酸雨自动观测系统及其故障处理

李 莹 赵振东 李文星 张 静

（中国气象局气象干部培训学院河北分院，保定 071000）

关键字：酸雨 自动观测系统 故障 维修

0 引言

pH<5.60 的液态降水、固态降水以及混合降水称为酸雨［1］。酸雨不仅对生态系统、地球环境甚至是人体健康都存在着直接或潜在的危害，酸雨问题已受到学者们的广泛关注［2，3］。自1992年起中国气象局开始组建酸雨观测网［4，5］，为防治酸雨污染提供宝贵的数据资料［6］。随着科技发展，基层气象台站已经实现了自动化建设［7］，酸雨自动观测技术在业务中也能够成熟应用，酸雨观测自动化将成为必然［8］。酸雨自动观测系统除了能够有效避免干沉降的影响外，还能减少酸雨人工采样所产生的误差，从而有效提高酸雨观测质量［9］。

中国气象局气象干部培训学院河北分院从2019年开始承担全国酸雨观测培训任务，致力于提升业务人员的酸雨观测理论水平及实际动手能力。本文阐述的酸雨自动观测系统为TCYⅠ1型（以下简称“分体式”）和TCYⅡ1型（以下简称“一体式”）两类酸雨自动观测系统，为了提高酸雨观测数据质量，确保酸雨自动观测设备的正常使用及维护，现将“分体式”及“一体式”的酸雨自动观测设备的系统结构、工作原理、操作测量、系统故障分析及处理方法详细阐述如下。

1 系统结构及工作流程

根据酸雨自动观测系统采样和分析部分结构及安装位置的不同，可分为“分体式”和“一体式”。图1、图2分别为“一体式”、“分体式”酸雨自动观测系统的结构示意图。“一体式”酸雨自动观测系统是安装在室外观测场，由降水采样器和降水样品分析仪两部分组成的 全自 动一 体化 分析 仪［10⁃13］。“分体式”酸雨自动观测系统由降水采样器和室内降水样品分析仪组成，其中室内降水样品分析仪安装于室内，降水采样器安装在室外观测场［14，15］。

图1 一体式酸雨自动观测系统结构示意图

图2 分体式酸雨自动观测系统结构示意图

两类酸雨自动观测系统的工作流程大致相似（见图3），均能完成自动采集降水样品，测量样品的pH 值、电导率和温度，上传数据至ISOS，自动校准和自检工作，两者差别主要体现在，“一体式”酸雨自动观测系统能够自动完成采样桶清洗、采样袋更换、将降水样品转移至降水样品自动分析仪等工作。“分体式”酸雨自动观测系统需要借助人工完成采样袋更换、将降水样品转移至降水样品自动分析仪等工作。

图3 酸雨自动观测系统工作流程图

2 系统校准

“一体式”酸雨自动观测系统和“分体式”酸雨自动观测系统的校准类型是一致的［16］，分为人工校准和自动校准两类，一般情况下以自动校准为主，当自动校准出现故障或检修时候可使用人工校准，人工校准可以校准温度、pH 以及EC，具体参照表1。人工校准的特点为耗时短，需注意灰尘等杂物污染。自动校准的特点为耗时较长，不需人工干预。

表1 酸雨自动观测系统校准

3 故障分析及处理

在酸雨自动观测系统的使用过程中，不可避免的会碰到故障，下面将分类简述几种故障的处理方法。

3.1 “一体式”酸雨自动观测系统

3.1.1 测试结果类

（1）界面提示电导率测试结果为0

处理方法：

①查看过滤器是否堵塞或手动打开机盖看漏斗是否堵塞；

②打开机盖，查看分析系统管路接头是否漏水；

③进入“调试”界面，查看所标记的泵、阀是否正常工作；

④进入“校准”界面中的EC 校准功能，在电导槽有电导液时，使用EC 校准功能，查看是否有读回数值。

（2）pH 数据与人工数据相比误差大

①自查过滤器是否按时更换，建议更换周期为1 个月；

②查看集雨桶内是否存在树枝、树叶、灰尘、蜘蛛网等影响数据质量的异物；

③可依情况考虑更换分析系统管路，建议更换周期为两年。

3.1.2 系统校准类

（1）自动校准没反应

①进入“校准”页面中的自动校准功能中是否有勾选自动校准选项；

②可尝试重新启动自动观测设备，观察一下设备自动校准情况。

（2）pH 自动校准失败

①自查是否正确存放标准液，标准液是否在保质期内，标准液是否出现浑浊、发霉或沉淀等现象，如有以上任意一种情况，可重新更换标准溶液，标准液的正常存放周期为6个月；

②进入“校准”界面的温度校准功能，读取溶液的温度，查看温度是否正常；

③打开机盖，拆下pH 电极线的转接头，直接用线和线直接相连；

④更换pH 电极，如还不能校准，则返修测量板，pH 电极的正常更换周期为1年。

（3）EC 自动校准不通过

①自查是否正确存放标准液，标准液是否在保质期内，标准液是否出现浑浊、发霉或沉淀等现象，如有以上任意一种情况，可重新更换标准溶液，标准液的正常存放周期为6个月；

②进入“校准”界面的温度校准功能，读取溶液的温度，查看温度是否正常；③更换EC 电极，如还不能校准，则返修测量板，EC 电极的正常更换周期为1年。

3.1.3 模块故障类

（1）pH 模块故障

①检查通讯线路，查看pH 测量板与主控板之间是否通讯异常；

②更换pH 电极，查看是否是因为pH 电极故障；③查看是否是因为pH 测量板故障。

（2）EC 模块故障

①检查通讯线路，查看EC 测量板与主控板之间是否通讯异常；

②更换EC 电极，查看是否是因为EC 电极故障；

③查看是否是因为EC 测量板故障。

3.1.4 其他类

（1）电极保养液结晶

用干净的湿布轻轻擦除电极上的结晶，并用蒸馏水清洗分析槽干净（至少清洗5次），重新配置3mol/L 的氯化钾溶液放入分析槽中。

（2）集雨桶内积水

①进入“设置”界面的“时间参数”功能中，将接雨漏斗排空时间设置为500秒，后观察桶内积水情况；

②可尝试重新启动自动观测设备，观察一下桶内积水情况。

（3）设备使用中跳闸

①打开机盖，查看设备内部是否存在明显异常现象；

②查看实际电流是否超过总空气开关所能承受的最大电流。

（4）主机靠内侧有水珠

进入“设置”界面，调整温度综合控制器设置温度。当机柜内温度达到12 ℃时，开启加热功能，直至17 ℃停止加热；当机柜内温度达到28 ℃时，开启制冷功能，直至23 ℃停止制冷。

（5）开关盖异常

①检查开关盖电机的两根控制线是否互换接错；

②检查外部供电是否稳定；

③检查盖检测挡片是否等高。

3.2 “分体式”酸雨自动观测系统

“分体式”酸雨自动观测系统的故障分析与处理方法中的测量结果类、系统校准类与模块故障类与“一体式”酸雨自动观测系统相差不大，下面将主要分析其不同之处。

3.2.1 其他类

（1）室外机开关盖异常

①检查电机是否正常工作，尝试手动进行开关盖操作；

②查看电机是否缺少润滑油，打开机盖，在液压杆处加润滑油；

③进入“设置”界面的时间参数功能中，将超时设置为60s。

（2）室外机感雨器温控错误报警

进入“设置”界面，重新设置感雨器温控加热阈值。建议设置当环境<5 ℃时，T2 加热至15 ℃；当5 ℃<环境<15 ℃时，T2<环境+5 ℃时加热。

4 结语

为了提高酸雨观测能力，不受其他气象环境的影响，实现pH 值、电导率、降水量等酸雨项目的自动观测和数据上传，同时保证气象观测中获取准确的酸雨观测数据，酸雨自动观测已成为一种必然趋势。影响酸雨自动观测系统高效运行的因素也就成为我们需要深入考虑的问题，由于酸雨自动观测系统投入业务使用时间较短，且很多站点没有专职酸雨观测人员，当设备一旦损坏，维修维护设备必然花费一定的人力、财力与物力，那么观测人员必须正确的使用、维护酸雨自动观测系统，从而有效保证酸雨观测数据的质量。