李 力，張 慧，劉 雯，甘少明

(1.湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心，武漢 430074；2.武漢楚天聯(lián)華高新技術(shù)開發(fā)有限公司，武漢 430074)

0 引言

隨著工業(yè)發(fā)展，化工顆粒物等污染物的排放不斷污染著自然環(huán)境。酸雨觀測作為環(huán)境氣象觀測的主要部分日益受到氣象、環(huán)保部門重視，中國也利用先進(jìn)的物理傳感器和信息化技術(shù)使酸雨觀測實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和無人觀測。

TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)以AMR-A型戶外全自動(dòng)一體化分析儀為核心，安裝在冬季氣候條件較好(極限低溫-10 ℃)的戶外，主要功能為感應(yīng)降水、自動(dòng)采集降水樣品、自動(dòng)測量降水樣品的pH值(酸堿度)、EC值(電導(dǎo)率)和溫度[1-3]。同時(shí)還能擴(kuò)展測量降雨點(diǎn)的大氣溫度、濕度、壓力、風(fēng)速和風(fēng)向等大氣參數(shù)，并通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上傳測量數(shù)據(jù)和儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)[4]，完成自檢和校準(zhǔn)。系統(tǒng)可驅(qū)動(dòng)室內(nèi)聲光報(bào)警單元發(fā)出聲光報(bào)警，提示管理維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，還可支持多種通信方式遠(yuǎn)程獲取運(yùn)行狀態(tài)。文章主要結(jié)合TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)的工作原理，對系統(tǒng)常見故障原因進(jìn)行分析，并詳細(xì)闡述了故障診斷方法與處理措施[5]，為提升酸雨觀測資料的準(zhǔn)確性和設(shè)備維護(hù)的及時(shí)性提供指導(dǎo)依據(jù)[6，7]。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

AMR-A型自動(dòng)降水分析系統(tǒng)可以自動(dòng)采集和分析降水樣品，通過計(jì)算機(jī)從系統(tǒng)中采集觀測數(shù)據(jù)和信息，通過質(zhì)量控制和整合后形成完整的酸雨觀測數(shù)據(jù)記錄。觀測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如1所示。

圖1 TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)工作原理

TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)通過感雨器實(shí)時(shí)監(jiān)測室外降水(液態(tài)及固態(tài))，當(dāng)監(jiān)測到有降水時(shí)，系統(tǒng)控制防塵蓋驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)防塵蓋開蓋，集雨器開始采集降水；降水停止后，防塵蓋關(guān)蓋，使采集到的降水樣品不受污染。集雨器具備加熱融雪功能，可使固態(tài)降水融化，保證固態(tài)降水能輸送至分析單元，同時(shí)記錄降水和防塵蓋動(dòng)作信息[8]。系統(tǒng)可設(shè)置降水分析的條件和時(shí)間，在設(shè)定的分析時(shí)間內(nèi)，若降水量達(dá)到設(shè)定起始值，集雨器會(huì)將采集的降水通過輸送單元輸送至分析單元測量槽，通過測量槽內(nèi)pH、EC降水專用測量電極對降水的pH值、EC值及水溫值進(jìn)行分析。若降水量小于設(shè)定值，則集雨器會(huì)將降水直接排空，進(jìn)入下一輪降水采集分析任務(wù)。此外，系統(tǒng)可設(shè)定自動(dòng)校準(zhǔn)周期，實(shí)現(xiàn)pH、EC電極自動(dòng)校準(zhǔn)，提高測量的準(zhǔn)確性(圖2)。

圖2 TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)還具備故障自動(dòng)診斷功能，出現(xiàn)故障時(shí)能驅(qū)動(dòng)外部聲光報(bào)警單元發(fā)出聲光報(bào)警，方便維護(hù)人員及時(shí)維護(hù)。此外系統(tǒng)還支持多種通訊方式遠(yuǎn)程獲取運(yùn)行狀態(tài)、分析數(shù)據(jù)，達(dá)到了智能化水平。

2 系統(tǒng)校準(zhǔn)

TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)的校準(zhǔn)工作包括溫度校準(zhǔn)、pH校準(zhǔn)和EC校準(zhǔn)等。

2.1 溫度校準(zhǔn)

溫度校準(zhǔn)可校準(zhǔn)控制柜溫度、感雨器溫度、雨量計(jì)溫度、集雨器溫度和環(huán)境溫度。用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測量各項(xiàng)實(shí)際溫度值，將實(shí)際值輸入校正溫度，系統(tǒng)對內(nèi)部溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)際溫度則會(huì)實(shí)時(shí)顯示更新校正后的溫度值。

2.2 pH校準(zhǔn)

pH校準(zhǔn)步驟如下[9，10]：

1)進(jìn)入pH校準(zhǔn)界面后手動(dòng)校準(zhǔn)pH值，綠色圖標(biāo)顯示“pH4校準(zhǔn)”。用蒸餾水清洗pH電極，洗凈后將電極放置在pH值為4.01的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，單擊“pH4校準(zhǔn)”后圖標(biāo)會(huì)變成“pH校準(zhǔn)中”，若等待一段時(shí)間后圖標(biāo)變成“pH7校準(zhǔn)”，則說明校準(zhǔn)點(diǎn)“4.01”已完成。若校準(zhǔn)失敗，圖標(biāo)仍然顯示“pH4校準(zhǔn)”，儀器則會(huì)記錄故障信息。

2)取出pH電極并用蒸餾水洗凈，將電極放在pH值為6.86的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，單擊“pH7校準(zhǔn)”，可校準(zhǔn)pH值為“6.86”的校準(zhǔn)點(diǎn)；校準(zhǔn)成功后圖標(biāo)顯示“pH9校準(zhǔn)”，取出pH電極用蒸餾水洗凈，將電極放置在pH值為9.18的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，單擊“pH9校準(zhǔn)”，可校準(zhǔn)pH值為“9.18”的校準(zhǔn)點(diǎn)。校準(zhǔn)成功后圖標(biāo)變成“pH4校準(zhǔn)”，使用上述方法可校準(zhǔn)“4.01”、“6.86”、“9.18”3個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。

3)校準(zhǔn)完成后把pH電極放置在pH值已知的溶液中，單擊“讀取”圖標(biāo)，若讀到的pH值與已知溶液pH值偏差在±0.02以內(nèi)，則校準(zhǔn)正常。

2.3 EC校準(zhǔn)

EC校準(zhǔn)步驟如下：

1)進(jìn)入EC校準(zhǔn)界面后手動(dòng)校準(zhǔn)EC值，圖標(biāo)顯示“EC14校準(zhǔn)”。用蒸餾水清洗EC電極，洗凈后將電極放置在147.7 μs/cm標(biāo)準(zhǔn)溶液中，單擊“EC14校準(zhǔn)”后界面提示“EC校準(zhǔn)中”，待校準(zhǔn)結(jié)束后，界面顯示為“EC14校準(zhǔn)儀器”，若校準(zhǔn)失敗則出現(xiàn)報(bào)警。

2)進(jìn)入EC校準(zhǔn)界面后手動(dòng)校準(zhǔn)EC值，圖標(biāo)顯示“EC43校準(zhǔn)”，用蒸餾水清洗EC電極，洗凈后將電極放置在1410 μs/cm標(biāo)準(zhǔn)溶液中，單擊“EC43校準(zhǔn)”后界面提示“EC校準(zhǔn)中”，待校準(zhǔn)結(jié)束后，界面顯示為“EC43校準(zhǔn)儀器”，若校準(zhǔn)失敗則出現(xiàn)報(bào)警。

3)校準(zhǔn)完成后把EC電極放置在EC值已知的溶液中，單擊“讀取”圖標(biāo)，若讀取的EC值與已知溶液EC值偏差在±1.0%以內(nèi)則校準(zhǔn)正常(EC14與EC43之中只需校準(zhǔn)一個(gè)點(diǎn)即可)。

2.4 pH電極參數(shù)

pH電極參數(shù)界面中的讀取圖標(biāo)能顯示相應(yīng)位置的當(dāng)前實(shí)際值，以判斷pH電極、EC電極是否正常。其中，pH4校準(zhǔn)電壓值范圍：110～225 V，若讀取值超限則pH電極異常；pH7校準(zhǔn)電壓值范圍：-33～48 V，若讀取值超限則pH電極異常；pH9校準(zhǔn)電壓值范圍：-175～-69 V，若讀取值超限則pH電極異常。pH溫度、EC溫度讀取值均為當(dāng)前電極溫度的實(shí)際值。pH溫度補(bǔ)償值、EC溫度補(bǔ)償值均為溫度偏移值，輸入范圍為1～9，以便校準(zhǔn)pH溫度和EC溫度的實(shí)際值。

3 故障現(xiàn)象診斷處理

3.1 故障信息列表

TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象診斷與處理方法見表1所示[11，12]。

表1 TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)常見故障診斷匯總

3.2 開關(guān)蓋故障處理方式

故障情況1：開蓋時(shí)蓋向操作人員所在方向旋轉(zhuǎn)后再旋轉(zhuǎn)到位，實(shí)際完成了開蓋操作；關(guān)蓋時(shí)蓋向操作人員所在方向旋轉(zhuǎn)后再旋轉(zhuǎn)到位，實(shí)際完成了關(guān)蓋操作。故障原因：開關(guān)蓋電機(jī)兩根控制線互換接錯(cuò)。處理方法：檢查開關(guān)蓋兩根控制線是否接反，若仍異常則更換主板。

故障情況2：開蓋時(shí)蓋向遠(yuǎn)離(或朝向)操作人員方向旋轉(zhuǎn)后再旋轉(zhuǎn)到位，實(shí)際完成了關(guān)蓋操作；關(guān)蓋時(shí)蓋向遠(yuǎn)離(或朝向)操作人員方向旋轉(zhuǎn)后再旋轉(zhuǎn)到位，實(shí)際完成了開蓋操作。原因1：開關(guān)蓋時(shí)狀態(tài)存儲(chǔ)失敗，判斷開關(guān)蓋的結(jié)果相反；原因2：開蓋到位后光電開關(guān)無響應(yīng)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周直至檢測到擋片信號(hào)。原因1處理方法：將開關(guān)蓋移動(dòng)至對應(yīng)位置再檢測是否正常。若調(diào)整后立即出現(xiàn)同樣現(xiàn)象則需更換芯片，若仍異常則需更換主板；若調(diào)整后正常運(yùn)行，過一段時(shí)間又出現(xiàn)同樣現(xiàn)象，則需檢查外部供電是否穩(wěn)定，接地是否有效以及設(shè)備是否位于強(qiáng)干擾區(qū)域。原因2處理方法：檢查蓋與檢測擋片是否等高，若等高再檢查光電開關(guān)是否受控、光電開關(guān)所連直流電源是否穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

隨著氣象業(yè)務(wù)的深入發(fā)展，地面觀測系統(tǒng)無人值守工作已經(jīng)全面展開，酸雨自動(dòng)觀測也進(jìn)入全國范圍的推廣建設(shè)。在酸雨觀測業(yè)務(wù)從人工觀測轉(zhuǎn)向自動(dòng)觀測的時(shí)期，設(shè)備的校準(zhǔn)和維護(hù)等工作尤為重要。文章詳細(xì)介紹了TCYII 1型酸雨自動(dòng)觀測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，對系統(tǒng)校準(zhǔn)和故障處理分別進(jìn)行了詳細(xì)說明，為酸雨自動(dòng)觀測業(yè)務(wù)提供了技術(shù)支持，便于維護(hù)人員及時(shí)有效地找出故障原因，處理故障現(xiàn)象，保障酸雨自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)的及時(shí)可靠和準(zhǔn)確有效。