专利名称：一种气象风杯转子加热温控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及加热装置，具体涉及一种气象风杯转子加热温控装置。
背景技术：
目前我国的地面气象观测网已建成16000多套各种类型和型号的自动气象站，这 使我国的地面气象观测业务从依靠人工观测的业务系统转变成以自动观测为主的新的地 面气象观测业务系统。但是在冬季，北方好多省份经常发生风向风速传感器被“冻死”的现 象，风向风速传感器因为结冰而不能正常转动。以陕西省为例，该省目前已建成了 100个地 面自动气象站，其中有20个站曾经发生过风速传感器在冬天被冻死的现象。这不仅严重影 响了自动站风速风向资料的准确性，而且也增加了台站观测人员的劳动强度，这与我们建 造自动气象站的宗旨是相违背的。目前，我国地面自动站所采用的风速传感器中，只有芬兰 Vaisala公司所生产的WAA151型风速传感器和WAV151型风向传感器具有自动加热功能， Vaisala公司所采用的方法是在旋转轴内安装一个10W的加热元件，当环境温度低于4°C 时启动加热装置，从而保证在寒冷天气轴承不冻结。我国所有的地面自动气象站中很少安 装Vaisala公司的风速传感器，即使将发生冻死现象的风速传感器全部换成Vaisala公司 的产品，也有很大的弊端，因为我国在地理位置上南北和东西的跨度比较大，不同地方的温 度、湿度也有很大的差异，所以当风速传感器被冻死时的温度也有很大的差异，比如陕西的 关中地区当环境温度低于零下3度时风速传感器就有可能冻死，但陕北地区因为湿度小， 风速传感器被冻死时的温度要低的多。如果当环境温度低于4度时就开始加热，存在能源 浪费，而且也影响仪器的长期运行的缺陷。
发明内容本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，适用范围广，自动化程度高的 一种气象风杯转子加热温控装置。为了克服现有技术的不足，本实用新型的技术方案是这样解决的一种气象风杯 转子加热温控装置，包括一个风速传感器，其风速传感器由风杯架和金属支架组成，风杯架 与风杯连接，本实用新型的特殊之处在于该加热温控装置的风杯架与相连接的金属支架外 表面上固定连接有加热片，所述加热片采用硅胶里面均勻分布加热丝，硅胶外表面通过固 定夹连接到金属支架上，加热丝两端的导线与控制电路连接，上述控制装置分人工控制和 自动控制两种，其自动控制电路中的稳压电路的一端与24伏交流电连接，另一端依次分别 与温度采样电路、串口通讯、液晶显示、继电器连接，温度采样电路一端与温度传感器连接， 另一端与单片机连接，串口通讯的一端与计算机连接，另一端与单片机连接，单片机的另一 端分别与继电器、液晶显示连接，继电器的另一端与加热片连接，其所述人工控制电路是在 自动控制电路的一端通过开关与220V交流电源连接，另一端与变压器连接，变压器另一端 与加热片连接。上述的固定夹为不锈钢板或工程塑料板。
3[0006]本实用新型与现有技术相比，结构简单，使用方便，适用范围广，自动化程度高，控 制板上的单片机与计算机的通信是通过一个MAX232E通信片。为了方便跳变阈值的设定， 控制板上设置了一片液晶显示屏，它可实时的显示设定的跳变阈值和当前环境温度值。通 过串口或者按键设定跳变阈值，单片机实时采集环境温度，并与跳变阈值相比较，当环境温 度低于跳变阈值时，单片机实时控制继电器吸合；当环境温度高于跳变阈值时，单片机控制 继电器断开。广泛用于环境温度低于2°C，湿度大于75%的气象台站使用。

图1为本实用新型电路结构示意框图；图2为图1的电路原理结构示意图；图3为人工控制电路结意构示意框图；图4为加热丝平面结构示图；图5为固定夹平面结构示意图；图6为通过计算机设置跳变阈值的程序界面图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实施例。
以下结合附图对发明内容作进一步说明图1、图3、图4、图5所示，一种气象风杯转子的加热温控装置，包括一个风速传感 器，其风速传感器由风杯架和金属支架组成，风杯架与风杯连接，本实用新型的特殊之处在 于该加热温控装置的风杯架与相连接的金属支架外表面上固定连接有加热片，所述加热片 采用硅胶里面均勻分布加热丝，硅胶外表面通过固定夹连接到金属支架上，加热丝两端的 导线与控制电路连接，上述控制装置分人工控制和自动控制两种，其自动控制电路11中的 稳压电路1的一端与24伏交流电连接，另一端依次分别与温度采样电路6、串口通讯8、液 晶显示9、继电器7连接，温度采样电路6 —端与温度传感器3连接，另一端与单片机4连 接，串口通讯8的一端与计算机10连接，另一端与单片机4连接，单片机4的另一端分别与 继电器7、液晶显示9连接，继电器7的另一端与加热片5连接，其所述人工控制电路是在自 动控制电路11的一端通过开关K与220V交流电源连接，另一端与变压器12连接，变压器 12另一端与加热片5连接。上述的固定夹为不锈钢板或工程塑料板。加热装置的结构和性能是由风杯的结构所决定的。风速传感器主要由风杯架和下 面的金属支架组成，这两部分是通过固定在主轴上的轴承连接在一起的。通常所说的风杯 被冻死是指轴承因结冰不能旋转。风速传感器下部的支架一般是铸铝结构，具有很好的热 传导性，温控风杯防冻仪的加热装置主要是给风速传感器下部支架加热，从而保证旋转部 分不会因结冰而冻死。加热装置由加热片和固定夹组成，考虑到绝缘和防水功能，加热片采 用硅胶里面密布加热丝的结构，这样不仅可以绝缘防水，并且可以缠绕在风速传感器的支 架上，便于固定，加热片采用交流24V供电，功率为40W，加热片表面的温度为50°C，这个温 度可以保证风速传感器不被冻死，同时对设备也没有影响。固定夹用不锈钢板或工程塑料 板加工而成，可以将加热片牢固地固定在风速传感器的支架上，加热装置通过固定在风杆上的导线与控制装置相连。温控电路是整个系统的核心，温控精度的高低直接决定着温控仪性能的好坏，温 控风杯防冻仪的控制电路主要有温度的检测、温控阈值的设定以及控制等部分组成。图2所示是控制板原理图，24V交流电通过稳压块U3后为整个电路板供电，由电 容C1、C3、电位器R1组成恒流源电路，其中稳压块U3的1脚并联电容C9和电容C6和串联 一个电阻Rll，3脚并联电容C4和电容C5，2脚接地，U1为运算放大器，由U1、R2、R6、C2、电 位器Rl、R4组成放大电路，将对钼电阻R5的采样信号放大，放大后的信号送入U2单片机 PIC16C924-08/SP (64)，串口 Y1将计算机送出的信息通过通讯芯片U8送入单片机U2，单片 机U2将采集到的信息显示于液晶显示器RP1上，其中液晶显示器的15脚串联连接一个电 阻R14，电阻R14另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极连接一个电阻R18，集 电极连接一个电阻R17，单片机U2的9、10脚分别并联连接电容C7和电容C8和一个晶体振 荡器Y2，1脚串联连接一个电阻R8，5脚节点上分别串联连接一个电阻R3和电阻R7，3脚与 运算放大器U1的7脚连接，21脚依次串联连接电阻R10和三极管Q2的基极上，三极管Q2 的集电极连接继电器K1，继电器K1旁路上连接一个二极管D1，单片机U2将控制信号送往 继电器K1上，单片机U2的11脚分别连接按钮S1和电阻R9、12脚分别连接按钮S2和电阻 R10，13脚分别连接按钮S3和电阻R12，14脚分别连接按钮S4和电阻R13。该加热温控装置的核心部分是用了一片PIC16F876单片机。接口部分包括电源接 口(2个)、温度传感器接口(4个)、继电器接口(2个)、控制板与计算机通信接口(标准 串口)。控制板用的传感器采用标准4线制测温钼电阻。跳变阈值的设定可以通过两种方 式一是通过串口与计算机相连接，通过程序设定，另一种是通过板子上的按键设定。系统 工作电源范围很宽，因为采用了一片7812稳压块，所以24V15V都行。控制板上的单片 机与计算机的通信是通过一个MAX232E通信芯片U8。图6为计算机设置跳变阈值的程序界面图，通过计算机设置跳变阈值的程序界面 如下为了方便跳变阈值的设定，控制板上设置了一片液晶显示屏，它可是实时的显示 设定的跳变阈值和当前环境温度值。整个板子的工作原理是通过串口或者按键设定跳变阈值，单片机实时采集环境 温度，并与跳变阈值相比较，当环境温度低于跳变阈值时，单片机实时控制继电器吸合；当 环境温度高于跳变阈值时，单片机控制继电器的断开。通过该界面，可以获取控制板采集到的环境温度值，也可以对单片机设置跳变阈值。电路中采用的热敏电阻为PTC感温元件，该元件在0°C时的电阻值为264 Q，具有 良好的线性，其平均灵敏度达16 Q/°C左右。其使用温度范围是-10°C 50°C，测控温精度 为士(0. 2 0. 5) "C。将加热片固定到风杯上，控制盒固定于风杆上，然后设定跳变阈值，当环境温度低 于跳变阈值时，控制板就控制继电器导通，热片开始加热，当环境温度高于跳变阈值时，控 制板就控制继电器断开，加热片停止加热。跳变阈值的设定可以通过两种方式，一种是通过软件界面图6，将阈值输入“继电 器动作温度设定1”，然后点击“发送参数”，完成设定；另一种方法是通过控制板上的四个按钮，按钮S1为“取消”，按钮S2为“确定”，按钮S3为“ +，，，按钮S4为“-，，，当长按S3或S4 时，液晶显示器RP1会显示以前设定的温度，通过连续按S3或S4可改变跳变阈值，按S1取 消本次设定，按S2完成本次设定。
权利要求一种气象风杯转子的加热温控装置，包括一个风速传感器，其风速传感器由风杯架和金属支架组成，风杯架与风杯连接，其特征在于该加热温控装置的风杯架相连接的金属支架外表面上固定连接有加热片，所述加热片采用硅胶里面均匀分布加热丝，硅胶外表面通过固定夹连接到金属支架上，加热丝两端的导线与控制电路连接，上述控制装置分人工控制和自动控制两种，其自动控制电路(11)中的稳压电路(1)的一端与24伏交流电连接，另一端依次分别与温度采样电路(6)、串口通讯(8)、液晶显示(9)、继电器(7)连接，温度采样电路(6)一端与温度传感器(3)连接，另一端与单片机(4)连接，串口通讯(8)的一端与计算机(10)连接，另一端与单片机(4)连接，单片机(4)的另一端分别与继电器(7)、液晶显示(9)连接，继电器(7)的另一端与加热片(5)连接，其所述人工控制是在自动控制电路(11)的一端通过开关(K)与220V交流电源连接，另一端与变压器(12)连接，变压器(12)另一端与加热片(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种气象风杯的加热温控装置，其特征在于上述的固定夹为 不锈钢板或工程塑料板。
专利摘要本实用新型公开了一种气象风杯转子的加热温控装置。该加热温控装置风杯架的金属支架外表面上固定连接加热片，加热片用硅胶固定加热丝，加热丝外表面与固定夹连接，加热丝两端导线与控制电路连接，稳压电路一端与交流电连接，另一端依次与温度采样电路、串口通讯、液晶显示、继电器连接，温度采样电路一端与温度传感器连接，另一端与单片机连接，串口通讯一端与计算机连接，另一端与单片机连接，单片机另一端与继电器、液晶显示连接，继电器另一端与加热片连接，具有结构简单，使用方便，适用范围广，自动化程度高，功能可靠、控制精度高的特点，广泛用于环境温度低于2℃，湿度大于75％的气象台站使用。
文档编号G01P1/00GK201654051SQ200920245599
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者刘名, 孟珍, 李成伟, 杨家锋, 杨艳, 毛锋, 白水成, 黄增林 申请人:陕西省大气探测技术保障中心