地面氣象觀測儀器常見故障診斷及日常維護

連瑞漂，蘭宗宏，石金偉

（福建省德化九仙山氣象站，福建 泉州 362500）

1.引言

近年來，隨著社會的發展與科技進步，我國氣象事業發生了翻天覆地的變化，氣象業務現代化建設高效推進，地面氣象觀測業務于2020年4月1日已全面實現自動化觀測，這預示著氣象觀測業務開啟了新的篇章，不但大大節約氣象方面的人力資源，而且大幅提高了地面氣象觀測業務質量和效率，氣象觀測儀器采集到的氣象觀測數據也更為全面、準確，為天氣預報、公共氣象服務等工作的開展提供了特別有價值的數據指導。但與此同時，氣象臺站地面氣象觀測儀器每天需要24 h不間斷運行，觀測儀器自身消耗特別大，在長時間運行過程中有些氣象觀測儀器也會碰上一些故障問題，從而影響到地面氣象觀測業務的順利開展[1]。基于此，本文重點對地面氣象觀測儀器常見故障進行診斷分析，并提出地面氣象觀測儀器儀器日常維護建議，以確保地面氣象觀測儀器均能夠全天候穩定運行，進一步提高地面氣象觀測業務質量。

2.地面氣象觀測儀器常見故障診斷

2.1 采集器故障

采集單元故障：氣象臺站采集器處于運行狀態的時候，如果發現某些氣象要素數據亂碼或者丟失；觀測數據卸載到業務計算機發生異常；整點觀測數據沒有了；監控軟件異常[2]，需要及時采取科學有效的方式進行診斷（圖1）。通過對故障情況進行診斷發現主要原因如下：當雷擊對采集單元造成不同程度的損壞時，控制面板和采集器的主板，或雷電中的電磁干擾會導致數據采集不成功。為了盡可能有效地將故障問題進行排除，工作人員應該對通訊軟件的參數設置情況進行仔細檢查，通過手動方式對數據進行卸載，同時對采集器作復位處理，若指示燈閃爍間隔存在異常問題，那么此時需要認真對交流輸入燈、直流輸出燈狀況進行觀察，假如這些處于穩定狀態，那么極有可能會屬于采集單元故障，應該安排專業人員對故障部位進行維修亦或者直接換取新的儀器[3-5]。

圖1 數據異常診斷方法

通道防雷板故障：一般而言，氣象臺站站防雷板的故障會導致某些氣象要素異常。根據業務實際情況發現此故障的主要原因是由雷電引起的，即雷電擊中采集器通信板或防雷管，從而造成儀器損壞。氣象觀測人員可以憑借萬用表的電阻檔對各個通道的連接狀態進行認真檢查，同時觀察上下通道亦或者其他通道的連接狀態，假若上下不通，或者如果它們連接到其他通道，則大體上可以診斷為雷擊防雷板損壞故障，需要及時維修或換取新部件。

2.2 氣壓傳感器故障

一般而言，如果氣象臺站氣壓傳感器出現故障，則應盡快切斷系統電壓，以免情況繼續蔓延。如果發現氣壓值穩定性差并且波動十分大，那么就應及時檢查氣壓傳感器的連接狀態，以查看是否有異物堵塞通氣口。如果以上情況均屬于正常狀態，那么說明氣壓傳感器存在故障，應該及時維修地面氣象觀測儀器或直接對新設備進行更換。如果地面氣象觀測業務數據存在缺測問題，那么就應該仔細查看氣壓數據是否能夠在采集面板上顯示正常。同時，應仔細測量電源電壓。如果電源電壓正常，氣壓數據依舊沒有正常顯示，那么可被判斷為氣壓傳感器故障，需要盡快維修處理亦或者更換新儀器[6-9]。

2.3 雨量傳感器故障

如果氣象臺站運行期間，雨量傳感器數據記錄方面顯示出現異常，那么就需要及時對雨量傳感器進行認真檢查。觀察雨量傳感器內部有無堵塞物存在，同時需要將堵塞物清除[10]。此外，需要認真對翻斗的性能進行檢測，看其是否變形，這會使得翻斗的穩定性不足并應計數的準確性。假如通過檢查發現變形問題后，需要及時更換。若雨量傳感器內無故障，那么需要仔細觀察與雨量傳感器相連接的電纜電路、信號系統以及干簧管等部件，通過分析診斷判斷有無異常。一旦通過診斷發現不同程度的儀器故障，就應安排專門的維修保障人員對儀器進行及時維修維護或更換新的儀器，以確保雨量傳感器能夠正常運行。

2.4 風傳感器故障

通常情況下，風向、風速傳感器產生故障的部位比較多，在儀器運行過程中工作人員應需要仔細診斷分析，然后采取科學有效的維護措施。在檢修風傳感器的時候，可以在采集器中輸入相應的命令，以檢查是否存在風向、風速數據。如果不存在，則應檢查風傳感器的電源并檢查傳感器的輸出信號。萬用表可用于測量風速傳感器和地線之間的電壓值。在正常狀態下，風杯的電壓一般處于工作電壓的1/2。假若所測量的電壓值不在標準值之內，則風速傳感器很可能會發生故障，因此有必要及時修理或更換新儀器。相反，如果測得的電壓值正常，則需要繼續進行分析診斷，直到故障得到有效處理。對于風向傳感器的故障，假若單獨判斷故障問題，將會使得工作難度增大。此時，可以使用替換方法將現有儀器替換為新的風向傳感器，以查看其是否能夠及時解決問題。如果可以解決故障，則可以將其診斷為風傳感器故障，應立即安排人員維修或更換設備。

2.5 溫度傳感器故障診斷及處理

如果在實際的地面天氣觀測工作中觀測到的溫度數據異常或丟失，則可能是由于溫度傳感器故障所致。檢查所有與溫度傳感器的電纜連接。可以通過萬用表的蜂鳴器一一測量溫度傳感器的4條電纜，并且2條短路線以組的形式檢測（1和2、3和4）。借助于萬用表對溫度傳感器1腳與3腳或2腳與4腳的電阻值分別進行測量，測量后將該數值記錄為R1，該數值大都在110Ω左右，之后對1腳與3腳或2腳與4腳的電阻值進行測量，該電阻值記錄為R2（圖2）。實際上，R2的數值相對較小，將R1與R2相減可得出R的數值，之后結合公式T=（R-100）/0.385，將溫度數值計算出來，并將計算的溫度值與標準值進行對比。比較這兩個值，如果兩者之間有較大誤差，則表示溫度傳感器有故障，必須及時更換或維修。如果兩個值相似，則溫度傳感器正常，這可能是由于采集器通道錯誤或其他原因引起的。必須仔細檢查。為了避免錯誤判斷，需要分別測量兩組溫度數據。

圖2 四線制測電阻接線示意

3.地面氣象觀測儀器的日常維護

3.1 采集器的日常維護

采集器屬于氣象臺站的關鍵組件，應特別重視采集器的日常維護工作，要禁止在采集器上放置雜物。在對采集器進行清潔的時候，要選用軟毛刷。還需要時常查看采集器指示燈是否可以穩定運行。一旦采集器指示燈發生異常，則需要及時檢查并對采集器進行維修維護。春末至夏季屬于雷電多發季節，在頻繁出現雷電災害之前，有必要第一時間檢測氣象站地面氣象觀測儀器的防雷裝置，檢查防雷裝置的布局、接地電阻值是否符合防雷標準要求，并防止雷擊將采集器系統損壞。

3.2 氣壓傳感器的日常維護

為了避免氣壓傳感器被大氣流所影響，在打開儀器機柜門的時候工作人員需要格外小心，要求確保靜壓氣孔一直處于順暢態勢，要防止氣孔被灰塵或者其他物質堵塞。此外，還需要不時對氣壓傳感器的電源電壓進行測量，確保儀器運行可靠和觀測數據的準確性。

3.3 雨量傳感器的日常維護

工作人員應不時清潔和維護雨量傳感器，并仔細檢查雨量傳感器組件是否有灰塵、樹葉和其他雜質。當需要清潔和維護儀器時，最好使用軟刷進行清潔，請勿用手直接接觸內壁，以免因為污漬的附著而對降雨的準確性產生不利影響；當下雨較少或沒有降水天氣的時候，最好蓋上防雨罩，但必須在下雨前及時打開。另外，應確保干簧管開關性能的穩定性和器口的合理性。

3.4 風傳感器的日常維護

每年至少需要清潔一次風傳感器的軸承。由于滾動軸承的兩側均配有防塵罩，因此在清潔過程中最好不要取下防塵罩。通常要注意觀察風杯和風向標是否處于靈活穩定的旋轉狀態。天氣復雜（例如雷暴、強風和大雨）后，應檢查風向標是否朝北，并校準風向標以確保風傳感器正常工作。

4.結語

新型自動氣象站的建成和使用，提高了氣象要素觀測的準確性、及時性和代表性，減輕了測報人員的工作強度，但由于觀測儀器的精密性，使得儀器設備更加容易出現故障，對測報人員的理論知識及操作技能也提出了更高的要求，需要觀測員熟練掌握儀器操作、維修維護知識，能夠迅速對儀器故障作出分析和判斷，并進行簡單的維修，熟練掌握觀測數據質量控制方法，定期做好自動氣象站儀器維護管理。同時，還要加強臺站自動氣象站供電系統、通信系統等故障的維修維護工作，確保新型自動氣象站能夠正常運行，提高氣象觀測質量。

綜上所述，地面氣象觀測儀器在現代氣象觀測業務中發揮著極其重要的作用。一旦地面氣象觀測儀器出現故障問題，會使得氣象觀測數據質量和天氣預報的制作受到不同程度的影響。因此，各級氣象臺站工作人員均應注重對地面氣象觀測儀器操作技術、故障維修以及日常維護方法的學習，不斷提升地面觀測儀器故障診斷分析和維修維護能力，確保觀測儀器的穩定運行。