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稱重式降水傳感器的工作原理與使用維護-傳感器百科-深圳市昊華傳感器技術有限公司

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稱重式降水傳感器的工作原理與使用維護

作者:陳有庭 發布日期:2021-12-02 16:37:29 閱讀量:122

1、引言

      固態稱重式降水傳感器基于載荷測量技術原理設計,由硬件和處理軟件組成,硬件包括稱重傳感器、處理單元、安裝基座和防風圈等構成。其中稱重傳感器包括帶雨、雪入口的保護罩,裝雨、雪的集水桶和振弦式稱重傳感器。它具有自動監測,無內部加熱,內部無可移動部分,安裝方便和維護簡單,可長期在野外應用,可以自動計算出降水強度,還可以根據需要設置間隔時間進行實時觀測,可達到每分鐘測量數次的觀測密度。一般應用于氣象預報,道路監控、機場、能源公司,雪崩預報以及農業研究。

2、稱重式降水傳感器工作原理

      收集降水的集水桶經稱重單元懸掛在圓柱體支座的上法蘭盤上,集水桶內的降水由稱重單元進行稱重。根據稱得的降水重星即可換算成降水量。稱重單元是利用內部的振動金屬線被測量重物(降水)拉緊的程度來稱重,稱得的重量由輸出的頻率量來表示。該頻率量為0 ~ 5V的方波信號,使信號很容易傳輸。在連續測量時,用本次測得的降水量減去前次測得的降水量即可得到兩次測量間隔間的實際降水量。

2.1系統配置組成

      稱重式降水傳感器的硬件可分成稱重單元、處理單元和外圍組件,可以輸出脈沖信號接入現有自動氣象站,也可以作為智能傳感器掛接在其它采集系統上。

3、稱重單元

      稱重單元是該降水傳感器的重要組成部分,主要由載荷元件和信號變換電路組成,載荷元件是稱重單元的核心,通過對重量變化的快速響應測量降水。稱重單元通過溫度補償、數字濾波等技術達到全量程范圍內的降水準確測量。

3.1載荷單元

      根據載荷元件測量原理來分,載荷單元測量技術采用的是振弦技術:以弦絲為彈性原件,根據其重量與振動頻率的對應關系,通過相應的測量電路得到重量。振弦載荷單元通過測量輸出的頻率值,可由給出的公式計算出降水(雪)量。固態稱重式降水傳感器的載荷單元是由三只振弦組成,以確保在一根振弦出現故障的情況下數據記錄仍然可以持續進行;同時也保證了該傳感器在輕微偏離水平面的情況下測量數據不會受到影響。

3.2信號變化電路

      信號變換電路的作用是將載荷元件測得的信號進行轉換,再通過溫度修正處理后,得到重量數據。

3.3處理單元

      處理單元由中央處理器、時鐘電路、數據存儲器、接口、控制電路等部分構成。其主要功能是對稱重單元的信號進行采樣,并對采樣值進行數據運算處理,計算出分鐘降水量和累計降水量,并實現質量控制、記錄存儲,實現數據通信和傳輸。存儲的數據量不少于90天,數據存儲器具備掉電保存功能。

      處理單元既滿足了現行氣象觀測業務要求,能夠輸出脈沖量,接入現有自動氣象站,又符合智能氣象傳感器的發展趨勢,能夠輸出數字信號,接入新型自動氣象站。因此,該降水傳感器應同時具有RS-232 (或RS-485)通訊接口和脈沖輸出接口。

      通過在RS-232口上接入無線或有線傳輸模塊,可以實現數據遠程傳輸功能。處理單元的主要特點:三個頻率輸入通道,頻率采樣范圍至少0-4000Hz,每秒誤差不大于1Hz,分鐘平均誤差不大于0.5Hz。-個脈沖輸出通道,用于雨量脈沖的輸出,需要采集主板溫度和輸入電壓。三個通訊口,其中-個RS-232作為調試口,一個RS-232作為通訊口,另一個RS- -485作為遠距離通訊接口。存儲器存儲至少3個月的分鐘數據,CPU采用ARM7系統。

4、維護稱重式傳感器

      拿取傳感器時務必小心,謹防碰撞、震動。傳感器下部有運輸保護螺釘,在運輸和進行維護時要擰緊該保護螺釘,以免損壞內部的振動弦線。工作時再擰松保護螺釘。要注意保證安裝好的稱重懸掛機構能自由地活動。

      每年至少檢查2次稱重式降水傳感器,隨時根據需要對集水桶進行清桶。尤其是雨水多的地區,要及時清桶(累計降水超過200mm時),否則會造成數據的缺失, 對傳感器的穩定性也不利;清空或減少集水桶內液體時,需要給傳感器斷電,以保證數據的準確性,否則會導致出現錯誤數據。首先松開錐形外罩下部的3個鎖緊螺絲,逆時針旋轉一下, 再向上提起,取下錐形外罩;用虹吸泵將集水桶內的降水和防凍混合液抽吸到放在集水桶下方的容器內;在無虹吸泵的情況下可用手工取出集水桶的辦法來清空集水桶,取出集水桶一定要小心,避免沖擊傳感器而使其負荷過載;禁止用嘴吮吸的方法將集水桶內的液體引流出來。清空集水桶后,桶的位置跟上次幾乎-樣,檢查- -下水平狀態;重新上電后,按要求添加航空液壓油,如果是冬季,需要添加防凍液;確保使傳感器處于工作狀態;謹慎地罩上降水口錐形罩,落入 卡扣,順時針旋轉-下, 擰緊錐形罩下部的3個鎖緊螺栓。

4.1更換稱重式固態降水傳感器

      取下降水口錐形罩,小心地提出集水桶;擰緊傳感器上運輸保護螺釘;從接線器上斷開傳感器的導線;從集水桶支撐盤上取下S形鉤子;從調節螺釘上擰下滾花螺母;從上法蘭盤方孔中向下取出傳感器。使用新傳感器后要相應地重新安裝新的數據處理降水測量軟件,使軟件內計算降水量公式中的參數相應地換成新傳感器所帶校準卡中給出的值。

5.結語

      固態稱重式降水傳感器是一種可以長期在野外使用并自動測量降雨和降雪的設備,目前,在我省新型自動站地面觀測中發揮著重要的作用,在氣象防災、減災方面也有著廣泛的應用前景。

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