自动气象站辐射表的安装与日常维护

2011-12-22曹凯明董立亭

中低纬山地气象 2011年5期

关键词：万用表气象站B型

曹凯明，周枫，董立亭

(贵州省大气探测技术与保障中心，贵州贵阳 550002)

自动气象站辐射表的安装与日常维护

曹凯明，周枫，董立亭

(贵州省大气探测技术与保障中心，贵州贵阳 550002)

该文介绍了自动气象站现投入运行的5种辐射表，对它们的工作原理、仪器安装、故障检测和排除进行了说明，为今后自动气象站辐射表的使用和日常维护提供参考。

总辐射;散射辐射;反射辐射;净全辐射;直接辐射

1 引言

目前，贵州省的85个国家自动气象站中已有11个站建立了国家级一级辐射观测站。但投入运行后，发现部分台站测报人员对该设备的使用和维护并未掌握透彻，严重影响辐射观测数据的质量。本文总结了辐射表在日常维护和使用方面的一些方法和经验，为测报人员在今后如何提高辐射观测资料质量提供指导。

2 辐射表的工作原理

国家气象站使用的辐射表都为热电型，由感应面与热电堆组成。感应面是薄金属片、涂上无光黑漆，感应原件为快速响应的线绕电镀式热电堆，涂黑一面称为热结点，没有涂黑一面称为冷结点。

当辐射表对准辐射源(如太阳)，热结点与冷结点产生温差电势，输出的电势 V与辐照度 E成正比：

V=K·E K=V/E

其中：E为辐射度，单位W/m2;V为信号电压，单位μV;K为灵敏度系数，K可从辐射表的检定证书上查询。

3 辐射表的安装

总辐射、散射辐射和反射辐射使用的都是TBQ-2-B型辐射表，直接辐射使用的是FBS-2-B型直接辐射表(以下简称直表)，净全辐射使用的是FNP-2型净全辐射表，5种辐射表均安装在专用台架上，如图1所示。

图1 辐射表安装示意图

3.1 总辐射表的安装

安装时，先把总辐射表的白色挡板卸下，再将总辐射表安装在台架上，接线柱方向朝北。用3个螺钉将仪器固定在台柱上，然后利用仪器上所附的水准器，调整底座上3个螺母，使总辐射表的感应面处于水平状态，最后将白色档板装上。

3.2 反射辐射表的安装

仪器感应面朝下安装并调节水平，白色挡板卸下后一定要与感应面反向安装，否则降雨时，雨水将聚在白色挡板上，流入感应元件，从而损坏仪器。

3.3 散射辐射的安装

散射辐射表是由总辐射表和遮光环两部分组成，辐射表安置在遮光环的底座上，方法与总辐射相同。遮光环必须将传感器感应面全部遮住，方法如下：

①遮光环架安装在台架上。底盘边缘对准南北向，使仪器标尺指向正南北，再用水平尺和底板3个调节螺旋调水平后固定;

②根据当地的地理纬度，固定标尺位置;

③总辐射表水平置于遮光环平台上，使感应面位于环中心;

④遮光环按当日太阳赤纬调到相应位置，使遮光环恰好全部遮住感应面和玻璃罩。

3.4 净全辐射的安装

安装净辐射表的架子是由台柱和伸出的长臂组成，长臂的末端固定净辐射表，牢固不能摆动，长臂水平方向朝南，表的底板用不锈螺钉固定在金属板上，用调整螺钉将感应面调水平，同样接线柱方向朝北。

3.5 直接辐射表的安装

直表的安置地方要保证在所有季节和时间内(从日出至日落)太阳直射光不受任何影响。如有障碍物在日出日落方向，其高度角不超过5°。直表的跟踪精度与仪器的安装是否正确关系极为密切，必须要做到调好纬度角、南北向、水平以及太阳倾角和时间，如图2所示。

图2 TBS-2B标准直接辐射表

3.5.1 对纬度松开纬度盘上的旋纽9和11，转动刻度盘10，使其对准当地纬度(准确至0.25°)，然后再拧固紧。

3.5.2 对南北直表底座上的方位线对准南北方向是非常重要的，目的是使得地轴与直表回转中心在同一平面上，为此必须准确的测定南北线，方法如下：

①铅垂线法：这是最常用的方法，在真太阳时的正午，用铅垂线观测其投影，画出南北线，确定后即可使直表底座上的方位线与其平行(准确至0.25°)。

②经纬仪法：真太阳时的正午(此时太阳高度角最高)，用经纬仪(通过深色玻璃)观测太阳，然后降低物镜到水平面一点，这一点与观测点相连，即为南北线，由此可在仪器台柱上画出南北线。

3.5.3 调水平用底板上的3个水平调整螺丝调水平。

3.5.4 对太阳倾角和时间在调好纬度、南北和水平后，再调整仪器的光筒倾角13和时间刻度5，最终使光筒上的光点正好落在光筒小孔的中央，此时仪器的倾角与时间刻度即为当时的太阳倾角和时间(真太阳时)。为提高跟踪精度，建议在中午时调整倾角和时间，以减少跟踪误差。因为在一天中太阳倾角是由小到大变化的，中午可选在中间位置。

直表安装好后，应试跟踪几天检查是否准确，如果跟踪误差大于0.5°，应反复调整，直至达到要求为止。太阳倾角的指示是由刻度和游标卡尺来完成的，刻度尺每格为 2°30'，游标为 2°15'，所以其精度为15'，读法与游标卡尺相同。

3.5.5 注意事项调时间刻度时一定要通过电机控制器上的手动开关来控制，快速对时不能超过一圈，否则容易损坏电机控制器。

4 辐射表的维护和常见故障处理

4.1 TBQ-2-B型辐射表(总辐射、散射辐射和反射辐射)的维护和故障处理

4.1.1 TBQ-2-B型辐射表的日常维护 ①应在日出前把金属盖打开，日落后停止观测，并加盖。若夜间无降水或无其它可能损坏仪器的现象发生时，也可不加盖;

②经常定期清洗玻璃罩，在有降雨或结露的低温天气为防止冻结影响观测，要清除玻璃罩上的雨水或露水;

图3 TBQ-2-B型辐射表测试端子

③经常检查仪器是否水平，感应面与玻璃罩是否完好等。

4.1.2 TBQ-2-B型辐射表常见故障处理 ①计算机上数据显示为0或无数据。如图3所示，如果数据为0，通过万用表电阻档量取辐射表对应在防雷板上的两个端子(例如总辐射的31、32端子)，看是否有约为200Ω的电阻，如有，表示仪器正常。如果电阻为0，则说明辐射表和导线之间或辐射表内有短路现象。

如果无数据，将辐射表对应在防雷板上的两个端子拔下，用万用表量取两个端子，若显示为“1”，表示有开路现象，再量取辐射表插座上的1、2针是否为“1”，如果为“1”，表示辐射表内开路，不为1表示是导线开路。

②计算机上数据显示异常，即与实际天气情况不符。用万用表200mV档量取辐射表对应在防雷板上的两个端子的电压值V，使用上文提供的公式E=K/V进行计算，如E与计算机显示数据相同，表示该表灵敏度有问题，若不同，可能为计算机上自动站软件参数设置有问题。

4.2 净全辐射表的维护和故障处理

净全辐射表观测的是全辐射差额，不仅白天观测夜间也要观测。记录仪显示的是瞬时值、时累计量和0-24时日总量，一般白天显示正值，夜间为负值。

4.2.1 净全辐射的日常维护净全辐射表除每日上下午至少各检查一次仪器状态外，夜间还应增加一次检查。每次检查和维护的内容如下：

①感应面是否水平;

②薄膜罩是否清洁和呈半球凸起。罩外部如有水滴，应用脱脂棉轻轻抹去，若有尘埃、积雪等，可用橡皮球打气，使罩凸起并排除湿气。

遇有雨、雪、冰雹等天气时，应将上下金属盖盖上，降水停止后，要及时开启。若大雨时，因感应面弄湿，使得仪器短路或出现负值，应及时把仪器烘干;

③干燥剂失效要及时更换;

④注意保持下垫面的自然和完好状态。平时不要乱踩草面，降雪时要尽量保持积雪的自然状态。

4.2.2 净全辐射表常见故障处理净全辐射表的故障和处理方法与TBQ-2-B型辐射表基本相同。但最常见的故障是薄膜罩漏水使得感应面潮湿，造成仪器短路或出现负值。

图4 净辐射在CAWS-FL02防雷板上的连接图

4.3 直接辐射表的维护和故障处理

4.3.1 直接辐射表的日常维护 ①检查仪器是否水平;②检查进光筒处的石英玻璃窗口是否清洁，如有灰尘、水气凝结物等，应及时用吸水棉球或用软布等擦净，切忌划伤;③每天至少要检查一次跟踪情况，并及时调整仰角和时间;④为保持光筒中空气干燥，应定期更换干燥剂，更换时旋开光筒尾部的干燥剂筒即可。

图5 直接辐射在CAWS-FL02防雷板上的连接图

4.3.2 直接辐射表常见故障处理 ①如果跟踪不正常，则用万用表检查37、38号端子(如图5)之间的直流电压是否在12V左右，并把对时开关打开，看其能否正常转动，如果对时准确，说明直表电机及控制器没有问题，如果直表光筒上的光点跟不准确，则检查正南正北线是否倾斜，仪器是否水平，纬度是否调好等。

②如果跟踪正常而数值异常，则拆下35、36号(如图5)接线端子，用万用表电阻档测量其输出电阻是否约为70Ω，如果有电阻，说明正常。如果没有电阻，检查导线是否接触良好，或者用万用表200mv电压档，红表笔接到35端子，黑表笔接到36端子上，将光筒上光点对准太阳光检查是否有电压，把保护罩盖上，输出电压则应为0。如果符合上述条件，则说明辐射传感器正常。如果还是不正常，则应从辐射表插头处一直量到采集单元上的8+、8-上，看是否有电压输出，如果正常，则可能采集单元或软件故障。