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1、大连机场HMP45D湿度传感器故障的分析和验证摘要：2013年8月，位于大连机场10号跑道的丽P45D 温湿度传感器连续多次出现系统告警，且相对湿度（RH）及 露点温度（DP）测值丢失的情况。文章主要就是对这次传感 器故障的故障分析做一个回顾，同时归纳总结该传感器在使 用维护中的方法和注意事项，为今后的工作提供有益借鉴。关键词：湿度传感器；故障；分析；验证 1引言HMP45D是芬兰VAI SAL A公司生产的一款温湿度测量传感 器，在民航及地方气象部门中广泛应用。目前，民航大连空 管站气象部门业务化运行的自动气象站以及自动气象观测 系统中的温湿度测量均采用该型传感器，该传感器具有高精 确度、工
2、作稳定、反应迅速等优点，但由于测量部分长期和 空气中的灰尘和化学物质接触、温度影响及其他电气参数随 时间的变化等因素，传感器测量值在某些环境下必然会产生 漂移，从而导致相关气象要素测量值失准甚至缺测。2故障分析和验证2.1故障现象民航大连空管站现运行有芬兰VAIS ALA公司生产的 MIDASIV型自动气象观测系统作主用设备，一套单独的MAWS301型自动气象站作备用设备。它们的温湿度测量传感 器丽P45D分别位于大连机场10号跑道、28号跑道和MID中 间跑道。2013年8月5日23: 39 （协调世界时UTC，下同），本 站自动气象观测系统出现10号跑道RH、DP数据丢失，界面 显示为“/
3、”的现象，同时，系统状态监控界面的10号 跑道RH项出现红色告警信息，系统其他各气象要素测值均 无异常。同样的故障现象在8月6日15: 27，8月6日18: 50，8，q6曰21: 08, 8月25曰21: 34也多次出现，并且 每次都是毫无例外地在持续一段时间后自动恢复正常，系统 相关的告警信息也同时消失。2.2故障分析针对“系统为什么会出现数据丢失”的问题，根据测量 数据的生成、采集、传输和处理过程，笔者对故障原因提出 了以下几种猜测。一是相关气象数据生成、采集、和传输过程均正常，数 据丢失发生在MIDAS IV系统对接收数据的处理阶段。对于 这种猜测，故障发生当天的值班人员通过进入系统后
4、台查询 系统入口数据发现，故障发生时MIDAS IV系统接收到的KH 原始数据便是“/”，这也与状态监控界面的10号跑道 RH项出现红色告警信息相互印证：如果数据丢失在系统处理 阶段，状态监控界面不会出现告警信息。二是相关气象数据生成和采集过程均正常，数据丢失发 生在通信线路的传输过程中。众所周知，通信线路的稳定可 靠对于数据的准确传输起着至关重要的作用。我们知道RH 是由温湿度传感器丽P45D测量获得，它和T、本站气压 （PAins）、风速（WS）、风向（WD）、地温（TG）均属于自动 气象观测系统中MAWS301型自动气象站测量值的组成部分， 所有以上数据均共用同一对通讯线缆进行传输。在R
5、H、DP 数据丢失期间，T、PAins、WS、WD和TG数据均正常，而且 在系统服务器前端通过网络/串口调试助手截取的数据也表 明整个数据段中无干扰。因此，我们可以排除是通讯线路不 稳定导致数据传输丢值的可能性。三是相关气象数据生成正常，数据丢失发生在采集阶 段。对于这种猜测，由于我们没能及时地在故障发生过程中 进入场内对采集器湿度传感器输出电压信号进行测量，因此 无法排除这种可能性。四是相关气象数据在生成阶段便已经出现问题，极有可 能湿度传感器本身出现了故障或失准。这种故障或者失准可 能是短时的，间歇性的或者某种不持续的外部条件所导致 的。通过查询历史数据我们发现每次故障的发生和消失都伴 随
6、着降水过程如表1所示。因此我们有理由怀疑是传感器及 其测量电路受到雨水侵袭而导致数据丢失。但我们进场排查 发现HMP45D温湿传感器除外壳表面附着较厚的灰尘泥土外， 内部器件及电路清洁干燥，并无雨水侵袭迹象。然而，我们 仍无法排除其他原因导致的传感器故障或失准。准或者它们 两者的共同作用。为更进一步定位故障点和弄清“为什么出 现数据丢失的是10号跑道的RH和DP，而不是其他”，我们 又对故障发生前后处于运行中的三处RH历史数据进行了细 致的研究。我们选取RH历史数据的原则是：数据尽可能靠 近故障发生点且RH尽可能覆盖各种湿度范围，得到结果如 1所示。结合表1和图1可以发现以下几点。(1) 每次
7、故障发生都有相同或相近的天气背景一降水， 更直接的表现方式就是空气的RH值增大，接近或迖到100%。(2) 每次故障发生前，三处的RH值都是迅速上升，达 到空气湿度饱和的100%后持续一段时间便出现数据丢失；数 据恢复时也是首先出现RH值达到空气湿度饱和的100%，持1中10号RH曲线续一段时间后再次丢失或者逐渐下降 的断点便是数据丢失的时间段。(3) 在空气湿度为低湿或者中湿(RH80%)时段，10号 跑道的RH值持续高于其他两处且差值较大，最大的差值甚 至达到22%，远远超出观测员在三处的RH经验差值：0-3%。2.3故障定位通过上面三点结论，我们不难判断：10号跑道湿度传感 器在高湿(R
8、H80%)时段的测值已经严重失准，而这是不是导致RH测量值丢失的原因呢？带着这个问题，笔者研究了 HMP45D湿度传感器的工作原理和误差产生原因。HMP45D对于RH的测量是基于薄膜聚合体的电容 HUMICAP180及其测量电路完成的。随着外界水汽含量的变 化，电容电解质成分会随之改变，从而改变HUMICAP180的 电容值，不可避免的是，仪器测量就必然会产生误差。对于 HMP45D湿度传感器来说，检定校准和传感器表面附着物是 RH恻量误差产生的主要因素有以下几点。(1) 检定校准作为仪器测量的基础，重要性不言而喻， 如果检定校准都是不准确的仪器其测量值必然是不准确的。(2) 传感器表面附着物
9、具有吸水性，长期使用传感器 表面附着物过多后，必然会造成传感器的测量值比实际值偏 高。结合传感器RH测量的工作原理和故障分析，我们可以 对故障原因做出定位：10号跑道湿度传感器在高湿(RH80%) 时段的测值严重失准且高于实际值是导致此次自动气象观 测系统RH测量值丢失的直接原因。2. 4故障验证对于故障原因的定位是否准确，笔者做了一个简单的验 证性试验，测试结果如表2所示。通过表2的验证测试结果，我们可以得到以下结论。(1)湿度传感器防护盖上的附着物会使其测量值增大，但增大效果并不明显。(2) 10号跑道湿度传感器在低湿环境中误差在允许范 之内，但在高湿环境中误差极大，且输出电压值已经超过 0IV的门限范围，将导致系统出现数据丢失和RH红色告警。发生故障的10号跑道湿度传感器最近一次检定校准是 2012年11月，笔者对其刚完成检定校准之后的历史数据进 行了分析，得到结果如图2所示。从图2可以发现，刚完成检定校准之后，三处RH测量 值整体吻合度较高，但是在高湿(RH80%)时段，10号跑道 RH测量值明显高于其他两处，最大差值迗到11%。这说明在 10号跑道传感器的检定校准过程中存在问题，校准结果与实际RH有
