为确保船舶气象站资料的连续、不间断,应作好仪器的维护、更换、维修,其中温度采集部分出现故障较为常见。本文结合温度传感器的工作原理,就一例温度偏低故障现象,分析其原因并提出排除方法。1温度传感器的工作原理自动气象站使用铂电阻温度传感器作为测温设备,该传感器是利用金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化的原理制成。
目前,我国气象上用的铂电阻温度传感器的主要技术指标是0℃阻值为100Ω,称为Pt100。对于-50℃~0℃温度范围,电阻值与温度的关系为:Rt=R01+αt+βt2[+C(t-100)t]3(1)对于0℃~+80℃温度范围,电阻与温度的关系为:Rt=R0(1+αt+βt)2(2)式中:R0—0℃时铂电阻的电阻值,Ω;Rt—t℃时铂电阻的电阻值,Ω;α—电阻的一次温度系数,其值为3.9083×10-3℃-1;β—电阻的二次温度系数,其值为-5.775×10-7℃-1;t—温度,℃;C—常数,其值为-4.183×10-12℃-1。 自动气象站主要采用四线制铂电阻传感器来进行温度的测量。转换电路将随温度变化的电阻值转换为电压信号输出,经采集器采集并计算,从而输出温度值。测量方法采用恒流源法,其原理如图1所示。图1温度传感器测量原理图在测量时,恒流源I0和运放电路处于稳定状态,通过切换测出电阻Rt和R0(标准电阻)输出的电压值Vt和V0,由Vt=I0×Rt和V0=I0×R0得到公式(3)。Rt=R0×VtV0(3)通过公式(3)和(1)或(2),可以计算出温度t。
此方法属于四线制测量,可消除引线电阻影响,提高温度测量准确度。通过以上计算能够得出电阻变化率为0.3851Ω/℃,因此检测时可能通过测量组间电阻(阻值在80Ω~120Ω之间)和组内电阻(阻值在1Ω~8Ω之间)的阻值,通过公式(4)近似计算传感器温度输出值,从而判断故障原因。T=(R'-100)0.385(4)其中R'为组间电阻和组内电阻的差值。 2温度偏低故障分析与排除
2.1故障现象四川省马边县国家级自动气象站温度异常,对人工站和自动站的温度资料作了对比分析发现,2017年8月6日22时以前,该站自动和人工日常温度基本吻合,对比差值都在(0.0~0.1)℃之间。22时以后自动气象站温度比人工日常观测数据低(1.6~1.8)℃之间,台站随即更换一只新Pt100温度传感器问题依旧。2.2故障分析与排除初步检查线路连接完好,采集正常有序,结合温度传感器四线制的工作原理,影响温度最直接的就是感应的电阻信号值,随即对采集器到传感器各个节点进行了电阻测试(测试包括组内和组间电阻值)发现,第一组(1、2号线)组内电阻为3.8Ω,第二组(3、4号线)组内电阻为38.4Ω,很明显第二组组内电阻明显高于了(0~8.0)Ω的正常区间值,这应该就是直接影响了采集器采集的物理量值,从而影响到其温度值的计算,通过公式(4)分析可得,组内电阻偏大将导致R'减小,从而使温度偏低。由于已更换新传感器,所以排除传感器故障。进一步对第二组组内电阻各个节点(采集器到传感器)进行了测试,测试发现在防雷板输入端组内电阻为4.1欧姆,输出端组内电阻为38.0Ω左右,很明显传感器输入防雷板的信号是正常的,而防雷板的输出出了问题,温度故障为防雷板故障所致。