风向风速温度湿度降雪量技术方案最新Word格式文档下载.docx
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在00C最大误差
电压测量
±
2.5V
250mV
25mV
6.5mV
0.08%F.S.±
150uV
0.18%F.S.±
15uV
3uV
频率测量
0.003%+分辩率241ns
串口通信
标准
可选择项
一个RS232
两个扩展口,可扩为RS232,RS485方式。
实时时钟
无
电源消耗
小于10mA/6V
供电
8…14VDC
二、风向、风速传感器
一、概述:
风向、风速传感器用于测量距地10米处的地面风的速度及方向值,并转换为电信号,此信号可以直接传送到显示仪器或记录设备进行处理。
二、工作原理:
传感器有风向传感器、风速传感器及传感器支架三部分组成。
传感器供电电源为+12V.
(一)风向传感器:
风向传感器是用于测量风的水平风向的仪器。
应用范围广泛,如气象台站、船舶、石油平台。
环境保护等。
本仪器有风向标部件,壳体(内装风向转换系统和加热系统)和插座等主要部分所组成。
工作原理:
风速测量是利用一个低惯性的风向标部件作为感应部件,风向标部件随风旋转,带动转轴下端的风向码盘,此码盘按8位格雷码编码进行光电扫描输出脉冲信号。
本仪器的输入、输出端均采用瞬变抑制二极管进行过载保护。
壳体内还装置电子调节加热系统,它一般能提供25W的加热功率,以保证仪器在冬季正常运行。
外部零件选用耐腐蚀材料制造并由喷漆涂层保护,密封采用迷宫结构和O型环保护仪器内部的敏感元件不受恶劣环境的影响。
传感器有格雷码、电压、电流三种输出方式。
注:
EL15-2B、EL15-2C、EL15-2D均可按需要接入加热系统,其环境温度可达-50℃~+60℃
风向、风速信号通过电缆输送到采集器,经过处理在采集器上显示风向风速值。
根据需要通过标准串口,在采集器和计算机之间进行数据传输。
技术指标:
技术参数|型号
EL15-2
EL15-2A
EL15-2B
EL15-2C
EL15-2D
测量范围
0~3600
精确度
30
50
分辨力
2.50
响应灵敏度
0.3m/s
0.5m/s
风向输出
8位格雷输出
电压15V
电压12V~15V
电压5V
7位格雷码输出电压5V
0V~2.5V或4mA~20mA
抗风强度
75m/s
工作电压
AC24V
DC15V
DC12V~15V
DC5V
DC10V~14V
使用环境
-50℃~+60℃:
0~100%RH
-40℃~+60℃:
重量
1.8kg
最大外型尺寸
550mmx415mm
550mmx415mm
三、安装、维护与使用
1.安装
1.1安装的场地选择
通常使用测风仪器测风时,合理选择安装场地十分重要,具体要求如下:
(1)测风仪器和障碍物之间的距离至少等于障碍物本身高度十倍以上,如果不能满足此要求,则测风仪器应放在约高与障碍物6—10米处。
(2)测风仪器有必要安装在屋顶时,那么应安装在平屋顶的中央,不要靠边安装,避免某方向有倾向性影响。
1.2风向标的安装(如图所示)
(1)将”盖形螺母”从仪器上取下,而”橡胶垫圈”留在”保护罩”内。
(2)把”风向标部件”穿过”轴”装在”保护罩”上,并使”风向标部件”上的”销钉”插入”保护罩”的缺口处。
(3)用”盖形螺母”紧固。
注意:
紧固盖形螺母时,手握保护罩,不要握风向标。
1.3电缆线的焊接
(1)EL15-2/2A型风向传感器电缆线的焊接
按照图的要求,把15芯电缆线(0.5mm2/芯)与电缆插头焊接,15芯电缆线的长度按照使用要求确定。
EL15-2型风向传感器带加热器,而EL15-2A型风向传感器不带加热器。
(2)EL15-2C型风向传感器电缆线的焊接
按照图的要求,把12芯电缆线(0.5mm2/芯)与电缆插头焊接,12芯电缆线的长度按照使用要求确定。
(3)EL15-2D型风向传感器电缆线的焊接
按照图的要求,把5芯电缆线(0.5mm2/芯)与电缆插头焊接,5芯电缆线的长度按照使用要求确定。
2.仪器的使用
2.1仪器的架设
(1)按照图所示安装尺寸自行加工安装架。
(2)将焊接好电缆插头穿过安装架插入仪器插座内,然后将仪器放在安装架上。
(3)调整仪器壳体上的“N”极记指向实际“北”极,然后用螺钉紧固仪器。
2.2仪器的使用
根据仪器输出和馈电的要求,将仪器与终端设备(风显示器或风打印机)连接并按照使用说明书进行操作。
3.维护
3.1如果使用得当,仪器无需维护,但严重的污染将导致仪器的转动部件与静止部件缝隙间阻塞,因此需要定期清除污垢。
3.2由于仪器长期使用导致轴承磨损,而影响仪器性能,此时可将仪器送回工厂进行检修。
(二)ELl5—1/1A型杯式风速传感器
ELl5-1/1A型杯式风速传感器是响应快、启动风速低的光电子风速计。
感应部件由三个轻质锥形风杯组成,能在整个工作范围内提供良好的线性,直到风速达到60m/s。
将测量的风速转换为电脉冲信号,这信号可以传输给显示装置、记录装置、数据记录装置及智能系统。
仪器装配了电子管理加热装置用以冬季使用,加热系统避免滚球轴承和外部旋转部件受冻。
应用范围广泛,如气象台站、船舶、石油平台、环境保护等。
其风杯和风向标采用铝材制造,经阳极氧化并喷漆,具有很好的可靠性。
1、工作原理:
风速测量是利用一个低惯性的轻金属风杯部件做为感应部件,其感应部件随风旋转并带动风速码盘进行光电扫描,输出相应的电脉冲信号。
本仪器的输出、输入端均采用瞬变抑制二级管进行过载保护;
壳体内还装置电子调节加热系统,以保证仪器在冬季正常运行。
技术参数
O.3m/s~60m/s
O.05m/s
启动风速
≤O.3m/s
准确度
≤100m/s:
O.3m/s
>
10m/s:
(O.03v)m/s
输出信号
频率OHz~1221Hz
高电平>
14V,低电平<
1V
交流AC24V(加热系统)
直流DC15V(风速转换系统)
~4O℃~+60℃:
湿度0~100%RH(Ell5—1A)
重量
1kg
外型尺寸
319mm*226mm
二、安装、维护与使用:
1、安装:
1.1安装场地的选择
通常使用测风仪器测风时合理选择安装场地十分重要,具体要求如下:
(1)测风仪器和障碍物之间的距离至少等于障碍物本身高度十倍以上,如果不能满足此要求,则测风仪器应安装在约高于障碍物6~10米处。
(2)测风仪器有必要安装在屋顶时应安装在平屋顶的中央,不要靠边安装,避免某方向有倾向性影响。
1.2风杯部件的安装
(1)将”盖形螺母”和”圆板”从仪器上取下,而”橡胶垫圈”留在”保护罩”内。
(2)把”风杯部件”穿过”轴”并安装在”保护罩”上,并使”风杯架”上的”销钉”插入”保护罩”的缺口之中。
(3)在”风杯架”上装”圆板”,然后用”盖形螺母”紧固。
注意:
紧固”盖形螺母”时,手握保护罩不要握风杯。
按照图的要求,把五芯电缆线(0.5mm2/芯)与电缆插头焊接,五芯电缆线的长度按照使用使用要求确定。
2.1仪器的架设
(1)按照图的安装尺寸自形加工安装架。
(2)将焊接电缆的电缆插头穿过安装架插入仪器插座内,然后将仪器紧固在安装架上。
2.2仪器的使用
根据仪器输出和馈电的要求,将仪器与终端设备连接并按照使用说明书进行操作。
3、维护
3.1如果使用得当,仪器无需维护,但严重的污染,将导致仪器的转动部件与静止部件缝隙间阻塞,因此需要定期清除污垢。
3.2由于仪器长期使用导致轴承磨损,而影响仪器性能,此时可将仪器送回工厂进行检修。
风速————频率对应表
风速值(m/s)
0.3
0.5
1
1.5
2
5
10
15
20
25
35
40
60
输出脉冲(Hz)
0-1
4
14
96
198
300
402
504.
606
708
811
1016
1221
三、AWS1-A型支撑杆
1.概述
AWS1—A型支撑杆是用于自动气象站气象观测仪器安装、气象传感器的专用设备。
2.技术指标
2.1高度:
10m
2.2最大承受风速:
不大于70m/s
2.3重量:
约60Kg(净重)
3.安装说明
3.1地基:
主体杆地基应按照地基施工图的要求进行施工(见图一、图二)
地脚螺栓(M20×
320、M20×
400)应和安装定位板同时浇灌施工(见图二)
安装定位板用罗盘精确定位南北向(见图一),钢筋笼的制作见图(G1.0DG2)。
安装分布图(见图三)
3.2主体杆的装配
打开包装后,拆掉所有的包装纸的泡沫纸,拉出中杆、上杆到极端位置,在中杆的连接套上锁钉对准底杆的长槽内。
在中杆和底杆的上部用6个M6×
20螺钉和弹簧垫圈紧固装配(见图四)。
上杆部件与中杆部件安装相同。
(见图五)
将两组拉绳卡箍按照安装图(G1.0A)的要求分别安装在上杆和中杆上。
将避雷针安装在上杆的顶部,将卡箍用螺母紧固,避雷针引线端固定在避雷针下端,引线电缆可以从上杆上部穿线孔穿入杆中,从底杆下端引出,在穿线孔上面用卡子将电缆压紧。
风横臂安装在上杆的顶端,风传感器电缆可以从上杆上部穿线孔穿入杆中,从底杆下面引出,在穿线孔上面用卡子将电缆压紧。
在装配过程中应注意避免损坏主杆表面的漆层。
3.3主体杆的安装架设
将底座用M20螺母及垫圈安装在地基上,见安装图(G1.0A)。
用水平仪和罗盘调平后紧固螺母,松开并卸下东面地脚螺栓上端螺母,将底座放倒。
将主体管呈东西放倒在地基旁,将底杆插入底座,用两个M8×
35螺栓和弹簧垫圈紧固装配。
调整好风横臂的南北向,安装好钢丝拉绳以后,就可以竖立主体管,并将东向的地脚螺栓上端螺母安装紧固。
3.4拉绳和安装
在主体管竖立之前,将索具套环套入卡箍的孔中,将钢丝拉绳的一端通过索具套环用两个钢丝绳绳夹紧固。
主体管竖立固定后,将钢丝绳的另一端穿入索具螺旋扣一端孔中,用两个绳夹紧固,将吊环螺钉紧固在地脚螺栓上,然后将索具螺旋扣的开口端套在吊环螺钉孔中,调整索具螺旋扣使钢丝拉绳绷紧。
3.5避雷装置的安装
避雷针引线与防雷板紧固连接,接地装置防雷板的埋设按照防雷实际要求进行。
4.维护保养
应经常检查钢丝绳的紧固性和地脚螺栓的紧固性,尤其是经常刮风的季节。
当检修需要放倒主体管时,应注意避免损坏传感器和杆的油漆表面。
四、DWHC2型温湿传感器
天津气象仪器厂与瑞士罗卓尼克公司经过长期合作,引进罗卓尼克公司湿度传感器核心技术生产了DWHC2型温湿度传感器,保留了罗卓尼克湿度传感器的全部优点,并在结构工艺上做了很大改进。
型号:
DWHC2
产地:
中国天津气象仪器厂
性能及技术指标:
型号
3.5…50VDC(推荐5VDC)
功耗
<
4mA
输出
电压0…1V
数字输出
单总线DIO,公开协议,容易接单片机
湿度传感器工作范围
-40…60°
C,0…100%RH
温度传感器工作范围
-50…60°
C
湿度精度
1.5%RH(23℃±
5℃)
2%RH(-10℃~+50℃)
3%RH(-30℃~+70℃)
温度传感器准确度
0.2℃(PT1004线制直接输出)
重复性
0.5%RH,0.1℃
长期稳定性
1%RH/年;
0.1℃/年
时间常数τ=63
15秒(23℃下,1m/s风速,不带过滤器)
外形尺寸
100x15mmФ
防护等级
IP65
传感器保护
金属过滤网,最大风速20m/s
特点:
•高精度和长期稳定性
•100%互换性
•户外测量
•紧凑的尺寸
•可配通风防护罩
•支持1路Pt1001/5DIN4线制直接输出
•工作范围:
-50…60°
•精度:
±
0.1℃(PT1004线制直接输出)
•尺寸:
100x15mmФ
•防护等级:
IP65
•传感器保护:
不锈钢网过滤器
在不同温度下湿度的准确度:
湿度传感器抵抗结露等恶劣条件:
天津气象仪器厂湿度传感器湿敏元件可完全浸泡在水溶液中正常工作,由于湿敏元件外部有特殊材料罩保护,不会使湿敏元件受到直接污染。
数字探头技术:
探头数字化优点一:
100%互换。
探头数字化优点二:
校准数据存储在探头里,于仪器无关。
数字化优点三:
用户可以进行4点湿度校准,可以获得更高精度的认证。
五、DSH1型称重式降水传感器
概述
目前我国气象部门对固体降水以人工观测为主,存在时效性差、时空密度不足等诸多弊端,不能全面、连续反映降雪过程的变化情况。
DSH1型称重式降水传感器是实现降水自动化观测的智能传感器,该仪器既可以作为单独的传感器以输出脉冲信号形式无缝挂接在现有自动气象站上,同时又输出RS232/485数字信号,可以同其它数字或总线系统及终端组网使用。
该仪器实现了观测资料连续化,减少台站观测人员的工作量,进一步提高观测质量和观测效率,能够为专业部门和公众提供更多有价值的气象信息和观测产品。
DSH1型称重式降水传感器既能满足现行气象观测业务要求,能够输出脉冲量,接入现有自动气象站;
又符合智能气象传感器的发展趋势,能够输出数字信号,接入新一代自动气象站或终端微机,具有RS232(或RS485)通讯接口。
DSH1型称重式降水传感器可用于装备地面气象观测网,承担降水量观测任务的自动化气象观测设备。
该仪器具有较高运行可靠性,能达到当前先进的固体降水自动化观测水平,为冬季降水量预报和服务提供高质量的观测资料。
DSH1型称重式降水传感器主要有以下特点:
♦精确测量——具有大容量、高稳定的电阻应变式载荷元件结合软件算法,对进入到收集容器中的降水提供准确测量。
由于整个收集容器被称重,因此,任何类型积累在收集容器内的降水将被记录。
♦数据输出——数据输出脉冲仿效一个翻斗式雨量计翻斗的输出,每次一个脉冲相当于一个0.1mm。
脉冲在每分钟的末尾输出。
♦低维护——DSH1型称重式降水传感器能够在无人值守的条件下工作很长的时间周期。
维护工作只要求当收集的降水达到一定的量、有必要将它们倒掉时,将收集容器中的物质清空即可。
1.系统组成
1.1.系统结构
DSH1型称重式降水传感器是由称重单元、处理单元和外围组件组成,其结构框图如图2.1所示:
图2.1DSH1型称重式降水传感器结构框图
DSH1型称重式降水传感器实物图及各部件名称如图2.2所示:
图2.2DSH1型称重式降水传感器整体外观图
DSH1型称重式降水传感器内部实物图及各部件名称如图2.3所示:
图2.3DSH1型称重式降水传感器内部实物图
1.2.称重单元
称重单元是称重降水传感器的重要组成部分,主要由载荷元件和信号变换电路组成,载荷元件是称重单元的核心,通过对重量变化的快速响应测量降水。
称重单元通过温度补偿、数字滤波等技术达到全量程范围内的降水准确测量。
1.2.1.载荷元件
载荷元件基于电阻应变技术:
敏感梁在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,进而得到重量。
如图2.4所示为其实物图:
图2.4载荷元件实物图
1.2.2.信号变换电路
信号变换电路的作用是将载荷元件测得的信号进行转换,再通过温度修正处理后,得到重量数据。
信号变化电路,将载荷元件测得的收集容器中降水重量的电信号数值传到运算器中,运算器经过计算转化成以毫米单位的降水。
再通过存储的校准常数、温度系数等一些参数计算出雨量值。
1.3.处理单元
处理单元由中央处理器、时钟电路、数据存储器、接口、控制电路等部分构成,安装在机箱内。
其主要功能是对称重单元的信号进行采样,并对采样值进行数据运算处理,计算出分钟降水量和累计降水量,并实现质量控制、记录存储,实现数据通信和传输。
处理单元具有数据存储功能,数据存储使用堆栈式存储器结构。
存储的数据量不少于30天。
处理单元既满足现行气象观测业务要求,能够输出脉冲量,接入现有自动气象站;
又符合智能气象传感器的发展趋势,能够输出数字信号,接入新型自动气象站。
因此,DSH1型称重式降水传感器同时具有RS232(或RS485)通讯接口和脉冲输出接口(1个脉冲相当于0.1mm)。
1.4.外围结构
外围组件包括收集容器、保护外壳、底盘基座、防风圈等。
1.4.1.收集容器
收集容器为一个铝制材质的桶状容器,当通过一个200mm口径测量时最大可容纳400mm的液体,收集容器的底部被制作成恰好能够套在载荷传感器平台的定位导向装置之上(图2.7)。
降水收集在收集容器中,并与一定量的防冻剂混合在一起,从而防止容器中的液体结冰。
收集容器中还可放置一层薄的蒸发抑制油,用以抑制降水的蒸发。
图2.7收集容器定位导向装置
1.4.2.保护外壳
外壳主要有两方面的作用,一方面是通过其承水口,收集降水进入收集容器中,另一方面保护称重单元、处理单元等内部组件免受雨雪天气因素的侵扰,保证其在野外环境下正常工作。
外壳的外形设计呈“凸”字型(如图2.8(a)所示),具有上部窄下部宽特点,收集容器与外壳应保持合理间隙,防止两者冻结、接触影响正常观测,这样的设计结构可起到防风、减少蒸发和增加降水捕获量的功能。
保护外罩采用金属材料制作,喷涂白色防锈漆。
外壳下方有三个缺口槽是与底盘上的固定螺钉相配合(如图2.8(b)所示),保证在野外环境受风的影响使外壳不晃动。
图2.8保护外壳及固定螺钉
承水口设计符合气象业务观测相关规定,形状为内径200mm的正圆,口缘采用不锈钢材料制作,内直外斜刀刃形,以防雨滴溅失和桶口变形,保证承水口采样面积。
为防止承水口被冰雪覆盖冻结,器口具有抗冻结功能,且在其内壁上涂有憎水层,避免在内壁上形成结冰。
1.4.3.底盘与基座
底盘用于安装称重支架放置称重元件、信号变化电路及收集容器等部件(如图2.3所示),底盘具有调平螺栓,可以通过调节螺栓的螺母进行传感器的水平调节,调节水平后,底盘与基座顶端固定孔固定。
基座使用铸铁材料制成,表面进行防锈和耐腐蚀涂层处理,基座高度约为650mm,直接安装在混凝土基础上,用于稳定的支撑传感器及固定机箱,传感器与基座的顶端圆盘的固定孔通过螺栓固定;
机箱通过固定在基座上的固定板安装,如图2.9所示:
图2.9基座实物图
1.4.4.防风圈
防风圈是增大降雪捕获率的重要设备,支架与防风圈喷涂防腐蚀、防氧化材料涂层。
为保证传感器尽量少受到干扰因素的影响,防风圈需独立预埋基础,与传感器分开安装。
每个风挡单片与风挡龙骨用螺丝连接起来,并与支架立杆连接,插入到支架底盘上,用螺丝固定,如图2.2所示。
2.性能指标
2.1.主要技术指标
承水口直径:
容量(包括防冻液,防蒸发液):
400mm降水量
分辨力:
0.1mm
准确度:
0.4mm(≤10mm);
4%(>10mm);
数据输出:
脉冲(通断信号)、RS232(9600,N,8,1);
工作温度:
-45℃~+60℃;
储存温度:
-45℃~+80℃;
外型尺寸:
φ1050mm×
1500mm;
电压:
9~15V
电流:
12V供电时≤75mA
2.2.环境适应性
相对湿度:
5%~100%;
大气压力:
450~1060hpa;
降水强度:
≤10mm/min;
抗风能力:
≤75m/s;
抗盐雾腐蚀。
3.功能
3.1.数据采样
处理单元对称重单元按每分钟一次的采样频率进行扫描,将获得的电信号转换成降水量,得到分钟降水量。
3.2.数据处理
处理单元对采样值进行数据质量控制,对通过采样值质量检查的分钟降水量进行累计,得到累计降水量。
3.3.数据存储
传感器具有数据存储功能,数据存储使用堆栈式存储器结构。
存储的数据内容包括:
分钟降水量、累计降水量、原始质量数据、状态监控信息等。
存储的数据量不少于30天,数据存储器应具备掉电保存功能。
3.4.数据传输
传感器具有数据传输的功能,采用脉冲方式输出时,主动送出通断信号;
采用RS-232(或RS-485)方式输出时,采用响应终端命令的方式。
数据采集器与传感器间的信号传输距离不小于200m。
通过在RS-232口上接入无线或有线传输模块,可以实现数据远程传输功能。
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