《酸雨自动观测系统技术要求》编制说明.docx
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《酸雨自动观测系统技术要求》编制说明
气象行业标准《酸雨自动观测系统技术要求》编制说明
一、工作简况
1.任务来源
本文件由中国气象局申报,国家标准委员会批准。
本文件的编制任务由中国气象局政策法规司通过气法函【2019】58号文件于2019年9月30日下达给本单位,标准中文名称为《酸雨自动观测系统技术要求》,英文名称为《SpecificationsforAutomaticAcidRainMeasurementSystem》,项目编号为QX/T-2020-18,标准由全国气候与气候变化标准化技术委员会大气成分观测预报预警服务分技术委员会(SAC/TC540/SC1)归口。
2.协作单位
浙江恒达仪器仪表股份有限公司、中国气象局气象探测中心、浙江省气象局、西藏自治区气象局、青海省气象局、北京市气象局、黑龙江省气象局、新疆自治区气象局、云南省气象局、广西自治区气象局、湖北省气象局、北京华云东方探测技术有限公司、无锡信大气象传感网科技有限公司、天津云天环境科技有限公司、浙江环科环境研究院有限公司。
3.主要起草人及所做工作
本文件主要起草人为潘志东、毛传林、艾红晶、柳世波、吴程、刘雯、王壵、贾小芳、吴静、周怀刚、索朗多布杰、苏雪燕、张鑫、杨安良、廖桉桦、王建森、于丽萍、王剑琼、于大江、何芳、贺文煌、刘鹏、宋庆利、李静锋、宋扬、刘银峰、胡烟华、傅昂毅、禹胜林、胡德云、张万诚。
其分工如下:
参与人员
工作内容
潘志东
标准的编制负责人,负责整个标准的框架结构,组织标准的前期调研。
毛传林
负责标准全部内容整合编制工作。
艾红晶
负责编写标准中pH和电导率性能相关的内容(包括测量、温补、漂移等)。
柳世波
负责编写标准中电气电路相关的内容(包括电磁兼容、电气安全、电源等)。
吴程
负责编写标准中结构相关内容(包括环境适应性、外观与结构等)。
胡烟华
负责编写标准中嵌入式软件、通讯相关内容(包括数据存储、数据传输、时钟、远程控制等)。
宋扬
负责编写标准中术语和定义部分的相关内容及资料查找核实。
刘银峰
负责编写标准中组成部分的相关内容及资料收集整理。
傅昂毅
负责编写标准中功能部分的相关内容及资料收集整理。
何芳
负责标准中恒温系统、温度测量部分的相关内容及试验验证工作。
周怀刚
负责编写标准中感雨器、雨量计部分的相关内容及试验验证工作。
王壵
负责编写标准中采样桶和防尘盖机构部分相关内容及试验验证工作。
刘雯
负责标准中环境适应性相关内容的试验验证工作。
李静锋
负责标准中安全性相关内容的试验验证工作。
禹胜林
负责标准中电磁兼容性相关内容的试验验证工作。
贺文煌
负责标准中可靠性相关内容的试验验证工作。
贾小芳、张鑫、杨安良
负责标准编写过程中人员和部门的工作协调。
王建森、吴静、廖桉桦
负责系统的外场测试验证(浙江)。
设备安装调试、试验操作及数据记录、数据分析。
宋庆利、于大江
负责系统的外场测试验证(黑龙江)。
设备安装调试、试验操作及数据记录、数据分析。
索朗多布杰、苏雪燕、于丽萍
负责系统的外场测试验证(西藏)。
设备安装调试、试验操作及数据记录、数据分析。
刘鹏、王剑琼
负责系统的外场测试验证(青海)。
设备安装调试、试验操作及数据记录、数据分析。
胡德云、张万诚
负责对标准的技术内容的审核把关。
4.主要工作过程
(1)前期准备阶段
2018年3月-2018年5月,成立标准起草小组,并查阅和汇总了国内外酸雨观测的方法、设备、指标等相关文献。
2018年6月-2018年7月,查阅资料以及参加培训,学习标准编制流程、方法及注意事项等。
(2)立项申请阶段
2019年1月,成立“酸雨自动观测系统”气象观测装备标准立项申请小组,组织开展标准立项申请工作。
2019年3月-5月,准备标准立项材料,并经过多次内部评审和修改。
2019年5月10日,参加中国气象局气象探测中心组织的气象观测装备标准立项评审会,就“酸雨自动观测系统”技术标准立项申请进行了PPT展示和介绍,就评审专家的质疑进行了答辩。
2019年9月30日,接到中国气象局政策法规司关于标准立项的正式通知。
(3)编写阶段
2019年1月,成立了标准起草工作项目组,确定了编制小组成员、明确任务分工、制定工作进度计划。
2019年1月-3月,收集整理标准编制相关资料,以及同类产品相关资料。
2019年4月-12月,开展实验研究,对文件中涉及到的参数、功能进行试验验证。
同时完成各部分标准文稿的整理编制。
2019年7月-10月,走访相关专家对一些疑难问题进行深入讨论。
2019年11月,接到标准立项正式立项通知后,立即开展标准相关调研。
2019年12月至2020年2月,标准起草工作组合拢标准稿件,整合完成了标准初稿,并进行了格式、参数、指标等校对工作。
(4)修改阶段
2020年3月至5月,召开内部编写会,对前期编写工作进行研讨,对标准初稿进行评审和修改优化。
2020年5月中旬,召开网络专家咨询会议,对标准初稿和标准编制说明进行研讨,广泛听取不同领域专家的意见和建议。
2020年5月下旬,针对专家的宝贵意见和建议,对标准初稿进行了修改优化。
开展内部讨论评审,并和各个专家进行进一对一的深入讨论。
(5)征求意见阶段
2020年6月初,结合专家的意见,对标准初稿进行了深度修改和完善,最终形成征求意见稿并通过气象标准化服务平台进行提交。
二、标准编制原则和确定标准主要内容论据
1.编制原则
本行业标准文件的编制过程,遵循了以下原则:
科学性、实用性、协调性。
(1)科学性
本文件充分借鉴和参考了国家、气象、环保行业标准中的相关内容及试验方法,力求吸取相关的经验和做法,强调标准的科学性。
文件中的术语和定义、测量性能、环境适应性、电磁兼容、电气安全等内容都有相关依据,或者是普遍认可的定义,或是经过实验数据验证,或是参考了法律法规,或是参阅了行业标准的编制内容,符合科学性的要求。
(2)实用性
在满足需求的前提下,充分考虑业内实际情况,文件的技术要求,以尽可能代表当前国内外同类产品技术水平为原则,调研并参考行业内部同类产品的主要技术指标,尽量涵盖各厂商产品的技术指标,对需要规范的技术要求进行了筛选提炼。
(3)协调性
收集已有的研究成果,查阅大量资料,征求多方意见后,在综合考虑各方面需求和意见的基础上对文件内容进行了适当调整,兼容现有酸雨观测标准,实现酸雨观测的无缝切换,同时不同厂家的设备都能适用此文件,扩大了观测设备的选择范围。
2.确定标准主要内容的依据
本文件规定了酸雨自动观测系统的通用技术要求、试验方法和检验规则,充分考虑了当前国内外同类产品的技术水平和行业内部同类产品的主要技术指标。
主要内容及涉及到的依据有:
(1)GB/T19117-2017酸雨观测规范
(2)GB13580.1-92大气降水采样分析方法总则
(3)GB13580.2-92大气降水样品的采集与保存
(4)GB13580.3-92大气降水电导率的测定方法
(5)GB13580.4-92大气降水pH值的测定电极法
(6)GB/T4208-2008外壳防护等级(IP代码)
(7)GB/T191-2008包装储运图示标志
(8)HJ/T175-2005降雨自动监测仪技术要求及检测方法
(9)GB/T6593-1996电子测量仪器质量检验规则
(10)GB/T13983-1992仪器仪表基本术语
(11)JJG(气象)005-2015自动气象站降水传感器检定规程
(12)JJG376-2007电导率仪检定规程
(13)JJF1547-2015在线PH计校准规范
(14)中国气象局2005酸雨观测业务规范
(15)酸雨自动观测系统功能需求书
(16)GB/T 2423.1-2008电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验A:
低温
(17)GB/T 2423.2-2018电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验B:
高温
(18)GB/T 2423.4-2008电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验Db:
交变湿热(12h+12h循环)
(19)GB/T 2423.17-2008电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验Ka:
盐雾
(20)GB/T 2423.21-2008电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验M:
低气压
(21)GB/T18268.1-2010测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分:
通用要求
(22)GB/T17626.2-2018电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
(23)GB/T17626.5-2019电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验
(24)GB/T17626.11-2008电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验
3.标准主要技术内容说明
3.1.术语和定义
根据标准编写要求以及酸雨自动观测系统的实际,确定了酸雨、pH、电导率、pH值漂移、电导率零点漂移、电导率量程漂移、感雨器灵敏度等术语。
其中,酸雨、pH、电导率术语来自于标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中3术语和定义;pH值漂移、电导率零点漂移、电导率量程漂移、感雨器灵敏度术语来自于标准《降雨自动监测仪技术要求及检测方法》(HJ/T175-2005)中4术语和定义。
3.2.系统组成
目前酸雨观测系统中只有自动降水采样设备,降水样品分析还是需要人工在实验室完成。
本次标准定义为自动观测系统,可以实现自动降水采样、自动降水样品分析、自动记录分析数据等功能,同时为了确保自动测量的准确性和可靠性还增加自动校准、自动复测、恒温系统等功能要求。
3.3.技术要求
3.3.1.功能
自动采样功能主要实现了降水样品的自动收集和保存,主要技术要求引用标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中6.2章节,自动降水采样设备由降水采样容器、采样容器外保护桶、采样桶、桶盖保护桶、感雨器、桶盖开/关盖机构、支架机构等构成。
而自动测量功能、自动清洗功能、电极自动保护功能完成了酸雨自动观测系统的最主要工作,实现了酸雨观测的去人工化。
同时自动复测功能、自动校准功能则保证了测量的准确性和可靠性。
远程控制功能则提高了系统扩展能力,可以接入业务平台,进行统一的管理和收集数据等。
3.3.2.测量性能
(1)pH测量的性能指标引用于《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中8.1pH计,对测量范围和测量误差进行了规定,其中测量范围本文件扩大为0-14。
(2)电导率测量的性能指标引用于《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中8.2电导率仪,对测量范围和测量误差进行了规定,其中测量范围根据实际使用情况修改为0µS/cm~2000µS/cm。
(3)由于pH计和电导率计都带有温度补偿功能,所以温度测量的准确性至关重要,其性能参考了《在线pH计校准规范》(JJF1547-2015)中第5章节,规定了0.01级的仪器,其温度示值误差不超过±0.5℃。
以及《电导率》(JJG376-2007)中第5章节,规定了1.0级的仪器,其温度示值误差不超过±0.6℃。
考虑实际操作和使用的便利性,将其测量误差定为优于±0.5℃,覆盖pH和电导率两者的要求。
(4)温度补偿、pH漂移、电导率漂移的性能指标引用于《降雨自动监测仪技术要求及检测方法》(HJ175-2005)中4.10、4.11、4.12章节,其指标经过多年的实际验证,已经是最优值,所以不做修改。
3.3.3.恒温系统
为了保证样品测量值的准确性,需要系统测量舱室温度维持在一定温度范围内。
技术指标参考了《在线pH计校准规范》(JJF1547-2015)中6.1环境条件,其规定了0.01级仪器的校准环境为温度23±10℃,湿度为≤85%RH以及《电导率仪》(JJG376-2007)中7.1.1环境条件,其规定了1.0级仪器的校准环境为温度20±2℃,湿度为30%RH~85%RH。
所以恒温系统控温范围设定为23±10℃,可以覆盖两者的需求。
3.3.4.观测时效
《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)9.1降水采样日界中规定每天的08时为酸雨观测的降水采样日界,当日08时至次日08时为一个降水采样日。
但本文件为可任意设置24小时的时段,使得酸雨自动观测系统不仅能完成现有观测规范,同时又具有一定的灵活性,满足气象部门开展其他方式的观测需求。
《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)9.5降水样品的测量准备中规定测量应在采集降水样品后4h内,完成测量准备工作。
但样品长时间放置可能出现变质、污染等情况导致测量数据不准确,而自动观测系统可以快速完成测量,在充分保证测量准确性的条件下,经过长期试验和调整,最终将测量时间优化至1小时内。
3.3.5.感雨器
感雨器主要用于酸雨自动观测系统感知外界降雨情况,并做出相应动作,其性能要求引用了标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中6.2.6规定感雨器应符合以下性能要求中规定了感雨器应对液态降水具有灵敏的感应,能灵敏地感应降水强度为0.05mm/min或0.5mm直径的雨滴;
根据《酸雨自动化观测系统功能需求书》3.2.2主要部件技术性能要求中对感雨器测量频率的规定,在新标准中增加了监测频率≥1Hz的要求,使感雨器对降水更灵敏。
3.3.6.雨量计
雨量计主要用于酸雨自动观测系统测量降水量,在测量pH和电导率的同时,记录当时的降水情况,便于后期的分析研究。
雨量计的技术要求参考《翻斗式雨量计》(GBT11832-2002)中4.1.2章节以及《自动气象站降水传感器检定规程》(JJG(气象)005-2011)中的4章节。
3.3.7.降水采样桶
降水采样桶主要用于降水的收集,其采样桶内径、深度、安装高度的要求参考了标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中的6.1.3和6.1.4规定,即采样桶上口直径40cm,高45cm,采样桶口距离地面高度应为120cm~150cm,本文件将其指标进行了细化和明确。
其他要求则参考标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中的6.2.3规定,即采容器外保护桶应能稳妥固定采样桶,其与采样桶之间应保留通风间隙,以减少太阳辐射对采样桶的加热。
3.3.8.防尘盖机构
防尘盖机构主要用于覆盖采样桶,防止降水样品被污染,同时能够根据降雨信号及时开关防尘盖。
其性能要求参考标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中6.2.7规定:
(1)开关盖动作时间要求小于等于30s;
(2)开盖延迟时间要求小于60s,关盖延时时间要求小于300s,在范围内可设置;
(3)开关盖动作平稳、灵活、无卡死现象;
其他性能要求则参考标准《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)中6.2.4规定:
内表面应采用塑料或尼龙材料制成的密封材料,易清洗或更换。
3.3.9.数据存储
数据存储参考了标准《酸雨自动化观测系统功能需求书》3.2.2主要部件技术性能要求中对控制/数据记录单元的规定内置存储器应能存储不少于100条酸雨观测记录,或不少于3个月的记录数据。
本文件根据实际应用情况以及行业内同类设备参数情况,将要求提高到1000条酸雨观测记录或不少于3年的记录数据,更有助于观测数据的溯源以及可靠性。
3.3.10.数据传输
数据传输参考了标准《酸雨自动化观测系统功能需求书》3.2.2主要部件技术性能要求中对控制/数据记录单元的规定系统需配置2个RS232通讯端口,或其他等效通讯口。
本文件根据实际应用情况将RS232改成了更适合现场远距离传输的RS485接口,同时还要求增加RJ45接口,将更便于系统的联网。
3.3.11.时钟
时钟指标参考了标准《酸雨自动化观测系统功能需求书》3.2.2主要部件技术性能要求中对控制/数据记录单元的规定自动计时,时钟精度应达到±1min/月。
本文件根据实际应用情况以及行业内同类设备参数情况,将要求提高到优于±10s/月,有助于更精确的记录观测数据。
3.3.12.电源
酸雨自动观测系统使用常规的市电220VAC供电即可,其技术指标参考了《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)的6.2.1章节,其中规定使用电源为AC180V~AC250V。
3.3.13.环境适应性
环境适应性是系统对环境适应能力的具体体现,是一种重要的质量特性。
其指标参考了《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)的6.2.1章节,其中规定适用环境温度为-50℃~50℃;适用最大环境相对湿度为100%;适应海拔高度为0~3000m。
本文件中将适应海拔高度改成了大气压,同时将适应范围扩大到0~4000m左右,使系统能够适应更多的观测站。
3.3.14.电气安全
绝缘电阻、绝缘强度、漏电保护的性能和要求都引用于《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)的6.2.1章节,其中规定绝缘电阻为在淋雨状态下,自动降水采样器电源输入端对外壳(接地端)的绝缘电阻不低于5MΩ;绝缘强度为在淋雨状态下,自动降水采样器电源输入端与外壳(接地端)之间能承受50HZ、1500V工频交流电压,历时1min,无强烈飞弧和击穿现象;具有漏电保护和防雷保护。
3.3.15.电磁兼容性
根据系统实际应用,本文件增加了电磁兼容性要求,目的是提高系统在复杂电磁环境下的生存能力。
根据《测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分:
通用要求》(GB/T18268.1-2010)中3.5规定,本系统为B类设备,使用在家用设施内和直接连接到住宅抵压供电网络上的设施内使用的设备,性能判定依据6.4.2的规定,试验时,功能和性能暂时降低或丧失,但能自行恢复。
3.3.16.可靠性
可靠性是评估系统长期稳定运行的重要指标,其技术指标参考了《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)的6.2.1章节,其中规定自动降水采样设备的平均无故障间隔时间(MTBF)不低于4000h。
4.本文件与HJ/T175-2005的对比
HJ/T175-2005制定的时间比较早,所以有些指标受限于当时的技术能力,定的比较低,同时没有体现出自动化智能化的程度。
本文件进一步提升了测量的准确性和系统的适应性,更具可操作性。
主要区别列于表1。
表1本文件和HJ/T175-2005的对比
文件内容
本文件
HJ/T175-2005
自我评述
题目
酸雨自动观测系统技术要求
降雨自动监测仪技术要求及方法
术语与定义
增加酸雨、pH、电导率的定义,同时删减对降雨自动监测仪、降雨强度、起始监测降雨量的定义
未对酸雨、pH、电导率作出定义
功能
本文件具有自动清洗、自动复测、自动校准、远程控制等功能要求
无
本文件重点强调了观测的自动化能力
pH测量
测量范围:
0~14
1~10
本文件对pH值的测量范围更宽
电导率测量
测量范围:
0µS/cm~2000µS/cm
测量误差:
优于±1%F.S
0~500µS/cm
±2%F.S
本文件对电导率的测量范围更宽;测量误差更小
温度测量
测量范围:
0℃~50℃
分辨率:
优于0.1℃
测量误差:
优于±0.5℃
无
本文件对温度测量做出规定,有助于提高pH和电导率测量的准确度。
恒温系统
可设置控温范围:
13℃~33℃;
控温精度:
优于±5℃。
无
恒温系统保证了测量环境的稳定性,使测量更准确。
感雨器
对降雨灵敏度的规定除了常规要求外还增加了监测频率要求≥1Hz
无此要求
本文件对感雨器性能要求更高,提高了对降雨的敏感性。
降水采样桶
采样桶内径:
400mm±2mm,采样桶深度:
≥400mm,采样桶上边沿距安装面距离:
1.4m±0.1m,采样桶中样品接触面应为化学惰性材料,采样桶外围具有保护桶,且具有通风间隙。
接雨漏斗上口的内径应不小于300mm,内径误差±2mm,离支撑面的高度应大于1.2m。
本文件要求的降水采样桶,可适用于更大的降雨量,且对材质做出了更详细的描述。
雨量计
测量精度:
优于±0.3mm(降雨量≤10mm)±4%(降雨量>10mm);
±0.4m(降雨量≤10mm)
本文件对降雨量测量精度要求更高,并且和观测场的雨量计的技术要求保持统一。
环境适应性
本文件规定了温度、湿度、气压、盐雾、外壳防护等级
仅规定了供电电源连接导线防雨性能
本文件对环境适应性要求更为全面
电磁兼容性
本文件规定了静电放电抗扰度、浪涌(冲击)抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度
无
本文件进一步提升了系统对复杂电磁环境的适应性
检验规则
增加了定型检验和出厂检验要求
无
本文件的检验规则更细化,更正规化。
标志和随行文件
本文件做了详细的规定
无
本文件更规范更全面
包装、运输和贮存
本文件做了详细规定
无
本文件更规范更全面
三、主要试验(或验证)的分析、综述报告,技术经济论证,预期的经济效果
1.综述报告
目前,我国气象降水监测基本以人工监测为主。
但是人工监测存在响应不及时、水源污染概率大、人力物力成本高、较多人为因素影响数据不准确等等诸多的问题,而酸雨自动观测系统的诞生就是为了解决人工监测存在的诸多不利因素。
对比人工监测,运用酸雨自动观测系统存在如下优势特点:
(1)自动监测能第一时间响应降水需求,无滞后性;
(2)自动监测解放人力,节省物力,达到更大的经济效益;
(3)全程自动化,自带前后清洗功能,防止水源污染以及交叉污染;
(4)省去人工监测环节的取样、检测等等步骤,消除人为操作带来的各类误差,使数据更加精确。
起草小组首先对国内外降水监测进行了初步调研。
国际上对降水监测最早可以追溯到20世纪40年代,国内最早可以追溯到20世纪70年代,发展至今,国内国际对降水监测的发展及监测网布局已日趋完善。
国外的《GAWGuidelinesforprecipitationchemistrymeasurements》,国内的《酸雨观测规范》(GB/T19117-2017)等文件标准明确规定了酸雨的定义、采集方式、pH检测方法、电导检测方法等,使降水监测规范化、合理化、高效化。
但是国内国际上对完全自动化的酸雨自动观测系统并没有突破性的发展,更未见大批量成熟的酸雨自动观测系统运用于气象监测。
目前,气象酸雨监测更多的还是人工监测或人工半自动化监测。
起草小组对国内外市场上现有的酸雨自动观测系统进行市场调研。
国外产品目前市场上有瑞士DIGITEL公司和德国EIGENBRODT公司的产品,但是这两者产品主要运用于非气象行业,且采样分析模式以及采样桶尺寸等均不符合国内气象行业标准,所以不适合作为考察对象。
起草小组重点调研考察的是国内市场产品情况,调研了大量相关公司,包括浙江恒达仪器仪表股份有限公司、无锡信大气象传感网科技有限公司、天津云天环境科技有限公司、青岛盛瀚色谱技术有限公司、河北先河环保科技股份有限公司、青岛众瑞智能仪器有限公司、上海仪电科学仪器股份有限公司、青岛普仁仪器有限公司等。
目前,市场上大部分均为降水自动采样器,并不具备酸雨自动观测功能,例如青岛众瑞智能仪器有限公司、青岛普仁仪器有限公司、青岛盛瀚色谱技术有限公司。
也有厂家之前从事酸雨自动观测系统的生产,但目前已不生产,例如河北先河环保科技股份有限公司。
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- 酸雨自动观测系统技术要求 酸雨 自动 观测 系统 技术 要求 编制 说明