谭峰

【摘 要】对地温较常出现的几种故障，如：深层地温外管壁渗水、地温传感器损坏和通讯电缆损坏而引起的地温数据异常现象进行分析，从多方面总结及测试引用较有效率的替换、对比和测量方法排除故障，对日后自动气象站的管理和维护有到一定的帮助。

【关键词】大气探测；地温传感器；响应时间；外管壁

地温传感器是根据铂电阻值随温度变化的原理来测定温度的，是由铂电阻丝绕在细小的玻璃棒或瓷棒上，外面加上金属保护管组成。因为地温传感器是高灵敏度的电子仪器，因为构造与人工地温表不同，所以与人工地温差值较大，也比较容易出现故障，在日常使用中经常会出现数据异常或不稳定等现象。经过近几年对自动气象站的使用及维护，在日常工作中不断总结和积累经验，从多方面分析地温传感器较易出现故障成因，并提出排除故障的办法。

1.地温传感器工作原理

自动气象站地温传感器及温度传感器均采用四线制恒流源供电方式及线性化电路，利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性测量温度的。

地温传感器四线中两线为一组。其中一组为电流线组，恒流源为铂电阻提供恒定电流，另一组为电压线组，铂电阻上的电压通过线组到测量电路正负极两端，流经电压线组的电流非常小，引线的电阻可忽略不计。目前，黑龙江省业务使用中的自动气象站地温传感器信号电缆的长短与阻值大小对测量值的影响可忽略不计，温度数值的稳定性和接线端子的连接质量相关性较大。

2.地温传感器特性

铂电阻温度系数大，感应灵敏；电阻率高，元件尺寸小；电阻值随温度变化而变化，基本呈线性关系；在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高。

铂在高温下，易受还原性介质的污染，铂丝变脆，电阻与温度之间的线性关系发生改变，因此需护装在保护套管中密封使用。

3.自动站地温传感器故障

3.1深层地温传感器外管壁渗水引起地温异常

因为深层地温只受气候变化影响，因此在埋土规范及铂电阻传感器正常情况下，深层地温比较稳定，每日温差变化较小。

而在同样情况下，下雨天气特别是暴雨天气时，深层地温在短时间内有较大幅度的变化，常出现图1所示的情况。

出现这种异常情况是因为深层地温传感器管外渗水到管底铜片致使温度突变，（如图1所示） 此时测到的温度已不再是深层地温的温度，而是雨水温度。导致渗水的原因一般是由于深层地温场的泥土疏松且经过雨水长期浸泡致使地温管周围泥土凹陷。当下雨时，雨水从凹陷处沿着地温管外壁渗入管底，造成地温突变。

如果出现上述情况建议地温外管可以用“AB 胶”把接合处密封粘紧，把地温管与地面周围的泥土垫高1～3cm，并压实。

3.2传感器其他故障

如果传感器测得相關数据不稳定，天气稳定的情况下分钟数据也会出现大幅度跳跃； 与相应的人工地温相差较大； 出现野值，如温度值出现-788℃等。可能因为雨水冲刷造成地表地温传感器全部裸露在空气中，也可能浅层地温支架露出地面或对应的地温传感器同变送箱接线板压头的接头生锈、氧化、松动造成接触不良。

遇到上述情况，可以采取下列几种办法检查并排除故障：（1）检查草温传感器是否在草丛中；地表地温传感器是否一半埋在土中一半裸露在空气中；浅层地温支架顶端是否与地面齐平。若不是，只需将相应的地温传感器按规范安装即可排除故障。（2）检查地温传感器与变送箱接线板插头的接头是否生锈、头螺丝是否拧紧。若是，除去锈迹，拧紧压头螺丝即可排除故障。（3）检查地温传感器是否损坏。措施有：①替换法（适用单路地温故障）。假如10cm 地温值异常，可将15cm地温传感器与10cm地温传感器在接线盒中互换连接，在采集器上观察测得的地温值，如10cm地温显示正确，15cm显示也不正确，说明10cm传感器已损坏，否则就是好的。即可判断5cm地温传感器是否损坏。②对比法。将异常的地温传感器和几支正常的地温传感器同时放在同一温度场中，观察所测数值，数据差别大的为损坏的传感器，更换传感器即可排除故障。③测量法（适用所有温度传感器）。将万用表调到200Ω档，分别测量传感器阻值。完好的传感器1～2脚和3～4脚阻值一般<0Ω，2～3脚和1～4脚阻值一般<100Ω，如果测量相应脚线的阻值都在两种阻值范围内说明传感器完好，否则传感器损坏。

3.3通讯电缆故障

当通讯电缆产生故障后，会出现相关要素不稳定，数据无规律大幅度跳跃；经常出现野值或缺测。出现这种情况可能是传感器到采集器之间通讯电缆断裂（如老鼠咬断或观测场改造施工时误把通讯电缆弄断等）；通讯电缆使用时间过长，线芯已老化或因为地沟设计不合格排水不畅，通讯电缆长期浸泡在水中致使提前老化。

遇到这种情况，可以将通讯电缆一端线芯两两短接，再用万用表导通档在另一端测量是否连通及连通质量，即可判断通讯电缆是否断裂或老化。如果电缆线断裂，需找到断裂处重新焊接或更换电缆线； 如果电缆线老化，则更换即可。

更换元器件时一定要先关闭采集器电源，以免引起采集器或传感器损坏。

4.传感器老化原因分析

（1）自动气象站地温传感器的铂电阻的恒定电流约为215mA，略高于安全电流1mA，对铂电阻的使用寿命存在一定的影响。

（2）地温传感器至数据采集器的信号线长度在30m至100m为佳。信号线长度超过100m时，若金属外套和屏蔽线没有有效连接，土壤和空气中的电磁波有可能会耦合到传感器电路中，耦合脉冲能量较高时，会导致铂电阻加速老化甚至损坏。

（3）多路地温变送器的电子开关在每分钟1到2s的接通时间，其余时间电子开关是断开。在每次的接通瞬间，铂电阻快速电流冲击且与外界环境未达到热平衡即断开，电流冲击对铂电阻的寿命存在影响。

（4）个别台站地温传感器信号线或感应部分由于维护不到位而长期处于阴潮环境，甚至浸泡在水中。外皮老化加速后出现内线路裸露在外，遇到阴雨天气或冰雪融化的季节，传感器感应部分进水漏电，导致传感器观测值超差。

5.结论

自动站设备的正常运行是测报业务工作正常运行的保证，为确保自动站仪器的正常运行和资料的准确、可靠，我们在日常工作中对地温传感器要做好日常维护，大风、雨雪等天气后要检查设备的安置状态，定期检查信号电缆与传感器及采集器的连接是否正确，确保数据的正确传输。

（1）为确保自动站仪器的正常运行和资料的准确、可靠，我们在日常工作中对地温传感器作好日常维护每月或雨后应及时对地面温度传感器和浅层地温传感器的裸地地面进行疏松、平整。

（2）经常检查地表温度传感器是否因大风、下雨等原因，使地表土壤发生变化，保持地面传感器一半埋入土中，一半漏出地面，擦拭沾浮在上面的雨露和杂物。

（3）定期检查电缆与传感器及采集器的连接，是否正确，发现松动或错误及时更正。

（4）每天都要对外传接盒的密封性进行检查，避免因漏雨等原因造成转接板的电子元件損坏。

（5）地面温度传感器的维护要避开日极值可能出现的时段，维护操作必须在每个时次的50分钟之前完成，避免造成正点资料的不正常或不完整，记录维护的起止时间（精确到分钟）填入《值班日记》，以备对可能产生的异常记录进行分段处理。 [科]

【参考文献】

[1]胡玉峰.自动气象站原理与测量方法[M].北京：气象出版社，2004.

[2]曾书儿.自动站气象站工作原理[M].北京：中国科学文化音像出版社，2004.

[3]章毅，刘玲.热敏电阻和双金属片测温精度对比分析[J].气象研究与应用，2007（2）：88-90.

[4]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[5]刘灿军.实用传感器[M].北京：国防工作出版社，2004.

[6]王江山.生态与农业气象[M].北京：气象出版社，2005.

[7]敖振浪，李源鸿，黄远铮，等. DZZ1-2 型自动气象站培训教材[Z].中国气象局办公室，2002.

[8]潘田凤，李荣迪.自动气象站一些故障的处理方法[J].气象研究与应用，2007（4）：76-77.

[9]林雪香.自动站与人工观测温度差值的统计分析[J].气象研究与应用，2007（增刊I）：95-97+114.

[10]韦馨丰，温亚丽，何润洁.湛江自动气象站与人工观测数据差值对比[J].广东气象，2008，30（增刊Ⅱ）：21-24.

[11]欧阳彩虹，吴达鸿，欧阳细美，等.南雄自动气象站与人工站常规气象要素的差值[J].广东气象，2008，30（ 增刊Ⅱ）：56-59.

[12]林苗青，谢建群.南澳遥测自动气象站与人工观测数据对比[J].广东气象，2008，30（ 增刊Ⅱ）：72-73.

[13]罗征，马祖胜.自动气象站的运行和维护[J].广东气象，2008，30（5）：63-64.

[14]甘桂华，杨新.自动站观测与人工观测气象数据的对比[J].广东气象，2008，30（增刊Ⅱ）：66-69.

[15]陈建文，马丽云，吴达鸿.地面气象观测仪器的清洁与维护[J].广东气象，2009，31（3）：64+66.

[16]谢建群，张金玲，周如梅.汕头自动气象站与人工站常规气象要素差值[J].广东气象，2008，30（增刊Ⅱ）：86-88.