專利名稱：自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)設(shè)置于野外的自動(dòng)氣象站使用的風(fēng)速傳感器或風(fēng)向傳感 器的溫度進(jìn)行控制，以防止因雨霧凇凍害結(jié)冰造成自動(dòng)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(dòng)氣象站已在全國(guó)2000多個(gè)氣象臺(tái)站和數(shù)十萬(wàn)個(gè)區(qū)域氣象觀測(cè)站安裝使用。 目前，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器多采用三杯式風(fēng)速傳感器和長(zhǎng)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(cè)得風(fēng)速，在風(fēng)向傳感器 擺動(dòng)的情況下測(cè)得風(fēng)向。但是，目前廠家生產(chǎn)的風(fēng)傳感器均存在一個(gè)共同的不足，即在發(fā)生 雨凇、霧凇和冰凍凍害天氣時(shí)，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(dòng)，造成氣象觀測(cè)記錄連續(xù)缺測(cè)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間凍結(jié)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，造成 的長(zhǎng)時(shí)間記錄缺測(cè)，嚴(yán)重影響自動(dòng)站正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(dòng)站風(fēng)傳感器雨霧凇凍結(jié)分析，最 長(zhǎng)凍結(jié)時(shí)間達(dá)39小時(shí)，雨霧凇混合物積冰最大直徑70mm，最大重量352g/m，最小相對(duì)濕度 93%，凍結(jié)開始時(shí)的最大風(fēng)速4. 6m/s，最長(zhǎng)靜風(fēng)時(shí)間6小時(shí)。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(cè)資料連續(xù)缺測(cè)達(dá)39次，同時(shí)造成風(fēng)記錄的日、月、年統(tǒng)計(jì) 值不同程度缺測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種可解決現(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(shí)能夠有效防止風(fēng)傳感器產(chǎn)生凍結(jié)的裝置。本實(shí)用新型的裝置是由一個(gè)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(gè)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。本實(shí)用新型的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護(hù)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。本實(shí)用新型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(shí)接通電源即可。對(duì)風(fēng)傳感器中設(shè)置的加熱保護(hù)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(shí)還要解決維護(hù)人員在對(duì)風(fēng)傳感器進(jìn)行維護(hù)時(shí)的安全問題。本實(shí)用新型可以放置于現(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(shí)還可簡(jiǎn)化安裝設(shè)置的作業(yè)，本實(shí)用新型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(shí)能保證風(fēng)傳感器不發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，同時(shí)不會(huì)對(duì)風(fēng)傳感器的正常運(yùn)動(dòng)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(shí)施方式
本實(shí)用新型
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型是在風(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(gè)電熱 絲5，同時(shí)在電熱絲5上或電熱絲5與軸承4之間設(shè)置一個(gè)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，本實(shí)用新型所用的溫度傳感器和溫度控 制器均為現(xiàn)市場(chǎng)上銷售的商品。由于本實(shí)用新型將長(zhǎng)期設(shè)置于野外，在不同的情況下可能 需要人對(duì)風(fēng)傳感器進(jìn)行必要維護(hù)或檢修，考慮到維護(hù)時(shí)人員的安全，本實(shí)用新型確定用溫 度控制器控制一個(gè)其初級(jí)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(hù) 人員接觸的將是一個(gè)安全電壓。本實(shí)用新型在研制過程中曾對(duì)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(jìn)行了篩選，經(jīng)反復(fù)篩選通過反復(fù)對(duì)比和相關(guān)的試驗(yàn)，在對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響進(jìn) 行全面論證試驗(yàn)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?yàn)殡娂訜峤z價(jià)格較為低廉，其工作壽命相對(duì)較長(zhǎng)，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(yàn)中對(duì)電加熱絲的設(shè)置位置也同樣進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，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(yàn)表明其使用效果卻較差，因?yàn)?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(wú)法控制，如果將電加熱絲的加熱控制于較高溫度時(shí)，雖可保證在極端天氣下風(fēng)傳 感器正常轉(zhuǎn)動(dòng)，但卻會(huì)使傳感器內(nèi)的機(jī)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(shí)又會(huì)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。本實(shí)用 新型歷經(jīng)數(shù)年時(shí)間，進(jìn)行了近萬(wàn)次的試驗(yàn)，通過模型的模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)證試驗(yàn)，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(yàn)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(jī)構(gòu)零部件和電氣元件不受任何的 影響；野外的實(shí)證試驗(yàn)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(shí)即會(huì)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(yàn)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(shí) 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?yàn)樵谶@些參數(shù)下，本實(shí) 用新型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)，使本實(shí)用新型具有大范圍推廣 應(yīng)用的有利條件。在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將本實(shí)用新型的裝置安裝于風(fēng)傳感器并在甘肅華家?guī)X氣象 站進(jìn)行了1年半的對(duì)比試驗(yàn)。加裝有本實(shí)用新型的試驗(yàn)風(fēng)傳感器和對(duì)比的現(xiàn)有業(yè)務(wù)用傳感 器均在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)，并與業(yè)務(wù)用風(fēng)傳感器保持相同高度。試驗(yàn)表明自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器加熱保護(hù)裝置能有效防御雨凇、霧凇和冰凍凍害， 確保觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性和1動(dòng)站正常運(yùn)行。試驗(yàn)期間，恰逢2008年初全國(guó)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(duì)比使用的現(xiàn)用自動(dòng)站風(fēng)傳感器連續(xù)17天凍 結(jié)，而試驗(yàn)使用加裝本實(shí)用新型的風(fēng)傳感器卻未發(fā)生一次凍結(jié)，也未測(cè)到因本實(shí)用新型裝 置的工作而使所得到的監(jiān)測(cè)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(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護(hù)裝置，其特征是由一個(gè)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(gè)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(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護(hù)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(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防雨霧凇凍害保護(hù)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。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可防止因雨霧凇凍害結(jié)冰造成自動(dòng)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。本實(shí)用新型的裝置是由一個(gè)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(gè)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(hào)G01W1/00GK201662733SQ201020169590
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)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(qiáng), 徐啟運(yùn), 李春亮, 李曉峰, 王強(qiáng), 王煒, 胡文超, 袁佰順 申請(qǐng)人:甘肅省氣象局