热敏电阻和双金属片测温精度对比分析

热敏电阻和双金属片测温精度对比分析

章毅（南昌市气象局）刘铃（南昌市气象局）

摘要：本文分析了影响热敏电阻和双金属片测温精度的主要原因，并采用均方差,离散率对实时探测资料进行对比分析，说明测温元件的稳定性和可靠性。

关键词：测温元件测温精度对比分析

0 引言

目前我国投入业务使用的各种探空仪,其测温元件主要还是热敏电阻和双金属片两种。一般还没达到WMO的要求，特别是20KM以上的观测结果，为了使各种类型的探空资料具有可比性，清除不同探空仪之间的误差，确定探空仪测温元件的各种误差来源，进行各种类型探空仪元件的对比分析是十分必要的，而温度测温元件对比分析是其中最关键一环。

1．ֻ影响电码探空仪和数字探空仪温度的主要原因

探空仪测量温度的误差主要是滞后误差和辐射误差，此外还有因元件沾湿和气球的热空气尾流引起的误差文献[1]。

1．1滞后误差

热滞温度系数与通风量有关，即λ=k(PU)¯n λ热滞系数，式中nֻ k为常数，P为空气密度，U为通风速度。当高度愈高，λ值愈大，由于大气温度是线性变化，热滞引起的误差为

T=-ηλ

η可由气球升速υ及大气的垂直减温率γ=-(əT\əz)求出，即η=υγ所以

T = -υγλ

例：当升速υ=6m/s，减温率γ=1°C/100m时，取地面的λ=3s，10km高度处λ=6s时，可分别算出滞差为0.18°C及0.36°C。即大气减温率增大时，滞差加大。

电码探空仪的测温元件——双金属片的热滞系数，在气球升速４００米／分钟时，

１０００hpa约为５Ｓ，１００hpa处大约为１３．５Ｓ。数字探空仪——

棒状敏电阻，在１０００hpa约为４．５Ｓ，１００hpa处大约为10.6S。表１为

不同气压下的热滞系数。

表1为常用测温元件不同气压时的热滞系数(单位，秒) 文献[1]

1．2辐射误差

由于太阳辐射加热，测温元件产生的探空仪示度与周围气温的差值称为辐射误差。而辐射误差的大小是由太阳辐射加热量与通风量决定，前者取决于太阳高度角，后者与气球升速及探空仪所在高度有关。目前我国使用“日夜较差法”，它是经过大量观测统计得出的

辐射误差值，日夜较差法是假定高空日夜温差变化很小，把同一高度上日夜温度差作为辐射误差值。在实际工作中，对400hpa以上高度的高空测温都要减去辐射误差值。电码探空仪的测温元件虽外加防辐射罩，太阳辐射反射例与元器件的通风量仍然较差。数字探空仪采用棒状热敏电阻测温元件，棒状热敏测电阻体积小，其测温元件的涂层反射例较高并具有较强的散热能力，辐射误差比较小。表２表３分别为电码探空仪和数字探空仪的辐射误差值表。

表２双金属片辐射误差值表文献[2]

表３热敏电阻辐射误差值表差文献[3]

2．温度探测资料稳定性和可靠性对比分析

为了表示随机变量取值集中度，温度探测资料对比分析采用均方差来表示资料的稳定性

和可靠性，采用两倍标准偏差的离散率来衡量离散程度。文献[4]中专门提供了一个用于求均方差的计算公式，但文献[4]中的公式计算烦琐。从互联网上找到了（统计软件

数据处理CS10.31）可以方便的表示均方差和离散程度。以下是2005年12月07时，19时平均值，均方差，离散率统计资料。

图1 2005年12月07时和19时温度平均值

注：数码探空仪的测温元件为热敏电阻，电码探空仪的测温元件为双金属片。

图2 2005年12月07时均方差，离散率统计资料。

注：数码探空仪的测温元件为热敏电阻，电码探空仪的测温元件为双金属片。

图3 2005年12月19时均方差，离散率统计资料。

注：数码探空仪的测温元件为热敏电阻，电码探空仪的测温元件为双金属片。

从以上图表资料分析，07时记录500百帕以下两者温度较接近，温度相差在0.1℃—0.3℃，温度曲线重合。500百帕以上温度相差较大，温度相差最大处在100百帕——70百帕之间，温度差2.2℃。数字探空仪所测温度高于电码探空仪。

19时记录500百帕以下两者温度相差0.1—0.3℃，500百帕以上差值最大在20百帕，两者相差1.2℃。从差值稳定性看，电码探空仪07时记录受辐射影响引起超差点较多，19时记录因不受辐射影响稳定性好于07时。

200百帕以下两套系统的均方差在0.93---1.63之间, 离散率在0—19.35之间变动。数码探空仪的均方差和离散率分别为0.93—1.62和0---3.23之间变动。电码探空仪的均方差和离

散率分别为1.06---1.63和0—19.35之间变动。说明200百帕以下两套系统温度测量比较接近，从均方差和离散率曲线波动幅度来看，数码探探空仪的稳定性更好﹑精度更高。200百帕以上数码探空仪的均方差和离散率分别在1.22---1.98和0--10之间变动，电码探空仪的均方差和离散率分别在1.59---3.4和7.14---24.14之间变动。200百帕以上从曲线波动幅度来看电码探空仪的稳定性﹑精度更差。因不受太阳辐射影响，19时记录的均方差和离散率曲线波动幅度比07时记录小，稳定性更高。

3.结论

因热敏电阻测温元件的滞后误差和辐射误差都小于双金属片测温元件，并且从实测资料分析热敏电阻测温元件的均方差和离散率，热敏电阻的均方差和离散率曲线波动相对平稳，说明热敏电阻测温元件的探测精度和稳定性明显高于双金属片测温元件。

参考文献

[1]。张霭琛现代气象观测北京：北京大学出版社。2003 29~30 312~314

[2]。中央气象局高空气象观测手册北京：气象出版社，1976. 71

[3]。中国气象局监测网络司高空气象探测手册北京：气象出版社，2000. 35

[4]。盛聚等编概率论和数理统计北京：高等教育出版社,2004年3版121~128

章毅：工程师工作单位南昌市气象局大气探测