关键词：关键词：区域自动气象站，自动化，信息化；校准
中图分类号：P415.12 文献标识码：A
引言
区域气象站现场核查工作主要包括对温度、湿度、气压、雨量、风向、风速等设备的现场核查。由于国内区域站大多分布在野外，所以用于现场核查的设备必须脱离交流电的限制，并能通过串口相连，实现自动核查、记录核查结果和打印核查报告等功能。
1区域气象站设备的工作原理及使用方法
1.1 GRZ3800 精密数字温度计
GRZ3800 精密数字温度计采用32 位单片机、24位模数转换器和微功耗集成电路模块化设计。该设备采用四线制测温原理，利用铂电阻值随温度变化来实现测温的目的。其转换电路将随温度变化的电阻值转换为电压信号输出，经采集器采集并计算，从而输出温度值。
GRZ3800 可以检测Pt100 二等标准铂电阻温度计和Pt25 一等标准铂电阻温度计，温度测量范围为－60～ +100 ℃，最大允许误差为±0．05 ℃，通信接口为RS-232 和以太网。其具有电容触摸屏汉字数字显示、性能稳定、交直流两用( 内置电池)、抗干扰能力强和操作方便等特点，广泛适用于实验室和工业过程中的精密温度测量，符合ITS-1990 国际温标。
另外，该设备在使用前需预热20 min 后才可以达到最佳工作状态，使用时需注意两个通道标准铂电阻温度计是否接反，检查标准铂电阻温度计接线柱有没有松动以及接线顺序是否正确。
1.2 JJS2 型雨量校准仪
JJS2 型雨量校准仪由水槽、标准计量球、进水阀、出水阀、流量控制阀、计数器等部分组成，其工作原理是设备中与大气相通的U 型管中的水，平衡时两端都处于同一高度。根据此原理，可实现往标准球中注水和雨量待校准结束后自动停水;关闭出水阀，打开进水阀，储水槽中的水受到重力作用往标准球中注水，标准球水满时多余的水通过溢流口流出，关闭进水阀，完成往标准球中注水的过程。打开出水阀，标准球中的水通过出水阀、流量控制阀、三通后流入雨量传感器翻斗。当标准球水位下降与三通平衡时，出水过程便自动停止。通过这两个过程，把标准球的量值传递到被测雨量传感器中。该设备具备量值传递准确可靠、坚固耐用、外形轻巧，操作简单、测试结果精确度高等特点，适用于不同口径翻斗雨量传感器的现场标定。
在使用过程中，如果大雨强和小雨强的校准结果均为偏大或偏小，可以通过调节计量翻斗两边的定位螺丝来消除计量误差。当误差为负值时，应向内调节定位螺丝，使翻斗内的盛水量减少，计数值增加;当误差为正值时，应向外调节定位螺丝，使翻斗内盛水量增加，计数值减少。调整时，应同时调整两边翻斗的定位螺丝，定位螺丝调节的量应相同，以保持计量翻斗的水平。
1.3 JJE10 型风向核查仪
JJE10 型风向核查仪主要用于各类风向传感器的定性定量测试，是集风向传感器的驱动控制、检测、显示于一体的新型检测设备。该设备标准风向的产生是采用了固定风向传感器主体方式，使用步进电机拖动风向标转动的办法，达到风向检测的目的。标准为内置360°刻度线的码盘，通过光电开关传感器将采到的数据反馈到控制器中作为标准。同时，该设备还配备了角度盘，用于操作人员实际观察使用，也可在不使用自动模式时手动旋转支撑杆，用眼观察数值，起到辅助测量的作用。
该设备由校验台和便携式控制器两大部分组成。校验台用于安装各类风向传感器。进行风向校验时，被测传感器配套不同的风座转接件，安装在校验台上，用支撑杆固定风向标。便携式控制器控制步进电机带动风向标转动，采用闭环控制原理，使得校验仪精度得到保证。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在使用时，选择配套的风座转接件固定在校验仪上，将传感器连接好线缆安装在风座转接件上，固定好后按照刻度指示调节好伸缩杆高度;向下压尾翼托架转动到尾翼杆上，托架受弹簧杆力量顶住尾翼，提高检定精度。
2 区域自动气象站校准的自动化
目前区域自动气象站的校准，通常采用单只传感器独立进行现场校准，由于野外环境等客观因素制约，还达不到自动化和批量化校准。如果将区域自动气象站放在实验室进行校准，可实现批量自动化校准，可以显著提高校准效率，减少检定人员的工作量，从而实现区域自动站的及时有效的校准，保证区域站观测数据的准确可靠。
以气压传感器校准为例，气压自动化检定系统主要由气压标准设备与标准器组成，共同完成气压测量仪器的测试和检定。气压标准设备是提供大气压力测试条件的装置，有压力控制设备，温度系数测试设备和压力－温度测试设备等，用于产生可变、稳定的压力测试条件或被试仪器的试验环境条件，配置多路压力转换器，系统利用计算机进行数据采集与处理，能同时进行10个大气压力传感器的自动检测，并自动输出检定结果。
3区域自动气象站远程校准的探讨
目前远程校准主要有两种方式，一是上级计量标准拿到被检仪器现场，在现场进行校准，上级计量实验室实行远程监控；二是测量仪器自带标准器，实行定期在线自校准。其中第一种方式是目前主要的远程校准模式，主要是通过远程控制的方式，实现校准过程的在线控制与操作。第二种方式由于自带标准器本身对环境要求比较苛刻，通常只是在实验室仪器中使用，区域自动站由于环境条件和成本考虑，无法实现自带标准器的实时校准，而且自带标准器本身也需要定期检定，反而会带来工作量的增加。
不管哪种远程校准方式，仍然需要标准设备和被测设备在校准现场连接在一起，能否实现标准器和被测仪器在校准过程中分隔开来，即标准量值在传递，而标准设备与被测仪器相互分离，这样既具有现场校准的优点，又能克服计量标准仪器直接进入校准现场可能出现的准确度下降问题。下面针对区域自动气象站的数据采集器和传感器，讨论远程校准实现方式。
3.1 区域自动站采集器的远程校准
区域自动气象站数据采集器主要包括数字量和模拟量，数字量有脉冲频率等数字信号，模拟量有直流电压、直流电流、电阻等。目前数字量和频率量都可以实现在线远程无损传输，GPS还可以远程实时授时。因此区域自动气象站采集器的时钟和频率量可以完全实现在线的远程校准。区域自动气象站数据采集器的模拟信号主要包括直流电压、直流电流、电阻等。通常数据采集器是送到计量实验室进行校准，或者使用便携信号模拟器在现场进行校准。
3.2 区域自动站传感器的远程校准
区域自动气象站的传感器通常是用便携式标准器在现场进行校准，由于自动气象站传感器和相关标准装置的智能化程度不高，无法实现双方数据交互，不能将上级实验室的标准值远程传递到台站现场进行在线校准。但是随着量子技术的发展，在量子纠缠的帮助下，微观上量子态可以“瞬间移动”和“瞬间复制”。如果能够实现宏观上的“瞬间复制”，那么区域自动气象站传感器的远程校准将变成现实。
结束语
气象灾害是严重威胁国家安全和人民生命财产的自然灾害。区域自动气象站在气象预警、环境监测、气候资源利用、应对气候变化和生态文明建设中发挥了重要作用。为保证区域自动气象站观测数据的准确可靠，需要对观测仪器进行校准。
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论文作者:叶木林, 王灿, 杜非, 周立
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/4
标签：区域论文; 标准论文; 传感器论文; 设备论文; 自动气象站论文; 翻斗论文; 风向论文; 《科学与技术》2019年14期论文;