一种区域站湿度数据缺测情况的探讨

曾昊川　于子敏

摘 要：本文从多要素区域自动站设备维护的角度，通过LPC2000软件对ZQZ-F采集器进行升级，解决因采集器程序未升级而造成湿度数据缺测的问题。

关键词：采集器；温湿度；传感器；

中图分类号：P415.12 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01

一、引言

目前，各省气象部门测量空气湿度的传感器绝大多数采用的是芬兰Vaisala公司生产的HMP45D型湿度传感器，在ZQZ-A型自动气象站维护工作中，有时候会遇到这样的问题：监控到某个多要素自动站湿度数据缺测，自动站维护人员到达现场，排除是ZQZ-F采集器故障，更换HMP45D温湿度传感器之后湿度数据恢复正常，此次故障看似顺利解决。但是过了一段时间，同样的问题再次出现在同一个站点上，更换新的ZQZ-F采集器后问题就不再出现。查看数据缺测前的湿度数据均为100%RH，对换回的HMP45D温湿度传感器进行校准时发现湿度测量示值最大值超过100%RH。

二、HMP45D温湿度传感器工作原理

HMP45D温湿度传感器的感湿元件是高精度电容式高分子薄膜传感器HUMICAP?180。传感器由玻璃衬板、基片金膜电极、感湿膜、表面金电极和引线组成。感湿膜常用醋酸纤维素，厚度极薄，约为0.5～1um。厚度太薄会使表面与底部的电极短路，太厚会影响测湿的响应特性。表面金电极用真空蒸镀法制成，厚度要求为0.02tma，能良好地渗透水分子。基片金膜电极用腐蚀法制成，电极材料是贵金属和碳。

高分子湿敏电容的电容CH随高分子膜的吸、放湿而变化，CH是RC振荡电路中的重要参数。测出RC振荡电路的频率即可计算出CH值，从而计算出大气相对湿度值。进行温度补偿和其他计算处理后，相对湿度值将更为精确。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小，电容量通常在48～56 pF。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1 V的线性变化[1]。

三、湿度数据超出100%RH的原因

温湿传感器长期处于自然环境中感应空气的湿度，湿敏电容元件在吸附水蒸汽的同时难免会受到空气中灰尘烟雾污染，会吸附油类及其它有机物蒸汽和NO2，SO2，S，CO2，NH3等无机气体，潮湿的微粒容易附着在湿敏电容表面引起容量变化，影响其测量精度和长期稳定性。因此，湿敏电容湿度传感器在高湿环境使用时，很容易使湿敏电容的电极污染，引起湿敏元件透气性不好，导致吸附的水分子不易释放，性能不稳定，污染容易引起高湿段出现超过100%RH现象[2]。

四、湿度数据缺测的原因

福州市地处我国江南，根据世界气候划分，我国江南属于世界日照少、湿度大的地方，3天以上的连续降水是常见的，在这种情况下，湿敏电容的示值将在很长时间内保持在高湿水平[3]。

我国规定自动气象站相对湿度测量示值允许误差为：当≤80%RH时，允许误差为±4%RH；当≥80%RH时，允许误差为±8%RH。也就是说相对湿度测量示值在101～108%RH时，也认为其在允许的误差范围之内，但此时湿度数据就显示为缺测，实际是旧的采集器程序根据旧的气象规范，认为>100%RH的湿度测量示值为野值而直接把数据剔除。

五、解决问题的方法

应对上述问题，我们就需要对ZQZ-F采集器程序进行升级，升级的具体步骤如下：

首先要看当前时间是否是采集器采集和存储的时间，如正点（或10分钟采集密度）的0分到2分之间，应避开这段时间，以免关机造成数据缺测。采集器升级程序将清除里面保存的所有数据，因此升级前应确保采集器里的数据都已经传输给中心站。

在计算机上安装SSCOM32和LPC2000软件。脱开采集器与GPRS模块连接线，将计算机通过通讯电缆接到采集器的DB9针串口上，运行SSCOM32软件。将串口通讯参数设置为4800 E 8 1，串口号根据计算机使用的端口确定。

发送channel 命令读出原采集器的设置参数，采集器返回如：channel ynynny，将此参数记下以用于升级软件后的设置。拔掉主控器上的电源线，将ZQZ-F采集器上的G和ISP短接，上电后运行灯不闪烁。运行LPC2000软件，在软件主界面上Device器件方框里选择ZQZ-F采集器使用的 MCU 器件为 Philips 的LPC2292，XTAL频率选11059。在软件主界面上的Communication通信方框，通信口选择计算机所连接正在使用的串口，波特率选57600。先点击ERASE，将原程序删除。ZQZ-F采集器选择的最新嵌入式软件版本为ZQZ-F V3.0.3。在软件主界面上Flash Programming文件方框，装入文件对话框中选取相应的版本ZQZ-F V3.0.3 hex，按Upload to Flash键，再确定，等待编程进程条结束。

至此，更新完成，重启采集器后便可。此时即便HMP45D温湿度传感器的相对湿度测量示值在101～108%RH，湿度数据仍然显示为100%RH。但同时也要注意HMP45D温湿度传感器的头部有保护滤纸防止感应元件被尘埃污染的同时也会吸附污染物。所以应定期拆开传感器的头部网罩，清洗滤纸或者更换新的滤纸[4]

参考文献：

[1]刘军，杨志伟，韩立民.HMP45D湿度测量误差调整及校准.吉林气象，2008，第1期：42-43.

[2]王锡芳.HMP45D温湿度传感器的电极污染及处理方法.山东气象，2012，第1期：56-57.

[3]杨健，张玉存，宋志刚.湿度测量体制历史和现状分析及建议.气象水文海洋仪器，2009，第2期：17-23.

[4]孙文良，沈秋宇，于文博，李东宇，李大明.HMP45D温湿度传感器的检定校准.气象水文海洋仪器，2009，第3期：124-126.