酸雨自动观测系统及其故障处理

闫 平

（内蒙古自治区大气探测技术保障中心，呼和浩特 010051）

进入21世纪以来，科学技术获得了更为长足的发展，酸雨观测系统的构建也获得了科学技术的充分支持，自动化程度不断提升，酸雨自动观测技术也受到科学技术进步的影响得以迅速的发展。现如今，在酸雨观测领域，自动化观测技术已经得到了比较广泛的运用，酸雨观测自动化已经成为发展的必然趋势。基于酸雨观测自动化的发展形势，酸雨自动观测系统在不久的将来，必然能够得到更为广泛的应用。

1 酸雨危害

酸雨是一种对人们日常生产生活有着严重危害的环境污染，具体指的是pH小于5.6的雨雪或是其他形式的降水。水能够溶解多种气体，当空气中的积雨云中的水汽接触到空气中的酸性气体时，大量的酸性气体会溶于水中，使水体呈现酸性，这些水以降雨的形式落到地面，就成为人们所熟知的“酸雨”[1]。

酸雨对于人类生产生活的危害，涉及很多行业。首先，在农业生产领域，酸雨现象会造成土壤板结、酸化等问题出现，过度酸化的土壤是不适合农作物生长的。酸雨造成的土壤酸化问题，在中国南方地区尤为严重，中国南方地区的土壤原本就呈现酸性，受到酸雨影响，这些地区的土壤酸化进程会进一步地加快。而中国北方地区的土壤呈现碱性，酸雨造成的土壤酸化进程相对比较缓慢，土壤酸化的问题并不是十分突出。但是，碱性土壤中通常会有大量含有铝元素的氢氧化物，受到酸雨影响，碱性土壤中铝元素的氢氧化物会释放大量的铝离子，而铝离子对于植物的正常生长同样会造成毁灭性的影响。由此可见，在农业生产活动中，无论酸性土壤还是碱性土壤，酸雨都会造成农作物的大规模减产，会给农户带来十分巨大的经济损失，而农作物的减产也会使社会的发展出现潜在危机。其次，酸雨相较于正常的降水，有着更强的腐蚀性。受到酸雨影响，很多建筑物的使用寿命都出现大幅度的降低，并且，由于酸雨对建筑钢筋结构的经年腐蚀，钢筋的强度也会出现极大程度的下降，诱发一系列安全问题，严重威胁到人民群众的生命财产安全[2-3]。

2 酸雨自动观测系统结构

自动观测系统是开展酸雨自动观测工作的最重要的保证。目前在酸雨自动观测领域所使用的观测系统在样本的采样分析部位的结构及具体的安装位置有差异，可以将目前酸雨观测中使用的自动观测系统分为“分体式”和“一体式”2个类型。

2.1 分体式酸雨自动观测系统

分体式酸雨自动观测系统由2个部分组成，其中，系统中的降水样品分析仪安装在室内，分析采集到的降水样本，而降水采样器安装于室外观测场，用来采集降水的样本。在系统实际运行过程中，工作人员要定期更换室外降水采集器的采样袋。与此同时，由于该系统的降水采样器与降水样品分析仪分别安装于室内和室外，在进行降水样品分析时，需要由人工从室外采样袋中提取降水样本，再转移至室内降水样本分析仪对提取的降水样本进行分析[3]。这一系统的结构组成具体如图1所示。

图1 分体式酸雨自动观测系统结构组成

2.2 一体式酸雨自动观测系统

相较于分体式酸雨自动观测系统，一体式酸雨自动观测系统的自动化程度相对要更高一些。一体式酸雨自动观测系统将原本分离的降水采样器与降水样本分析仪整合成为一个整体，统一安装于室外观测场。而在系统的其他设置上，相较于分体式酸雨自动观测系统，一体式酸雨自动观测系统为进一步提高对酸雨自动观测的实际效果，在降水采样器与降水样本分析仪的基础上，又在系统中加入了辅助性质的气象观测设备，进一步提升了系统观测结果的准确性[4]。一体式酸雨自动观测系统的结构组成具体如图2所示。

图2 一体式酸雨自动观测系统结构组成

2.3 酸雨自动观测系统的工作原理

一体式与分体式酸雨自动观测系统虽然在结构组成形式上存在一定的差异，但是这2种酸雨自动观测系统的主体都是由降水采样器与降水样品分析仪组成的，因此这2种系统在基本的工作原理上是一致的。系统中的降水采样器会自动采集降水的样品，而后将这些样品通过人工或是管路的形式将降水样品输送至降水样品分析仪，并最终形成酸雨观测的数据记录。

2.3.1 降水采样器的工作原理

系统中降水采样器的工作职能是即时采集室外降水的样本，用于后续的降水pH分析。降水采样器在实际工作时，设备内置的降水感应程序在监测到降水出现时，会控制降水采样器打开设备的防尘盖，进行降水样本的收集。而当设备降水感应程序检测到室外降水停止时，程序会控制降水采样器关闭防尘盖，保证收集到的降水样本及样本容器不会受到污染，确保系统样本分析结果的准确性。与此同时，为了保证系统能够适应不同地区的不同温度环境，在系统的降水采样器中还设置了温度控制模块，保证系统在恶劣的温度条件下依然能够正常的工作，切实提高系统观测效率[5]。

2.3.2 降水样品分析仪的工作原理

降水样品分析仪的工作职能是对降水采样器收集的降水样本进行检测，判断降水性质。降水样品通过人工或是管路的形式输送到降水样品分析仪后，分析仪中设置的专用测量电极会对降水样品的EC、pH及水温等进行检测分析。而且，2种酸雨自动观测系统还具有自动校准功能，系统中的降水样品分析仪在一段时间的运行之后，专用测量电极会出现失准的情况，通过系统中的自动校准功能能够周期性地对分析仪中的EC、pH电极进行自动校准，大幅度地降低了人工校准的工作量，也使得系统观测结果的准确性得到了更充分的保证[6]。

3 酸雨自动观测系统的日常维护与故障处理

酸雨自动观测系统在实际运行中，时常会面临一些恶劣的天气环境，容易导致系统运行中出现各种问题与故障。为保证系统的正常工作效率，工作人员要对系统进行日常维护，并对系统的故障进行分析与处理，保证系统的正常运行。

3.1 酸雨自动观测系统的日常维护

分体式与一体式酸雨自动观测系统都需要进行日常维护，由于2种系统在结构组成及工作原理上基本相同，因此2种系统的日常维护工作内容也基本相同。但相比较而言，一体式酸雨自动观测系统由于自动化程度更高，对于系统运行的整体控制要求更高，因此一体式酸雨自动观测系统的日常维护工作相对要更复杂一些。关于系统日常维护的具体内容如下所示。

1）要定期对系统的电源、电路进行检查，确保系统中各型设备的正常运行。而由于一体式酸雨自动观测系统的所有设备都安装于室外，在进行常规检查的基础上，工作人员还要定期清洗系统中的降水采样器、降水样本分析仪及降水样品的输送管路。

2）要采取特殊的防护措施，避免系统运行过程中各种外部因素的干扰。尤其是一体式酸雨自动观测系统中的降水样品分析仪也设置于室外，对于这种精密仪器的保护措施一定要充分到位。

3）定期检查系统设备中标准缓冲溶液的有效性，当发现异常情况时，要进行及时的配制与更换。另外，分体式酸雨自动观测系统中缺少电极自动校准程序，维护人员需要对系统测量电极进行定期的校准[7-9]。

3.2 酸雨自动观测系统的故障处理

3.2.1 故障分析思路

当系统出现故障时，首先，工作人员要对系统的电源等基础运行单元进行检查，如果系统中的各个基础运行单元没有问题，处于正常运行状态的情况下，就需要进一步检查系统中的降水采样器是否能够正常地进行降水样品采集。而当系统中的降水采样器部分未出现异常的情况时，下一步就需要对系统中的降水样品分析仪进行全面的检查。而这一部分也不存在问题时，就需要对系统的通信电缆线路进行检查，判断系统运行信号传输是否出现问题。按照以上的思路对系统运行故障进行分析与排查，能够有效判断系统出现的绝大多数的运行故障[10]。

3.2.2 系统主要故障处理分析

1）系统pH校准异常处理。当系统运行界面显示“pH校准失败”时即为系统出现了pH校准异常的故障。这一故障出现的原因通常为降水样品分析仪的pH电极没有得到及时的清洗，或是校准溶液没有达到使用标准。

故障处理：工作人员需要使用蒸馏水对系统中降水样品分析仪的pH电极进行深入清洗，清洗完成后将电极放置于相应的标准溶液当中，进行重新校准，如果仍然显示校准失败，工作人员就需要重新配制校准溶液，重复进行校准操作，直到校准结果显示正常为止。

2）系统EC校准异常处理。当系统运行界面显示“EC校准失败”时即为系统出现了EC校准异常的故障。这一故障出现的原因与系统pH校准异常的故障原理类似，通常为降水样品分析仪的EC电极没有得到及时的清洗，或是校准溶液没有达到使用标准。

故障处理：需要使用蒸馏水对系统中降水样品分析仪的EC电极进行深入清洗，在清洗完成后将电极放置于相应的标准溶液当中，进行重新校准，如果仍然显示校准失败，工作人员就需要重新配制校准溶液，重复进行校准操作，直到校准结果显示正常为止。

3）pH模块故障处理。系统在运行时，pH模块出现的故障具体表现为系统pH模块的内外部通信出现异常，模块无法对系统发出的相应操作指令做出反应，并执行具体的操作命令。出现这一故障最可能的原因是系统内部的pH测量板出现功能异常。

故障处理：首先工作人员需要检查pH测量板与系统主控板之间的通信，判断pH测量板与系统主控板是否存在异常现象，出现异常可以选择更换pH测量板与系统主控板。其次，还要检查系统的pH电极，出现异常也需要进行更换。

4）EC模块故障处理。系统在运行时，EC模块出现的故障具体表现为系统pH模块的内外部通信出现异常，模块无法对系统发出的相应操作指令做出反应，并执行具体的操作命令。出现这一故障最可能的原因是系统内部的EC测量板出现功能异常。

故障处理：首先工作人员需要检查pH测量板与系统主控板之间的通信，判断EC测量板与系统主控板是否存在异常现象，出现异常可以选择更换pH测量板与系统主控板。此外，还要检查系统的pH电极，出现异常也需要进行更换。

5）KCI溶液故障处理。在系统运行过程中，很有可能出现KCI溶液不足或是结晶的问题。这一问题出现的主要原因在于系统中液位检测装置的安装位置不合理或是装置自身的故障。

故障处理：当系统中的KCI溶液不足时，需要向KCI溶液容器中添加适量的溶液，直至饱和。而后，需要对液位检测装置的安装位置进行检查，当发现装置安装位置存在问题时，将其调整到合适的位置。而针对KCI溶液结晶的现象，其出现的原因是保养液浓度过高。对于这一问题，工作人员可以使用湿巾或湿的布擦除结晶，接着用蒸馏水清洗5次，避免分析槽损坏。最后按照1 mol/LKCI溶液的配比重新配置保养液。如果以上方法均未能排除故障，就需要考虑更换系统液位检测装置[11]。

6）其他常见故障与处理。系统在运行中除以上故障外，还会出现一些其他的常见故障。例如，系统的多通阀故障，对于这一故障，可以对多通阀电路进行检查，并进行维修，如果使用这一方法未能排除故障，就需要更换一个新的多通阀。最后，系统运行过程中的常见故障中，还包括系统界面的“非法开门”显示，对于这一故障，工作人员需要在开启仪器底部窗门之前，先行进入系统维护界面中输入取消报警的数字密码，而后在关门之前输入恢复报警的数字密码。如果仍未解除故障，就需要更换新的传感器[12]。

4 结束语

本次研究内容能够在一定程度上为技术人员进行酸雨自动观测系统的日常维护与故障处理工作提供参考依据，实现系统故障检查正确率的提升，并进一步提升系统故障处理工作效率，使酸雨自动观测系统的技术保障能力得到进一步提高。