為確保船舶氣象站資料的連續、不間斷,應作好儀器的維護、更換、維修,其中溫度采集部分出現故障較為常見。本文結合溫度傳感器的工作原理,就一例溫度偏低故障現象,分析其原因并提出排除方法。1溫度傳感器的工作原理自動氣象站使用鉑電阻溫度傳感器作為測溫設備,該傳感器是利用金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化的原理制成。
目前,我國氣象上用的鉑電阻溫度傳感器的主要技術指標是0℃阻值為100Ω,稱為Pt100。對于-50℃~0℃溫度范圍,電阻值與溫度的關系為:Rt=R01+αt+βt2[+C(t-100)t]3(1)對于0℃~+80℃溫度范圍,電阻與溫度的關系為:Rt=R0(1+αt+βt)2(2)式中:R0—0℃時鉑電阻的電阻值,Ω;Rt—t℃時鉑電阻的電阻值,Ω;α—電阻的一次溫度系數,其值為3.9083×10-3℃-1;β—電阻的二次溫度系數,其值為-5.775×10-7℃-1;t—溫度,℃;C—常數,其值為-4.183×10-12℃-1。自動氣象站主要采用四線制鉑電阻傳感器來進行溫度的測量。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。測量方法采用恒流源法,其原理如圖1所示。圖1溫度傳感器測量原理圖在測量時,恒流源I0和運放電路處于穩定狀態,通過切換測出電阻Rt和R0(標準電阻)輸出的電壓值Vt和V0,由Vt=I0×Rt和V0=I0×R0得到公式(3)。Rt=R0×VtV0(3)通過公式(3)和(1)或(2),可以計算出溫度t。
此方法屬于四線制測量,可消除引線電阻影響,提高溫度測量準確度。通過以上計算能夠得出電阻變化率為0.3851Ω/℃,因此檢測時可能通過測量組間電阻(阻值在80Ω~120Ω之間)和組內電阻(阻值在1Ω~8Ω之間)的阻值,通過公式(4)近似計算傳感器溫度輸出值,從而判斷故障原因。T=(R'-100)0.385(4)其中R'為組間電阻和組內電阻的差值。2溫度偏低故障分析與排除
2.1故障現象四川省馬邊縣自動氣象站溫度異常,對人工站和自動站的溫度資料作了對比分析發現,2017年8月6日22時以前,該站自動和人工日常溫度基本吻合,對比差值都在(0.0~0.1)℃之間。22時以后自動氣象站溫度比人工日常觀測數據低(1.6~1.8)℃之間,臺站隨即更換一只新Pt100溫度傳感器問題依舊。2.2故障分析與排除初步檢查線路連接完好,采集正常有序,結合溫度傳感器四線制的工作原理,影響溫度最直接的就是感應的電阻信號值,隨即對采集器到傳感器各個節點進行了電阻測試(測試包括組內和組間電阻值)發現,組(1、2號線)組內電阻為3.8Ω,第二組(3、4號線)組內電阻為38.4Ω,很明顯第二組組內電阻明顯高于了(0~8.0)Ω的正常區間值,這應該就是直接影響了采集器采集的物理量值,從而影響到其溫度值的計算,通過公式(4)分析可得,組內電阻偏大將導致R'減小,從而使溫度偏低。由于已更換新傳感器,所以排除傳感器故障。進一步對第二組組內電阻各個節點(采集器到傳感器)進行了測試,測試發現在防雷板輸入端組內電阻為4.1歐姆,輸出端組內電阻為38.0Ω左右,很明顯傳感器輸入防雷板的信號是正常的,而防雷板的輸出出了問題,溫度故障為防雷板故障所致。