自動氣象站輻射表的安裝與日常維護

曹凱明，周 楓，董立亭

(貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550002)

自動氣象站輻射表的安裝與日常維護

曹凱明，周 楓，董立亭

(貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550002)

該文介紹了自動氣象站現投入運行的5種輻射表，對它們的工作原理、儀器安裝、故障檢測和排除進行了說明，為今后自動氣象站輻射表的使用和日常維護提供參考。

總輻射;散射輻射;反射輻射;凈全輻射;直接輻射

1 引言

目前，貴州省的85個國家自動氣象站中已有11個站建立了國家級一級輻射觀測站。但投入運行后，發現部分臺站測報人員對該設備的使用和維護并未掌握透徹，嚴重影響輻射觀測數據的質量。本文總結了輻射表在日常維護和使用方面的一些方法和經驗，為測報人員在今后如何提高輻射觀測資料質量提供指導。

2 輻射表的工作原理

國家氣象站使用的輻射表都為熱電型，由感應面與熱電堆組成。感應面是薄金屬片、涂上無光黑漆，感應原件為快速響應的線繞電鍍式熱電堆，涂黑一面稱為熱結點，沒有涂黑一面稱為冷結點。

當輻射表對準輻射源(如太陽)，熱結點與冷結點產生溫差電勢，輸出的電勢 V與輻照度 E成正比：

V=K·E K=V/E

其中：E為輻射度，單位W/m2;V為信號電壓，單位μV;K為靈敏度系數，K可從輻射表的檢定證書上查詢。

3 輻射表的安裝

總輻射、散射輻射和反射輻射使用的都是TBQ-2-B型輻射表，直接輻射使用的是FBS-2-B型直接輻射表(以下簡稱直表)，凈全輻射使用的是FNP-2型凈全輻射表，5種輻射表均安裝在專用臺架上，如圖1所示。

圖1 輻射表安裝示意圖

3.1 總輻射表的安裝

安裝時，先把總輻射表的白色擋板卸下，再將總輻射表安裝在臺架上，接線柱方向朝北。用3個螺釘將儀器固定在臺柱上，然后利用儀器上所附的水準器，調整底座上3個螺母，使總輻射表的感應面處于水平狀態，最后將白色檔板裝上。

3.2 反射輻射表的安裝

儀器感應面朝下安裝并調節水平，白色擋板卸下后一定要與感應面反向安裝，否則降雨時，雨水將聚在白色擋板上，流入感應元件，從而損壞儀器。

3.3 散射輻射的安裝

散射輻射表是由總輻射表和遮光環兩部分組成，輻射表安置在遮光環的底座上，方法與總輻射相同。遮光環必須將傳感器感應面全部遮住，方法如下：

①遮光環架安裝在臺架上。底盤邊緣對準南北向，使儀器標尺指向正南北，再用水平尺和底板3個調節螺旋調水平后固定;

②根據當地的地理緯度，固定標尺位置;

③總輻射表水平置于遮光環平臺上，使感應面位于環中心;

④遮光環按當日太陽赤緯調到相應位置，使遮光環恰好全部遮住感應面和玻璃罩。

3.4 凈全輻射的安裝

安裝凈輻射表的架子是由臺柱和伸出的長臂組成，長臂的末端固定凈輻射表，牢固不能擺動，長臂水平方向朝南，表的底板用不銹螺釘固定在金屬板上，用調整螺釘將感應面調水平，同樣接線柱方向朝北。

3.5 直接輻射表的安裝

直表的安置地方要保證在所有季節和時間內(從日出至日落)太陽直射光不受任何影響。如有障礙物在日出日落方向，其高度角不超過5°。直表的跟蹤精度與儀器的安裝是否正確關系極為密切，必須要做到調好緯度角、南北向、水平以及太陽傾角和時間，如圖2所示。

圖2 TBS-2B標準直接輻射表

3.5.1 對緯度 松開緯度盤上的旋紐9和11，轉動刻度盤10，使其對準當地緯度(準確至0.25°)，然后再擰固緊。

3.5.2 對南北 直表底座上的方位線對準南北方向是非常重要的，目的是使得地軸與直表回轉中心在同一平面上，為此必須準確的測定南北線，方法如下：

①鉛垂線法：這是最常用的方法，在真太陽時的正午，用鉛垂線觀測其投影，畫出南北線，確定后即可使直表底座上的方位線與其平行(準確至0.25°)。

②經緯儀法：真太陽時的正午(此時太陽高度角最高)，用經緯儀(通過深色玻璃)觀測太陽，然后降低物鏡到水平面一點，這一點與觀測點相連，即為南北線，由此可在儀器臺柱上畫出南北線。

3.5.3 調水平 用底板上的3個水平調整螺絲調水平。

3.5.4 對太陽傾角和時間 在調好緯度、南北和水平后，再調整儀器的光筒傾角13和時間刻度5，最終使光筒上的光點正好落在光筒小孔的中央，此時儀器的傾角與時間刻度即為當時的太陽傾角和時間(真太陽時)。為提高跟蹤精度，建議在中午時調整傾角和時間，以減少跟蹤誤差。因為在一天中太陽傾角是由小到大變化的，中午可選在中間位置。

直表安裝好后，應試跟蹤幾天檢查是否準確，如果跟蹤誤差大于0.5°，應反復調整，直至達到要求為止。太陽傾角的指示是由刻度和游標卡尺來完成的，刻度尺每格為 2°30'，游標為 2°15'，所以其精度為15'，讀法與游標卡尺相同。

3.5.5 注意事項 調時間刻度時一定要通過電機控制器上的手動開關來控制，快速對時不能超過一圈，否則容易損壞電機控制器。

4 輻射表的維護和常見故障處理

4.1 TBQ-2-B型輻射表(總輻射、散射輻射和反射輻射)的維護和故障處理

4.1.1 TBQ-2-B型輻射表的日常維護 ①應在日出前把金屬蓋打開，日落后停止觀測，并加蓋。若夜間無降水或無其它可能損壞儀器的現象發生時，也可不加蓋;

②經常定期清洗玻璃罩，在有降雨或結露的低溫天氣為防止凍結影響觀測，要清除玻璃罩上的雨水或露水;

圖3 TBQ-2-B型輻射表測試端子

③經常檢查儀器是否水平，感應面與玻璃罩是否完好等。

4.1.2 TBQ-2-B型輻射表常見故障處理 ①計算機上數據顯示為0或無數據。如圖3所示，如果數據為0，通過萬用表電阻檔量取輻射表對應在防雷板上的兩個端子(例如總輻射的31、32端子)，看是否有約為200Ω的電阻，如有，表示儀器正常。如果電阻為0，則說明輻射表和導線之間或輻射表內有短路現象。

如果無數據，將輻射表對應在防雷板上的兩個端子拔下，用萬用表量取兩個端子，若顯示為“1”，表示有開路現象，再量取輻射表插座上的1、2針是否為“1”，如果為“1”，表示輻射表內開路，不為1表示是導線開路。

②計算機上數據顯示異常，即與實際天氣情況不符。用萬用表200mV檔量取輻射表對應在防雷板上的兩個端子的電壓值V，使用上文提供的公式E=K/V進行計算，如E與計算機顯示數據相同，表示該表靈敏度有問題，若不同，可能為計算機上自動站軟件參數設置有問題。

4.2 凈全輻射表的維護和故障處理

凈全輻射表觀測的是全輻射差額，不僅白天觀測夜間也要觀測。記錄儀顯示的是瞬時值、時累計量和0-24時日總量，一般白天顯示正值，夜間為負值。

4.2.1 凈全輻射的日常維護 凈全輻射表除每日上下午至少各檢查一次儀器狀態外，夜間還應增加一次檢查。每次檢查和維護的內容如下：

①感應面是否水平;

②薄膜罩是否清潔和呈半球凸起。罩外部如有水滴，應用脫脂棉輕輕抹去，若有塵埃、積雪等，可用橡皮球打氣，使罩凸起并排除濕氣。

遇有雨、雪、冰雹等天氣時，應將上下金屬蓋蓋上，降水停止后，要及時開啟。若大雨時，因感應面弄濕，使得儀器短路或出現負值，應及時把儀器烘干;

③干燥劑失效要及時更換;

④注意保持下墊面的自然和完好狀態。平時不要亂踩草面，降雪時要盡量保持積雪的自然狀態。

4.2.2 凈全輻射表常見故障處理 凈全輻射表的故障和處理方法與TBQ-2-B型輻射表基本相同。但最常見的故障是薄膜罩漏水使得感應面潮濕，造成儀器短路或出現負值。

圖4 凈輻射在CAWS-FL02防雷板上的連接圖

4.3 直接輻射表的維護和故障處理

4.3.1 直接輻射表的日常維護 ①檢查儀器是否水平;②檢查進光筒處的石英玻璃窗口是否清潔，如有灰塵、水氣凝結物等，應及時用吸水棉球或用軟布等擦凈，切忌劃傷;③每天至少要檢查一次跟蹤情況，并及時調整仰角和時間;④為保持光筒中空氣干燥，應定期更換干燥劑，更換時旋開光筒尾部的干燥劑筒即可。

圖5 直接輻射在CAWS-FL02防雷板上的連接圖

4.3.2 直接輻射表常見故障處理 ①如果跟蹤不正常，則用萬用表檢查37、38號端子(如圖5)之間的直流電壓是否在12V左右，并把對時開關打開，看其能否正常轉動，如果對時準確，說明直表電機及控制器沒有問題，如果直表光筒上的光點跟不準確，則檢查正南正北線是否傾斜，儀器是否水平，緯度是否調好等。

②如果跟蹤正常而數值異常，則拆下35、36號(如圖5)接線端子，用萬用表電阻檔測量其輸出電阻是否約為70Ω，如果有電阻，說明正常。如果沒有電阻，檢查導線是否接觸良好，或者用萬用表200mv電壓檔，紅表筆接到35端子，黑表筆接到36端子上，將光筒上光點對準太陽光檢查是否有電壓，把保護罩蓋上，輸出電壓則應為0。如果符合上述條件，則說明輻射傳感器正常。如果還是不正常，則應從輻射表插頭處一直量到采集單元上的8+、8-上，看是否有電壓輸出，如果正常，則可能采集單元或軟件故障。

5 總結

隨著氣象站自動化觀測的逐步推廣，輻射觀測必將納入到全省國家自動氣象站的業務運行當中來。通過提高測報人員輻射觀測、維護的能力，對掌握貴州省輻射分布的特征和開發利用太陽能資源提供科學依據。

［1］ 李黃.自動氣象站實用手冊［M］.北京：氣象出版社，2007.

［2］ 王炳忠.現代氣象輻射測量技術［M］.北京：氣象出版社，2008.

［3］ QX/T 56-2007.地面氣象觀測規范［S］.

P414

B

1003-6598(2011)05-0056-03

2011-07-13

曹凱明(1979-)，男，工程師，主要從事氣象裝備保障工作。