地面氣象觀測儀器常見故障診斷及日常維護

連瑞漂，蘭宗宏，石金偉

（福建省德化九仙山氣象站，福建 泉州 362500）

1.引言

近年來，隨著社會的發(fā)展與科技進步，我國氣象事業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)高效推進，地面氣象觀測業(yè)務(wù)于2020年4月1日已全面實現(xiàn)自動化觀測，這預(yù)示著氣象觀測業(yè)務(wù)開啟了新的篇章，不但大大節(jié)約氣象方面的人力資源，而且大幅提高了地面氣象觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量和效率，氣象觀測儀器采集到的氣象觀測數(shù)據(jù)也更為全面、準(zhǔn)確，為天氣預(yù)報、公共氣象服務(wù)等工作的開展提供了特別有價值的數(shù)據(jù)指導(dǎo)。但與此同時，氣象臺站地面氣象觀測儀器每天需要24 h不間斷運行，觀測儀器自身消耗特別大，在長時間運行過程中有些氣象觀測儀器也會碰上一些故障問題，從而影響到地面氣象觀測業(yè)務(wù)的順利開展[1]。基于此，本文重點對地面氣象觀測儀器常見故障進行診斷分析，并提出地面氣象觀測儀器儀器日常維護建議，以確保地面氣象觀測儀器均能夠全天候穩(wěn)定運行，進一步提高地面氣象觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2.地面氣象觀測儀器常見故障診斷

2.1 采集器故障

采集單元故障：氣象臺站采集器處于運行狀態(tài)的時候，如果發(fā)現(xiàn)某些氣象要素數(shù)據(jù)亂碼或者丟失；觀測數(shù)據(jù)卸載到業(yè)務(wù)計算機發(fā)生異常；整點觀測數(shù)據(jù)沒有了；監(jiān)控軟件異常[2]，需要及時采取科學(xué)有效的方式進行診斷（圖1）。通過對故障情況進行診斷發(fā)現(xiàn)主要原因如下：當(dāng)雷擊對采集單元造成不同程度的損壞時，控制面板和采集器的主板，或雷電中的電磁干擾會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不成功。為了盡可能有效地將故障問題進行排除，工作人員應(yīng)該對通訊軟件的參數(shù)設(shè)置情況進行仔細(xì)檢查，通過手動方式對數(shù)據(jù)進行卸載，同時對采集器作復(fù)位處理，若指示燈閃爍間隔存在異常問題，那么此時需要認(rèn)真對交流輸入燈、直流輸出燈狀況進行觀察，假如這些處于穩(wěn)定狀態(tài)，那么極有可能會屬于采集單元故障，應(yīng)該安排專業(yè)人員對故障部位進行維修亦或者直接換取新的儀器[3-5]。

圖1 數(shù)據(jù)異常診斷方法

通道防雷板故障：一般而言，氣象臺站站防雷板的故障會導(dǎo)致某些氣象要素異常。根據(jù)業(yè)務(wù)實際情況發(fā)現(xiàn)此故障的主要原因是由雷電引起的，即雷電擊中采集器通信板或防雷管，從而造成儀器損壞。氣象觀測人員可以憑借萬用表的電阻檔對各個通道的連接狀態(tài)進行認(rèn)真檢查，同時觀察上下通道亦或者其他通道的連接狀態(tài)，假若上下不通，或者如果它們連接到其他通道，則大體上可以診斷為雷擊防雷板損壞故障，需要及時維修或換取新部件。

2.2 氣壓傳感器故障

一般而言，如果氣象臺站氣壓傳感器出現(xiàn)故障，則應(yīng)盡快切斷系統(tǒng)電壓，以免情況繼續(xù)蔓延。如果發(fā)現(xiàn)氣壓值穩(wěn)定性差并且波動十分大，那么就應(yīng)及時檢查氣壓傳感器的連接狀態(tài)，以查看是否有異物堵塞通氣口。如果以上情況均屬于正常狀態(tài)，那么說明氣壓傳感器存在故障，應(yīng)該及時維修地面氣象觀測儀器或直接對新設(shè)備進行更換。如果地面氣象觀測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存在缺測問題，那么就應(yīng)該仔細(xì)查看氣壓數(shù)據(jù)是否能夠在采集面板上顯示正常。同時，應(yīng)仔細(xì)測量電源電壓。如果電源電壓正常，氣壓數(shù)據(jù)依舊沒有正常顯示，那么可被判斷為氣壓傳感器故障，需要盡快維修處理亦或者更換新儀器[6-9]。

2.3 雨量傳感器故障

如果氣象臺站運行期間，雨量傳感器數(shù)據(jù)記錄方面顯示出現(xiàn)異常，那么就需要及時對雨量傳感器進行認(rèn)真檢查。觀察雨量傳感器內(nèi)部有無堵塞物存在，同時需要將堵塞物清除[10]。此外，需要認(rèn)真對翻斗的性能進行檢測，看其是否變形，這會使得翻斗的穩(wěn)定性不足并應(yīng)計數(shù)的準(zhǔn)確性。假如通過檢查發(fā)現(xiàn)變形問題后，需要及時更換。若雨量傳感器內(nèi)無故障，那么需要仔細(xì)觀察與雨量傳感器相連接的電纜電路、信號系統(tǒng)以及干簧管等部件，通過分析診斷判斷有無異常。一旦通過診斷發(fā)現(xiàn)不同程度的儀器故障，就應(yīng)安排專門的維修保障人員對儀器進行及時維修維護或更換新的儀器，以確保雨量傳感器能夠正常運行。

2.4 風(fēng)傳感器故障

通常情況下，風(fēng)向、風(fēng)速傳感器產(chǎn)生故障的部位比較多，在儀器運行過程中工作人員應(yīng)需要仔細(xì)診斷分析，然后采取科學(xué)有效的維護措施。在檢修風(fēng)傳感器的時候，可以在采集器中輸入相應(yīng)的命令，以檢查是否存在風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)。如果不存在，則應(yīng)檢查風(fēng)傳感器的電源并檢查傳感器的輸出信號。萬用表可用于測量風(fēng)速傳感器和地線之間的電壓值。在正常狀態(tài)下，風(fēng)杯的電壓一般處于工作電壓的1/2。假若所測量的電壓值不在標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)，則風(fēng)速傳感器很可能會發(fā)生故障，因此有必要及時修理或更換新儀器。相反，如果測得的電壓值正常，則需要繼續(xù)進行分析診斷，直到故障得到有效處理。對于風(fēng)向傳感器的故障，假若單獨判斷故障問題，將會使得工作難度增大。此時，可以使用替換方法將現(xiàn)有儀器替換為新的風(fēng)向傳感器，以查看其是否能夠及時解決問題。如果可以解決故障，則可以將其診斷為風(fēng)傳感器故障，應(yīng)立即安排人員維修或更換設(shè)備。

2.5 溫度傳感器故障診斷及處理

如果在實際的地面天氣觀測工作中觀測到的溫度數(shù)據(jù)異常或丟失，則可能是由于溫度傳感器故障所致。檢查所有與溫度傳感器的電纜連接。可以通過萬用表的蜂鳴器一一測量溫度傳感器的4條電纜，并且2條短路線以組的形式檢測（1和2、3和4）。借助于萬用表對溫度傳感器1腳與3腳或2腳與4腳的電阻值分別進行測量，測量后將該數(shù)值記錄為R1，該數(shù)值大都在110Ω左右，之后對1腳與3腳或2腳與4腳的電阻值進行測量，該電阻值記錄為R2（圖2）。實際上，R2的數(shù)值相對較小，將R1與R2相減可得出R的數(shù)值，之后結(jié)合公式T=（R-100）/0.385，將溫度數(shù)值計算出來，并將計算的溫度值與標(biāo)準(zhǔn)值進行對比。比較這兩個值，如果兩者之間有較大誤差，則表示溫度傳感器有故障，必須及時更換或維修。如果兩個值相似，則溫度傳感器正常，這可能是由于采集器通道錯誤或其他原因引起的。必須仔細(xì)檢查。為了避免錯誤判斷，需要分別測量兩組溫度數(shù)據(jù)。

圖2 四線制測電阻接線示意

3.地面氣象觀測儀器的日常維護

3.1 采集器的日常維護

采集器屬于氣象臺站的關(guān)鍵組件，應(yīng)特別重視采集器的日常維護工作，要禁止在采集器上放置雜物。在對采集器進行清潔的時候，要選用軟毛刷。還需要時常查看采集器指示燈是否可以穩(wěn)定運行。一旦采集器指示燈發(fā)生異常，則需要及時檢查并對采集器進行維修維護。春末至夏季屬于雷電多發(fā)季節(jié)，在頻繁出現(xiàn)雷電災(zāi)害之前，有必要第一時間檢測氣象站地面氣象觀測儀器的防雷裝置，檢查防雷裝置的布局、接地電阻值是否符合防雷標(biāo)準(zhǔn)要求，并防止雷擊將采集器系統(tǒng)損壞。

3.2 氣壓傳感器的日常維護

為了避免氣壓傳感器被大氣流所影響，在打開儀器機柜門的時候工作人員需要格外小心，要求確保靜壓氣孔一直處于順暢態(tài)勢，要防止氣孔被灰塵或者其他物質(zhì)堵塞。此外，還需要不時對氣壓傳感器的電源電壓進行測量，確保儀器運行可靠和觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 雨量傳感器的日常維護

工作人員應(yīng)不時清潔和維護雨量傳感器，并仔細(xì)檢查雨量傳感器組件是否有灰塵、樹葉和其他雜質(zhì)。當(dāng)需要清潔和維護儀器時，最好使用軟刷進行清潔，請勿用手直接接觸內(nèi)壁，以免因為污漬的附著而對降雨的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利影響；當(dāng)下雨較少或沒有降水天氣的時候，最好蓋上防雨罩，但必須在下雨前及時打開。另外，應(yīng)確保干簧管開關(guān)性能的穩(wěn)定性和器口的合理性。

3.4 風(fēng)傳感器的日常維護

每年至少需要清潔一次風(fēng)傳感器的軸承。由于滾動軸承的兩側(cè)均配有防塵罩，因此在清潔過程中最好不要取下防塵罩。通常要注意觀察風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)是否處于靈活穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。天氣復(fù)雜（例如雷暴、強風(fēng)和大雨）后，應(yīng)檢查風(fēng)向標(biāo)是否朝北，并校準(zhǔn)風(fēng)向標(biāo)以確保風(fēng)傳感器正常工作。

4.結(jié)語

新型自動氣象站的建成和使用，提高了氣象要素觀測的準(zhǔn)確性、及時性和代表性，減輕了測報人員的工作強度，但由于觀測儀器的精密性，使得儀器設(shè)備更加容易出現(xiàn)故障，對測報人員的理論知識及操作技能也提出了更高的要求，需要觀測員熟練掌握儀器操作、維修維護知識，能夠迅速對儀器故障作出分析和判斷，并進行簡單的維修，熟練掌握觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，定期做好自動氣象站儀器維護管理。同時，還要加強臺站自動氣象站供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等故障的維修維護工作，確保新型自動氣象站能夠正常運行，提高氣象觀測質(zhì)量。

綜上所述，地面氣象觀測儀器在現(xiàn)代氣象觀測業(yè)務(wù)中發(fā)揮著極其重要的作用。一旦地面氣象觀測儀器出現(xiàn)故障問題，會使得氣象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和天氣預(yù)報的制作受到不同程度的影響。因此，各級氣象臺站工作人員均應(yīng)注重對地面氣象觀測儀器操作技術(shù)、故障維修以及日常維護方法的學(xué)習(xí)，不斷提升地面觀測儀器故障診斷分析和維修維護能力，確保觀測儀器的穩(wěn)定運行。