自动站传感器原理剖析

1、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。Jrxb1二)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

2、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 :

3、 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*Rt2A、B、C为常数。T为温度（C） , R0为标准电阻值100WRO恒潦源（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

4、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:表面电极基底电极吸湿聚合物吸湿聚合物一般为醋酸纤维素，厚度为0.51um。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。D D D D n D Jled : d n d d I I I J 一风速传感器采用三杯式感

5、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

6、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0.5mn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

7、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

8、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土 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

9、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。SL21 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

10、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 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

11、光谱范围为0.33艸 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：714卩V/W/rf响应时间：< 30秒（ 99%）内阻：约350 Q稳定性：±2%非线性：&

12、#177;2%重量： 2.5Kg温度特性：±2% (-20C+40C)余弦响应：<± 5（太阳高度角10°寸）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

13、.27-3.2卩m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

14、品说明书。技术参数：灵敏度：7 14卩V/W/ m2响应时间： < 25秒（99%）内阻：约100Q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：-50C+50C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

15、 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0.273卩m的短波辐射和350卩m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：714卩V/W/ m2内阻：约150Q时间响应：