CN211236308U - 一种气象观测设备用的加热控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气象观测设备用的加热控制系统，所述加热控制系统安装于观测设备上，所述气象观测设备包括基座和安装于所述基座上的传感器，所述加热控制系统包括加热部件和控制所述加热部件加热状态的控制模块；所述加热部件为带状结构，粘贴在所述传感器上；所述控制模块包括电源电路、感应电路、控制电路和加热电路；所述电源电路的输出端、感应电路的输出端分别与所述控制电路对应的输入端电性连接，所述控制电路的输出端与所述加热电路的输入端电性连接，所述加热电路的输出端与所述加热部件电性连接；本实用新型具有对气象观测设备进行防冻保护、减少冬季气象台人员的工作强度、提高数据测量精度的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于气象观测领域，具体涉及一种气象观测设备用的加热控制系统。
背景技术
目前，我国气象部门在地面进行气象观测时，通常采用气象站的气象观测设备(如风向风速传感器和降水传感器等)进行气象中风向、风速、降水等信息进行观测采集，通过这些气象观测设备采集的信息为气象防灾减灾、天气预报、气候分析和大气科学研究提供了重要的基础资料。然而，在南方一些地区，每年冬季因气温低湿度大，当温度维持或低于0℃时，尤其出现持续的冻雨、毛毛雨或浓雾天气，气象站容易出现风速风向传感器的轴承部位积冰，严重时发生凝冻，形成静风，从而不能真实地记录当时的风向风速，造成观测数据缺测。在冻雨或雨雪天气时，冻雨导致雨滴或雨雪在DSC3型称重式降水传感器的承水口内壁冻结，以至于不能及时掉落到收集容器中进行称量记录；当气温接近0℃，冻雨或雨雪天气出现，降水传感器记录的降水量比实际雨量有不少程度的偏少，随着气温回升到0℃以上，由于之前冻雨雨凇冻结后沾在雨量桶内壁上，气温升高融化后降落到称重收集容器中，导致称重式雨量会突然出现若干小时的非雨量记录数据，严重影响了降水观测数据的准确性。为保证观测数据质量，气象站通常的做法是人工补录数据或者人工修正数据。但随着地面自动化改革的持续推进，气象站将无人值守，在不能解决冰冻造成风速风向传感器凝冻问题和冰冻天气造成降水传感器测量误差前，新型自动气象站业务可用性将会大幅度下降。
实用新型内容
本实用新型针对以上所述的不足，提供一种对气象观测设备进行防冻保护、减少冬季气象台人员的工作强度、提高数据测量精度的气象观测设备用的加热控制系统。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种气象观测设备用的加热控制系统,所述加热控制系统安装于观测设备上，所述气象观测设备包括基座和安装于所述基座上的传感器，所述加热控制系统包括加热部件和控制所述加热部件加热状态的控制模块；所述加热部件为带状结构，粘贴在所述传感器上；所述控制模块包括电源电路、感应电路、控制电路和加热电路；所述电源电路的输出端、感应电路的输出端分别与所述控制电路对应的输入端电性连接，所述控制电路的输出端与所述加热电路的输入端电性连接，所述加热电路的输出端与所述加热部件电性连接。
优选的，所述电源电路包括外接电源和降压电路；所述外接电源为24V的直流电源，所述外接电源的输出端与降压电路的输入端电性连接；所述降压电路包括电阻R2、电阻R3、电容C1、稳压器U1；所述电阻R2、电阻R3串联连接，所述电阻R2、电阻R3串联连接的一端与所述外接电源的输出端连接，所述电阻R2、电阻R3串联连接的另一端接地，所述电阻R2、电阻R3串联连接的公共端与稳压器U1的输入端连接，且经电容C1接地；所述稳压器U1的输出端与所述控制电路的对应输入端电性连接。
优选的，所述控制电路包括控制芯片U2及其外围电路；所述控制芯片U2的型号为N76E003AT20。
优选的，所述感应电路包括温度传感器；所述温度传感器的型号为DS18B20或金属三线式PT100热电阻。
优选的，所述加热电路包括继电器P1、三极管Q1、电阻R1；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极经电阻R1连接控制芯片U2对应的输出端，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器P1的第四引脚；所述继电器P1的第一引脚、第五引脚均与所述外接电源的输出端连接，所述继电器P1的第二引脚与所述加热部件电性连接，所述继电器P1的第三引脚悬空。
优选的，所述继电器P1的型号为SRA-24VDA-CL。
优选的，所述控制模块还包括显示电路；所述显示电路与所述控制电路对应的输出端电性连接；所述显示电路包括数码管U1和多个驱动所述数码管显示的驱动电路；所述数码管U1为三位一体数码管；所述驱动电路包括电阻R4和三极管Q2，所述三极管Q2的基极经电阻R4与所述控制电路的对应的输出端连接，所述三极管Q2发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述数码管U1的对应的输出端。
优选的，所述加热部件为聚酰亚胺加热膜。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
本实用新型通过在观测设备中的传感器上设置加热部件，控制模块根据天气的变化控制加热部件工作状态，在冬季温度低、湿度大等原因容易对风速风向传感器的轴承部或称重式降水传感器承水口的内壁形成凝冻时，控制模块对加热部件进入加热状态，从而有效防止传感器处于凝冻时造成数据的缺测或误测，当天气回归正常时，加热部件进入不加热状态，从而提高数据测量精度，实现了传感器的正常运行，进一步减少冬季时气象台人员的工作强度。
附图说明
图1为本实用新型的方框原理图。
图2为本实用新型安装在风速传感器上的结构示意图。
图3为本实用新型安装在风向传感器上的结构示意图。
图4为本实用新型安装在称重式降水传感器上的结构示意图。
图5为本实用新型中控制模块的电路原理图。
图中：1、传感器；2、加热部件；3、控制模块；4、轴承部；5、承水口；21、电源电路；22、感应电路；23、控制电路；24、加热电路；25、显示电路；211、外接电源；212、降压电路。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。
请参阅图1至图5所示，本实用新型提供如下技术方案：一种气象观测设备用的加热控制系统，所述加热控制系统安装于观测设备上，所述气象观测设备包括基座和安装于所述基座上的传感器1，所述加热控制系统包括加热部件2和控制所述加热部件2加热状态的控制模块3；所述加热部件2为带状结构，粘贴在所述传感器1上；所述控制模块3包括电源电路21、感应电路22、控制电路23和加热电路24；所述电源电路21的输出端、感应电路22的输出端分别与所述控制电路23对应的输入端电性连接，所述控制电路23的输出端与所述加热电路24的输入端电性连接，所述加热电路24的输出端与所述加热部件2电性连接。所述加热部件2可缠绕粘贴在所述传感器1上，也可用铝箔胶带缠绕在所述传感器1上，如加热部件2缠绕在风速风向传感器的轴承部4或称重式降水传感器承水口5的外壁上，提高保温效果，增加热传导。所述加热部件2可选择为两根平行金属导线外敷高分子PTC材料和绝缘护套构成的扁形带状电缆。
所述电源电路21包括外接电源211和降压电路212；所述外接电源211为24V的直流电源，所述外接电源211的输出端与降压电路212的输入端电性连接；所述降压电路212包括电阻R2、电阻R3、电容C1、稳压器U1；所述电阻R2、电阻R3串联连接，所述电阻R2、电阻R3串联连接的一端与所述外接电源211的输出端连接，所述电阻R2、电阻R3串联连接的另一端接地，所述电阻R2、电阻R3串联连接的公共端与稳压器U1的输入端连接，且经电容C1接地；所述稳压器U1的输出端与所述控制电路23的对应输入端电性连接。
所述控制电路23包括控制芯片U2及其外围电路；所述控制芯片U2的型号为N76E003AT20。所述控制芯片U2的型号也可采用AT89C51等单片机。
所述感应电路22包括温度传感器；所述温度传感器的型号为DS18B20或金属三线式PT100热电阻。
所述加热电路24包括继电器P1、三极管Q1、电阻R1；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极经电阻R1连接控制芯片U2对应的输出端，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器P1的第四引脚；所述继电器P1的第一引脚、第五引脚均与所述外接电源211的输出端连接，所述继电器P1的第二引脚与所述加热部件2电性连接，所述继电器P1的第三引脚悬空。
所述继电器P1的型号为SRA-24VDA-CL。通过继电器P1控制加热部件2电源的导通或断开，从而控制加热部件2的工作状态。
所述控制模块3还包括显示电路25；所述显示电路25与所述控制电路23对应的输出端电性连接；所述显示电路25包括数码管U1和多个驱动所述数码管显示的驱动电路；所述数码管U1为三位一体数码管；所述驱动电路包括电阻R4和三极管Q2，所述三极管Q2的基极经电阻R4与所述控制电路23的对应的输出端连接，所述三极管Q2发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述数码管U1的对应的输出端。所说驱动电路为三个，驱动电路的数量根据数码管U1的情况进行确定。
所述加热部件2为聚酰亚胺加热膜。所述加热部件2可以选择电阻丝加热、硅胶加热片、陶瓷加热、铸铝加热、石墨烯加热、聚酰亚胺电热膜等方式。对于加热部件的供电方式可以高电压和低电压供电，考虑到气象观测设备用的传感器1较高位置(如风速风向传感器安装在10米高风塔上)，操作不便，且长时间运行在室外环境，选用低电压安全供电。对于加热部件2也可以手动连接外接电源211实现人工控制加热部件2的加热状态。
所述感应电路22还包括湿度传感器，所述控制电路23根据湿度传感器和温度传感器的传送的数据控制加热部件2的工作状态。湿度传感器的型号为DHT-22。
实施例1：
本实用新型的工作原理：
外接电源211接入从观测设备的220V交流电转换后的24V直流电源，外接电源211分别给加热电路24和降压电路212供电，降压电路212将外接电源211的电压降至供控制电路23供电的5V直流电源；控制电路23中设置一定的温控阀值(开始加热值和停止加热值等)，控制电路23接收感应电路22传送的感应信号，从而控制加热电路24继电器P1的工作状态，从而实现对加热部件2的加热状态控制。
在冬季温度低、湿度大等原因容易对风速风向传感器的轴承部4或称重式降水传感器承水口5的内壁形成凝冻时，感应电路22中温度传感器将检测到的环境温度值传送给控制电路23，当检测环境温度值低于温控阀值(开始加热值，如2℃)时，控制电路23控制加热电路24中继电器P1导通加热部件2的电源，从而实现对气象观测设备上的传感器1进行加热，防止风速风向传感器的轴承部4或称重式降水传感器承水口5的内壁产生凝冻现象，从保证观测设备在冬季温度低、湿度大等环境的情况下正常运行，不会出现凝冻现象，从而有效防止传感器1处于凝冻时造成数据的缺测或误测，提高数据测量精度；传感器1的正常运行，从而减少冬季气象台人员的工作强度；当检测环境温度值高于设定值(停止加热值，如5℃)时，控制电路23控制加热电路24中继电器P1断开加热部件2的电源，从而停止加热部件2对气象观测设备上的传感器1停止加热，避免加热部件2在环境温度偏高的情况下继续加热对传感器1造成损坏，从而也避免了资源的浪费。同时，控制电路23将感应电路22中温度传感器所检测的温度通过显示电路25进行显示，方便气象台人员对控制模块3控制加热部件2工作状态的监控。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种气象观测设备用的加热控制系统，所述加热控制系统安装于观测设备上，所述气象观测设备包括基座和安装于所述基座上的传感器(1)，其特征在于：所述加热控制系统包括加热部件(2)和控制所述加热部件(2)加热状态的控制模块(3)；所述加热部件(2)为带状结构，粘贴在所述传感器(1)上；所述控制模块(3)包括电源电路(21)、感应电路(22)、控制电路(23)和加热电路(24)；所述电源电路(21)的输出端、感应电路(22)的输出端分别与所述控制电路(23)对应的输入端电性连接，所述控制电路(23)的输出端与所述加热电路(24)的输入端电性连接，所述加热电路(24)的输出端与所述加热部件(2)电性连接。
2.根据权利要求1所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述电源电路(21)包括外接电源(211)和降压电路(212)；所述外接电源(211)为24V的直流电源，所述外接电源(211)的输出端与降压电路(212)的输入端电性连接；所述降压电路(212)包括电阻R2、电阻R3、电容C1、稳压器U1；所述电阻R2、电阻R3串联连接，所述电阻R2、电阻R3串联连接的一端与所述外接电源(211)的输出端连接，所述电阻R2、电阻R3串联连接的另一端接地，所述电阻R2、电阻R3串联连接的公共端与稳压器U1的输入端连接，且经电容C1接地；所述稳压器U1的输出端与所述控制电路(23)的对应输入端电性连接。
3.根据权利要求2所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述控制电路(23)包括控制芯片U2及其外围电路；所述控制芯片U2的型号为N76E003AT20。
4.根据权利要求3所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述感应电路(22)包括温度传感器；所述温度传感器的型号为DS18B20或金属三线式PT100热电阻。
5.根据权利要求4所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述加热电路(24)包括继电器P1、三极管Q1、电阻R1；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极经电阻R1连接控制芯片U2对应的输出端，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器P1的第四引脚；所述继电器P1的第一引脚、第五引脚均与所述外接电源(211)的输出端连接，所述继电器P1的第二引脚与所述加热部件(2)电性连接，所述继电器P1的第三引脚悬空。
6.根据权利要求5所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述继电器P1的型号为SRA-24VDA-CL。
7.根据权利要求5所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述控制模块(3)还包括显示电路(25)；所述显示电路(25)与所述控制电路(23)对应的输出端电性连接；所述显示电路(25)包括数码管U1和多个驱动所述数码管显示的驱动电路；所述数码管U1为三位一体数码管；所述驱动电路包括电阻R4和三极管Q2，所述三极管Q2的基极经电阻R4与所述控制电路(23)的对应的输出端连接，所述三极管Q2发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述数码管U1的对应的输出端。
8.根据权利要求7所述的气象观测设备用的加热控制系统，其特征在于：所述加热部件(2)为聚酰亚胺加热膜。
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