專利名稱：自動氣象站風傳感器防雨霧凇凍害保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對設置于野外的自動氣象站使用的風速傳感器或風向傳感 器的溫度進行控制，以防止因雨霧凇凍害結冰造成自動氣象站使用的風速傳感器或風向傳 感器不能正常工作，或者被損壞。
背景技術：
自動氣象站已在全國2000多個氣象臺站和數十萬個區(qū)域氣象觀測站安裝使用。 目前，國產自動氣象站風傳感器多采用三杯式風速傳感器和長臂單葉風向傳感器，風速傳 感器和風向傳感器統稱為風傳感器。在風速傳感器旋轉的情況下測得風速，在風向傳感器 擺動的情況下測得風向。但是，目前廠家生產的風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、靜風條件下，雨凇、霧凇和結冰凍害經常造成風速風 向傳感器掛冰凍結，停止轉動，造成氣象觀測記錄連續(xù)缺測的嚴重后果。而在冬春季節(jié)溫度 為-5°C 0°C，平均風速彡5m/s，空氣相對濕度大于80%天氣情況下，雨凇、霧凇以及混合 積冰出現頻率高，極易在風傳感器上形成冰掛，造成風傳感器長時間凍結，停止轉動，造成 的長時間記錄缺測，嚴重影響自動站正常運行，嚴重時還會造成風傳感器損毀。根據2003-2005年甘肅省華家?guī)X氣象站14次自動站風傳感器雨霧凇凍結分析，最 長凍結時間達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%，凍結開始時的最大風速4. 6m/s，最長靜風時間6小時。從凍結開始到凍結結束最大降 溫幅度為6. 8°C。相應造成風觀測資料連續(xù)缺測達39次，同時造成風記錄的日、月、年統計 值不同程度缺測。

實用新型內容本實用新型提供一種可解決現有風傳感器不足、在發(fā)生雨凇、霧凇和結冰凍害天 氣時能夠有效防止風傳感器產生凍結的裝置。本實用新型的裝置是由一個可設置于風傳感器的外殼內，且可置于傳感器軸承外 的一個電熱絲、可設置于電熱絲上或可設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伏的電源構成，溫度控制器的開 關溫度區(qū)間設定為3 40攝氏度。本實用新型的自動氣象站風傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，所用的電熱絲內阻為 130 170歐姆，加熱功率為6 10瓦特，其最佳參數為電熱絲內阻為150歐姆，加熱功 率為8. 64瓦特。本實用新型在使用中可將電熱絲置于風速傳感器或風向傳感器的外殼之內，且處 于傳感器軸承之外，同時接通電源即可。對風傳感器中設置的加熱保護器件要求首先能夠保證使風傳感器正常工作，不至 因設置加熱裝置而造成風傳感器本身被損壞；其次，還要盡可能地防止因加熱裝置本身工 作給風傳感器帶來附加影響，使風傳感器接受到的風參數發(fā)生變化；同時還要解決維護人員在對風傳感器進行維護時的安全問題。本實用新型可以放置于現有的風傳感器的外殼內，這樣可以使用于與現有的風傳 感器配套使用，同時還可簡化安裝設置的作業(yè)，本實用新型所確定的電熱絲工作溫度區(qū)間 及相關的參數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)生嚴重雨霧凇凍害 易造成冰凍災害時能保證風傳感器不發(fā)生凍結現象，同時不會對風傳感器的正常運動產生 任何的副面影響。

附圖1為設于風速傳感器上的裝置示意圖，附圖2為設于風向傳感器上的裝置示 意圖。圖中1為風杯或風向標，2為轉軸，3為風傳感器的外殼，4為軸承，5為電加熱絲。
具體實施方式
本實用新型
以下結合附圖說明本實用新型是在風傳感器的外殼3之內，且位于傳感器的軸承4外設置一個電熱 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)，溫度傳感器的導線與溫度控制器相連，本實用新型所用的溫度傳感器和溫度控 制器均為現市場上銷售的商品。由于本實用新型將長期設置于野外，在不同的情況下可能 需要人對風傳感器進行必要維護或檢修，考慮到維護時人員的安全，本實用新型確定用溫 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。本實用新型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，經反復篩選通過反復對比和相關的試驗，在對觀測數據的影響進 行全面論證試驗的基礎上，最終選用電阻加熱絲為風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置位置也同樣進行了一系列的試驗，例如直接將電熱絲設 置于風傳感器的外殼外，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傳 感器正常轉動，但卻會使傳感器內的機構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；而當加熱器工作溫度較低時又會因金屬轉軸的導熱和 風的降溫作用，極易造成位于外殼內軸承凍結。而將電加熱器設置于風傳感器外殼內則可 以在一定程度上克服前述不足。但現有風傳感器的外殼內可設置電加熱絲的空間卻極為有 限，在現有外殼內設置電熱絲，選擇電加熱絲適當的幾何尺寸與電氣參數尤為困難。本實用 新型歷經數年時間，進行了近萬次的試驗，通過模型的模擬和現場實證試驗，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。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傳感器的機構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，當風傳感器外殼內的溫度低于3攝氏度時即會產生傳感器 工作不靈活的現象。通過前述的一系列試驗最終確定了電熱絲的內阻為130 170歐姆，加熱功率為6 10瓦特，溫度控制器的開關溫度區(qū)間設定為3 40攝氏度適用范圍，同時 確定了其最佳參數即電熱絲為150歐姆，加熱功率為8. 64瓦特。因為在這些參數下，本實 用新型的電熱絲即可方便地設置于現有風傳感器的外殼內，使本實用新型具有大范圍推廣 應用的有利條件。在以上試驗的基礎上，將本實用新型的裝置安裝于風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。加裝有本實用新型的試驗風傳感器和對比的現有業(yè)務用傳感 器均在觀測場內，并與業(yè)務用風傳感器保持相同高度。試驗表明自動氣象站風傳感器加熱保護裝置能有效防御雨凇、霧凇和冰凍凍害， 確保觀測資料的準確性和1動站正常運行。試驗期間，恰逢2008年初全國最嚴重的低溫雨 雪冰凍災害發(fā)生，從2月28日至3月16日，對比使用的現用自動站風傳感器連續(xù)17天凍 結，而試驗使用加裝本實用新型的風傳感器卻未發(fā)生一次凍結，也未測到因本實用新型裝 置的工作而使所得到的監(jiān)測數據與業(yè)務用的風傳感器有任何不同。
權利要求自動氣象站風傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，其特征是由一個可設置于風傳感器的外殼內，且可置于傳感器軸承外的一個電熱絲、可設置于電熱絲上或可設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伏的電源構成，溫度控制器的開關溫度區(qū)間設定為3～40攝氏度。
2.根據權利要求2所述的自動氣象站風傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，其特征是電熱 絲內阻為130 170歐姆，加熱功率為6 10瓦特。
3.根據權利要求2所述的自動氣象站風傳感器防雨霧凇凍害保護裝置，其特征是電熱 絲內阻為150歐姆，加熱功率為8. 64瓦特。
專利摘要本實用新型涉及一種可防止因雨霧凇凍害結冰造成自動氣象站使用的風速傳感器或風向傳感器不能正常工作，或者被損壞的裝置。本實用新型的裝置是由一個可設置于風傳感器的外殼內，且可置于傳感器軸承外的一個電熱絲、可設置于電熱絲上或可設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伏的電源構成，溫度控制器的開關溫度區(qū)間設定為3～40攝氏度。
文檔編號G01W1/00GK201662733SQ201020169590
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權日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