自动气象站气压传感器自动化检定系统设计与实现

介绍对省、市气象计量检定部门原来配置的气压检定系统进行升级改造,使之成为数字化自动检定系统。计算机为核心开发高精度数据采集器和控制电路,将检定过程中的物理量全部数字化,计算机从标准器及采集器的串行异步口读入数据,实现自动气象站数字气压传感器室内检定过程全自动化,同时保留原系统的检定能力。检定数据传入局域网服务器,实现数据远程处理、打印和共享。软件基于Windows平台,采用VB6．0编写。     

自动气象站气压传感器调试方法

目前,国产自动气象站所用的气压传感器是芬兰Vaisala公司的Ptb220型气压传感器,该传感器具有精度高、稳定性好等特点,在各厂家生产的自动站中均有应用。但在检定过程中发现有个别传感器会出现超差或使用一段时间后产生漂移,用现有的检定手段无法消除误差。经与Vaisala公司技术人员多次沟通和大量实验,找出一套行之有效的调试方法,可以将气压传感器的误差用参数设置的方法设置到传感器内存中,将其控制在要求范围内,下面详述此方法,以供参考。     

自动气象站气压传感器现场校准方法

为保证自动气象站现场校准气压传感器具有可比性,了解气压标准器的温度特性,在常压下模拟不同环境温度对气压标准器进行了实验.利用2005～2007年山东省现场校准资料,采用对比方法分析了气压校准误差的变化趋势.结果表明:无论温度的升高或降低,气压标准器的显示数值都有增大的趋势,从而产生0.10～0.28 hPa的附加误差,造成对气压传感器计量性能的误判.研究新的校准方法,减小或消除附加误差对气压校准结果的影响.在实际运用中切实可行.     

PTB210气压传感器检定结果的不确定度分析

按照《测量不确定度评定与表示》(JJF1059.1—2012)中的规范要求,任意选取3台合格的PTB210气压传感器,在3个气压测试点上进行检定。结果表明PTB210气压传感器测量结果的不确定度为0.056hPa,计量特性相同或相近的气压传感器可参考使用这一评定结果。     

DYC1型数字气压传感器检定结果的不确定度分析

测量不确定度是表示测量结果可信度的参数。DYC1型气压传感器是DZZ4新型气象自动站中采集大气压力的数字型压力传感器,在常年的使用过程中存在零点漂移,根据JJG(气象)001—2015《自动气象站气压传感器检定规程》,使用3MS(Meteorology Metrology Management System)省级气象计量检定业务系统,以DYC1型气压传感器为分析对象,通过被测量数学模型,对其检定结果进行不确定度评估,通过实验分析得出DYC1型数字气压传感器检定结果的扩展不确定度为0.102h Pa,对其他类型传感器的检定结果不确定度评定有指导意义。     

气温与风速对气压传感器现场校准的影响

为确保各要素观测数据的准确、可靠并具有可比性,须定期开展自动气象站校准。自动气象站现场校准不同于实验室的检定检测,受客观条件的影响,校准结果具有明显的不确定性,气压要素表现尤为明显。为了保证量值传递准确可靠,减小这种不确定性对校准结果造成的误判,对气压现场校准提出了改进方法。基于2012—2014年"移动气象计量检定校准核查技术集成"项目的实验资料,采用实验室检定和现场校准气压传感器对比的方法,找出现场校准中影响气压值变化的因素。结果表明:实验室检定合格的气压传感器在现场再次进行校准中有12.5%不合格。经研究试验,这种结果是由于现场校准时的环境因素影响造成,其主要影响因素为气温和风速。选择适当的校准时间,即避开最高气温和最低气温出现时段及外界风速不大于5 m/s时进行气压现场校准,能较好地减少气压传感器的测量误差,提高气压测量数据的准确性。     

多路气压检定系统的设计与实现

该文针对气象用的PTB220、PTB330气压传感器检定效率低,检定中存在人工误差等现状,研发了多路气压检定系统。系统采用具有8个RS-232/422/485的三合一串口的MOXA-Nport5650-8-DTL型号串口服务器,实现了8个气压传感器的同步检定和数据处理,提高了气压检定的工作效率,排除人工检定带来的误差。     

CAWS-600B型自动气象站气压校准误差的分析

通过对CAWS-600B型自动气象站气压校准误差的分析,找出了误差来源并指明了处理方向.     

气压传感器校准过程中的高度差修正

为解决气压标准器与被检传感器不在同水平高度而引起的示值误差,对PTB330型气压传感器的校准结果进行高度差修正。依据《数字式气压计检定规程》(JJG1084-2013)数字式气压计检定规程的要求,选取100只全新PTB330型传感器进行静态测试,对比高度差修正前、高度差修正后及同水平高度条件下的测试数据。结果表明：(1)高度差修正后的测试数据与同水平高度的测试数据高度相关;(2)高度差修正后的测试数据离散程度由0.022降低至0.007,示值误差波动度减小。     

气压传感器比对试验分析

根据中国气象局在增城国家气候观测站开展"气压、湿度传感器对比观测试验"内容,以其中的气压传感器对比观测试验为例,对该次试验中涉及的外场选择、仪器布局、对比方法和数据分析等进行了详细介绍,为今后类似的传感器对比观测提供参考。试验结果分析表明,通过与人工业务观测和省级标准器对比观测试验可以遴选出性能优良的气压传感器进入地面气象观测业务。     

PTB220型压力传感器检定结果不确定度评估

测量不确定度是表明测量结果可信程度的参数。为了保证气压传感器检定结果的准确可靠,依据JJG(气象)001-2011《自动气象站气压传感器检定规程》及JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求,使用省级压力标准器745,以VAISALA的PTB220型压力传感器为研究对象,通过建立被测量的数学模型,分析并列出了对测量结果有明显影响的不确定度来源,并定量评定了各标准不确定度分量,通过实验分析及验证得出其检定结果的扩展不确定度为0.2hPa,对其他类型压力传感器的检定结果的不确定度评定具有指导意义和参考价值。     

基于RBF的气压传感器非线性校正算法

高空气象探测技术的发展与探测仪器的进步密不可分。气压传感器作为探空仪搭载的核心器件,在高海拔极端环境下受到制作工艺及温度波动等因素的影响,会出现测量数据精度受损的现象。针对上述问题,通过分析气压传感器的标准气压值和误差之间的关系,推导了误差波动描述算式,把气压传感器标校任务转化为非线性回归方程系数的拟合任务,并设计一种用于误差系数拟合的RBF模型。将拟合后的系数结合误差波动算式来计算最终的标校气压值,以达到提高气压传感器标校精度的目的。实验结果表明：RBF神经网络拟合系数获取的标校值与传统的BP神经网络相比,可使测量误差的偏差度≤0.1%,有效提高了高空气象探测中的气压传感器的测量精度。     

湿度表(计)检定装置不确定度分析

湿度检定装置的不确定度,直接影响到湿度传感器和各种湿度测量仪器的检测结果。该文针对我国省级气象计量单位,现用的湿度表（计）检定装置,从检定装置的组成、主要误差来源及分类人手,借鉴国内外通用的不确定度分析方法,介绍整个湿度检定装置的不确定度测试与评估。     

多路自动气象站湿度传感器检定系统设计

随着地面自动气象观测站在我省的广泛应用,湿度传感器计量检定业务量比原来成倍增加,现有的计量检定设备和方法已经不能满足当前的业务要求。针对我省气象计量站面临的湿度传感器室内自动化检定难题,设计出了多路湿度传感器检定系统,实现自动气象站湿度传感器室内检定过程自动化,本地或远程计算机可以通过局域网远程调取检定数据,实现数据远程处理、打印。     

PTB220气压传感器的设置与校准

该文介绍PTB220数字气压传感器的工作原理,通过使用超级终端对气压传感器进行设置和校准,使超差的气压传感器误差控制在允许范围内,为自动气象站气压传感器的维修和校准提供参考。     

电源及负载电阻对PTB220型气压传感器检定结果的影响

为保证检定结果的准确可靠,对多台自动气象站用PTB220型气压传感器进行了供电电压及负载电阻的试验。试验结果表明:在12~30V的范围内,随着供电电压的提高,PTB220型气压传感器模拟量输出测量误差存在着逐渐变大的现象,这种变化最大达到了-0.28hPa;而数字量输出则不存在这一问题;当负载电阻在10~500kΩ之间变化时,PTB220型气压传感器的模拟量输出测量误差在测量范围下限附近呈现出随着负载电阻的增加而逐渐增大的现象。基于这一发现,对PTB220型气压传感器检定方法的完善提出了针对性建议。     

气象检定仪器标准装置的不确定度

介绍了气象检定仪器标准装置不确定度的分类、误差来源及其确定。     

探空仪气压检定设备的检修和改进

探空仪气压检定是模拟检测仪器在垂直升空过程中，空盒感应部件产生的形变与对应电码座标之间的变化关系是否符合技术要求来进行的工作。检定设备由气压检定箱（包括常温气压箱、温度系数检定箱）、单管水银气压表、真空泵、波纹机以及检定箱附属设备构成。整套设备部件多，技术指标要求高。气压温度系数检定箱高温要求可升到＋105℃，低温要求能降到＋5℃以下。气压范围970～5hPa。箱体内工作区任意两点温度差值≤5℃。这种温度和气压的大变量，多种仪器设备的相互连接，对完成以上各项技术指标造成了一定的困难。这就要求各种仪器设备的…     

基于串口通信的PTB220气压传感器误差自动调整系统设计

为进一步提升自动气象站计量检定工作的自动化水平,简化气压传感器示值超差调整工作,通过对PTB220气压传感器工作原理的分析与研究,利用省级气象计量检定业务系统(3MS)的部分硬件,采用串口通信自动应答技术,在原有3MS系统自动化检定的基础上实现了PTB220气压传感器数字量及模拟量示值超差的自动调整。文中详细阐述了数字量及模拟量调整的原理及操作流程,给出了串口通信参数配置及自动调整软件部分代码示例,并通过实际业务验证了系统设计思路的可行性。     

基于ARMA模型判别气压传感器故障

我国现有的自动气象站设备缺乏能够反映其自身运行状态的参数信息,导致对设备运行监控能力不足,无法快速定位设备故障。为了判别气压传感器的工作状态,从观测数据出发,提出了基于ARMA模型的气压预测方法,利用已测气压值,对当前时刻气压值进行合理的预测,并给出该预测值的置信区间。利用气压传感器的实测值与此预测值进行比较,如果实测值偏离了该预测值的置信区间,可以认为气压传感器或相关数据采集单元出现故障。通过实例计算和比较,模型ARMA(2,1)对于自动气象站气压值的一步预测误差为0,具有较好的预测效果,可以有效判别气压传感器的工作状态。