AG2.0蒸發器的基本原理和故障排查

■王淑張振順

（1福建省霞浦縣氣象局福建寧德355199；2福建省三沙氣象臺福建寧德355101）

AG2.0蒸發器的基本原理和故障排查

■王淑1張振順2

（1福建省霞浦縣氣象局福建寧德355199；2福建省三沙氣象臺福建寧德355101）

2015年1月1日，我站DZZ5型自動氣象站正式投入運行。與之前的CAWS600BS型自動氣象站相比較，新型站增加了三種新型自動觀測儀器，其中蒸發觀測采用了AG2.0型超聲波蒸發器。新儀器投入運行后，蒸發實現了24小時連續自動觀測，減輕了觀測人員的勞動強度，觀測數據更為客觀、準確。本文主要對AG2.0蒸發器的基本原理、日常維護和故障排除方法進行介紹，為基層臺站的地面觀測工作提供些許參考。

DZZ5超聲波蒸發器日常維護故障排查

1　AG2.0型超聲波蒸發器基本原理

AG2.0型超聲波蒸發器整體由E601-B蒸發桶、超聲波傳感器、不銹鋼測量筒、小百葉箱以及鋁塑管等附件組成（如圖1）。通過在地面上安置一個小百葉箱，為超聲波傳感器和測量筒的安裝提供空間，減少溫度波動對超聲傳感器測量的影響；同時小百葉箱的增加方便了工作空間溫度的測量，用于補償環境溫度變化引起聲速的誤差。測量筒和E601-B蒸發桶間由鋁塑管組成連通器方式測量水位高度，較大程度上消除水位波動。原來蒸發傳感器直接安裝在蒸發桶內，很容易受到輻射、風、溫度等的影響，水位容易受到影響，波動比較大，不利于觀測數據的準確性和可靠性。

超聲波測距原理是通過超聲波發射器和接收器來實現的（示意圖如圖2）。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播時碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。假定超聲波在空氣中的傳播速度為v，而根據計時器記錄的測出發射和接收回波的時間差△t，就可以計算出發射點距障礙物的距離S，即:S=V*△t/2。同時考慮到聲速對氣溫的影響較為敏感，在組件中配置Pt-100溫度感應器，對溫度的影響進行校正，以保證有效使用范圍內的測量精度。

AG2.0超聲蒸發器的測量范圍為0-100mm，分辨率0.1mm，測量準確度±1.5%（0--+50℃），直流供電電壓為12伏左右。

2　蒸發器的日常維護

（1）蒸發器用水的要求：按照地面氣象觀測規范的要求，應盡可能用代表當地自然水體（江、河、湖）的水。在取自然水有困難的地區，也可使用飲用水。器內水要保持清潔，水面無漂浮物，水中無小蟲及懸浮污物，無青苔，水色無顯著改變。

（2）一般每月換一次水，換水時應清洗蒸發桶，測量桶及連通管，換入水的溫度應與原有水的溫度相接近。應當在一小時內完成換水過程，避免跨小時換水，造成幾個小時的蒸發缺測，影響日蒸發量。

（3）每年應定期檢查蒸發桶、管道等的滲漏情況等；如果發現有滲水，應立即進行處理。

（4）冬季應注意觀察水面是否結冰時，如果結冰該儀器不觀測，應將傳感器取下，妥善保管；解凍后再重新安裝使用。蒸發觀測按相關的業務規定處理。

（5）加水最好使用水管連續往蒸發桶內注水，當水面基本淹過蒸發桶連通器上水位后，可以從測量筒中往里面加水，排除氣泡后再正常往蒸發桶內注水。加水時要緩慢或平穩地加，避免一大桶水嘩地一下就倒入。

（6）在日常使用儀器的過程中，值班員應當注意蒸發水位，應盡量使水位處于傳感器的刻度線的中間，以免水位超出傳感器的測量范圍，而造成數據的不準確，水位過高或過低應及時舀出或加水。當預測未來有較大降水過程時，為了保證蒸發桶水不發生溢出，應及時將蒸發桶內的水舀出。發現蒸發量有明顯異常或錯誤的，應查找原因及時處理解決。

3　常見故障排查

3.1強降水后蒸發異常

強降水后小時蒸發量為0.6mm-0.8mm，甚至更大，根據實際天氣狀況可判定為蒸發異常。造成異常的原因是雨量筒和E601-B蒸發桶的承水面積差異較大（面積比約1：10），又安裝在觀測場的不同位置，強降水時實際二者各自承接的雨量相差較大，從而計算出的蒸發量明顯偏大。實際上，降水時空氣的濕度一般都在90-100%，蒸發量很小，按有關業務規定，小時蒸發量按0毫米處理。

3.2大風引起的蒸發異常

夏季臺風影響時，常出現長時間的大風。容易將蒸發桶的水刮出，造成蒸發明顯偏大而失真，這時小時蒸發量按缺測處理。如果連續二小時以上出現缺測，則日蒸發量也作缺測處理。

3.3蒸發桶換水清潔后蒸發量異常

在蒸發換水清潔后幾個小時內，小時蒸發量明顯偏小。這時應檢查連接蒸發桶到超聲波測量桶之間的鋁塑管是否有異物堵住，或者鋁塑管中有無氣泡。檢查是否堵塞的方法是用一根電工用的穿線鋼絲，從測量筒直接穿入至蒸發桶，確保暢通即可。檢查連通管中是否有氣泡的方法：利用雨量杯倒入30毫米水到桶中，延時約10分鐘待水位穩定后，從SMO軟件中查詢蒸發水位是否上升3毫米。如果讀數偏小，說明管中有氣泡，用本文2.5節中所述的方法將管中氣泡排除，蒸發測量就能恢復正常了。

3.4供電異常引起的蒸發故障

小時蒸發量幾個小時連續為0毫米，根據當時天氣狀況判斷確定有誤。清洗蒸發桶及連通管道后重新加水，小時蒸發還是為0。通過SMO查詢蒸發水位也一直無變化。拆開蒸發測量筒的接線盒，用萬用表直流檔位測各個接線的直流電壓，分別測量紅、綠、藍色端子對地電壓，紅色對地始終只有6.5伏，懷疑直流供電有問題，用新電纜更換后，恢復正常。

4　結語

本文通過AG2.0型蒸發器基本原理、日常維護方法和常見故障排查方法的介紹，使觀測員對蒸發器有了較為全面的了解，有助于地面觀測員做好儀器的維護工作，快速排除故障，確保了蒸發觀測數據信息的準確性、可靠性和及時性，提高地面觀測數據質量。

［1］中國氣象局地面氣象觀測規范北京：氣象出版社，2003

［2］胡玉峰自動氣象站原理與測量方法北京：氣象出版社，2004

［3］WUSH-TV2型超聲波蒸發傳感器用戶手冊無錫江蘇省無線電科學研究所有限公司，2012

［4］李黃自動氣象站實用手冊北京氣象出版社，2007

P414.8+2［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-464-1