專利名稱：自動氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對設(shè)置于野外的自動氣象站使用的風(fēng)速傳感器或風(fēng)向傳感器的 溫度進行控制，以防止因雨霧凇凍害結(jié)冰造成自動氣象站使用的風(fēng)速傳感器或風(fēng)向傳感器 不能正常工作，或者被損壞。
背景技術(shù)：
自動氣象站已在全國2000多個氣象臺站和數(shù)十萬個區(qū)域氣象觀測站安裝使用。 目前，國產(chǎn)自動氣象站風(fēng)傳感器多采用三杯式風(fēng)速傳感器和長臂單葉風(fēng)向傳感器，風(fēng)速傳 感器和風(fēng)向傳感器統(tǒng)稱為風(fēng)傳感器。在風(fēng)速傳感器旋轉(zhuǎn)的情況下測得風(fēng)速，在風(fēng)向傳感器 擺動的情況下測得風(fēng)向。但是，目前廠家生產(chǎn)的風(fēng)傳感器均存在一個共同的不足，即在發(fā)生 雨凇、霧凇和冰凍凍害天氣時，在低溫、靜風(fēng)條件下，雨凇、霧凇和結(jié)冰凍害經(jīng)常造成風(fēng)速風(fēng) 向傳感器掛冰凍結(jié)，停止轉(zhuǎn)動，造成氣象觀測記錄連續(xù)缺測的嚴(yán)重后果。而在冬春季節(jié)溫度 為-5°C 0°C，平均風(fēng)速彡5m/s,空氣相對濕度大于80%天氣情況下，雨凇、霧凇以及混合 積冰出現(xiàn)頻率高，極易在風(fēng)傳感器上形成冰掛，造成風(fēng)傳感器長時間凍結(jié)，停止轉(zhuǎn)動，造成 的長時間記錄缺測，嚴(yán)重影響自動站正常運行，嚴(yán)重時還會造成風(fēng)傳感器損毀。根據(jù)2003-2005年甘肅省華家?guī)X氣象站14次自動站風(fēng)傳感器雨霧凇凍結(jié)分析，最 長凍結(jié)時間達39小時，雨霧凇混合物積冰最大直徑70mm，最大重量352g/m，最小相對濕度 93%，凍結(jié)開始時的最大風(fēng)速4. 6m/s，最長靜風(fēng)時間6小時。從凍結(jié)開始到凍結(jié)結(jié)束最大降 溫幅度為6. 8°C。相應(yīng)造成風(fēng)觀測資料連續(xù)缺測達39次，同時造成風(fēng)記錄的日、月、年統(tǒng)計 值不同程度缺測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可解決現(xiàn)有風(fēng)傳感器不足、在發(fā)生雨凇、霧凇和結(jié)冰凍害天氣時 能夠有效防止風(fēng)傳感器產(chǎn)生凍結(jié)的裝置。本發(fā)明的裝置是由一個可設(shè)置于風(fēng)傳感器的外殼內(nèi)，且可置于傳感器軸承外的一 個電熱絲、可設(shè)置于電熱絲上或可設(shè)置于電熱絲與傳感器軸承之間的溫度傳感器，及受溫 度傳感器控制的，用于向電熱絲供電的工作電壓為36伏的電源構(gòu)成，溫度控制器的開關(guān)溫 度區(qū)間設(shè)定為3 40攝氏度。本發(fā)明的自動氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，所用的電熱絲內(nèi)阻為 130 170歐姆，加熱功率為6 10瓦特，其最佳參數(shù)為電熱絲內(nèi)阻為150歐姆，加熱功 率為8. 64瓦特。本發(fā)明在使用中可將電熱絲置于風(fēng)速傳感器或風(fēng)向傳感器的外殼之內(nèi)，且處于傳 感器軸承之外，同時接通電源即可。對風(fēng)傳感器中設(shè)置的加熱保護器件要求首先能夠保證使風(fēng)傳感器正常工作，不至 因設(shè)置加熱裝置而造成風(fēng)傳感器本身被損壞；其次，還要盡可能地防止因加熱裝置本身工 作給風(fēng)傳感器帶來附加影響，使風(fēng)傳感器接受到的風(fēng)參數(shù)發(fā)生變化；同時還要解決維護人
3員在對風(fēng)傳感器進行維護時的安全問題。本發(fā)明可以放置于現(xiàn)有的風(fēng)傳感器的外殼內(nèi)，這樣可以使用于與現(xiàn)有的風(fēng)傳感器 配套使用，同時還可簡化安裝設(shè)置的作業(yè)，本發(fā)明所確定的電熱絲工作溫度區(qū)間及相關(guān)的 參數(shù)能夠確保傳感器在極惡劣的天氣下正常工作，特別是在發(fā)生嚴(yán)重雨霧凇凍害易造成冰 凍災(zāi)害時能保證風(fēng)傳感器不發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，同時不會對風(fēng)傳感器的正常運動產(chǎn)生任何的副 面影響。


附圖1為設(shè)于風(fēng)速傳感器上的裝置示意圖，附圖2為設(shè)于風(fēng)向傳感器上的裝置示 意圖。圖中1為風(fēng)杯或風(fēng)向標(biāo)，2為轉(zhuǎn)軸，3為風(fēng)傳感器的外殼，4為軸承，5為電加熱絲。
具體實施例方式本發(fā)明以下結(jié)合

本發(fā)明是在風(fēng)傳感器的外殼3之內(nèi)，且位于傳感器的軸承4外設(shè)置一個電熱絲5， 同時在電熱絲5上或電熱絲5與軸承4之間設(shè)置一個溫度傳感器(在附圖中未畫出溫度傳 感器)，溫度傳感器的導(dǎo)線與溫度控制器相連，本發(fā)明所用的溫度傳感器和溫度控制器均為 現(xiàn)市場上銷售的商品。由于本發(fā)明將長期設(shè)置于野外，在不同的情況下可能需要人對風(fēng)傳 感器進行必要維護或檢修，考慮到維護時人員的安全，本發(fā)明確定用溫度控制器控制一個 其初級為220伏，次極為36伏的變壓器為電熱絲的供電電源，這樣維護人員接觸的將是一 個安全電壓。本發(fā)明在研制過程中曾對電加熱管、電阻式加熱絲、陶瓷發(fā)熱元器件等多種電加 熱器件進行了篩選，經(jīng)反復(fù)篩選通過反復(fù)對比和相關(guān)的試驗，在對觀測數(shù)據(jù)的影響進行全 面論證試驗的基礎(chǔ)上，最終選用電阻加熱絲為風(fēng)傳感器防凍害的加熱元件。一方面是因為 電加熱絲價格較為低廉，其工作壽命相對較長，另一方面電加熱絲本身可塑性較好，容易加 工成型，便于安裝。試驗中對電加熱絲的設(shè)置位置也同樣進行了一系列的試驗，例如直接將電熱絲設(shè) 置于風(fēng)傳感器的外殼外，這樣雖然安裝位置容易解決，但試驗表明其使用效果卻較差，因為 設(shè)置于位于外殼外的電熱絲因工作環(huán)境的影響，使其加熱后的溫度有非常大的變化區(qū)間， 基本上無法控制，如果將電加熱絲的加熱控制于較高溫度時，雖可保證在極端天氣下風(fēng)傳 感器正常轉(zhuǎn)動，但卻會使傳感器內(nèi)的機構(gòu)零部件和電氣元件造成多種副面影響，甚至發(fā)生 損壞，而且其所需要的能耗也較高；而當(dāng)加熱器工作溫度較低時又會因金屬轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)熱和 風(fēng)的降溫作用，極易造成位于外殼內(nèi)軸承凍結(jié)。而將電加熱器設(shè)置于風(fēng)傳感器外殼內(nèi)則可 以在一定程度上克服前述不足。但現(xiàn)有風(fēng)傳感器的外殼內(nèi)可設(shè)置電加熱絲的空間卻極為有 限，在現(xiàn)有外殼內(nèi)設(shè)置電熱絲，選擇電加熱絲適當(dāng)?shù)膸缀纬叽缗c電氣參數(shù)尤為困難。本發(fā) 明歷經(jīng)數(shù)年時間，進行了近萬次的試驗，通過模型的模擬和現(xiàn)場實證試驗，最終確定了可用 的，特別是最佳的加熱元件及溫度控制器的參數(shù)。在試驗中找到了電熱絲的最高加熱溫度， 即不能高于40度，在這一溫度下可確保風(fēng)傳感器的機構(gòu)零部件和電氣元件不受任何的影 響；野外的實證試驗還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)傳感器外殼內(nèi)的溫度低于3攝氏度時即會產(chǎn)生傳感器工 作不靈活的現(xiàn)象。通過前述的一系列試驗最終確定了電熱絲的內(nèi)阻為130 170歐姆，加熱功率為6 10瓦特，溫度控制器的開關(guān)溫度區(qū)間設(shè)定為3 40攝氏度適用范圍，同時確 定了其最佳參數(shù)即電熱絲為150歐姆，加熱功率為8. 64瓦特。因為在這些參數(shù)下，本發(fā)明 的電熱絲即可方便地設(shè)置于現(xiàn)有風(fēng)傳感器的外殼內(nèi)，使本發(fā)明具有大范圍推廣應(yīng)用的有利 條件。在以上試驗的基礎(chǔ)上，將本發(fā)明的裝置安裝于風(fēng)傳感器并在甘肅華家?guī)X氣象站進 行了 1年半的對比試驗。加裝有本發(fā)明的試驗風(fēng)傳感器和對比的現(xiàn)有業(yè)務(wù)用傳感器均在觀 測場內(nèi)，并與業(yè)務(wù)用風(fēng)傳感器保持相同高度。試驗表明自動氣象站風(fēng)傳感器加熱保護裝置能有效防御雨凇、霧凇和冰凍凍害， 確保觀測資料的準(zhǔn)確性和自動站正常運行。試驗期間，恰逢2008年初全國最嚴(yán)重的低溫雨 雪冰凍災(zāi)害發(fā)生，從2月28日至3月16日，對比使用的現(xiàn)用自動站風(fēng)傳感器連續(xù)17天凍 結(jié)，而試驗使用加裝本發(fā)明的風(fēng)傳感器卻未發(fā)生一次凍結(jié)，也未測到因本發(fā)明裝置的工作 而使所得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)用的風(fēng)傳感器有任何不同。
權(quán)利要求
自動氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，其特征是由一個可設(shè)置于風(fēng)傳感器的外殼內(nèi)，且可置于傳感器軸承外的一個電熱絲、可設(shè)置于電熱絲上或可設(shè)置于電熱絲與傳感器軸承之間的溫度傳感器，，及受溫度傳感器控制的，用于向電熱絲供電的工作電壓為36伏的電源構(gòu)成，溫度控制器的開關(guān)溫度區(qū)間設(shè)定為3～40攝氏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，其特征是電熱 絲內(nèi)阻為130 170歐姆，加熱功率為6 10瓦特。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，其特征是電熱 絲內(nèi)阻為150歐姆，加熱功率為8. 64瓦特。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可防止因雨霧凇凍害結(jié)冰造成自動氣象站使用的風(fēng)速傳感器或風(fēng)向傳感器不能正常工作，或者被損壞的裝置。本發(fā)明的裝置是由一個可設(shè)置于風(fēng)傳感器的外殼內(nèi)，且可置于傳感器軸承外的一個電熱絲、可設(shè)置于電熱絲上或可設(shè)置于電熱絲與傳感器軸承之間的溫度傳感器，及受溫度傳感器控制的，用于向電熱絲供電的工作電壓為36伏的電源構(gòu)成，溫度控制器的開關(guān)溫度區(qū)間設(shè)定為3～40攝氏度。
文檔編號G01W1/00GK101853036SQ20101015481
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者奚立宗, 尹憲志, 張強, 徐啟運, 李春亮, 李曉峰, 王強, 王煒, 胡文超, 袁佰順 申請人:甘肅省氣象局