TCYII 1型酸雨自動觀測系統校準與故障處理

李 力，張 慧，劉 雯，甘少明

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

0 引言

隨著工業發展，化工顆粒物等污染物的排放不斷污染著自然環境。酸雨觀測作為環境氣象觀測的主要部分日益受到氣象、環保部門重視，中國也利用先進的物理傳感器和信息化技術使酸雨觀測實現自動和無人觀測。

TCYII 1型酸雨自動觀測系統以AMR-A型戶外全自動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，主要功能為感應降水、自動采集降水樣品、自動測量降水樣品的pH值(酸堿度)、EC值(電導率)和溫度[1-3]。同時還能擴展測量降雨點的大氣溫度、濕度、壓力、風速和風向等大氣參數，并通過網絡自動上傳測量數據和儀器狀態數據[4]，完成自檢和校準。系統可驅動室內聲光報警單元發出聲光報警，提示管理維護人員及時進行維護，還可支持多種通信方式遠程獲取運行狀態。文章主要結合TCYII 1型酸雨自動觀測系統的工作原理，對系統常見故障原因進行分析，并詳細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確性和設備維護的及時性提供指導依據[6，7]。

1 系統組成與工作原理

1.1 系統組成

AMR-A型自動降水分析系統可以自動采集和分析降水樣品，通過計算機從系統中采集觀測數據和信息，通過質量控制和整合后形成完整的酸雨觀測數據記錄。觀測系統總體結構如1所示。

圖1 TCYII 1型酸雨自動觀測系統總體結構

1.2 系統工作原理

TCYII 1型酸雨自動觀測系統通過感雨器實時監測室外降水(液態及固態)，當監測到有降水時，系統控制防塵蓋驅動單元驅動防塵蓋開蓋，集雨器開始采集降水；降水停止后，防塵蓋關蓋，使采集到的降水樣品不受污染。集雨器具備加熱融雪功能，可使固態降水融化，保證固態降水能輸送至分析單元，同時記錄降水和防塵蓋動作信息[8]。系統可設置降水分析的條件和時間，在設定的分析時間內，若降水量達到設定起始值，集雨器會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pH、EC降水專用測量電極對降水的pH值、EC值及水溫值進行分析。若降水量小于設定值，則集雨器會將降水直接排空，進入下一輪降水采集分析任務。此外，系統可設定自動校準周期，實現pH、EC電極自動校準，提高測量的準確性(圖2)。

圖2 TCYII 1型酸雨自動觀測系統原理圖

系統還具備故障自動診斷功能，出現故障時能驅動外部聲光報警單元發出聲光報警，方便維護人員及時維護。此外系統還支持多種通訊方式遠程獲取運行狀態、分析數據，達到了智能化水平。

2 系統校準

TCYII 1型酸雨自動觀測系統的校準工作包括溫度校準、pH校準和EC校準等。

2.1 溫度校準

溫度校準可校準控制柜溫度、感雨器溫度、雨量計溫度、集雨器溫度和環境溫度。用標準溫度計測量各項實際溫度值，將實際值輸入校正溫度，系統對內部溫度計進行校準，實際溫度則會實時顯示更新校正后的溫度值。

2.2 pH校準

pH校準步驟如下[9，10]：

1)進入pH校準界面后手動校準pH值，綠色圖標顯示“pH4校準”。用蒸餾水清洗pH電極，洗凈后將電極放置在pH值為4.01的標準溶液中，單擊“pH4校準”后圖標會變成“pH校準中”，若等待一段時間后圖標變成“pH7校準”，則說明校準點“4.01”已完成。若校準失敗，圖標仍然顯示“pH4校準”，儀器則會記錄故障信息。

2)取出pH電極并用蒸餾水洗凈，將電極放在pH值為6.86的標準溶液中，單擊“pH7校準”，可校準pH值為“6.86”的校準點；校準成功后圖標顯示“pH9校準”，取出pH電極用蒸餾水洗凈，將電極放置在pH值為9.18的標準溶液中，單擊“pH9校準”，可校準pH值為“9.18”的校準點。校準成功后圖標變成“pH4校準”，使用上述方法可校準“4.01”、“6.86”、“9.18”3個校準點。

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

2.3 EC校準

EC校準步驟如下：

1)進入EC校準界面后手動校準EC值，圖標顯示“EC14校準”。用蒸餾水清洗EC電極，洗凈后將電極放置在147.7 μs/cm標準溶液中，單擊“EC14校準”后界面提示“EC校準中”，待校準結束后，界面顯示為“EC14校準儀器”，若校準失敗則出現報警。

2)進入EC校準界面后手動校準EC值，圖標顯示“EC43校準”，用蒸餾水清洗EC電極，洗凈后將電極放置在1410 μs/cm標準溶液中，單擊“EC43校準”后界面提示“EC校準中”，待校準結束后，界面顯示為“EC43校準儀器”，若校準失敗則出現報警。

3)校準完成后把EC電極放置在EC值已知的溶液中，單擊“讀取”圖標，若讀取的EC值與已知溶液EC值偏差在±1.0%以內則校準正常(EC14與EC43之中只需校準一個點即可)。

2.4 pH電極參數

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

3 故障現象診斷處理

3.1 故障信息列表

TCYII 1型酸雨自動觀測系統常見故障現象診斷與處理方法見表1所示[11，12]。

表1 TCYII 1型酸雨自動觀測系統常見故障診斷匯總

3.2 開關蓋故障處理方式

故障情況1：開蓋時蓋向操作人員所在方向旋轉后再旋轉到位，實際完成了開蓋操作；關蓋時蓋向操作人員所在方向旋轉后再旋轉到位，實際完成了關蓋操作。故障原因：開關蓋電機兩根控制線互換接錯。處理方法：檢查開關蓋兩根控制線是否接反，若仍異常則更換主板。

故障情況2：開蓋時蓋向遠離(或朝向)操作人員方向旋轉后再旋轉到位，實際完成了關蓋操作；關蓋時蓋向遠離(或朝向)操作人員方向旋轉后再旋轉到位，實際完成了開蓋操作。原因1：開關蓋時狀態存儲失敗，判斷開關蓋的結果相反；原因2：開蓋到位后光電開關無響應，繼續旋轉一周直至檢測到擋片信號。原因1處理方法：將開關蓋移動至對應位置再檢測是否正常。若調整后立即出現同樣現象則需更換芯片，若仍異常則需更換主板；若調整后正常運行，過一段時間又出現同樣現象，則需檢查外部供電是否穩定，接地是否有效以及設備是否位于強干擾區域。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是否受控、光電開關所連直流電源是否穩定。

4 結束語

隨著氣象業務的深入發展，地面觀測系統無人值守工作已經全面展開，酸雨自動觀測也進入全國范圍的推廣建設。在酸雨觀測業務從人工觀測轉向自動觀測的時期，設備的校準和維護等工作尤為重要。文章詳細介紹了TCYII 1型酸雨自動觀測系統的結構原理，對系統校準和故障處理分別進行了詳細說明，為酸雨自動觀測業務提供了技術支持，便于維護人員及時有效地找出故障原因，處理故障現象，保障酸雨自動觀測數據的及時可靠和準確有效。