自动气象站地温传感器改造方法

　　0　引言

　　自动气象站是以电子传感器和电子线路为主,以微机软件控制,实现地面气象要素自动化观测的仪器系统。自动站地温传感器是一种用光刻工艺制作的微型铂电阻,利用铂电阻的阻值正比于温度变化的原理,通过测量铂电阻的电阻值而测得温度值[1],以CAWS型自动站为例,每套自动站配备10~12支地温传感器,按照现行地面观测规范要求和我国地面观测站具体情况,所有传感器都从观测场地沟管道内布线,最后汇总在地温变送器处,给传感器撤换和维护工作带来很大不便。因此,我们开展此项研究工作,对传感器略加改造,寻求更合理更便于工作的传感器形式。同时,我们对经过改造的传感器进行了温度试验,比较分析了造前后传感器采集的资料连续程度及数据差异。

　　1　问题的提出

　　我国现行地面气象观测规范,要求地温传感器信号线必须引入地沟,而且要求地温变送器安装在浅层(5,10,15,20 cm)地温场和深层(40,80,160,320 cm)地温场中间位置。这样,如有损坏或超差的传感器需要更换时,就面临着把旧传感器连同信号线从地沟管道内抽出,把新传感器从地沟管道内穿过的问题,由于地沟管道内传感器信号线较多且容易互相缠绕,给更换工作带来很大不便。需要对传感器进行改造。

　　2　地温传感器的改造

　　2.1　改造方法

　　(1)裁剪传感器信号线

　　按照我国现行《地面气象观测规范》要求,浅层地温传感器信号线要有1 m左右埋入大致相应的土中[2]。因此,我们对浅层地温传感器信号线进行剪裁,长度为从传感器头起3 m左右,对深层地温,剪裁长度为从传感器头起5 m左右。位于地沟管道内的信号线保留在原来位置。所有剪裁过的传感器信号线头都作处理,增加便于拔插且接触良好的插头。

　　(2)增加接线盒

　　在浅层地温场东边靠近地温传感器处和4个深层地温外套管中间位置各增加一个接线盒,用来连接地沟管道内的信号线和传感器。这样在需要更换传感器时,就可以直接从接线盒处进行更换,避免了信号线在地沟管道内的缠绕。

　　2.2　改造方法的可行性验证

　　(1)理论分析

　　自动气象站采用的地温传感器是WZP1型标准4线制测温铂电阻,该传感器的精度和稳定性依赖于Pt100型铂电阻元件的特性及精度级别。配有15 m、10 m的屏蔽电缆,测温范围为-40~60℃。该传感器的测温原理是铂导体电阻值随温度升高而增加的特性,使用恒流源电桥测量方法测量地温。具体测量方法如图1所示。

　　由(1)式和(2)式可以得出,温度t的值,只与V1和V2有关,而V1和V2,分别为铂电阻和标准电阻在有恒流源A时两端的电压值,这个值在恒流条件下,只与电阻本身有关,并不受连接信号线的影响。所以,对原地温传感器进行裁剪改造并增加接线盒,在理论上是可行的。其中a、b、c为常数;t为温度[3,4]。