黑龍江班-姬海全

1、課程報告 課程名稱 氣象儀器與維護 學(xué)生姓名 姬海全 學(xué) 號 學(xué) 院 南京信息工程大學(xué)氣象學(xué)院 專 業(yè) 黑龍江班 二一五年十月二九日各種氣象測量儀器的工作原理與使用方法姬海全摘 要：各種氣象測量儀器的工作原理及使用方法，親身體驗各種氣象儀器的使用方法，了解氣象儀器的工作原理，對以后的工作更有幫助.關(guān)鍵詞：風的測量、降水測量、溫度測量一、 風的測量1、 測風的儀器有：1) 、風杯： 測量風的大小。由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。原理：風能轉(zhuǎn)換為機械能，天

2、氣預(yù)報風的大小為多個測量值的平均值。旋轉(zhuǎn)式風速儀的感應(yīng)部分是一個固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風的組件。常見的有風杯式風速計、螺旋槳 式風速計。前普遍采用的測定風速的儀器是風杯式風速計，它的感應(yīng)部分是由三個或四個圓錐形或半球形的空杯組成。2） 、風塔：測量不同高度的風的大小和方向結(jié)構(gòu)設(shè)計：常見的測風塔結(jié)構(gòu)形式有自立式和拉線式兩種。自立式測風塔塔體下部較寬，塔架材料用量相對較大，對基礎(chǔ)要求也較高；拉線式測風塔受力較為合理，可靠性高，塔體截面小，塔架材料用量小，但拉線基礎(chǔ)數(shù)量多，施工工藝復(fù)雜。測風塔塔架可采用單根鋼管、三角形桁架及四邊形桁架等結(jié)構(gòu)形式。單根鋼管結(jié)構(gòu)形式所需鋼管直徑大，迎風面積亦大，材料量大；三

3、角形桁架結(jié)構(gòu)形式較為穩(wěn)定，塔架受風荷載作用較小，最為經(jīng)濟；四邊形桁架結(jié)構(gòu)形式較為穩(wěn)定，一般情況下當三角形桁架不能滿足受力及變形要求或不經(jīng)濟時，塔架可選用四邊形桁架結(jié)構(gòu)形式。主要功能：環(huán)境監(jiān)測，風、氣壓、濕度等資源數(shù)據(jù)采集。為相應(yīng)的儀器設(shè)備的安裝做支撐。適用單位：發(fā)電廠前期規(guī)劃、海島測風、氣象數(shù)據(jù)采集、環(huán)境監(jiān)測等部門。誤差來源：風杯和風向標在運功的過程中會收到摩擦力，阻力等多種因素影響。2、 高空測風的方法：氣球、風箏、飛機3、 超聲波測速儀該儀器為目前測量風速較為先進的儀器，測量的風為三維，一般儀器測的風為二位。利用的原理：超聲波測速適合作流動物質(zhì)中含有較多雜質(zhì)的流體的流速測量，超聲多譜勒法只

4、是其中一種 ，還有頻差法和時差法等等。根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當向移動物體發(fā)射頻率為F的連續(xù)超聲波時，被移動物體反射的超聲波頻率為f，f與F服從多普勒關(guān)系。如果超聲發(fā)射方向和移動物體的夾角已知，就可以通過多普勒關(guān)系的v,f,F,c表達式得出物體移動速度v優(yōu)點：測量誤差小。4、 其他先進測量儀器二、 雨的測量1、 降雨測量參數(shù)雨量：一定時間內(nèi)，降水總量。雨強：單位時間內(nèi)，降水量。測量標準：降水雨mm為單位（或kg/m2），取一位小數(shù)。日降水量應(yīng)讀到0.2mm，最好讀到0.1mm.周或月降水量應(yīng)精確到1mm，日降水量的測量應(yīng)定時進行。降水量一般用雨量筒測定，所以降水量中可能包含少量的露、霜和松等。氣象

5、學(xué)中常有年、月、日、12小時、6小時甚至1小時的降水量，6小時中降下來的雨雪統(tǒng)統(tǒng)融化為水，稱為6小時降水量；24小時降下來的雨雪統(tǒng)統(tǒng)融化為水，稱為24小時降水量；一個旬降下來的雨雪統(tǒng)統(tǒng)融化為水，稱為旬降水量一年中，降下來的雨雪統(tǒng)統(tǒng)融化為水，稱為“年降水量”。 液態(tài)降水量稱為雨量，有時兩者也作為同義詞。單位時間的降水量稱為降水強度，常用mm/h或mm/min為單位。單位時間的雨量稱為雨強。把一個地方多年的年降水量平均起來，就稱為這個地方的“平均年雨量”。例如，北京的平均年雨量是644.2毫米，上海的平均年雨量是1123.7毫米。各等基降雪量的標準：零星小雪是指有量降雪量但小于0.1毫米；小雪：大

6、于等于0.1毫米，小于1.0毫米;中雪：大于等于1.0毫米，小于3.0毫米;大雪：大于等于3.0毫米,小于5.0毫米;暴雪：降雪量大于等于5.0毫米。降雪量是指將雪轉(zhuǎn)化成等量的水的深度，與積雪厚度可按照1：15的比例換算。如此計算，97.7毫米降雪量約為1.5米厚的積雪。2、 測量降水的儀器主要有雨量器，虹吸式雨量器、翻斗式雨量器、雙閥容柵式雨量器，此外還有光學(xué)雨量器，帶有虹吸結(jié)構(gòu)的翻斗式雨量器等3、 虹吸式雨量器4、 翻斗式雨量器翻斗式雨量計是可連續(xù)記錄降水量隨時間變化和測量累積降水量的有線遙測儀器。分感應(yīng)器和記錄器兩部分，其間用電纜連接。感應(yīng)器用翻斗測量，它是用中間隔板間開的兩個完全對稱的

7、三角形容器，中隔板可繞水平軸轉(zhuǎn)動，從而使兩側(cè)容器輪流接水，當一側(cè)容器裝滿一定量雨水時（0.1或0.2毫米），由于重心外移而翻轉(zhuǎn)，將水倒出，隨著降雨持續(xù)，將使翻斗左右翻轉(zhuǎn)，接觸開關(guān)將翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)變成電信號，送到記錄器，在累積計數(shù)器和自記鐘上讀出降水資料。結(jié)構(gòu)：本儀器由承雨器部件和計量部件等組成。承雨口采用國際標準口徑200mm。計量組件是一個翻斗式機械雙穩(wěn)態(tài)秤重機構(gòu)，其功能是將以mm計的降雨深度轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號輸出。用途：翻斗式雨量傳感器是用來測量自然界降雨量，同時將降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表示的數(shù)字信息量輸出，以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示等的需要。翻斗式雨量傳感器適用于氣象臺（站）、水文站

8、、農(nóng)林、國防等有關(guān)部門用來遙測液體降水量、降水強度、降水起止時間。用于防洪、供水調(diào)度、電站水庫水情管理為目的水文自動測報系統(tǒng)、自動野外測報站,為降水測量傳感器。弊端：如果雨量大，則雨水會溢出，測量結(jié)果不準確；如果雨量小，雨水下不到里面去，也會帶來很大的誤差。5、 光學(xué)雨量器原理：利用光的反射，折射測量雨的大小，強度。6、 新型雨量器：稱重式雨量器原理：利用下面帶有的傳感器測量雨的重量，得到雨的大小等。弊端：冬季結(jié)冰，誤差大。7、 其他雨量器三、 蒸發(fā)蒸發(fā)傳感器通過測量水面高度來獲取蒸發(fā)量的多少。液位傳感器：測量水面的高度原理：超聲波測距原理。通常將超聲波傳感器放置在百葉箱中，原因是其容易受光照

9、，溫度等影響。特點·數(shù)字化傳感器無溫漂、時漂，性能長期穩(wěn)定；·高分辨力、高精度；·在風浪和降雨氣候條件下也能正常觀測，不失準確度；·抗電磁干擾，即使停電后再通電，輸出數(shù)據(jù)依然正確；·能與蒸發(fā)桶、水圈、自動加水裝置、采集記錄裝置配套使用，實現(xiàn)蒸發(fā)過程自動監(jiān)控。功能、使用范圍：· 與自動補水控制裝置配合使用，組成簡易型自動遙測蒸發(fā)站；· 與蒸發(fā)數(shù)據(jù)記錄器配套組成數(shù)字記錄式蒸發(fā)器，實現(xiàn)蒸發(fā)過程的自動記錄；· 與JFZ-01型數(shù)字式雨量計、數(shù)字式溢流量計配套，組成全自動蒸發(fā)雨量測站，裝備基本蒸發(fā)站網(wǎng)，實現(xiàn)蒸發(fā)、降雨過程的自

10、動觀測、記錄和遠傳。它的量測精度、穩(wěn)定性遠優(yōu)于超聲波型及其它類型的水面蒸發(fā)傳感器，又能夠?qū)崟r遠傳，適于裝備各地區(qū)、各種類型的蒸發(fā)站、氣象站。四、 輻射測量輻射測量可以用于測量發(fā)光光源，比如太陽或者燈源，也可以用于測量反射光，比如地面或者水面的反射光。在太陽能行業(yè)中，可以應(yīng)用于測量太陽能模擬器的光譜分布，配合專業(yè)的軟件，可以測定是否符合AM1.5標準。五、 地溫傳感器地溫（ground temprature）是指地表面和以下不同深度處土壤溫度的統(tǒng)稱。指一定口徑的蒸發(fā)器中的水因蒸發(fā)而降低的深度。單位為攝氏度()。地溫為掌握下曲和入窯的溫度，參考釀酒車間通風干燥處接觸地面設(shè)置的溫度計的溫度。地溫是氣

11、象觀測項目之一，更是十分有用的氣候資源。 淺層地溫能是指在地球淺表層數(shù)百米內(nèi)的土壤砂石和地下水中所蘊藏的低溫熱能，廣泛存在于淺表地層的恒溫帶中，受四季氣候的影響較小，土壤溫度相對恒定。與深層地熱相比，淺層地溫能分布廣泛，儲量巨大，再生迅速，開發(fā)利用投資少且價值大，符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展需求。地溫的利用主要是采用地能熱泵技術(shù)將水或土壤中的低溫熱能提取出來加以利用。地能熱泵技術(shù)就是利用淺層地表溫度與氣溫之間存在的溫差，通過提取和釋放地層中的能量，實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷。地能熱泵技術(shù)包括水源熱泵技術(shù)和地源熱泵技術(shù)，若地質(zhì)條件較好，淺層地下水豐富且易回灌時通常采用水源熱泵；若地質(zhì)條件不好時可采用地源熱泵。六

12、、 天空成像儀測量云的覆蓋量。云高儀：測量運動過來的云的云底高度。目前，還很難測量云的厚度。七、 溫度傳感器溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。選用注意：1、被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠距離測量和傳送；2、測溫范圍的大小和精度要求；3、測溫元件大小是否適當；4、在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求；5、被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害；6、價格如保，使用是否方便。主要用途：溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的測量參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占50%。溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來