]。

故障判斷步驟：①使用便攜式示波器檢查風(fēng)速傳感器的輸出脈沖信號(hào)是否正常，或者用萬(wàn)用表測(cè)量信號(hào)線的電壓，在風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下是否有一半的工作電壓2.5V輸出（風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電壓在高低電平之間來(lái)回波動(dòng)，萬(wàn)用表測(cè)量的是單位時(shí)間內(nèi)的平均電壓，所以顯示的值為高低電平電壓的平均值），不轉(zhuǎn)到的情況下是否有5V，或者0V輸出；②測(cè)量通道故障，對(duì)風(fēng)速測(cè)量通道加0-1KHz的方波脈沖，檢查采集器測(cè)量通道的頻率測(cè)量是否正常；③接線故障，檢查接線，看看是否有虛接的現(xiàn)象，另外要檢查屏蔽線是否接好[4]；④檢查采集器的質(zhì)控參數(shù)、SENST等。

3.5 雨量傳感器

雨量傳感器主要采用SL3-1型雙翻斗雨量傳感器（夏季使用）和江蘇省無(wú)線電科學(xué)研究所有限公司生產(chǎn)的稱重式降水傳感器（冬季使用）。SL3-1型雙翻斗雨量傳感器工作原理為翻斗式雨量計(jì)由盛水翻斗、計(jì)數(shù)翻斗、干簧管等構(gòu)成。在測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)盛水翻斗承積的水量達(dá)到一定量時(shí)，翻斗翻倒，計(jì)數(shù)翻斗開(kāi)始盛雨，計(jì)數(shù)翻斗中部裝有一塊小磁鋼，磁鋼上端有干簧管，當(dāng)計(jì)數(shù)翻斗翻動(dòng)時(shí)，磁鋼對(duì)干簧管掃描，使干簧接點(diǎn)因磁化而瞬間閉合一次，送出一個(gè)電路導(dǎo)通脈沖，相當(dāng)于0.1mm降雨量[5]。稱重式降水傳感器工作原理為采用弦振的轉(zhuǎn)換方式和應(yīng)變片稱重方式，通過(guò)對(duì)質(zhì)量變化的快速響應(yīng)測(cè)量降水量。

故障判斷步驟：①使用JJS2型翻斗雨量傳感器校準(zhǔn)儀檢查是否正常工作；②用萬(wàn)用表直流檔直接測(cè)量供電系統(tǒng)是否正常（正常工作電壓為+5VDC）；③用萬(wàn)用表蜂鳴檔測(cè)量接線端，手動(dòng)撥動(dòng)計(jì)數(shù)翻斗，每撥動(dòng)一次，會(huì)發(fā)出一次蜂鳴聲，判斷設(shè)備是否正常工作；④接線故障，檢查接線，看看是否有虛接的現(xiàn)象，另外要檢查屏蔽線是否接好（注：一般而言，翻斗雨量傳感器需要不定期的維護(hù)，防止承水口漏斗被堵塞，且利用雨量傳感器校準(zhǔn)儀可以判斷大部分故障）。

3.6 氣壓傳感器

氣壓傳感器主要采用VAISALA公司生產(chǎn)的PTB330和PTB220兩種設(shè)備，其工作原理主要為感應(yīng)元件采用硅電容壓力傳感器，硅電容壓力傳感器具有很好的滯后性和重復(fù)性及溫度特性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性[6]。

故障判斷步驟：①用萬(wàn)用表直流檔測(cè)量電壓，正極接G端、負(fù)極接R端，測(cè)出電壓為+4.5VDC左右，且可以看到間隔10S左右電壓會(huì)有瞬間變化，則氣壓傳感器正常；②串口通訊故障，使用串口調(diào)試檢查采集器氣壓通訊串口的工作狀態(tài)[7]；③檢查采集器的質(zhì)控參數(shù)，SENST、QCPS、AIRPTYPE等。

4 結(jié)語(yǔ)

區(qū)域自動(dòng)站距離單位路途較遠(yuǎn)且環(huán)境惡劣，檢修工作中會(huì)遇到各種各樣的故障，有些故障在處理起來(lái)可能會(huì)很麻煩。設(shè)備保障人員不但要技術(shù)過(guò)硬，還有認(rèn)真細(xì)致，對(duì)工作有耐心。在維修思路上不能局限在一些教條的框框當(dāng)中，針對(duì)不同的故障現(xiàn)象，認(rèn)真分析研究，即可找出問(wèn)題所在。