DZZ5新型自动气象站浅层地温数据异常分析处理*

李红英，尹育红

（1.新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子炮台气象站）

0 引言

自动气象站作为常规的气象观测站，在地面气象观测业务系统中得到了广泛的运用，各类观测仪器和传感器更是自动站的核心，为采集数据的准确性、高速性和存储数据的安全性都提供了坚实的基础。温度传感器在气象探测中的应用十分重要且极为广泛，目前国内各气象站普遍使用的测温元件多为四线制Pt100铂电阻，分别为浅层地温传感器、深层地温传感器、地表温度传感器、草面温度传感器和新型站的气温传感器。

1 铂电阻温度传感器测温原理

自动气象站Pt100铂电阻传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。Pt100表示它在0℃时的阻值为100 Ω，其阻值计算公式如下。

当-200℃＜t＜0℃时：

当0℃＜t＜850℃时：

式中：A ＝ 3.90802× 10-3；B ＝ -5.80× 10-7；C ＝4.2735×10-12。

Pt100铂电阻温度传感器具有良好的测温线性，在0～100℃之间变化时，最大非线性偏差小于0.5℃。同时，Pt100铂电阻温度传感器还具有测量范围大、稳定性好、示值复现性高和耐氧化等优点。目前我国气象观测使用的铂电阻以四线制为主。四线制铂电阻原理图如图1所示。

图1 四线制Pt100铂电阻原理图

2 故障现象

2017年4月，石河子市某台站DZZ5新型自动气象站在4月2日至11日期间，10 cm地温断断续续出现数据异常的现象。起初，观测值班员在ISOS软件上发现4月2日凌晨12时开始10 cm地温数据跳变到-40℃至-60℃之间，持续几十分钟后恢复正常；随后几天偶尔凌晨数值跳变2 h后恢复正常，直至11日10时10 cm地温数据一直在-40℃至-60℃之间，见图2。

3 故障排查

3.1 替代法

按照替代原则将地温分采集器上接线端子10cm与5 cm地温传感器接线互换，结果显示5 cm数据异常，10 cm正常。因此怀疑10 cm地温传感器有可能故障，更换10 cm地温传感器后，数据依然异常，初步排除传感器和地温分采集器故障。

3.2 检测法

用万用表欧姆档200 Ω测量传感器四线电阻值1、3（1、4）脚，2、3（2、4）脚 ，阻值 分别 为 106.2 Ω、106.3 Ω、106.5 Ω 和 106.5 Ω，均在正常范围内。 用温度计算公式T＝ （Rt-100）/0.385计算得出温度T为16.3℃，由此判断10 cm地温传感器正常。温度传感器四线制测量电阻接线如图3所示。

图3 温度传感器四线制测量电阻接线示意图

将10 cm地温传感器接入浅层地温接线盒，测量电阻，阻值一直跳变不稳定。断开接线盒到地温分采接线并测量阻值，分别为 106.6 Ω、107.1 Ω、107.4 Ω和107.9 Ω，由此可判断，浅层地温接线盒到地温分采线缆故障。

拔下地温分采集器上10 cm地温传感器接线端子进行测量，发现传感器电阻值一直跳变不稳定，怀疑地温分采10 cm传感器到浅层地温接线盒子之间线缆有破损。将接线盒10 cm接线端子和地温分采10cm接线端子直连，数据全部显示正常。

数据恢复正常后，打开地沟发现10 cm地温传感器接线盒到地温分采线缆被老鼠咬断，将破损处连接处理好后，故障排除。

4 结语

针对一次DZZ5型自动气象站浅层地温数据异常故障，根据温度传感器铂电阻原理和测量原理，经过逐级测量和故障排查，快速确定了故障点，及时恢复了数据采集和上传，减少了数据缺失，保证了自动气象站的正常运行。