常見自動氣象站故障判斷方法及維修——以普蘭縣為例

左航天

（西藏阿里地區普蘭縣氣象局，西藏 普蘭 859500）

0 引言

自2020年自動氣象站地面觀測自動化以來，業務人員主要職責從地面觀測逐步轉向至設備維修和維護，本文依托普蘭縣現有5套自動氣象站常規監測6要素的主要設備型號，系統介紹自動氣象站的工作原理、故障排查步驟及簡單的解決辦法，為業務人員排除裝備故障和問題提供一個科學的參考依據。

1 設備故障分類

自動氣象站能夠利用數據采集器對采樣數據進行數據收集、數據處理、數據質控、數據存儲，通過通訊模塊實現數據傳輸，一般而言，設備出現故障主要體現在兩個方面：一是硬件故障（如：電源無法正常供電、采集器被燒壞、通訊線纜無法正常傳輸等），這類故障原因較多，需要仔細排查、分析和判斷；二是傳輸故障（如：通訊模塊不能夠正常工作、通訊卡沒有通訊費等）。

2 處理故障原則

2.1 安全原則

普蘭縣除國家基準氣候站外，其余設備均采用太陽能供電系統，其工作電壓主要在12-13.7v之間，蓄電池為98AH膠體蓄電池，也有部分設備采用的電池不一樣，在檢測故障時，有些故障需要帶電、有些則需要斷電測量，所以要牢記，進行電壓和電流測量時，要選擇正確的量程和直流電，以免燒壞設備或者萬用表。

2.2 分解原則

自動氣象站由好幾部分組成，有傳感器、通訊線纜、采集器、通訊模塊、供電系統等，確認故障時，要將設備從理論上分割成不同的部門，如溫度采集模塊、濕度采集模塊、降水量采集模塊等，針對性的進行故障排查，切勿到達臺站后，亂拆亂卸，從而引起其他模塊故障。

2.3 替代原則

維修設備時，可以先大致判斷出故障出現在那一部分，可以用一個好的設備進行替換，若故障消失，則顯示故障判斷正確，與此同時，設備則維修好，這樣能夠更快的進行裝備維修，設備進行替代必須要斷電，嚴禁帶電操作，避免損壞其它設備。

3 傳感器的故障判斷

3.1 溫度傳感器

各個自動氣象站用的溫度傳感器不盡相同，有VAISALA廠家生產的HMP45D溫濕傳感器、有中國華云生產的HYHMP155A溫濕度傳感器、也有直接用溫度探頭的設備，主要采用的測量原理為利用鉑電阻在溫度變化的時候其阻值也在對應的發生線性變化，溫度每上升或下降1℃，電阻值則會相應的變化0.385Ω。

故障判斷步驟：①溫度傳感器主要采用四線制接法，一般顏色為紅、紅、黃、黑，在設備采集器上找到對應的接線端，檢查通訊線是否緊固；②用萬用表直流電壓檔測量供電是否正常；③按照線序的排列順序，依次測量標號1，3或者2，4之間的電阻值R1（80-120Ω），再測量標號1，2或者3，4之間的電阻值R2（1-9Ω），最后利用公式估算出大致溫度（電阻值不在正常范圍或者利用電阻值測量出的溫度值異常，均可判斷傳感器故障）。有時候，傳感器引線螺絲松動，造成引線連接處有接觸電阻，使得R值計算有誤；另外溫度傳感器的屏蔽線沒有接地也可能造成對信號傳輸的影響，由于相關線路或設備等其他原因造成的，也可以使溫度數據異常，因此，遇到溫度數據故障時，需要根據當地的實際情況，冷靜分析故障原因，直到故障排除。

3.2 濕敏電容傳感器

濕度傳感器主要采用有VAISALA廠家生產的HMP45D溫濕傳感器和有中國華云生產的HYHMP155A溫濕度傳感器，該設備科同時測量溫濕度，本文主要以HYHMP155A設備為例，該設備工作原理為：水蒸汽穿過上部電極,到達活性聚合物薄膜，多少水蒸汽被薄膜吸收取決于周圍環境的相對濕度，聚合物中吸收的水蒸汽改變了傳感器的電介質特性，傳感器的電容值改變，傳感器電容的改變通過測量電路測量，輸出信號為0～1V電壓，進而得出對應濕度為0～100%RH[1]。

故障判斷步驟：①在設備采集器上找到對應的接線端，檢查通訊線是否緊固；②用萬用表電阻檔測量傳感器線阻，觀察是否在1-9Ω之間，或者直流電壓測量供電電壓（濕度正極）和接地線（濕度負極），觀察直流電壓是否在0-1V之間，若測量的阻值或者電壓不在范圍內，則可以判斷故障為濕度傳感器；③接線故障，檢查接線，看看是否有虛接的現象，另外要檢查屏蔽線是否接好[2]。

3.3 風向傳感器

風向傳感器主要采用航天新氣象生產的ZQZ-TF和中環天儀生產的EL15-2C的設備，本文主要分析中環天儀生產的EL15-2C設備，其工作原理主要是利用單板式風向標和七位格雷碼光電碼盤，在風力的驅使下，風向標主軸帶動碼盤旋轉，隨著角度的變化，將產生一組新的七位并行格雷碼，通過查詢格雷碼與之對應的表格，從而得出具體風向。

故障判斷步驟：①檢查主采集器中指示燈是否正常（一秒滅、一秒亮），再看風向通訊線纜接線端是否牢固；②直接用萬用表直流檔檢測供電系統，正極測量*5V端、負極測量G，觀察電壓是否為+5VDC，從而判斷是否為供電系統故障；③用萬用表直流電壓檔測量端信號線，正極依次測量D6-D0、負極測量G端，大于3.5V的為1、小于1V的為0，然后根據轉換表查詢對應風向，與實際風向相對比，判斷是否為傳感器故障（注意：格雷碼第1位到第7位分別為D6到D0相對應的格雷碼，然后轉換成2進制，再轉成10進制，再乘以2.8125計算出相應的風向數值）。

3.4 風速傳感器

風速傳感器主要采用江蘇省無線電科技研究所有限公司生產的ZQZ-TF測風傳感器和華云升達生產的EL15-1C設備，其工作原理大致差距不大，均為利用三個輕質錐形風杯，附著在中心不銹鋼軸上的截光盤隨軸旋轉，每轉動一圈，切割紅外光束14次，從而由光電晶體中產生出一個脈沖鏈，輸出的脈沖速率與風速成正比[3]。

故障判斷步驟：①使用便攜式示波器檢查風速傳感器的輸出脈沖信號是否正常，或者用萬用表測量信號線的電壓，在風杯轉動的情況下是否有一半的工作電壓2.5V輸出（風杯轉動時，電壓在高低電平之間來回波動，萬用表測量的是單位時間內的平均電壓，所以顯示的值為高低電平電壓的平均值），不轉到的情況下是否有5V，或者0V輸出；②測量通道故障，對風速測量通道加0-1KHz的方波脈沖，檢查采集器測量通道的頻率測量是否正常；③接線故障，檢查接線，看看是否有虛接的現象，另外要檢查屏蔽線是否接好[4]；④檢查采集器的質控參數、SENST等。

3.5 雨量傳感器

雨量傳感器主要采用SL3-1型雙翻斗雨量傳感器（夏季使用）和江蘇省無線電科學研究所有限公司生產的稱重式降水傳感器（冬季使用）。SL3-1型雙翻斗雨量傳感器工作原理為翻斗式雨量計由盛水翻斗、計數翻斗、干簧管等構成。在測量過程中，當盛水翻斗承積的水量達到一定量時，翻斗翻倒，計數翻斗開始盛雨，計數翻斗中部裝有一塊小磁鋼，磁鋼上端有干簧管，當計數翻斗翻動時，磁鋼對干簧管掃描，使干簧接點因磁化而瞬間閉合一次，送出一個電路導通脈沖，相當于0.1mm降雨量[5]。稱重式降水傳感器工作原理為采用弦振的轉換方式和應變片稱重方式，通過對質量變化的快速響應測量降水量。

故障判斷步驟：①使用JJS2型翻斗雨量傳感器校準儀檢查是否正常工作；②用萬用表直流檔直接測量供電系統是否正常（正常工作電壓為+5VDC）；③用萬用表蜂鳴檔測量接線端，手動撥動計數翻斗，每撥動一次，會發出一次蜂鳴聲，判斷設備是否正常工作；④接線故障，檢查接線，看看是否有虛接的現象，另外要檢查屏蔽線是否接好（注：一般而言，翻斗雨量傳感器需要不定期的維護，防止承水口漏斗被堵塞，且利用雨量傳感器校準儀可以判斷大部分故障）。

3.6 氣壓傳感器

氣壓傳感器主要采用VAISALA公司生產的PTB330和PTB220兩種設備，其工作原理主要為感應元件采用硅電容壓力傳感器，硅電容壓力傳感器具有很好的滯后性和重復性及溫度特性、長期穩定性[6]。

故障判斷步驟：①用萬用表直流檔測量電壓，正極接G端、負極接R端，測出電壓為+4.5VDC左右，且可以看到間隔10S左右電壓會有瞬間變化，則氣壓傳感器正常；②串口通訊故障，使用串口調試檢查采集器氣壓通訊串口的工作狀態[7]；③檢查采集器的質控參數，SENST、QCPS、AIRPTYPE等。

4 結語

區域自動站距離單位路途較遠且環境惡劣，檢修工作中會遇到各種各樣的故障，有些故障在處理起來可能會很麻煩。設備保障人員不但要技術過硬，還有認真細致，對工作有耐心。在維修思路上不能局限在一些教條的框框當中，針對不同的故障現象，認真分析研究，即可找出問題所在。