酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)及其故障處理

閆 平

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

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)獲得了更為長(zhǎng)足的發(fā)展，酸雨觀測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建也獲得了科學(xué)技術(shù)的充分支持，自動(dòng)化程度不斷提升，酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(cè)領(lǐng)域，自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了比較廣泛的運(yùn)用，酸雨觀測(cè)自動(dòng)化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)?；谒嵊暧^測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展形勢(shì)，酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)在不久的將來(lái)，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(duì)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(shí)，大量的酸性氣體會(huì)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(duì)于人類(lèi)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(huì)造成土壤板結(jié)、酸化等問(wèn)題出現(xiàn)，過(guò)度酸化的土壤是不適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的。酸雨造成的土壤酸化問(wèn)題，在中國(guó)南方地區(qū)尤為嚴(yán)重，中國(guó)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(huì)進(jìn)一步地加快。而中國(guó)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(duì)比較緩慢，土壤酸化的問(wèn)題并不是十分突出。但是，堿性土壤中通常會(huì)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(huì)釋放大量的鋁離子，而鋁離子對(duì)于植物的正常生長(zhǎng)同樣會(huì)造成毀滅性的影響。由此可見(jiàn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，無(wú)論酸性土壤還是堿性土壤，酸雨都會(huì)造成農(nóng)作物的大規(guī)模減產(chǎn)，會(huì)給農(nóng)戶(hù)帶來(lái)十分巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而農(nóng)作物的減產(chǎn)也會(huì)使社會(huì)的發(fā)展出現(xiàn)潛在危機(jī)。其次，酸雨相較于正常的降水，有著更強(qiáng)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(duì)建筑鋼筋結(jié)構(gòu)的經(jīng)年腐蝕，鋼筋的強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)極大程度的下降，誘發(fā)一系列安全問(wèn)題，嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[2-3]。

2 酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)是開(kāi)展酸雨自動(dòng)觀測(cè)工作的最重要的保證。目前在酸雨自動(dòng)觀測(cè)領(lǐng)域所使用的觀測(cè)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(cè)中使用的自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)分為“分體式”和“一體式”2個(gè)類(lèi)型。

2.1 分體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)

分體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)由2個(gè)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(cè)場(chǎng)，用來(lái)采集降水的樣本。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.2 一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)

相較于分體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度相對(duì)要更高一些。一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(gè)整體，統(tǒng)一安裝于室外觀測(cè)場(chǎng)。而在系統(tǒng)的其他設(shè)置上，相較于分體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)為進(jìn)一步提高對(duì)酸雨自動(dòng)觀測(cè)的實(shí)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(cè)設(shè)備，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.3 酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的工作原理

一體式與分體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(dòng)觀測(cè)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(huì)自動(dòng)采集降水的樣品，而后將這些樣品通過(guò)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(cè)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(shí)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(shí)際工作時(shí)，設(shè)備內(nèi)置的降水感應(yīng)程序在監(jiān)測(cè)到降水出現(xiàn)時(shí)，會(huì)控制降水采樣器打開(kāi)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(cè)到室外降水停止時(shí)，程序會(huì)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(huì)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(shí)，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(shí)提高系統(tǒng)觀測(cè)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(duì)降水采樣器收集的降水樣本進(jìn)行檢測(cè)，判斷降水性質(zhì)。降水樣品通過(guò)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(zhuān)用測(cè)量電極會(huì)對(duì)降水樣品的EC、pH及水溫等進(jìn)行檢測(cè)分析。而且，2種酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)還具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，系統(tǒng)中的降水樣品分析儀在一段時(shí)間的運(yùn)行之后，專(zhuān)用測(cè)量電極會(huì)出現(xiàn)失準(zhǔn)的情況，通過(guò)系統(tǒng)中的自動(dòng)校準(zhǔn)功能能夠周期性地對(duì)分析儀中的EC、pH電極進(jìn)行自動(dòng)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(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了更充分的保證[6]。

3 酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的日常維護(hù)與故障處理

酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，時(shí)常會(huì)面臨一些惡劣的天氣環(huán)境，容易導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)各種問(wèn)題與故障。為保證系統(tǒng)的正常工作效率，工作人員要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)，并對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析與處理，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.1 酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的日常維護(hù)

分體式與一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)由于自動(dòng)化程度更高，對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的整體控制要求更高，因此一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的日常維護(hù)工作相對(duì)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(duì)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(yùn)行。而由于一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(yùn)行過(guò)程中各種外部因素的干擾。尤其是一體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)中的降水樣品分析儀也設(shè)置于室外，對(duì)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(shí)，要進(jìn)行及時(shí)的配制與更換。另外，分體式酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)中缺少電極自動(dòng)校準(zhǔn)程序，維護(hù)人員需要對(duì)系統(tǒng)測(cè)量電極進(jìn)行定期的校準(zhǔn)[7-9]。

3.2 酸雨自動(dòng)觀測(cè)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(shí)，首先，工作人員要對(duì)系統(tǒng)的電源等基礎(chǔ)運(yùn)行單元進(jìn)行檢查，如果系統(tǒng)中的各個(gè)基礎(chǔ)運(yùn)行單元沒(méi)有問(wèn)題，處于正常運(yùn)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(shí)，下一步就需要對(duì)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(wèn)題時(shí)，就需要對(duì)系統(tǒng)的通信電纜線(xiàn)路進(jìn)行檢查，判斷系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)傳輸是否出現(xiàn)問(wèn)題。按照以上的思路對(duì)系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(yùn)行界面顯示“pH校準(zhǔn)失敗”時(shí)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(méi)有得到及時(shí)的清洗，或是校準(zhǔn)溶液沒(méi)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(duì)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(yùn)行界面顯示“EC校準(zhǔn)失敗”時(shí)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(lèi)似，通常為降水樣品分析儀的EC電極沒(méi)有得到及時(shí)的清洗，或是校準(zhǔn)溶液沒(méi)有達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

故障處理：需要使用蒸餾水對(duì)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(yùn)行時(shí)，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(wú)法對(duì)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(cè)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(cè)量板與系統(tǒng)主控板之間的通信，判斷pH測(cè)量板與系統(tǒng)主控板是否存在異常現(xiàn)象，出現(xiàn)異?？梢赃x擇更換pH測(cè)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(yùn)行時(shí)，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(wú)法對(duì)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(cè)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(cè)量板與系統(tǒng)主控板之間的通信，判斷EC測(cè)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(cè)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(yùn)行過(guò)程中，很有可能出現(xiàn)KCI溶液不足或是結(jié)晶的問(wèn)題。這一問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因在于系統(tǒng)中液位檢測(cè)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(shí)，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(duì)液位檢測(cè)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(wèn)題時(shí)，將其調(diào)整到合適的位置。而針對(duì)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(guò)高。對(duì)于這一問(wèn)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(cè)裝置[11]。

6）其他常見(jiàn)故障與處理。系統(tǒng)在運(yùn)行中除以上故障外，還會(huì)出現(xiàn)一些其他的常見(jiàn)故障。例如，系統(tǒng)的多通閥故障，對(duì)于這一故障，可以對(duì)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(gè)新的多通閥。最后，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障中，還包括系統(tǒng)界面的“非法開(kāi)門(mén)”顯示，對(duì)于這一故障，工作人員需要在開(kāi)啟儀器底部窗門(mén)之前，先行進(jìn)入系統(tǒng)維護(hù)界面中輸入取消報(bào)警的數(shù)字密碼，而后在關(guān)門(mén)之前輸入恢復(fù)報(bào)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(yǔ)

本次研究?jī)?nèi)容能夠在一定程度上為技術(shù)人員進(jìn)行酸雨自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的日常維護(hù)與故障處理工作提供參考依據(jù)，實(shí)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(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)保障能力得到進(jìn)一步提高。