TCYII 1型酸雨自动观测系统校准与故障处理

李 力，张 慧，刘 雯，甘少明

(1.湖北省气象信息与技术保障中心，武汉 430074；2.武汉楚天联华高新技术开发有限公司，武汉 430074)

0 引言

随着工业发展，化工颗粒物等污染物的排放不断污染着自然环境。酸雨观测作为环境气象观测的主要部分日益受到气象、环保部门重视，中国也利用先进的物理传感器和信息化技术使酸雨观测实现自动和无人观测。

TCYII 1型酸雨自动观测系统以AMR-A型户外全自动一体化分析仪为核心，安装在冬季气候条件较好(极限低温-10 ℃)的户外，主要功能为感应降水、自动采集降水样品、自动测量降水样品的pH值(酸碱度)、EC值(电导率)和温度[1-3]。同时还能扩展测量降雨点的大气温度、湿度、压力、风速和风向等大气参数，并通过网络自动上传测量数据和仪器状态数据[4]，完成自检和校准。系统可驱动室内声光报警单元发出声光报警，提示管理维护人员及时进行维护，还可支持多种通信方式远程获取运行状态。文章主要结合TCYII 1型酸雨自动观测系统的工作原理，对系统常见故障原因进行分析，并详细阐述了故障诊断方法与处理措施[5]，为提升酸雨观测资料的准确性和设备维护的及时性提供指导依据[6，7]。

1 系统组成与工作原理

1.1 系统组成

AMR-A型自动降水分析系统可以自动采集和分析降水样品，通过计算机从系统中采集观测数据和信息，通过质量控制和整合后形成完整的酸雨观测数据记录。观测系统总体结构如1所示。

图1 TCYII 1型酸雨自动观测系统总体结构

1.2 系统工作原理

TCYII 1型酸雨自动观测系统通过感雨器实时监测室外降水(液态及固态)，当监测到有降水时，系统控制防尘盖驱动单元驱动防尘盖开盖，集雨器开始采集降水；降水停止后，防尘盖关盖，使采集到的降水样品不受污染。集雨器具备加热融雪功能，可使固态降水融化，保证固态降水能输送至分析单元，同时记录降水和防尘盖动作信息[8]。系统可设置降水分析的条件和时间，在设定的分析时间内，若降水量达到设定起始值，集雨器会将采集的降水通过输送单元输送至分析单元测量槽，通过测量槽内pH、EC降水专用测量电极对降水的pH值、EC值及水温值进行分析。若降水量小于设定值，则集雨器会将降水直接排空，进入下一轮降水采集分析任务。此外，系统可设定自动校准周期，实现pH、EC电极自动校准，提高测量的准确性(图2)。

图2 TCYII 1型酸雨自动观测系统原理图

系统还具备故障自动诊断功能，出现故障时能驱动外部声光报警单元发出声光报警，方便维护人员及时维护。此外系统还支持多种通讯方式远程获取运行状态、分析数据，达到了智能化水平。

2 系统校准

TCYII 1型酸雨自动观测系统的校准工作包括温度校准、pH校准和EC校准等。

2.1 温度校准

温度校准可校准控制柜温度、感雨器温度、雨量计温度、集雨器温度和环境温度。用标准温度计测量各项实际温度值，将实际值输入校正温度，系统对内部温度计进行校准，实际温度则会实时显示更新校正后的温度值。

2.2 pH校准

pH校准步骤如下[9，10]：

1)进入pH校准界面后手动校准pH值，绿色图标显示“pH4校准”。用蒸馏水清洗pH电极，洗净后将电极放置在pH值为4.01的标准溶液中，单击“pH4校准”后图标会变成“pH校准中”，若等待一段时间后图标变成“pH7校准”，则说明校准点“4.01”已完成。若校准失败，图标仍然显示“pH4校准”，仪器则会记录故障信息。

2)取出pH电极并用蒸馏水洗净，将电极放在pH值为6.86的标准溶液中，单击“pH7校准”，可校准pH值为“6.86”的校准点；校准成功后图标显示“pH9校准”，取出pH电极用蒸馏水洗净，将电极放置在pH值为9.18的标准溶液中，单击“pH9校准”，可校准pH值为“9.18”的校准点。校准成功后图标变成“pH4校准”，使用上述方法可校准“4.01”、“6.86”、“9.18”3个校准点。

3)校准完成后把pH电极放置在pH值已知的溶液中，单击“读取”图标，若读到的pH值与已知溶液pH值偏差在±0.02以内，则校准正常。

2.3 EC校准

EC校准步骤如下：

1)进入EC校准界面后手动校准EC值，图标显示“EC14校准”。用蒸馏水清洗EC电极，洗净后将电极放置在147.7 μs/cm标准溶液中，单击“EC14校准”后界面提示“EC校准中”，待校准结束后，界面显示为“EC14校准仪器”，若校准失败则出现报警。

2)进入EC校准界面后手动校准EC值，图标显示“EC43校准”，用蒸馏水清洗EC电极，洗净后将电极放置在1410 μs/cm标准溶液中，单击“EC43校准”后界面提示“EC校准中”，待校准结束后，界面显示为“EC43校准仪器”，若校准失败则出现报警。

3)校准完成后把EC电极放置在EC值已知的溶液中，单击“读取”图标，若读取的EC值与已知溶液EC值偏差在±1.0%以内则校准正常(EC14与EC43之中只需校准一个点即可)。

2.4 pH电极参数

pH电极参数界面中的读取图标能显示相应位置的当前实际值，以判断pH电极、EC电极是否正常。其中，pH4校准电压值范围：110～225 V，若读取值超限则pH电极异常；pH7校准电压值范围：-33～48 V，若读取值超限则pH电极异常；pH9校准电压值范围：-175～-69 V，若读取值超限则pH电极异常。pH温度、EC温度读取值均为当前电极温度的实际值。pH温度补偿值、EC温度补偿值均为温度偏移值，输入范围为1～9，以便校准pH温度和EC温度的实际值。

3 故障现象诊断处理

3.1 故障信息列表

TCYII 1型酸雨自动观测系统常见故障现象诊断与处理方法见表1所示[11，12]。

表1 TCYII 1型酸雨自动观测系统常见故障诊断汇总

3.2 开关盖故障处理方式

故障情况1：开盖时盖向操作人员所在方向旋转后再旋转到位，实际完成了开盖操作；关盖时盖向操作人员所在方向旋转后再旋转到位，实际完成了关盖操作。故障原因：开关盖电机两根控制线互换接错。处理方法：检查开关盖两根控制线是否接反，若仍异常则更换主板。

故障情况2：开盖时盖向远离(或朝向)操作人员方向旋转后再旋转到位，实际完成了关盖操作；关盖时盖向远离(或朝向)操作人员方向旋转后再旋转到位，实际完成了开盖操作。原因1：开关盖时状态存储失败，判断开关盖的结果相反；原因2：开盖到位后光电开关无响应，继续旋转一周直至检测到挡片信号。原因1处理方法：将开关盖移动至对应位置再检测是否正常。若调整后立即出现同样现象则需更换芯片，若仍异常则需更换主板；若调整后正常运行，过一段时间又出现同样现象，则需检查外部供电是否稳定，接地是否有效以及设备是否位于强干扰区域。原因2处理方法：检查盖与检测挡片是否等高，若等高再检查光电开关是否受控、光电开关所连直流电源是否稳定。

4 结束语

随着气象业务的深入发展，地面观测系统无人值守工作已经全面展开，酸雨自动观测也进入全国范围的推广建设。在酸雨观测业务从人工观测转向自动观测的时期，设备的校准和维护等工作尤为重要。文章详细介绍了TCYII 1型酸雨自动观测系统的结构原理，对系统校准和故障处理分别进行了详细说明，为酸雨自动观测业务提供了技术支持，便于维护人员及时有效地找出故障原因，处理故障现象，保障酸雨自动观测数据的及时可靠和准确有效。