DZZ5新型自動氣象站淺層地溫數據異常分析處理*

李紅英，尹育紅

（1.新疆石河子烏蘭烏蘇農業氣象試驗站，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子炮臺氣象站）

0 引言

自動氣象站作為常規的氣象觀測站，在地面氣象觀測業務系統中得到了廣泛的運用，各類觀測儀器和傳感器更是自動站的核心，為采集數據的準確性、高速性和存儲數據的安全性都提供了堅實的基礎。溫度傳感器在氣象探測中的應用十分重要且極為廣泛，目前國內各氣象站普遍使用的測溫元件多為四線制Pt100鉑電阻，分別為淺層地溫傳感器、深層地溫傳感器、地表溫度傳感器、草面溫度傳感器和新型站的氣溫傳感器。

1 鉑電阻溫度傳感器測溫原理

自動氣象站Pt100鉑電阻傳感器是利用其電阻與溫度成一定函數關系而制成的溫度傳感器。Pt100表示它在0℃時的阻值為100 Ω，其阻值計算公式如下。

當-200℃＜t＜0℃時：

當0℃＜t＜850℃時：

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

Pt100鉑電阻溫度傳感器具有良好的測溫線性，在0～100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0.5℃。同時，Pt100鉑電阻溫度傳感器還具有測量范圍大、穩定性好、示值復現性高和耐氧化等優點。目前我國氣象觀測使用的鉑電阻以四線制為主。四線制鉑電阻原理圖如圖1所示。

圖1 四線制Pt100鉑電阻原理圖

2 故障現象

2017年4月，石河子市某臺站DZZ5新型自動氣象站在4月2日至11日期間，10 cm地溫斷斷續續出現數據異常的現象。起初，觀測值班員在ISOS軟件上發現4月2日凌晨12時開始10 cm地溫數據跳變到-40℃至-60℃之間，持續幾十分鐘后恢復正常；隨后幾天偶爾凌晨數值跳變2 h后恢復正常，直至11日10時10 cm地溫數據一直在-40℃至-60℃之間，見圖2。

3 故障排查

3.1 替代法

按照替代原則將地溫分采集器上接線端子10cm與5 cm地溫傳感器接線互換，結果顯示5 cm數據異常，10 cm正常。因此懷疑10 cm地溫傳感器有可能故障，更換10 cm地溫傳感器后，數據依然異常，初步排除傳感器和地溫分采集器故障。

3.2 檢測法

用萬用表歐姆檔200 Ω測量傳感器四線電阻值1、3（1、4）腳，2、3（2、4）腳 ，阻值 分別 為 106.2 Ω、106.3 Ω、106.5 Ω 和 106.5 Ω，均在正常范圍內。 用溫度計算公式T＝ （Rt-100）/0.385計算得出溫度T為16.3℃，由此判斷10 cm地溫傳感器正常。溫度傳感器四線制測量電阻接線如圖3所示。

圖3 溫度傳感器四線制測量電阻接線示意圖

將10 cm地溫傳感器接入淺層地溫接線盒，測量電阻，阻值一直跳變不穩定。斷開接線盒到地溫分采接線并測量阻值，分別為 106.6 Ω、107.1 Ω、107.4 Ω和107.9 Ω，由此可判斷，淺層地溫接線盒到地溫分采線纜故障。

拔下地溫分采集器上10 cm地溫傳感器接線端子進行測量，發現傳感器電阻值一直跳變不穩定，懷疑地溫分采10 cm傳感器到淺層地溫接線盒子之間線纜有破損。將接線盒10 cm接線端子和地溫分采10cm接線端子直連，數據全部顯示正常。

數據恢復正常后，打開地溝發現10 cm地溫傳感器接線盒到地溫分采線纜被老鼠咬斷，將破損處連接處理好后，故障排除。

4 結語

針對一次DZZ5型自動氣象站淺層地溫數據異常故障，根據溫度傳感器鉑電阻原理和測量原理，經過逐級測量和故障排查，快速確定了故障點，及時恢復了數據采集和上傳，減少了數據缺失，保證了自動氣象站的正常運行。