閆 平

（內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心，呼和浩特 010051）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)獲得了更為長足的發(fā)展，酸雨觀測系統(tǒng)的構(gòu)建也獲得了科學(xué)技術(shù)的充分支持，自動化程度不斷提升，酸雨自動觀測技術(shù)也受到科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的影響得以迅速的發(fā)展?，F(xiàn)如今，在酸雨觀測領(lǐng)域，自動化觀測技術(shù)已經(jīng)得到了比較廣泛的運用，酸雨觀測自動化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢?；谒嵊暧^測自動化的發(fā)展形勢，酸雨自動觀測系統(tǒng)在不久的將來，必然能夠得到更為廣泛的應(yīng)用。

1 酸雨危害

酸雨是一種對人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活有著嚴(yán)重危害的環(huán)境污染，具體指的是pH小于5.6的雨雪或是其他形式的降水。水能夠溶解多種氣體，當(dāng)空氣中的積雨云中的水汽接觸到空氣中的酸性氣體時，大量的酸性氣體會溶于水中，使水體呈現(xiàn)酸性，這些水以降雨的形式落到地面，就成為人們所熟知的“酸雨”[1]。

酸雨對于人類生產(chǎn)生活的危害，涉及很多行業(yè)。首先，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，酸雨現(xiàn)象會造成土壤板結(jié)、酸化等問題出現(xiàn)，過度酸化的土壤是不適合農(nóng)作物生長的。酸雨造成的土壤酸化問題，在中國南方地區(qū)尤為嚴(yán)重，中國南方地區(qū)的土壤原本就呈現(xiàn)酸性，受到酸雨影響，這些地區(qū)的土壤酸化進(jìn)程會進(jìn)一步地加快。而中國北方地區(qū)的土壤呈現(xiàn)堿性，酸雨造成的土壤酸化進(jìn)程相對比較緩慢，土壤酸化的問題并不是十分突出。但是，堿性土壤中通常會有大量含有鋁元素的氫氧化物，受到酸雨影響，堿性土壤中鋁元素的氫氧化物會釋放大量的鋁離子，而鋁離子對于植物的正常生長同樣會造成毀滅性的影響。由此可見，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，無論酸性土壤還是堿性土壤，酸雨都會造成農(nóng)作物的大規(guī)模減產(chǎn)，會給農(nóng)戶帶來十分巨大的經(jīng)濟損失，而農(nóng)作物的減產(chǎn)也會使社會的發(fā)展出現(xiàn)潛在危機。其次，酸雨相較于正常的降水，有著更強的腐蝕性。受到酸雨影響，很多建筑物的使用壽命都出現(xiàn)大幅度的降低，并且，由于酸雨對建筑鋼筋結(jié)構(gòu)的經(jīng)年腐蝕，鋼筋的強度也會出現(xiàn)極大程度的下降，誘發(fā)一系列安全問題，嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命財產(chǎn)安全[2-3]。

2 酸雨自動觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動觀測系統(tǒng)是開展酸雨自動觀測工作的最重要的保證。目前在酸雨自動觀測領(lǐng)域所使用的觀測系統(tǒng)在樣本的采樣分析部位的結(jié)構(gòu)及具體的安裝位置有差異，可以將目前酸雨觀測中使用的自動觀測系統(tǒng)分為“分體式”和“一體式”2個類型。

2.1 分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)

分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)由2個部分組成，其中，系統(tǒng)中的降水樣品分析儀安裝在室內(nèi)，分析采集到的降水樣本，而降水采樣器安裝于室外觀測場，用來采集降水的樣本。在系統(tǒng)實際運行過程中，工作人員要定期更換室外降水采集器的采樣袋。與此同時，由于該系統(tǒng)的降水采樣器與降水樣品分析儀分別安裝于室內(nèi)和室外，在進(jìn)行降水樣品分析時，需要由人工從室外采樣袋中提取降水樣本，再轉(zhuǎn)移至室內(nèi)降水樣本分析儀對提取的降水樣本進(jìn)行分析[3]。這一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成具體如圖1所示。

圖1 分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.2 一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)

相較于分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)，一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)的自動化程度相對要更高一些。一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)將原本分離的降水采樣器與降水樣本分析儀整合成為一個整體，統(tǒng)一安裝于室外觀測場。而在系統(tǒng)的其他設(shè)置上，相較于分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)，一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)為進(jìn)一步提高對酸雨自動觀測的實際效果，在降水采樣器與降水樣本分析儀的基礎(chǔ)上，又在系統(tǒng)中加入了輔助性質(zhì)的氣象觀測設(shè)備，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成具體如圖2所示。

圖2 一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.3 酸雨自動觀測系統(tǒng)的工作原理

一體式與分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)雖然在結(jié)構(gòu)組成形式上存在一定的差異，但是這2種酸雨自動觀測系統(tǒng)的主體都是由降水采樣器與降水樣品分析儀組成的，因此這2種系統(tǒng)在基本的工作原理上是一致的。系統(tǒng)中的降水采樣器會自動采集降水的樣品，而后將這些樣品通過人工或是管路的形式將降水樣品輸送至降水樣品分析儀，并最終形成酸雨觀測的數(shù)據(jù)記錄。

2.3.1 降水采樣器的工作原理

系統(tǒng)中降水采樣器的工作職能是即時采集室外降水的樣本，用于后續(xù)的降水pH分析。降水采樣器在實際工作時，設(shè)備內(nèi)置的降水感應(yīng)程序在監(jiān)測到降水出現(xiàn)時，會控制降水采樣器打開設(shè)備的防塵蓋，進(jìn)行降水樣本的收集。而當(dāng)設(shè)備降水感應(yīng)程序檢測到室外降水停止時，程序會控制降水采樣器關(guān)閉防塵蓋，保證收集到的降水樣本及樣本容器不會受到污染，確保系統(tǒng)樣本分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。與此同時，為了保證系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同地區(qū)的不同溫度環(huán)境，在系統(tǒng)的降水采樣器中還設(shè)置了溫度控制模塊，保證系統(tǒng)在惡劣的溫度條件下依然能夠正常的工作，切實提高系統(tǒng)觀測效率[5]。

2.3.2 降水樣品分析儀的工作原理

降水樣品分析儀的工作職能是對降水采樣器收集的降水樣本進(jìn)行檢測，判斷降水性質(zhì)。降水樣品通過人工或是管路的形式輸送到降水樣品分析儀后，分析儀中設(shè)置的專用測量電極會對降水樣品的EC、pH及水溫等進(jìn)行檢測分析。而且，2種酸雨自動觀測系統(tǒng)還具有自動校準(zhǔn)功能，系統(tǒng)中的降水樣品分析儀在一段時間的運行之后，專用測量電極會出現(xiàn)失準(zhǔn)的情況，通過系統(tǒng)中的自動校準(zhǔn)功能能夠周期性地對分析儀中的EC、pH電極進(jìn)行自動校準(zhǔn)，大幅度地降低了人工校準(zhǔn)的工作量，也使得系統(tǒng)觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了更充分的保證[6]。

3 酸雨自動觀測系統(tǒng)的日常維護(hù)與故障處理

酸雨自動觀測系統(tǒng)在實際運行中，時常會面臨一些惡劣的天氣環(huán)境，容易導(dǎo)致系統(tǒng)運行中出現(xiàn)各種問題與故障。為保證系統(tǒng)的正常工作效率，工作人員要對系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)，并對系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析與處理，保證系統(tǒng)的正常運行。

3.1 酸雨自動觀測系統(tǒng)的日常維護(hù)

分體式與一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)都需要進(jìn)行日常維護(hù)，由于2種系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成及工作原理上基本相同，因此2種系統(tǒng)的日常維護(hù)工作內(nèi)容也基本相同。但相比較而言，一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)由于自動化程度更高，對于系統(tǒng)運行的整體控制要求更高，因此一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)的日常維護(hù)工作相對要更復(fù)雜一些。關(guān)于系統(tǒng)日常維護(hù)的具體內(nèi)容如下所示。

1）要定期對系統(tǒng)的電源、電路進(jìn)行檢查，確保系統(tǒng)中各型設(shè)備的正常運行。而由于一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)的所有設(shè)備都安裝于室外，在進(jìn)行常規(guī)檢查的基礎(chǔ)上，工作人員還要定期清洗系統(tǒng)中的降水采樣器、降水樣本分析儀及降水樣品的輸送管路。

2）要采取特殊的防護(hù)措施，避免系統(tǒng)運行過程中各種外部因素的干擾。尤其是一體式酸雨自動觀測系統(tǒng)中的降水樣品分析儀也設(shè)置于室外，對于這種精密儀器的保護(hù)措施一定要充分到位。

3）定期檢查系統(tǒng)設(shè)備中標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的有效性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時，要進(jìn)行及時的配制與更換。另外，分體式酸雨自動觀測系統(tǒng)中缺少電極自動校準(zhǔn)程序，維護(hù)人員需要對系統(tǒng)測量電極進(jìn)行定期的校準(zhǔn)[7-9]。

3.2 酸雨自動觀測系統(tǒng)的故障處理

3.2.1 故障分析思路

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，首先，工作人員要對系統(tǒng)的電源等基礎(chǔ)運行單元進(jìn)行檢查，如果系統(tǒng)中的各個基礎(chǔ)運行單元沒有問題，處于正常運行狀態(tài)的情況下，就需要進(jìn)一步檢查系統(tǒng)中的降水采樣器是否能夠正常地進(jìn)行降水樣品采集。而當(dāng)系統(tǒng)中的降水采樣器部分未出現(xiàn)異常的情況時，下一步就需要對系統(tǒng)中的降水樣品分析儀進(jìn)行全面的檢查。而這一部分也不存在問題時，就需要對系統(tǒng)的通信電纜線路進(jìn)行檢查，判斷系統(tǒng)運行信號傳輸是否出現(xiàn)問題。按照以上的思路對系統(tǒng)運行故障進(jìn)行分析與排查，能夠有效判斷系統(tǒng)出現(xiàn)的絕大多數(shù)的運行故障[10]。

3.2.2 系統(tǒng)主要故障處理分析

1）系統(tǒng)pH校準(zhǔn)異常處理。當(dāng)系統(tǒng)運行界面顯示“pH校準(zhǔn)失敗”時即為系統(tǒng)出現(xiàn)了pH校準(zhǔn)異常的故障。這一故障出現(xiàn)的原因通常為降水樣品分析儀的pH電極沒有得到及時的清洗，或是校準(zhǔn)溶液沒有達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

故障處理：工作人員需要使用蒸餾水對系統(tǒng)中降水樣品分析儀的pH電極進(jìn)行深入清洗，清洗完成后將電極放置于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液當(dāng)中，進(jìn)行重新校準(zhǔn)，如果仍然顯示校準(zhǔn)失敗，工作人員就需要重新配制校準(zhǔn)溶液，重復(fù)進(jìn)行校準(zhǔn)操作，直到校準(zhǔn)結(jié)果顯示正常為止。

2）系統(tǒng)EC校準(zhǔn)異常處理。當(dāng)系統(tǒng)運行界面顯示“EC校準(zhǔn)失敗”時即為系統(tǒng)出現(xiàn)了EC校準(zhǔn)異常的故障。這一故障出現(xiàn)的原因與系統(tǒng)pH校準(zhǔn)異常的故障原理類似，通常為降水樣品分析儀的EC電極沒有得到及時的清洗，或是校準(zhǔn)溶液沒有達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

故障處理：需要使用蒸餾水對系統(tǒng)中降水樣品分析儀的EC電極進(jìn)行深入清洗，在清洗完成后將電極放置于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液當(dāng)中，進(jìn)行重新校準(zhǔn)，如果仍然顯示校準(zhǔn)失敗，工作人員就需要重新配制校準(zhǔn)溶液，重復(fù)進(jìn)行校準(zhǔn)操作，直到校準(zhǔn)結(jié)果顯示正常為止。

3）pH模塊故障處理。系統(tǒng)在運行時，pH模塊出現(xiàn)的故障具體表現(xiàn)為系統(tǒng)pH模塊的內(nèi)外部通信出現(xiàn)異常，模塊無法對系統(tǒng)發(fā)出的相應(yīng)操作指令做出反應(yīng)，并執(zhí)行具體的操作命令。出現(xiàn)這一故障最可能的原因是系統(tǒng)內(nèi)部的pH測量板出現(xiàn)功能異常。

故障處理：首先工作人員需要檢查pH測量板與系統(tǒng)主控板之間的通信，判斷pH測量板與系統(tǒng)主控板是否存在異?，F(xiàn)象，出現(xiàn)異?？梢赃x擇更換pH測量板與系統(tǒng)主控板。其次，還要檢查系統(tǒng)的pH電極，出現(xiàn)異常也需要進(jìn)行更換。

4）EC模塊故障處理。系統(tǒng)在運行時，EC模塊出現(xiàn)的故障具體表現(xiàn)為系統(tǒng)pH模塊的內(nèi)外部通信出現(xiàn)異常，模塊無法對系統(tǒng)發(fā)出的相應(yīng)操作指令做出反應(yīng)，并執(zhí)行具體的操作命令。出現(xiàn)這一故障最可能的原因是系統(tǒng)內(nèi)部的EC測量板出現(xiàn)功能異常。

故障處理：首先工作人員需要檢查pH測量板與系統(tǒng)主控板之間的通信，判斷EC測量板與系統(tǒng)主控板是否存在異?，F(xiàn)象，出現(xiàn)異?？梢赃x擇更換pH測量板與系統(tǒng)主控板。此外，還要檢查系統(tǒng)的pH電極，出現(xiàn)異常也需要進(jìn)行更換。

5）KCI溶液故障處理。在系統(tǒng)運行過程中，很有可能出現(xiàn)KCI溶液不足或是結(jié)晶的問題。這一問題出現(xiàn)的主要原因在于系統(tǒng)中液位檢測裝置的安裝位置不合理或是裝置自身的故障。

故障處理：當(dāng)系統(tǒng)中的KCI溶液不足時，需要向KCI溶液容器中添加適量的溶液，直至飽和。而后，需要對液位檢測裝置的安裝位置進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝置安裝位置存在問題時，將其調(diào)整到合適的位置。而針對KCI溶液結(jié)晶的現(xiàn)象，其出現(xiàn)的原因是保養(yǎng)液濃度過高。對于這一問題，工作人員可以使用濕巾或濕的布擦除結(jié)晶，接著用蒸餾水清洗5次，避免分析槽損壞。最后按照1 mol/LKCI溶液的配比重新配置保養(yǎng)液。如果以上方法均未能排除故障，就需要考慮更換系統(tǒng)液位檢測裝置[11]。

6）其他常見故障與處理。系統(tǒng)在運行中除以上故障外，還會出現(xiàn)一些其他的常見故障。例如，系統(tǒng)的多通閥故障，對于這一故障，可以對多通閥電路進(jìn)行檢查，并進(jìn)行維修，如果使用這一方法未能排除故障，就需要更換一個新的多通閥。最后，系統(tǒng)運行過程中的常見故障中，還包括系統(tǒng)界面的“非法開門”顯示，對于這一故障，工作人員需要在開啟儀器底部窗門之前，先行進(jìn)入系統(tǒng)維護(hù)界面中輸入取消報警的數(shù)字密碼，而后在關(guān)門之前輸入恢復(fù)報警的數(shù)字密碼。如果仍未解除故障，就需要更換新的傳感器[12]。

4 結(jié)束語

本次研究內(nèi)容能夠在一定程度上為技術(shù)人員進(jìn)行酸雨自動觀測系統(tǒng)的日常維護(hù)與故障處理工作提供參考依據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)故障檢查正確率的提升，并進(jìn)一步提升系統(tǒng)故障處理工作效率，使酸雨自動觀測系統(tǒng)的技術(shù)保障能力得到進(jìn)一步提高。