常见自动气象站故障判断方法及维修——以普兰县为例<br/>

常见自动气象站故障判断方法及维修——以普兰县为例

2021-12-03左航天

电子元器件与信息技术 2021年4期

左航天

（西藏阿里地区普兰县气象局，西藏普兰 859500）

0 引言

自2020年自动气象站地面观测自动化以来，业务人员主要职责从地面观测逐步转向至设备维修和维护，本文依托普兰县现有5套自动气象站常规监测6要素的主要设备型号，系统介绍自动气象站的工作原理、故障排查步骤及简单的解决办法，为业务人员排除装备故障和问题提供一个科学的参考依据。

1 设备故障分类

自动气象站能够利用数据采集器对采样数据进行数据收集、数据处理、数据质控、数据存储，通过通讯模块实现数据传输，一般而言，设备出现故障主要体现在两个方面：一是硬件故障（如：电源无法正常供电、采集器被烧坏、通讯线缆无法正常传输等），这类故障原因较多，需要仔细排查、分析和判断；二是传输故障（如：通讯模块不能够正常工作、通讯卡没有通讯费等）。

2 处理故障原则

2.1 安全原则

普兰县除国家基准气候站外，其余设备均采用太阳能供电系统，其工作电压主要在12-13.7v之间，蓄电池为98AH胶体蓄电池，也有部分设备采用的电池不一样，在检测故障时，有些故障需要带电、有些则需要断电测量，所以要牢记，进行电压和电流测量时，要选择正确的量程和直流电，以免烧坏设备或者万用表。

2.2 分解原则

自动气象站由好几部分组成，有传感器、通讯线缆、采集器、通讯模块、供电系统等，确认故障时，要将设备从理论上分割成不同的部门，如温度采集模块、湿度采集模块、降水量采集模块等，针对性的进行故障排查，切勿到达台站后，乱拆乱卸，从而引起其他模块故障。

2.3 替代原则

维修设备时，可以先大致判断出故障出现在那一部分，可以用一个好的设备进行替换，若故障消失，则显示故障判断正确，与此同时，设备则维修好，这样能够更快的进行装备维修，设备进行替代必须要断电，严禁带电操作，避免损坏其它设备。

3 传感器的故障判断

3.1 温度传感器

各个自动气象站用的温度传感器不尽相同，有VAISALA厂家生产的HMP45D温湿传感器、有中国华云生产的HYHMP155A温湿度传感器、也有直接用温度探头的设备，主要采用的测量原理为利用铂电阻在温度变化的时候其阻值也在对应的发生线性变化，温度每上升或下降1℃，电阻值则会相应的变化0.385Ω。

故障判断步骤：①温度传感器主要采用四线制接法，一般颜色为红、红、黄、黑，在设备采集器上找到对应的接线端，检查通讯线是否紧固；②用万用表直流电压档测量供电是否正常；③按照线序的排列顺序，依次测量标号1，3或者2，4之间的电阻值R1（80-120Ω），再测量标号1，2或者3，4之间的电阻值R2（1-9Ω），最后利用公式估算出大致温度（电阻值不在正常范围或者利用电阻值测量出的温度值异常，均可判断传感器故障）。有时候，传感器引线螺丝松动，造成引线连接处有接触电阻，使得R值计算有误；另外温度传感器的屏蔽线没有接地也可能造成对信号传输的影响，由于相关线路或设备等其他原因造成的，也可以使温度数据异常，因此，遇到温度数据故障时，需要根据当地的实际情况，冷静分析故障原因，直到故障排除。

3.2 湿敏电容传感器

湿度传感器主要采用有VAISALA厂家生产的HMP45D温湿传感器和有中国华云生产的HYHMP155A温湿度传感器，该设备科同时测量温湿度，本文主要以HYHMP155A设备为例，该设备工作原理为：水蒸汽穿过上部电极,到达活性聚合物薄膜，多少水蒸汽被薄膜吸收取决于周围环境的相对湿度，聚合物中吸收的水蒸汽改变了传感器的电介质特性，传感器的电容值改变，传感器电容的改变通过测量电路测量，输出信号为0～1V电压，进而得出对应湿度为0～100%RH[1]。

故障判断步骤：①在设备采集器上找到对应的接线端，检查通讯线是否紧固；②用万用表电阻档测量传感器线阻，观察是否在1-9Ω之间，或者直流电压测量供电电压（湿度正极）和接地线（湿度负极），观察直流电压是否在0-1V之间，若测量的阻值或者电压不在范围内，则可以判断故障为湿度传感器；③接线故障，检查接线，看看是否有虚接的现象，另外要检查屏蔽线是否接好[2]。

3.3 风向传感器

风向传感器主要采用航天新气象生产的ZQZ-TF和中环天仪生产的EL15-2C的设备，本文主要分析中环天仪生产的EL15-2C设备，其工作原理主要是利用单板式风向标和七位格雷码光电码盘，在风力的驱使下，风向标主轴带动码盘旋转，随着角度的变化，将产生一组新的七位并行格雷码，通过查询格雷码与之对应的表格，从而得出具体风向。

故障判断步骤：①检查主采集器中指示灯是否正常（一秒灭、一秒亮），再看风向通讯线缆接线端是否牢固；②直接用万用表直流档检测供电系统，正极测量*5V端、负极测量G，观察电压是否为+5VDC，从而判断是否为供电系统故障；③用万用表直流电压档测量端信号线，正极依次测量D6-D0、负极测量G端，大于3.5V的为1、小于1V的为0，然后根据转换表查询对应风向，与实际风向相对比，判断是否为传感器故障（注意：格雷码第1位到第7位分别为D6到D0相对应的格雷码，然后转换成2进制，再转成10进制，再乘以2.8125计算出相应的风向数值）。

3.4 风速传感器

风速传感器主要采用江苏省无线电科技研究所有限公司生产的ZQZ-TF测风传感器和华云升达生产的EL15-1C设备，其工作原理大致差距不大，均为利用三个轻质锥形风杯，附着在中心不锈钢轴上的截光盘随轴旋转，每转动一圈，切割红外光束14次，从而由光电晶体中产生出一个脉冲链，输出的脉冲速率与风速成正比[3]。

故障判断步骤：①使用便携式示波器检查风速传感器的输出脉冲信号是否正常，或者用万用表测量信号线的电压，在风杯转动的情况下是否有一半的工作电压2.5V输出（风杯转动时，电压在高低电平之间来回波动，万用表测量的是单位时间内的平均电压，所以显示的值为高低电平电压的平均值），不转到的情况下是否有5V，或者0V输出；②测量通道故障，对风速测量通道加0-1KHz的方波脉冲，检查采集器测量通道的频率测量是否正常；③接线故障，检查接线，看看是否有虚接的现象，另外要检查屏蔽线是否接好[4]；④检查采集器的质控参数、SENST等。

3.5 雨量传感器

雨量传感器主要采用SL3-1型双翻斗雨量传感器（夏季使用）和江苏省无线电科学研究所有限公司生产的称重式降水传感器（冬季使用）。SL3-1型双翻斗雨量传感器工作原理为翻斗式雨量计由盛水翻斗、计数翻斗、干簧管等构成。在测量过程中，当盛水翻斗承积的水量达到一定量时，翻斗翻倒，计数翻斗开始盛雨，计数翻斗中部装有一块小磁钢，磁钢上端有干簧管，当计数翻斗翻动时，磁钢对干簧管扫描，使干簧接点因磁化而瞬间闭合一次，送出一个电路导通脉冲，相当于0.1mm降雨量[5]。称重式降水传感器工作原理为采用弦振的转换方式和应变片称重方式，通过对质量变化的快速响应测量降水量。

故障判断步骤：①使用JJS2型翻斗雨量传感器校准仪检查是否正常工作；②用万用表直流档直接测量供电系统是否正常（正常工作电压为+5VDC）；③用万用表蜂鸣档测量接线端，手动拨动计数翻斗，每拨动一次，会发出一次蜂鸣声，判断设备是否正常工作；④接线故障，检查接线，看看是否有虚接的现象，另外要检查屏蔽线是否接好（注：一般而言，翻斗雨量传感器需要不定期的维护，防止承水口漏斗被堵塞，且利用雨量传感器校准仪可以判断大部分故障）。