區域氣象站現場核查設備工作原理及使用方法研究

田世芹，劉 非， 孫亞麗

(濱州市氣象局，山東 濱州 256600)

0 引言

區域氣象站是按照國際氣象組織氣象觀測標準，在國家級氣象站網的空隙中，為進行加密觀測而布設的自動氣象站。區域氣象站一般采用太陽能供電，可采集溫度、雨量、風向、風速等信息，每小時通過手機網絡自動傳輸數據。當前，我國氣象探測領域在用的各類區域氣象站已達5萬套以上，伴隨著氣象現代化的穩步推進[1]，數量還在不斷增加。根據相關規定，自動氣象站所采用的傳感器需要定期檢測和標定[2]，以保證探測數據的可用性。羅淇[3]等提出了自動氣象站現場核查的概念，張莉莉[4]等研究了自動氣象站現場溫度核查系統，劉昕[5-7]等研究了自動氣象站風向、風速現場核查方法。本文著重介紹區域氣象站各類傳感器現場核查設備的工作原理及使用方法[8-11]，以幫助業務人員盡快掌握區域氣象站現場核查技術，保障區域站設備的穩定運行。

1 區域氣象站現場核查工作簡介

區域氣象站現場核查工作主要包括對溫度、濕度、氣壓、雨量、風向、風速等設備的現場核查。由于國內區域站大多分布在野外，所以用于現場核查的設備必須脫離交流電的限制，并能通過串口相連，實現自動核查、記錄核查結果和打印核查報告等功能。

2 各設備的工作原理及使用方法

2.1 GRZ3800精密數字溫度計

GRZ3800精密數字溫度計采用32位單片機、24位模數轉換器和微功耗集成電路模塊化設計。該設備采用四線制測溫原理，利用鉑電阻值隨溫度變化來實現測溫的目的。其轉換電路將隨溫度變化的電阻值轉換為電壓信號輸出，經采集器采集并計算，從而輸出溫度值。溫度傳感器測量原理如圖1所示。

圖1 溫度傳感器測量原理圖

GRZ3800可以檢測Pt100二等標準鉑電阻溫度計和Pt25一等標準鉑電阻溫度計，溫度測量范圍為-60～+100 ℃，最大允許誤差為±0.05 ℃，通信接口為RS-232和以太網。其具有電容觸摸屏漢字數字顯示、性能穩定、交直流兩用(內置電池)、抗干擾能力強和操作方便等特點，廣泛適用于實驗室和工業過程中的精密溫度測量，符合ITS-1990國際溫標。

另外，該設備在使用前需預熱20 min后才可以達到最佳工作狀態，使用時需注意兩個通道標準鉑電阻溫度計是否接反，檢查標準鉑電阻溫度計接線柱有沒有松動以及接線順序是否正確。

2.2 JJS2型雨量校準儀

JJS2型雨量校準儀由水槽、標準計量球、進水閥、出水閥、流量控制閥、計數器等部分組成，內部結構如圖2所示。

圖2 JJS2型雨量校準儀內部結構圖

其工作原理是設備中與大氣相通的U型管中的水，平衡時兩端都處于同一高度。根據此原理，可實現往標準球中注水和雨量待校準結束后自動停水；關閉出水閥，打開進水閥，儲水槽中的水受到重力作用往標準球中注水，標準球水滿時多余的水通過溢流口流出，關閉進水閥，完成往標準球中注水的過程。打開出水閥，標準球中的水通過出水閥、流量控制閥、三通后流入雨量傳感器翻斗。當標準球水位下降與三通平衡時，出水過程便自動停止。通過這兩個過程，把標準球的量值傳遞到被測雨量傳感器中。該設備具備量值傳遞準確可靠、堅固耐用、外形輕巧，操作簡單、測試結果精確度高等特點，適用于不同口徑翻斗雨量傳感器的現場標定。

在使用過程中，如果大雨強和小雨強的校準結果均為偏大或偏小，可以通過調節計量翻斗兩邊的定位螺絲來消除計量誤差。當誤差為負值時，應向內調節定位螺絲，使翻斗內的盛水量減少，計數值增加；當誤差為正值時，應向外調節定位螺絲，使翻斗內盛水量增加，計數值減少。調整時，應同時調整兩邊翻斗的定位螺絲，定位螺絲調節的量應相同，以保持計量翻斗的水平。

2.3 JJE10型風向核查儀

JJE10型風向核查儀主要用于各類風向傳感器的定性定量測試，是集風向傳感器的驅動控制、檢測、顯示于一體的新型檢測設備。該設備標準風向的產生是采用了固定風向傳感器主體方式，使用步進電機拖動風向標轉動的辦法，達到風向檢測的目的。標準為內置360°刻度線的碼盤，通過光電開關傳感器將采到的數據反饋到控制器中作為標準。同時，該設備還配備了角度盤，用于操作人員實際觀察使用，也可在不使用自動模式時手動旋轉支撐桿，用眼觀察數值，起到輔助測量的作用。

該設備由校驗臺和便攜式控制器兩大部分組成。校驗臺用于安裝各類風向傳感器。進行風向校驗時，被測傳感器配套不同的風座轉接件，安裝在校驗臺上，用支撐桿固定風向標。便攜式控制器控制步進電機帶動風向標轉動，采用閉環控制原理，使得校驗儀精度得到保證。在使用時，選擇配套的風座轉接件固定在校驗儀上，將傳感器連接好線纜安裝在風座轉接件上，固定好后按照刻度指示調節好伸縮桿高度；向下壓尾翼托架轉動到尾翼桿上，托架受彈簧桿力量頂住尾翼，提高檢定精度。

JJE10型風向檢查儀安裝示意圖如圖3所示。

圖3 JJE10型風向核查儀安裝示意圖

2.4 JJE3型風速校驗儀

JJE3型風速校驗儀主要用于各類風速傳感器的定性定量測試，是集風速模擬、檢測、顯示于一體的專用杯式風速傳感器檢測設備。進行風速傳感器校驗時，去掉傳感器的風杯，用軟管連接傳感器軸，通過機械傳動方式強制風速傳感器軸轉動，使風速傳感器輸出信號，校驗儀顯示與轉速相關的風速值。其標準風速發生器有內置帶碼盤的直流無刷電機，使用直流無刷電機拖動風速傳感器同步轉動；電機通過變頻調速技術來實現調速，通過連接電機的編碼器獲得電機轉速來獲得標準轉速。為了實現標準轉速和設置轉速一致，電機內部采用比例積分控制算法，保證了標準轉速和設備轉速的高度一致。

該設備外觀簡潔、性能可靠，對測試環境要求較低，方便用戶在室內和室外進行不同種類風速傳感器的測試，操作簡單，使用方便。在使用時，還應對風杯的外觀、轉動性能和平衡特性進行認真的檢查，并對檢查不合格的傳感器進行修理或判定為不合格。

3 結束語

現場核查是日常驗證觀測設備及其測量系統性能的一項維護性工作。本文通過介紹區域氣象站各類傳感器現場核查設備的工作原理及使用方法，指出了GRZ3800精密數字溫度計、 JJS2型雨量校準儀、JJE10型風向核查儀、JJE3型風速校驗儀等設備的高穩定性、準確性和便攜性等優點。這些設備適合用于相關設備的現場核查工作，同時為業務人員在設備安裝、巡檢、維護、維修或更換部件后的現場核查提供技術依據。