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為確保船舶氣象站資料的連續(xù)、不間斷,應(yīng)作好儀器的維護(hù)、更換、維修,其中溫度采集部分出現(xiàn)故障較為常見。本文結(jié)合溫度傳感器的工作原理,就一例溫度偏低故障現(xiàn)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(dòng)氣象站使用鉑電阻溫度傳感器作為測(cè)溫設(shè)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(guó)氣象上用的鉑電阻溫度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)是0℃阻值為100Ω,稱為Pt100。對(duì)于-50℃~0℃溫度范圍,電阻值與溫度的關(guān)系為:Rt=R01+αt+βt2[+C(t-100)t]3(1)對(duì)于0℃~+80℃溫度范圍,電阻與溫度的關(guān)系為:Rt=R0(1+αt+βt)2(2)式中:R0—0℃時(shí)鉑電阻的電阻值,Ω;Rt—t℃時(shí)鉑電阻的電阻值,Ω;α—電阻的一次溫度系數(shù),其值為3.9083×10-3℃-1;β—電阻的二次溫度系數(shù),其值為-5.775×10-7℃-1;t—溫度,℃;C—常數(shù),其值為-4.183×10-12℃-1。自動(dòng)氣象站主要采用四線制鉑電阻傳感器來進(jìn)行溫度的測(cè)量。轉(zhuǎn)換電路將隨溫度變化的電阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出,經(jīng)采集器采集并計(jì)算,從而輸出溫度值。測(cè)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(cè)量原理圖在測(cè)量時(shí),恒流源I0和運(yùn)放電路處于穩(wěn)定狀態(tài),通過切換測(cè)出電阻Rt和R0(標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算出溫度t。
此方法屬于四線制測(cè)量,可消除引線電阻影響,提高溫度測(cè)量準(zhǔn)確度。通過以上計(jì)算能夠得出電阻變化率為0.3851Ω/℃,因此檢測(cè)時(shí)可能通過測(cè)量組間電阻(阻值在80Ω~120Ω之間)和組內(nèi)電阻(阻值在1Ω~8Ω之間)的阻值,通過公式(4)近似計(jì)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(nèi)電阻的差值。2溫度偏低故障分析與排除
2.1故障現(xiàn)象四川省馬邊縣自動(dòng)氣象站溫度異常,對(duì)人工站和自動(dòng)站的溫度資料作了對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),2017年8月6日22時(shí)以前,該站自動(dòng)和人工日常溫度基本吻合,對(duì)比差值都在(0.0~0.1)℃之間。22時(shí)以后自動(dòng)氣象站溫度比人工日常觀測(cè)數(shù)據(jù)低(1.6~1.8)℃之間,臺(tái)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(jié)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(yīng)的電阻信號(hào)值,隨即對(duì)采集器到傳感器各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了電阻測(cè)試(測(cè)試包括組內(nèi)和組間電阻值)發(fā)現(xiàn),組(1、2號(hào)線)組內(nèi)電阻為3.8Ω,第二組(3、4號(hào)線)組內(nèi)電阻為38.4Ω,很明顯第二組組內(nèi)電阻明顯高于了(0~8.0)Ω的正常區(qū)間值,這應(yīng)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(jì)算,通過公式(4)分析可得,組內(nèi)電阻偏大將導(dǎo)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(jìn)一步對(duì)第二組組內(nèi)電阻各個(gè)節(jié)點(diǎn)(采集器到傳感器)進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試發(fā)現(xiàn)在防雷板輸入端組內(nèi)電阻為4.1歐姆,輸出端組內(nèi)電阻為38.0Ω左右,很明顯傳感器輸入防雷板的信號(hào)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。