風(fēng)向風(fēng)速儀工作原理及常見故障解決
本文針對風(fēng)向風(fēng)速儀容易出現(xiàn)的故障情況,結(jié)合風(fēng)要素的概念,根據(jù)排除故障的經(jīng)驗加以分析,為觀測員能迅速地排除故障或及時更換風(fēng)向風(fēng)速儀,保證資料的準(zhǔn)確性、連續(xù)性和比較性。
風(fēng)要素由2個參數(shù)確定,即風(fēng)速(風(fēng)矢量的模數(shù))和風(fēng)向(風(fēng)矢量的幅度)。風(fēng)向是指風(fēng)的來向,符號用16個方位表示,自動觀測時以正北為標(biāo)準(zhǔn),按順時針旋轉(zhuǎn)的角度表示,以度為單位,取整數(shù)。風(fēng)速是空氣質(zhì)點單位時間里經(jīng)過的水平距離,以m/s為單位,取1位小數(shù)。
1 風(fēng)向風(fēng)速儀的工作原理及可能出現(xiàn)的故障
風(fēng)向風(fēng)速儀為單板式風(fēng)向標(biāo),當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)轉(zhuǎn)動時,通過主軸帶動7位格雷碼光電碼盤旋轉(zhuǎn)。按照碼盤切槽的設(shè)計,360b/27=2.815b,碼盤每轉(zhuǎn)動2.815b,上下光電管組件就會產(chǎn)生新的7位并行的格雷碼輸出,每組格雷碼代表1個方位角,共128個編碼。通過格雷碼方位的換算,就可以得到當(dāng)時風(fēng)向的角度了。同時,每一個角度通過對光信號的遮蔽和打開,再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換輸出/00和/10的電信號,風(fēng)向風(fēng)速儀轉(zhuǎn)過1圈后,風(fēng)向風(fēng)速儀7位編碼輸出信號的每一位均會出現(xiàn)/00和/10的電平。自動氣象站采集軟件在1d的時間里記錄每位/00和/10的電平,如果發(fā)現(xiàn)其中某1位(或幾位)總是00或總是10時,則可初步判斷風(fēng)向觀測有故障。自動氣象站每天日界(即北京時20:00)都會對風(fēng)向風(fēng)速儀自檢診斷,診斷碼復(fù)位正常為1111111-0000000。
在實踐中,當(dāng)20:00后風(fēng)向狀態(tài)無法完全復(fù)位(例:1101111)0100000)時,可進行如下檢查:根據(jù)天氣系統(tǒng)可判斷風(fēng)向是否相對穩(wěn)定,若是風(fēng)向穩(wěn)定,人工把風(fēng)向風(fēng)速儀轉(zhuǎn)動一周,應(yīng)該能復(fù)位(正常為1111111-0000000);用測試盒檢查采集器的風(fēng)傳感器端口,扳動風(fēng)向開關(guān),風(fēng)向瞬時值是0和239為正常,否則,檢查風(fēng)雨板UB1及相關(guān)元件;檢查風(fēng)向風(fēng)速儀到采集器間的12芯電纜所有接口是否松脫和電纜是否有損傷滲水;測量風(fēng)向風(fēng)速儀信號電平,確認(rèn)7位風(fēng)向信號有無異常。用20V萬用表測量采集器端風(fēng)電纜插座的3~9腳分別對2腳的電壓,萬用表讀數(shù)的高電平>3V,低電平接近0V。
排查以上情況仍不能復(fù)位,如判斷電纜系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器是正常的,就應(yīng)更換風(fēng)向風(fēng)速儀了。更換風(fēng)向風(fēng)速儀時應(yīng)把/0b0標(biāo)志對準(zhǔn)正北方,固定后進入采集器測試菜單檢查東、南、西、北(0b、90b、180b、270b)4個方位,再從正北/0b0順時針方向開始緩慢轉(zhuǎn)動風(fēng)向標(biāo),看風(fēng)向示值是不是按照度的間隔增加,中間不能有跳變或某段出現(xiàn)反向變化等情況,檢查每一位是否都出現(xiàn)/00和/10。
2 風(fēng)速傳感器的工作原理及故障原因
目前使用的風(fēng)速傳感器由2個廠家生產(chǎn),自動氣象站使用天津廠的,區(qū)域站則使用天津廠和長春廠的。天津廠生產(chǎn)的傳感器風(fēng)速測量是利用1個低慣性的3杯式部件作為感應(yīng)部份,其感應(yīng)部件隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)并帶動風(fēng)速碼盤,由光電管進行掃描,輸出相應(yīng)的電脈沖信號,其脈沖頻率隨風(fēng)速增大而增加,經(jīng)計數(shù)器處理后,輸出實際的風(fēng)速。長春廠生產(chǎn)的風(fēng)速傳感器的感應(yīng)部件也是3杯式組件,信號變換電路為霍爾集成電路。在水平風(fēng)力驅(qū)動下,風(fēng)杯組件旋轉(zhuǎn),通過主軸帶動磁捧盤旋轉(zhuǎn),其上面的小磁體形成若干個旋轉(zhuǎn)運動的磁場,通過霍爾磁敏元件感應(yīng)出脈沖信號,其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增大。
計算公式:v=0.1f,式中,v為風(fēng)速,單位為m/s;f為脈沖頻率,單位為Hz。
風(fēng)速傳感器的故障:一種是風(fēng)杯轉(zhuǎn)動時采集器沒有示值,可能故障原因有:多為雷擊損壞或沒有5V電源;風(fēng)速感應(yīng)器與采集器7芯電纜接口出現(xiàn)松脫和電纜有損傷滲水;風(fēng)雨板UB1、D1、或UA6、UA7損壞。另一種是偶爾被外力擊碎其中一個風(fēng)杯或風(fēng)杯被打穿孔,造成起動風(fēng)速明顯提高,與實際風(fēng)速不符。第三種是由于潮濕環(huán)境酸腐蝕,使軸承生銹轉(zhuǎn)動不靈活,風(fēng)速大時有風(fēng)速,風(fēng)速小的時候沒有風(fēng)速,可擰下風(fēng)速感應(yīng)器的蓋形螺母(注意反時針為緊,順時針為松),取下風(fēng)杯組件,再取下橡膠墊圈,用小扳手或尖咀鉗擰下螺母,取出保護罩,在軸承上加上幾滴儀表油,慢慢轉(zhuǎn)動1周以改變現(xiàn)狀。
3 特別說明
由于風(fēng)向風(fēng)速感應(yīng)器下面的軸承拆卸復(fù)雜,需要專業(yè)人員完成,否則容易增加人為故障,所以此部分不能自行拆卸維護。
