自动站传感器原理

自动站传感器原理

（一）膜盒式电容(硅容式)气压传感器结构原理：

膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。当大气压力的产生变化时，使真空膜盒（包括金属膜盒和单晶硅膜盒）的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变。通过测量电容量来测量气压。

安装和维护：

膜盒式电容气压传感器安装在采集器内，其高度要求其感应部位与台站水银气压表的感应部位高度一致，如果无法调整到一致，则要重新测定拔海高度。安装或更换传感器时应在切断电源的情况下进行。安装好的传感器要保持静压气孔口畅通，以便正确感应外界大气压力。

注意事项：应定期检查气孔口。

（二）铂电阻温度传感器

结构原理：

铂电阻温度传感器是根据铂电阻的电阻值随温度变化的原理来测定温度的。铂电阻丝烧制在细小的玻璃棒或磁板上。

安装与维护：

温度传感器用支架安装在百叶箱或防辐射罩内，感应元件的中心部分离地面高度1.5m。传感器的连接电缆要连接、固定牢靠。

维护方法：

应经常保持清洁、干燥。观测前巡视设备和仪器时，如发现传感器上有灰尘或水，须立即用干净的软布轻轻拭去。测量原理：

采用四线测量法

温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上它反映了物体内部分子热运动的激烈程度或平均动能的大小。目前温度传感器通常采用标准4线制铂电阻测温。测量原理是利用铂导体电阻值随温度升高而增加的特性，具体测量方法如下：测U0、U1值即可求得Rt :

Rt=R0*U0/U1

铂电阻计算公式：Rt=R0*(1+At+Bt2)

换算出温度计算公式：T=A+B*Rt+C*Rt2

A、B 、C为常数。

T为温度（℃），R0为标准电阻值100W

（三）湿敏电容湿度传感器

结构原理：

湿敏电容湿度传感器是用有机高分子膜作介质的一种小型电容器。湿敏电容器上电极是一层多孔金膜，能透过水汽；下电极为一对刀状或梳状电极，引线由下电极引出。基板是玻璃。整个感应器是由两个小电容器串联组成。

安装与维护：

湿敏电容传感器应安装在百叶箱内，传感器的中心点离

地面1.50m。

湿敏电容传感器的头部有保护滤膜，防止感应元件被尘

埃污染。每月应拆开传感器头部网罩进行清洁；若污染严重

应更换新的滤膜。禁止手触摸湿敏电容，以免影响正常感应。

结构图：

吸湿聚合物一般为醋酸纤维素，厚度为0.5~1um。表面电极厚度为0.02um；基底电极为两块相互分离金属膜，以吸湿聚合物（有机高分子膜）为介质同表面电极形成两个小电容串联组成。C=C1*C2/(C1+C2)

（四）风杯风速传感器

风向感应器为单翼风标。当风标转动时，带动格雷码盘

（常用七位，分辨率为2.8°），按照码盘切槽的设计，码盘

每转动2.8°，光电管组就会产生新的七位并行格雷码输出。

风速传感器采用三杯式感应器，风杯由碳纤维增强塑料制成。

工作原理：

当风杯转动时，带动同轴的磁棒旋转，在霍尔集成电路中感应出与风速成正比的脉冲信号，经计数器处理后，输出实际风速值。

维护：

经常观察风杯和风向标转动是否灵活、平稳。发现异常时，换用备份传感器。

每年定期维护一次风传感器，清洗风传感器轴承；检查、校准风向标指北方位。

（五）双翻斗雨量传感器

原理和工作过程：

双翻斗雨量传感器装在室外，主要由承水器(常用口径为20cm，表面积为314cm2)、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时(也有的为0.5mm或1mm翻斗)，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送出去一个开关信号，采集器就自动采集存储0.1mm降水量。

安装与检查：

先将承水器外筒安在观测场内，底盘用三个螺钉固定在混凝土底座或木桩上，要求安装牢固、器口水平。安装完毕，将清水徐徐注入感应器漏斗，随时观察计数翻斗翻动过程，有无不发信号或多发信号现象。检查室内仪器上是否采集到数据。最后注入定量水，如无不发信号或多发信号的现象，且室内仪器的数据与注入水量相符合，说明仪器正常，否则

须检修调节。

调整与维护：

调整：新仪器(包括冬季停用后重新使用或调换新翻斗)工作一个月后的第一次大雨，应作精度对比，即将自身排水量与计数、记录值相比。如发现差值超过±4%时，应首先检查记录器工作是否正常，计数与记录值是否相符，干簧管有无漏发或多发信号现象。如确是由于仪器的基点位置不正确所造成时，应作基点调整。

调整方法：旋动计量翻斗的两个定位螺钉。将一个定位螺钉旋动一圈，其差值改变量为3%左右；如两个定位螺钉都往外或往里旋动一圈，其差值改变量为6%左右。如差值是负2%时，可将其中的一个定位螺钉往外旋动2/3圈。如差值是正6%时，可将两个定位螺钉都往里旋动一圈。为使调节位置准确，在松开定位螺帽前，需在定位螺钉上作位置记号。调节好后，需拧紧定位螺帽。每一次降水过程将计数值与自身排水总量比较，如多次发现10mm以上降水量的差值超过±4%，则应及时进行检查。必要时应调节基点位置。

定期检查：

仪器每月至少定期检查一次，清除过滤网上的尘沙、小虫等以免堵塞管道，特别要注意保持节流管的畅通。无雨或少雨的季节，可将承水器口加盖，但注意在降水前及时打开。翻斗内壁禁止用手或其它物体抹试，以免沾上油污

（六）SL2—1型雨量传感器

SL2—1型雨量传感器是引进德国先进技术制造的用于测量地面降水的仪器。该产品测量精度高，使用不锈钢材料，坚固耐用。并能通过电缆直接与自动气象站连接，实现了计算机自动控制，填补了我国单翻斗传感器的空白，适合我国自动气象站使用。

SL2—1型雨量传感器的结构为遥测单翻斗型式，雨水通过一个表面积为200cm2的接收器（我们用雨量杯以10毫米水倒入测量时，它测算的数据应该是15.7左右），再通过一个过滤斗流入翻斗里，翻斗的每次翻转通过干簧管转换成脉冲信号，传输到采集系统。

（七）蒸发传感器

蒸发自动观测的原理：

采用的超声波液面蒸发传感器所测量到的信号是“水位高度”值，（1）对于实时数据，每分钟获得一个“蒸发水位”，然后减去前一分钟的“蒸发水位”取绝对值，得到本分钟的“蒸发量”。（2）对于定时数据，每个正点获得一个“蒸发水位”，然后减去前一时次的“蒸发水位”取绝对值，得到本时次的“蒸发量”。

注意事项：

1、超声波蒸发传感器和不锈钢圆筒架放在蒸发皿中，用三个调整螺钉将底盘平面调到水平状态。

2、蒸发皿内注入水，使水面达到超声波传感器高水位刻度线处。超声波传感器工作在两个水位刻度线之间。

（八）TBQ-2-B总辐射传感器

仪器用途：

TBQ-2-B全波段总辐射传感器可用来测量光谱范围为0.3～3μm太阳总辐射，如感应面向下可测量反射辐射，也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射，如加遮光环可测量散射辐射。

工作原理和构造：

总辐射传感器利用热电效应原理，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号与太阳辐照度成正比。为减小温度的影响则配有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，采用经过精密的光学冷加工磨制而成的两层石英玻璃罩。

技术参数：

灵敏度：7～14μV/W/㎡

响应时间：≤30秒（99%）

内阻：约350Ω

稳定性：±2%

非线性：±2%

重量：2.5Kg

温度特性：±2%（-20℃～+40℃）

余弦响应：≤±5%（太阳高度角10°时）

安装使用：

总辐射传感器应安装在四周空旷，感应面以上没有任何障碍物的地方。然后，调整好水平位置，将其牢牢固定，再将总辐射表输出电缆与记录器相连接，即可观测。最好将电缆牢固地固定在安装架上，以减少断裂或在有风天发生间歇中断现象。

注意事项：

玻璃罩应保持清洁，经常用软布或毛皮擦净。

玻璃罩不准拆卸或松动，以免影响测量精度。

罩内防止结水，应定期更换干燥剂。

（九）TBS-2-B直接辐射传感器

仪器用途：

TBS-2-B直接辐射传感器用于测量光谱范围为

0.27-3.2μm的太阳直辐射量。当太阳直辐射量超过120W/m2时和日照时数记录仪连接，也可直接测量日照时数。工作原理和构造：

直接辐射传感器构造如图所示，主要由光筒和自动跟踪装置组成。光筒内部是由光栏、内筒、热电堆（感应面）、干燥剂筒等组成。

感应部件是采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，冷结点位于机体内，在线性范围内产生的温差电势与太阳直接辐照度成正比。

自动跟踪装置是由底板、纬度架、电机等组成。电机是动力源，用户可根据要求选择直流电机或交流电机作为动力源。

直接辐射传感器的跟踪精度与安装和细心的调整有密切关系，有关详细说明请参考产品说明书。

技术参数：

灵敏度： 7—14μV/W/㎡

响应时间：≤25秒（99%）

内阻：约100Ω

跟踪精度： 24小时小于±1°

稳定性：±1%

重量： 5Kg

电源电压： DC 6～9V±15% 、AC 220V±10%

工作环境温度：-50℃～+50℃

相对湿度： 0～100%RH

安装使用：

直接辐射传感器即可作为传感器连接自动站使用，又可配跟踪器和记录仪作为独立仪表使用。

直接辐射传感器的安置地方要保证在所有季节和时间内（从日出至日落）太阳直射光不受任何障碍物影响。如有障碍物在日出日落方向，其高度角不得超过5°，同时要尽量避开烟、雾等大气污染严重的地方，通常可以与其它辐射表一起安在观测场内。如果条件不具备，也可安在房顶的平台上。

注意事项：

1、直接辐射传感器的跟踪精度与仪器的安装是否正确关系极为密切。

2、直接辐射传感器安装必须调好纬度角、对正南北向、调水平、对太阳倾角和时间

（十）FNP-1净辐射传感器

仪器用途：

FNP-1净辐射传感器可以用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0.27～3μm的短波辐射和3～50μm的地球辐射.

工作原理和构造：

净辐射传感器的工作原理为热电效应，感应部分是由康铜镀铜组成的热电堆，热电堆的外面紧贴着涂有无光黑漆的上下两个感应面，由于上下感应面吸收辐照度不同，因此热电堆两端产生温差，其输出电动势与感应面黑体所吸收的辐照度差值成正比。为了防止风的影响及保护感应面，该表装有既能透过长波辐射、又能透过短波辐射的聚乙烯薄膜罩

技术参数：

灵敏度： 7～14μV/W/㎡

内阻：约150Ω

时间响应：不大于1分钟（99%）

感应面一致性：±15%

使用环境温度：-50℃～+50℃

精度：±5%

重量： 0.5Kg

相对湿度： 0～100%RH

安装使用：

净辐射传感器可安装在专用台柱上，也可临时装在三角架上，如果安装在台柱上，用两个夹子将表体固定牢固，使感应面离地高度为1.5米，使水平泡处在水平位置，拧紧夹子。

净辐射传感器的输出电缆线连接到记录仪的输出端即可测量。

注意事项：

1、聚乙烯薄膜罩应保持清洁并定期更换。

2、罩内防止结水，应定期更换干燥剂