駱世娟 王 莉 吳天會

(1.江西省大氣探測技術(shù)中心，江西 南昌 330096；2.山西省方山縣氣象局，山西 呂梁 033100；3.云南省楚雄州氣象局，云南 楚雄 6275200)

0 引言

酸雨是指降水pH值小于5.6的雨、雪和雹等[1]，又被稱之“空中死神”。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，降雨的酸化是目前最嚴重的環(huán)境問題之一。酸雨不僅能破壞水生態(tài)系統(tǒng)、土壤結(jié)構(gòu)，危及森林、農(nóng)作物以及魚類的生存；并通過食物攝入危害人體健康；還會腐蝕材料，嚴重損毀文物古跡、交通電力設(shè)施等各類建筑[1]。為防治酸雨及治理大氣污染提供重要科學依據(jù)，收集酸雨資料，研究其時空分布及其長期變化趨勢顯得尤為重要。當今隨著科學技術(shù)的進步和發(fā)展，自動化的觀測儀器設(shè)備已成為替代人工觀測的必然趨勢[1]。這不僅能夠有效避免干沉降對酸雨觀測的影響，而且還可減少人工采樣產(chǎn)生的誤差，提高酸雨觀測自動化程度。自2014年至今，江西省已建有12個人工觀測站全部改為自動觀測站。文中闡述了適合在極端最低氣溫-10℃以上的南方地

區(qū)安裝的TCYII 1型酸雨自動觀測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、日常維護，以及故障的判斷和處理方法，以期為酸雨自動觀測系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修提供參考。

1 TCYII 1酸雨自動觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

TCYII 1型酸雨自動觀測系統(tǒng)是安裝在室外觀測場內(nèi)，由感應(yīng)器、降水采集器和分析儀三部分組成的全自動分析子系統(tǒng)。還可延展觀測降雨點處的溫度、濕度、壓力以及風速風向等氣象要素。開機運行時，先通過雨量傳感器感應(yīng)降雨，系統(tǒng)降水采集器便開始自動采集降水樣品，并將所采集的水樣經(jīng)管路輸送到分析儀。分析儀自動對降水樣品的pH、電導(dǎo)率K值及溫度等進行測量，記錄和存儲有關(guān)測量到的數(shù)據(jù)并上傳到對應(yīng)的業(yè)務(wù)計算機。觀測室內(nèi)的計算機與系統(tǒng)通訊連接，業(yè)務(wù)值班人員可通過人機界面查看實時或歷史數(shù)據(jù)，故障信息和操作信息等報表，也可通過人機界面對本裝置進行手動設(shè)置、分析和校準等多項工作。再對采集到的數(shù)據(jù)及信息進行必要的質(zhì)量檢驗和處理，最終形成完整的觀測數(shù)據(jù)。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該套系統(tǒng)主要由感雨傳感器、雨量計、防塵蓋及驅(qū)動單元、防塵蓋托架、集雨桶、分析測量管路單元、顯示屏、控制及數(shù)據(jù)記錄單元、溫濕度綜合控制器、電源和防雷單元及相關(guān)元件組成圖1)。感雨傳感器包括感應(yīng)降水和驅(qū)鳥裝置，雨量計負責降水量采集和計數(shù)，防塵蓋及驅(qū)動單元負責開、關(guān)蓋集雨桶，防塵蓋托架用于支撐旋離集雨桶后的防塵蓋，集雨桶用于降水樣品收集，分析測量管路單元負責管路清洗、降水樣品轉(zhuǎn)移及分析測量酸堿度、電導(dǎo)率、溫度、電極保養(yǎng)液和電極校準溶液轉(zhuǎn)移，顯示屏負責顯示系統(tǒng)狀態(tài)和人機交互，溫濕度綜合控制器負責調(diào)控分析測量單元的溫度和濕度，電源和防雷單元負責設(shè)備供電和防雷。系統(tǒng)采用交流220V供電。

1.2 工作原理

TCYII 1型酸雨自動觀測系統(tǒng)通過感雨器感應(yīng)降雨，系統(tǒng)降水采集器自動采集降水樣品，并將所采集的水樣經(jīng)管路輸送到分析儀。感應(yīng)到降水停止后在預(yù)先設(shè)定的時間關(guān)閉集雨桶防塵蓋。

1)降水取樣器。當天空有降水時，感雨器就實時動態(tài)感應(yīng)降雨情況，單元驅(qū)動集雨桶防塵蓋被系統(tǒng)控制防塵蓋驅(qū)動開蓋，集雨器開始采集降水，降水停止后，系統(tǒng)又在預(yù)先設(shè)定的時間內(nèi)關(guān)閉防塵蓋，這樣就能保證所采集的降水樣品盡量不被外界環(huán)境所污染，同時系統(tǒng)記錄下完整的降水數(shù)據(jù)和防塵蓋動作信息等。

2)AMR-A自動降水分析儀。在設(shè)定的時間內(nèi)先對分析測量管路進行清洗，再將降水樣品轉(zhuǎn)移，分析儀對降水樣品進行過濾處理后，經(jīng)過管路又被輸送到分析儀測量單元進行pH、電導(dǎo)率K及溫度進行分析測量，并記錄和存儲有關(guān)測量數(shù)據(jù)。測量結(jié)束后自動完成集雨桶、測量管路、電極和電極槽的清洗。同時，系統(tǒng)也可按照設(shè)定時間對pH電極和電導(dǎo)率電極進行自動校準(也可進行人工校準)。觀測室內(nèi)業(yè)務(wù)用機與系統(tǒng)通訊連接，觀測人員完成采集完相關(guān)數(shù)據(jù)后就可進行質(zhì)量檢驗和整合，最后形成完整的酸雨觀測數(shù)據(jù)記錄。

圖1 TCYII 1型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3)該系統(tǒng)采用先進的嵌入式控制系統(tǒng)，可單獨對降水采樣器和降水樣品分析儀進行控制。較降水樣品分析儀單元而言：系統(tǒng)不僅僅只是對降水的數(shù)據(jù)進行記錄和分析，還配備驅(qū)動聲光報警器等故障診斷功能。系統(tǒng)一旦發(fā)生了故障立即發(fā)出警報聲，告之業(yè)務(wù)值班人員系統(tǒng)出故障，必須對設(shè)備進行維護維修。支持該系統(tǒng)的通訊方式采用無線或有線均可，方便業(yè)務(wù)人員不定時遠程獲取系統(tǒng)的運行狀態(tài)和各種降水的分析數(shù)據(jù)等，大大提升了系統(tǒng)的智能化程度和可維護性。同時在降水采樣器內(nèi)部添置了溫控模塊，可實現(xiàn)冬季機箱加熱和夏季機箱散熱、降溫等功能[2]，確保在不同環(huán)境條件下該系統(tǒng)機柜內(nèi)部管路以及電路部分能均能正常工作，充分提高系統(tǒng)室外長期運行的可靠性和性價比。

4)該系統(tǒng)具有可靠安全的防雷設(shè)計，保護設(shè)備在雷雨季節(jié)里不遭到破壞性影響。

2 系統(tǒng)維護

2.1 系統(tǒng)日常維護

1)檢查系統(tǒng)是否有告警信息，若有應(yīng)先找清原因，排除故障后將告警取消。

2)每天按規(guī)定巡視儀器，發(fā)現(xiàn)組件(尤其是采樣區(qū))有蜘蛛網(wǎng)、灰塵、鳥糞、樹枝和樹葉等影響數(shù)據(jù)采集的雜物時應(yīng)及時清理。

3)不定時檢查集雨桶開、關(guān)蓋正常與否。

4)檢查數(shù)據(jù)是否能正常傳輸?shù)絀SOS平臺，數(shù)值是否正確。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常應(yīng)及時查明原因并對相關(guān)組件進行維護(修)。

2.2 系統(tǒng)定期維護

1)每月檢查供電設(shè)備，防止接頭處出現(xiàn)氧化或松開等接觸不良現(xiàn)象，同時也查看電纜是否有被鼠咬、老化等破損現(xiàn)象。

2)每季度檢查感雨傳感器對降水的靈敏度。

3)每季度對比觀測雨量計采集的降水量與自動氣象站采集的雨量，若差值偏大，及時查清原因并進行維護(修)。

4)每年汛期來臨之前全面檢查該系統(tǒng)的全部防雷接地。

2.3 分析測量單元維護周期建議

表1給出了TCYII 1型酸雨自動觀測系統(tǒng)各分析測量單元的維護周期。

表1 TCYII 1型酸雨自動觀測系統(tǒng)分析測量單元維護周期

3 常見故障及維修建議

3.1 故障一

現(xiàn)象：系統(tǒng)測量的電導(dǎo)率K顯示為0。

檢查步驟：1)檢查過濾器是否堵塞；2)查看漏斗底部是否堵塞。3)查看設(shè)備管路連接頭處是否有漏水跡象；4)進入系統(tǒng)的“校準”—“EC校準”界面，在電導(dǎo)槽有液體的前提下，點擊“電導(dǎo)讀取”按鈕，查看所讀回電導(dǎo)率數(shù)值；5)進入系統(tǒng)的“調(diào)試”界面，單個啟動界面上所標注的泵與閥，排查泵與閥是否正常工作。

3.2 故障二

現(xiàn)象：KCl(氯化鉀)保養(yǎng)液缺少或出現(xiàn)結(jié)晶。

檢查步驟：

1)無KCl保養(yǎng)液。a)更換該液位檢測裝置；b)需調(diào)整KCl(氯化鉀)試劑瓶的位置并與液位檢測裝置相吻合；c)添加飽和KCl溶液。

2)KCl保養(yǎng)液出現(xiàn)結(jié)晶。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。最后按照體積濃度1mol/L重新配置KCl溶液作為保養(yǎng)液。

3.3 故障三

現(xiàn)象：自動校準時，系統(tǒng)無任何反應(yīng)。

檢查步驟：1)需要檢查自動校準的選項是否勾選，若未勾選，請先勾上勾選框；2)點擊自動校準按鈕，觀察設(shè)備運行情況。

3.4 故障四

現(xiàn)象：pH校準未通過。

檢查步驟：1)查看pH標準校準液是否在保質(zhì)期內(nèi)，若已過期，需要更換pH標準校準液；2)進入系統(tǒng)的“電極參數(shù)”界面，讀取pH校準液溫度數(shù)值，查看其是否正常；3)檢查pH電極線跳過轉(zhuǎn)接頭線與線之間直連是否正常；4)檢查pH電極是否異常，或更換備用pH電極再作測試；5)pH測量板是否有故障，如果故障需要返廠維修。

3.5 故障五

現(xiàn)象：系統(tǒng)提示無純水。

檢查步驟：1)純水存量是否正常，要求桶內(nèi)純水量大于2/3水桶容積；2)液位檢測裝置與存放純水的聚乙烯桶相對位置是否偏離，需要保證純水桶位置與液位檢測裝置相吻合；3)純水液位檢測裝置是否故障，如果存在故障，需更換該液位檢測裝置。

3.6 故障六

現(xiàn)象：集雨桶內(nèi)出現(xiàn)積水。

檢查步驟：降水過程中集雨桶內(nèi)壁附著少量水珠為正?，F(xiàn)象。若集雨桶內(nèi)有積水，將接雨漏斗排空，時間設(shè)置為500s，再進行觀察，否則聯(lián)系廠家。

3.7 故障七

現(xiàn)象：設(shè)備使用過程中出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

檢查步驟：1)排查總空氣開關(guān)所能承受的最大電流(功耗數(shù)值詳見設(shè)備銘牌)；2)查看設(shè)備內(nèi)部是否有明顯異?，F(xiàn)象，如燒焦、發(fā)燙或出現(xiàn)異味等。

3.8 故障八

現(xiàn)象：pH數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)相比差值較大。

檢查步驟：檢查集雨桶內(nèi)是否存在異物雜質(zhì)，過濾器是否按時更換建議過濾器1個月更換一次。

3.9 故障九

現(xiàn)象：防塵蓋開關(guān)故障。

系統(tǒng)前門本該開朝北面，可為了安全，集雨桶防塵蓋開、關(guān)蓋均向南面方向轉(zhuǎn)了180°到位完成操作，倘若防塵蓋出現(xiàn)故障，應(yīng)及時進行維護。

1)防塵蓋向前(北)門方向旋轉(zhuǎn)。具體表現(xiàn)為：a)感雨傳感器感應(yīng)到有降水時，集雨桶的防塵蓋在設(shè)定的時間內(nèi)朝前(北)轉(zhuǎn)180°后完成開蓋動作；b)降水停止后，防塵蓋在設(shè)定的時間內(nèi)朝前(北)門方向轉(zhuǎn)180°后完成關(guān)蓋動作。

檢查步驟：檢查防塵蓋電機的兩根控制線是否接反，否則主板有故障。

2)防塵蓋向后門(南)方向旋轉(zhuǎn)360°。具體表現(xiàn)為：a)感雨傳感器感應(yīng)到有降水時，集雨桶的防塵蓋在設(shè)定的時間向后門(南)方向轉(zhuǎn)180°后不停止又向前門(北)方向轉(zhuǎn)180°，完成了錯誤的加蓋動作；b)降水停止后，防塵蓋在預(yù)先設(shè)定的時間向后門(南)方向轉(zhuǎn)180°不停，繼續(xù)向前門(北)方向轉(zhuǎn)180°，開蓋動作被錯誤完成。

檢查步驟：a)調(diào)整防塵蓋至開、關(guān)位置，先檢測其對應(yīng)動作并更改存儲狀態(tài)，若更改后仍有故障，則判定主板有故障需要維修；若更改后變?yōu)檎?，但運行一段時間后故障再現(xiàn)，再檢查設(shè)備供電電壓是否穩(wěn)定，接地是否有效，或者是否存在其他強干擾信號等。b)檢查防塵蓋的檢測擋片是否等高，再檢查光電開關(guān)是否有效，受控導(dǎo)通是否正常，最后還需檢查連接相關(guān)設(shè)備的直流電是否穩(wěn)定。

3)防塵蓋向前門(北)方向旋轉(zhuǎn)360°。

檢查步驟和處理方法同故障情況2)。

3.10 故障十

現(xiàn)象：酸雨設(shè)備的雨量計數(shù)據(jù)與站點的雨量計數(shù)據(jù)相差較大。

檢查步驟：根據(jù)中國氣象局要求，ISOS上報酸雨數(shù)據(jù)以觀測場原雨量計數(shù)據(jù)為準，儀器集成的雨量計為儀器功能部件，僅為該系統(tǒng)服務(wù)，數(shù)據(jù)僅供參考。雨量計出廠時有對應(yīng)校準報告。如需進一步核查，可對雙方雨量計進行校準，并按地面氣象觀測的有關(guān)規(guī)定進行，站點校準完成后反饋校準的結(jié)果。

3.11 故障十一

現(xiàn)象：主機內(nèi)壁靠空調(diào)一側(cè)出現(xiàn)大量水珠。

檢查步驟：調(diào)整溫度綜合控制器設(shè)置。

4 結(jié)語

在日常業(yè)務(wù)運行中，需對設(shè)備進行不定時巡查和維護，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時進行排查或檢修，做好設(shè)備定期維護和故障檢修詳細記錄，并嚴格按照相關(guān)體系要求進行登記和上報，同時臺站還應(yīng)加強對業(yè)務(wù)保障人員的技能培訓(xùn)，提高應(yīng)急處置能力，確保觀測數(shù)據(jù)準確、及時并具有代表性。