专利名称：自动气象站风传感器防雨雾凇冻害保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对设置于野外的自动气象站使用的风速传感器或风向传感器的 温度进行控制，以防止因雨雾凇冻害结冰造成自动气象站使用的风速传感器或风向传感器 不能正常工作，或者被损坏。
背景技术：
自动气象站已在全国2000多个气象台站和数十万个区域气象观测站安装使用。 目前，国产自动气象站风传感器多采用三杯式风速传感器和长臂单叶风向传感器，风速传 感器和风向传感器统称为风传感器。在风速传感器旋转的情况下测得风速，在风向传感器 摆动的情况下测得风向。但是，目前厂家生产的风传感器均存在一个共同的不足，即在发生 雨凇、雾凇和冰冻冻害天气时，在低温、静风条件下，雨凇、雾凇和结冰冻害经常造成风速风 向传感器挂冰冻结，停止转动，造成气象观测记录连续缺测的严重后果。而在冬春季节温度 为-5°C 0°C，平均风速彡5m/s,空气相对湿度大于80%天气情况下，雨凇、雾凇以及混合 积冰出现频率高，极易在风传感器上形成冰挂，造成风传感器长时间冻结，停止转动，造成 的长时间记录缺测，严重影响自动站正常运行，严重时还会造成风传感器损毁。根据2003-2005年甘肃省华家岭气象站14次自动站风传感器雨雾凇冻结分析，最 长冻结时间达39小时，雨雾凇混合物积冰最大直径70mm，最大重量352g/m，最小相对湿度 93%，冻结开始时的最大风速4. 6m/s，最长静风时间6小时。从冻结开始到冻结结束最大降 温幅度为6. 8°C。相应造成风观测资料连续缺测达39次，同时造成风记录的日、月、年统计 值不同程度缺测。
发明内容
本发明提供一种可解决现有风传感器不足、在发生雨凇、雾凇和结冰冻害天气时 能够有效防止风传感器产生冻结的装置。本发明的装置是由一个可设置于风传感器的外壳内，且可置于传感器轴承外的一 个电热丝、可设置于电热丝上或可设置于电热丝与传感器轴承之间的温度传感器，及受温 度传感器控制的，用于向电热丝供电的工作电压为36伏的电源构成，温度控制器的开关温 度区间设定为3 40摄氏度。本发明的自动气象站风传感器防雨雾凇冻害保护装置，所用的电热丝内阻为 130 170欧姆，加热功率为6 10瓦特，其最佳参数为电热丝内阻为150欧姆，加热功 率为8. 64瓦特。本发明在使用中可将电热丝置于风速传感器或风向传感器的外壳之内，且处于传 感器轴承之外，同时接通电源即可。对风传感器中设置的加热保护器件要求首先能够保证使风传感器正常工作，不至 因设置加热装置而造成风传感器本身被损坏；其次，还要尽可能地防止因加热装置本身工 作给风传感器带来附加影响，使风传感器接受到的风参数发生变化；同时还要解决维护人
3员在对风传感器进行维护时的安全问题。本发明可以放置于现有的风传感器的外壳内，这样可以使用于与现有的风传感器 配套使用，同时还可简化安装设置的作业，本发明所确定的电热丝工作温度区间及相关的 参数能够确保传感器在极恶劣的天气下正常工作，特别是在发生严重雨雾凇冻害易造成冰 冻灾害时能保证风传感器不发生冻结现象，同时不会对风传感器的正常运动产生任何的副 面影响。
附图1为设于风速传感器上的装置示意图，附图2为设于风向传感器上的装置示 意图。图中1为风杯或风向标，2为转轴，3为风传感器的外壳，4为轴承，5为电加热丝。
具体实施例方式本发明以下结合
本发明是在风传感器的外壳3之内，且位于传感器的轴承4外设置一个电热丝5， 同时在电热丝5上或电热丝5与轴承4之间设置一个温度传感器(在附图中未画出温度传 感器)，温度传感器的导线与温度控制器相连，本发明所用的温度传感器和温度控制器均为 现市场上销售的商品。由于本发明将长期设置于野外，在不同的情况下可能需要人对风传 感器进行必要维护或检修，考虑到维护时人员的安全，本发明确定用温度控制器控制一个 其初级为220伏，次极为36伏的变压器为电热丝的供电电源，这样维护人员接触的将是一 个安全电压。本发明在研制过程中曾对电加热管、电阻式加热丝、陶瓷发热元器件等多种电加 热器件进行了筛�。锤瓷秆⊥ü锤炊员群拖喙氐氖匝椋诙怨鄄馐莸挠跋旖腥� 面论证试验的基础上，最终选用电阻加热丝为风传感器防冻害的加热元件。一方面是因为 电加热丝价格较为低廉，其工作寿命相对较长，另一方面电加热丝本身可塑性较好，容易加 工成型，便于安装。试验中对电加热丝的设置位置也同样进行了一系列的试验，例如直接将电热丝设 置于风传感器的外壳外，这样虽然安装位置容易解决，但试验表明其使用效果却较差，因为 设置于位于外壳外的电热丝因工作环境的影响，使其加热后的温度有非常大的变化区间， 基本上无法控制，如果将电加热丝的加热控制于较高温度时，虽可保证在极端天气下风传 感器正常转动，但却会使传感器内的机构零部件和电气元件造成多种副面影响，甚至发生 损坏，而且其所需要的能耗也较高；而当加热器工作温度较低时又会因金属转轴的导热和 风的降温作用，极易造成位于外壳内轴承冻结。而将电加热器设置于风传感器外壳内则可 以在一定程度上克服前述不足。但现有风传感器的外壳内可设置电加热丝的空间却极为有 限，在现有外壳内设置电热丝，选择电加热丝适当的几何尺寸与电气参数尤为困难。本发 明历经数年时间，进行了近万次的试验，通过模型的模拟和现场实证试验，最终确定了可用 的，特别是最佳的加热元件及温度控制器的参数。在试验中找到了电热丝的最高加热温度， 即不能高于40度，在这一温度下可确保风传感器的机构零部件和电气元件不受任何的影 响；野外的实证试验还发现，当风传感器外壳内的温度低于3摄氏度时即会产生传感器工 作不灵活的现象。通过前述的一系列试验最终确定了电热丝的内阻为130 170欧姆，加热功率为6 10瓦特，温度控制器的开关温度区间设定为3 40摄氏度适用范围，同时确 定了其最佳参数即电热丝为150欧姆，加热功率为8. 64瓦特。因为在这些参数下，本发明 的电热丝即可方便地设置于现有风传感器的外壳内，使本发明具有大范围推广应用的有利 条件。在以上试验的基础上，将本发明的装置安装于风传感器并在甘肃华家岭气象站进 行了 1年半的对比试验。加装有本发明的试验风传感器和对比的现有业务用传感器均在观 测场内，并与业务用风传感器保持相同高度。试验表明自动气象站风传感器加热保护装置能有效防御雨凇、雾凇和冰冻冻害， 确保观测资料的准确性和自动站正常运行。试验期间，恰逢2008年初全国最严重的低温雨 雪冰冻灾害发生，从2月28日至3月16日，对比使用的现用自动站风传感器连续17天冻 结，而试验使用加装本发明的风传感器却未发生一次冻结，也未测到因本发明装置的工作 而使所得到的监测数据与业务用的风传感器有任何不同。
权利要求
自动气象站风传感器防雨雾凇冻害保护装置，其特征是由一个可设置于风传感器的外壳内，且可置于传感器轴承外的一个电热丝、可设置于电热丝上或可设置于电热丝与传感器轴承之间的温度传感器，，及受温度传感器控制的，用于向电热丝供电的工作电压为36伏的电源构成，温度控制器的开关温度区间设定为3～40摄氏度。
2.根据权利要求2所述的自动气象站风传感器防雨雾凇冻害保护装置，其特征是电热 丝内阻为130 170欧姆，加热功率为6 10瓦特。
3.根据权利要求2所述的自动气象站风传感器防雨雾凇冻害保护装置，其特征是电热 丝内阻为150欧姆，加热功率为8. 64瓦特。
全文摘要
本发明涉及一种可防止因雨雾凇冻害结冰造成自动气象站使用的风速传感器或风向传感器不能正常工作，或者被损坏的装置。本发明的装置是由一个可设置于风传感器的外壳内，且可置于传感器轴承外的一个电热丝、可设置于电热丝上或可设置于电热丝与传感器轴承之间的温度传感器，及受温度传感器控制的，用于向电热丝供电的工作电压为36伏的电源构成，温度控制器的开关温度区间设定为3～40摄氏度。
文档编号G01W1/00GK101853036SQ20101015481
公开日2010年10月6日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者奚立宗, 尹宪志, 张强, 徐启运, 李春亮, 李晓峰, 王强, 王炜, 胡文超, 袁佰顺 申请人:甘肃省气象局
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