自動氣象站溫度傳感器在現場檢定中電磁干擾源的探討

曾 濤，龔 熙

（湖北省氣象信息與技術保障中心，湖北武漢，430074）

自動氣象站溫度傳感器在現場檢定中電磁干擾源的探討

曾 濤，龔 熙

（湖北省氣象信息與技術保障中心，湖北武漢，430074）

簡要介紹了自動氣象站溫度傳感器的測溫原理；分析了自動氣象站溫度傳感器常見的電磁干擾來源，以及溫度傳感器在現場檢定過程可能產生的電磁干擾和對檢定工作造成的誤差和影響，并提出了增加濾波、正確接地及改變檢定方式等應對措施。

自動氣象站；鉑電阻溫度傳感器；電磁干擾；現場檢定；

0 引言

溫度一直是氣象觀測最基本的要素之一，從人工觀測站到自動氣象站，溫度觀測儀器從水銀玻璃溫度表演變為自動觀測的溫度傳感器。目前我國自動氣象站地面觀測中，溫度的測量以Pt100鉑電阻傳感器為主，包括深層地溫、淺層地溫、地面溫度、草溫的觀測以及新型自動氣象站的氣溫觀測等[1]。為了確保鉑電阻溫度傳感器測溫數據的準確性和穩定性，定期開展鉑電阻溫度傳感器的檢定和維護工作非常重要。

1 鉑電阻溫度傳感器測溫原理

鉑電阻溫度傳感器是國際公認的高精度測溫標準傳感器，它是根據金屬鉑絲的電阻值隨溫度變化的特性來測量溫度。因為鉑電阻在氧化性介質中或高溫下的物理、化學性質都非常穩定，電阻—溫度關系曲線在（-200～650）℃溫度范圍內線性度已經非常接近直線[2]，因此得到廣泛應用。Pt100表示它在0℃時的阻值為100Ω，其阻值與溫度的關系可以近似用下式表示：

式中 A = 3 . 90802×10?3；B = ?5 . 80× 1 0?7；C = 4 .2735×10?12。

Pt100溫度傳感器測溫的本質是測量傳感器的電阻，將電阻的變化轉換成電壓或電流等模擬信號并進行放大處理，再將模擬信號轉換成數字信號，再由處理器換算出相應溫度。根據接線方式的不同，常用Pt100鉑電阻測溫傳感器有二線制、三線制、四線制三種。目前氣象觀測使用的鉑電阻溫度傳感器是四線制，其電路如圖1所示。

圖1 四線制鉑電阻溫度傳感器電路圖

四線制鉑電阻的電路中,線路1L和4L為電流線，線路2L和3L為電壓線，測量Pt100的阻值是通過Pt100兩端的電壓反映，由于線路2L 和3L上無電流，無壓降，因此，四線制鉑電阻測溫傳感器可以有效的抵消線阻的影響，測量精度也最高。

2 現場檢定過程中溫度傳感器的電磁干擾源及應對措施

2.1 電磁干擾源的形式

電磁干擾主要有輻射干擾和傳導干擾兩種形式。輻射干擾是干擾源將干擾信號通過空間傳播到另一個電網絡，傳導干擾是干擾源通過導電介質信號耦合到另一個電網絡。自動氣象觀測系統中，輻射干擾主要來源于各觀測設備內部電路和電子元件接收感應產生的干擾，與觀測場環境、各觀測設備的分布及線纜的布置有關；傳導干擾則主要來源于電源干擾、信號線引入的干擾和不合理的接地系統引入的干擾。正常情況下，國家級自動站的選址、觀測設備和配套設備以及防雷接地系統都有相應的標準,輻射干擾和傳導干擾不足以影響觀測數據。因此電磁干擾的影響可以忽略不計。

在鉑電阻溫度傳感器的現場檢定過程中，現場檢定用的干體爐形成較強的電磁場，而鉑電阻溫度傳感器屬于弱信號源，當鉑電阻溫度傳感器放在干體爐內進行檢定時，鉑電阻測溫信號會受到干擾。如果溫度控制槽和鉑電阻測溫系統接地或屏蔽線安裝不正確，鉑電阻測溫信號由于電磁干擾產生異常跳變，影響正常的檢定數據，造成檢定或檢測異常。目前在我省多個臺站出現此類電磁干擾情況。

2.2 抗電磁干擾的應對措施

2.2.1 增強傳感器的抗干擾能力

增強鉑電阻溫度傳感器的抗干擾能力最簡單的一個方法就是增加濾波器，就是在端子兩端增加濾波電容，實現一個RC濾波回路，如圖2所示。

圖2 增加濾波電容電路圖

濾波電容有隔離直流通交流的作用，可以有效去除高頻電壓波峰，從而去掉瞬間電壓跳變的干擾，從而增強鉑電阻溫度傳感器的抗電磁干擾能力。

2.2.2 正確接地

鉑電阻測溫系統的硬件主要包括鉑電阻傳感器、分采模塊、通信模塊和顯示終端，正常情況下，自動氣象站所有的儀器設備引入一個共同的地線，以避免雷擊或電磁干擾。在進行鉑電阻溫度傳感器的現場檢定過程中，將干體爐與自動氣象站的共同地線相連接，可以有效的避免干體爐引入的干擾。在處理我省出現的幾起此類電磁干擾故障時發現，都是鉑電阻測溫系統中某一模塊接地方式不正確或其他原因造成地線開路而導致，將鉑電阻測溫系統正確接地后，此類電磁干擾故障就排除。因此，正確接地可以有效避免電磁干擾的影響。

2.2.3 改變檢定方式

防止電磁干擾的最好方式是做好電磁屏蔽工作，使鉑電阻溫度傳感器與干擾源實現屏蔽和隔離。在現場檢定過程中，由于現場情況復雜且受條件限制，有時無法實現電磁干擾有效屏蔽，從而造成檢定數據的不準確或檢定過程無法繼續。若改變檢定方式，將現場檢定改為實驗室內檢定，可有效避免在現場檢定時引入的不必要的電磁干擾，同時采取一些預防措施，例如不使用攜帶方便但引入電磁干擾源的干體爐，而使用屏蔽性能更好的恒溫槽，或將鉑電阻傳感器的屏蔽線和恒溫槽的地線相連等，能有效的消除電磁干擾的影響。

3 總結

在鉑電阻溫度傳感器的現場檢定過程中，除了要嚴格按照檢定規程執行外，還要注意各種不確定因素可能會對檢定過程中造成的影響[3]，其中電磁干擾是影響較大的因素之一，針對電磁干擾的影響提出了三種應對措施。綜上所述，改變檢定方式，將現場檢定改為實驗室檢定是更有效、更實用、更方便的措施。相比于現場檢定的現場條件有限、出現問題后難以應對等不利因素，室內檢定有著設施豐富全面、改造空間大、應對能力強等特點，對可能產生的干擾能提前做好應對措施，對于檢定過程中的各種突發狀況也能有較大的應變空間。

[1]地面氣象觀測規范[M]. 氣象出版社 .中國氣象局[編],2003.

[2]王紅萍.鉑電阻溫度傳感器測溫研究[J]. 撫順石油學院學報,2003,(02):58-60.

[3]晏敏,柳鳴.鉑電阻溫度傳感器檢定結果的不確定度評定[J].氣象研究與應用,2017,:140-143.

Discuss theEIS of Automatic Weather Station Temperature Sensor in Field Verification

Zeng Tao, Gong Xi
(Information and Technical Support Center, Hubei meteorological administration,Wuhan Hubei, 430074)

This paper briefly introduces the measuring principle of the automatic weather station temperature sensor; analyzes the common EIS of automatic weather station temperature sensor, and the electromagnetic interference may produce in the field verification process of the temperature sensor, which causedthe verification errors and influence, and puts forward the countermeasures against electromagnetic interference such as increase the filtering, correct grounded and changed verification mode

automatic weather station; platinum resistance temperature sensor; electromagnetic interference; field verification