ZQZ－CⅡ型自動氣象站快速維修探討

李雙霞

（河南省駐馬店市氣象局，河南 駐 馬店463000）

1 引言

ZQZ－CⅡ型自動氣象站是中國氣象局組織研制并設計定型的標準自動氣象站，該自動站可觀測的氣象要素有風向、風速、氣溫、相對濕度、氣壓、雨量和地溫（地表溫、淺層地溫、深層地溫），數(shù)據(jù)的業(yè)務處理完全符合中國氣象局氣象業(yè)務觀測的要求。自1999年起，由江蘇省無線電科學研究所生產的設備已大批裝備于國家基本站和一般站。

2 原理簡介

ZQZ－CⅡ型自動氣象站是對地面氣象數(shù)據(jù)進行實時采集、計算處理、報文報表編制、數(shù)據(jù)儲存和顯示、組網(wǎng)通訊處理的小型自動天氣觀測系統(tǒng)。一般包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機、通訊線路、電源、打印機等。其中數(shù)據(jù)采集是由PHILIPS公司生產的P89C51RD2FN組成的單片機系統(tǒng)完成，見圖1。

圖1 ZQZ－CⅡ自動氣象站結構

3 ZQZ－CⅡ型自動站維修

自動氣象站是連續(xù)觀測氣象要素的儀器，一旦出現(xiàn)故障，能否快速修復對數(shù)據(jù)連續(xù)采集具有重要的意義。ZQZ－CⅡ型自動氣象站系積木式結構，對發(fā)生故障的部件，往往用部件整體更換的方法予以修復。判別故障雖有一定難度，但只要了解了自動站基本的結構和工作原理，掌握了自動站故障判別的基本原則，臺站一般測報人員就可以做到正確判別故障部位，從而快速排除自動氣象站故障。

3.1 電源部分

UPS不間斷電源，是 Uninterruptable Power System的簡稱，當市電發(fā)生故障或停電時，能保證向負載（ZQZ電源，微機等）供電數(shù)小時。這種在線式不間斷電源最大的特點是逆變器始終處于工作狀態(tài)；電網(wǎng)輸入故障時，不存在切換問題；能夠保護負載，不受電網(wǎng)的浪涌、尖峰、電壓瞬間下跌等影響。當UPS出現(xiàn)故障時一般是更換。如只是出現(xiàn)延時時間短，可以考慮更換電池，電池的壽命一般為3年。

ZQZ電源是數(shù)據(jù)采集器的后備電源。當市電正常時，使用市電經(jīng)避雷電路和抗干擾電路通過隔離變壓器輸出到采集器中，無市電時使用蓄電池的直流（＋12V）輸出到采集器中。ZQZ電源配備的是38AH/12V的鉛酸蓄電池，可保證采集器和傳感器在停電時候連續(xù)工作3d。一般出現(xiàn)的故障為保險管熔斷，可以通過指示燈來判斷。原機是500mA的，有些偏小，應更換稍大些的，市面有售。如出現(xiàn)延時時間短，應更換電池。值得一提的是，當ZQZ電源臨時出現(xiàn)故障影響工作時，可以用市電直接給采集器供電。

3.2 采集器部分

數(shù)據(jù)采集器是ZQZ－CⅡ型自動站的核心，所有傳感器、微機、后備電源都與數(shù)據(jù)采集器相連接。其主要功能是數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸。內部部件包括主板、電源板、顯示板、變壓器、氣壓傳感器等。機箱的前面板主要布置顯示器和按鍵，后面板主要布置開關和連接線纜的插座。主板上標識號為1XP1和1XP2的兩個插座用于與傳感器信號連接，為判斷傳感器故障提供了方便，采集器的故障主要有以下3種：數(shù)據(jù)采集器LED顯示器顯示格式不正確；或顯示非法字符；或顯示的氣象要素值幾乎都是錯誤的。在微機和通訊電纜是好的情況下，不能與微機通訊，顯示“聯(lián)機失敗”。電源系統(tǒng)完好，前面板“秒閃燈”不閃或顯示器無顯示。出現(xiàn)上述情況之一的，請更換數(shù)據(jù)采集器。

3.3 傳感器和連接線

3.3.1 氣壓

ZQZ－CⅡ型自動氣象站配置的PTB220氣壓傳感器系硅電容壓力傳感器，由芬蘭Vaisala公司生產，有較好的溫度特性和穩(wěn)定性，安裝于采集箱內。在電源正常時，氣壓顯示值明顯不正確或與人工觀測值誤差較大時或一直顯示為缺測可判斷為傳感器故障，維修的方法一般為更換。更換PTB220氣壓傳感器的步驟為：關掉采集器的開關；拆下采集器的上蓋板；拔去與氣壓傳感器連接的插頭；拆下固定氣壓傳感器的4只螺釘；換上備件，上緊傳感器4只固定螺釘；連接底板與傳感器的連接插頭；蓋好上蓋板并固定；開機并用plevel命令設置傳感器海拔高度。

3.3.2 風向風速

ZQZ－CⅡ型自動氣象站使用的是長春氣象儀器廠生產的EC9－1高動態(tài)性能測風傳感器。風速傳感器的感應元件為三杯式風杯組件，信號變換電路為霍爾開關電路。在水平風力的驅動下，風杯組旋轉，通過主軸帶動磁棒盤旋轉，在霍爾開關電路中感應出脈沖信號，其頻率隨風速的增大而線性增加。測出頻率就可以計算出風速，一般為線性關系。風向傳感器的感應元件為風標板組件，角度變換電路為格雷碼盤加光電電路，當風標板組件隨風向旋轉時，帶動主軸及碼盤一同旋轉，每轉動一個角度，位于光電器件支架上下兩邊的7位光電變換電路就輸出一組格雷碼，通過這些7位格雷碼，就可知道風向。

EC9－1測風傳感器出現(xiàn)的故障及解決方法為：風速示值變小或啟動風速增大，應拆下清洗或者更換；風杯在旋轉但風速示值始終為零，應更換傳感器或更換電纜；風向示值始終缺某些方位或與人工測量值不符的，應更換傳感器或更換電纜。

3.3.3 雨量

ZQZ－CⅡ型自動氣象站配置的是上海氣象儀器廠生產的SL3－1型雙翻斗雨量傳感器。這種雨量傳感器是由承水器、漏斗、上翻斗、計量翻斗、計數(shù)翻斗等組成。計量翻斗對進入的降水進行計量，即每0.1mm降水量計量翻斗就翻轉一次，并將計量后的0.1mm降水倒入計數(shù)翻斗；計數(shù)翻斗對進入的0.1mm降水進行計數(shù)，即每進入一個0.1mm降水計數(shù)翻斗翻轉一次，其翻斗中部的小磁鋼使上面的干簧管接點閉合一次，產生一個脈沖信號，代表0.1mm的降水量，對脈沖信號計數(shù)即可測得分辨率為0.1mm的降水量。

SL3－1型雙翻斗雨量傳感器出現(xiàn)的故障及解決方法為：有降水，雨量示值始終為0，請檢查承水器漏斗是否堵塞；計量（數(shù)）翻斗是否被卡??；干簧管是否損壞；電纜線故障降水示值明顯滯后，請檢查承水器內部，網(wǎng)罩是否有雜物降水示值偏大或偏小，請調整計量翻斗的容量調節(jié)螺釘，使測量誤差在要求的最大誤差范圍內。容量調節(jié)螺釘每向內或向外旋轉一圈，測量誤差減小或增大3%左右。

3.3.4 溫濕度

芬蘭Vaisala公司生產的HMP45D溫濕度傳感器是目前我國氣象部門地面氣象觀測網(wǎng)內自動氣象站上統(tǒng)一使用的測量氣溫和相對濕度的傳感器。該傳感器采用鉑電阻感應元件（Pt100）測氣溫，利用鉑電阻的阻值正比于溫度的原理，通過測量鉑電阻的電阻值而測得溫度值；采用電容式薄膜聚合物感應元件（HUMICAP180）直接測相對濕度，是有源的0～1V電壓輸出。溫度和濕度感應元件裝在傳感器頭部帶有濾膜的保護罩內。濾膜每月用毛刷清潔一次，保護罩每6個月更換一次。

HMP45D溫濕度傳感器出現(xiàn)的故障及解決方法為：溫度示值和濕度示值與人工觀測值相差較大或出現(xiàn)明顯異常，請更換傳感器；溫度示值為－49.5℃，一般是連接線斷路，請更換。

3.3.5 地溫

包括深層地溫傳感器（4只）、淺層地溫傳感器（4只）、地表溫傳感器（1只）共9只。采用鉑電阻感應元件（Pt100），原理同氣溫。但使用環(huán)境是地下，與氣溫傳感器相比更容易出故障。

地溫傳感器出現(xiàn)的故障及解決方法為：地溫示值與人工觀測值相差較大或出現(xiàn)明顯異常，請更換傳感器；地溫示值為－49.5℃，一般是連接線斷路，請更換；地溫觀測值有突變，或地下層面上溫度晝夜變化不符合常規(guī)，請更換傳感器；地表溫（0cm，地面最高，地面最低）示值與人工觀測值相差較大，還應檢查安裝是否正確：即一半埋入土里，一半露出地面，保持地溫場土壤疏松。

3.4 計算機故障

計算機出現(xiàn)故障比較容易解決，不再贅述。但是在值班室放置一臺裝好軟件、各項參數(shù)已設置好的備份微機是必要的。

3.5 其他故障

3.5.1 蜂鳴器報警

蜂鳴器每隔1min叫一次時有兩種可能：第1種為電源問題，自動站電源箱的長時間（3d以上）無交流電源輸入，自動站一直使用電源箱中的蓄電池電能，蓄電池過放電導致自動站無法正常工作。解決辦法：接入交流電即可。第2種為氣壓傳感器缺測，請檢查采集器前面板上的氣壓顯示是否有數(shù)值；但第一種電源問題也可造成氣壓缺測，應先排除電源問題。如電源正常，前面板上的氣壓顯示無數(shù)值表明氣壓傳感器有故障。

3.5.2 蜂鳴器長鳴蜂鳴器長鳴有兩種可能：第1種為大風報警，與計算機聯(lián)機即可解除；大風報警值存儲在FJ.TXT中。第2種為自動站遭雷擊或強電干擾（有足夠峰值的電源浪涌）。對自動站可能造成程序混亂或損壞；處理辦法如下：

按“復位”鍵，一般可解決，如不行執(zhí)行下一步。將“0/1”開關置到“0”位：按“復位”鍵進行總復位，如不行執(zhí)行下一步。關掉采集器電源，3min后“0”位開機。如不行則說明自動站硬件有損壞，執(zhí)行下一步。關掉采集器電源，旋下風向風速傳感器插頭，“0”位開機，如采集器正常說明風向風速傳感器損壞，需更換。如采集器應不正常說明采集器有損壞。

4 故障實例分析

（1）某一般站相對濕度一直是100%，將備份的溫濕傳感器（HMP45D）換上，故障依舊。據(jù)值班員講述，夜里有一次雷雨天氣過程，風速和雨量較大，懷疑機器遭雷擊。

打開采集器，用數(shù)字萬用表電壓檔測量，標號1XP1插座RH（濕度信號輸入端）與地端的電壓值為1.38V，而正常值為0～1V之間。關機拆下溫濕度傳感器連接線室內航空插頭與采集器的連接，開機再測，RH端的電壓僅為0.01V，說明采集器正常。這時，把溫濕度傳感器也拆下，用萬用表電阻檔200K檔測量連接線的航空插頭第5腳12V供電端與第6腳濕度信號輸出端有30K～50kΩ不停跳變的阻值，正常時應為無窮大，判斷為連接線故障。但是，站內無此備用的8芯屏蔽電纜，從廠家發(fā)貨得幾天時間，就是有也不容易更換。仔細觀察百葉箱內的航空插頭，發(fā)現(xiàn)很潮濕，判斷為航空插頭因雨量過大而進水，用電吹風對準空氣航空插頭，連續(xù)吹15min熱風，再用萬用表測第5、6腳阻值變?yōu)闊o窮大。把溫濕度傳感器和連接線全接上，開機，一切都恢復正常。建議：百葉箱濕度傳感器的航空插頭不要放在百葉箱邊緣部位，最好用塑料等防水材料包好。

（2）SL3－1型雙翻斗雨量傳感器示值不穩(wěn)定。日前在進行雨量現(xiàn)場標校時發(fā)現(xiàn)示值不穩(wěn)定，當多次注入10mm清水時，示值一直在10.0～10.7左右變化，差別很大且不穩(wěn)定，經(jīng)仔細觀察，發(fā)現(xiàn)匯集翻斗下部的漏斗流水很慢，當計量翻斗翻轉過后，仍在向下緩慢滴水，造成計量翻斗內已存了小半斗水，計量翻斗可能會連續(xù)跳2次，從而造成示值偏大，拆下匯集翻斗組件，發(fā)現(xiàn)漏斗的咀部有黑色雜物，用脫脂棉輕輕擦洗后，裝上，再多次注入10mm清水，均穩(wěn)定顯示10mm，故障徹底排除。

[1]李 黃.自動氣象站實用手冊[M].北京：氣象出版社，2007.

[2]江蘇省無線電科學研究所有限公司，自動氣象站用戶手冊[R].無錫：江蘇省無線電科學研究所有限公司，2006.