CN102144502B

CN102144502B - 一种为开顶式植物生长同化箱持续供应co2的装置

Info

Publication number: CN102144502B
Application number: CN 201010593782
Authority: CN
Inventors: 王建林
Original assignee: Qingdao Agricultural University
Current assignee: Qingdao Agricultural University
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN102144502A

Abstract

本发明涉及机械领域，提供一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置。本发明的装置是由气体发生系统和浓度控制系统组成。气体发生系统包括酸液池、反应池、过滤池和气体均衡释放器等，通过导液管、导气管连接而成；浓度控制系统包括CO₂浓度分析仪、电脑和电磁阀等，通过数据线和控制电线连接构成。通过酸与碳酸盐反应释放CO₂，由自动程序控制其反应速度，持续稳定的为开顶式植物生长同化箱供应CO₂，保持开顶式植物生长同化箱内CO₂浓度的恒定。该装置造价低廉，运行成本低、使用方便，CO₂供应稳定、浓度控制准确。

Description

一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO2的装置

技术领域

本发明涉及机械领域，具体的说是一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置。

技术背景

自工业革命以来，大气CO₂浓度从280ppm增加到现在370～380μmol/mol，据预测，到2100年大气CO₂浓度将增至540～970μmol/mol。大气CO₂升高对陆地生态系统的影响在植物方面表现为影响其生理过程、生长、扩散和繁衍，在生理层面上，CO₂浓度升高会增加植物叶片的光合速率、降低气孔导度、提高水分利用率。研究植物对CO₂浓度升高的响应对于揭示气候变化对陆地生态系统的影响具有重要意义。

研究大气CO₂浓度升高对植物的影响，需要在一个稳定的已知CO₂浓度环境中进行。开顶式植物生长同化箱是一种用来研究CO₂浓度升高与植物生长之间关系的气体环境模拟装置。开顶式植物生长同化箱是由透明结构围成的实验空间，其顶部敞开与外界空气相通，通过供气设备和气体控制设备改变气室内特定气体的浓度，以达到模拟环境变化的效果。开顶式植物生长同化箱自Heagle等和Mandle等于1973年首次报道以来，在随后的30多年里得到广泛的应用，在生态学和生物学研究的各个领域开始被日益重视。陈淑元等于1983年首先把开顶式植物生长同化箱介绍到国内，此后王春乙、陈法军、郑启伟等先后自行设计，并从气室形状结构、布气方式等方面进行了优化，杨术明等开发了一种基于射频通讯模块nRF2401的CO₂浓度自动控制系统。

但上述改进和开发均是在以钢瓶作为供气容器，通过CO₂减压阀将CO₂气体送入开顶式植物生长同化箱作为供气方式，在气源选择和供气方式上，没有改进。以钢瓶作为供气气源，由于钢瓶属于高压危险品，因此在使用和运输中存在危险性，同时气源价格昂贵，造成开顶式植物生长同化箱运行成本增加。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种造价低廉，运行成本低、使用方便，CO₂供应稳定、浓度控制准确的为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置。

为了实现这一目的，本发明提供如下解决方案：

一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置，该装置由气体发生系统和浓度控制系统组成。

气体发生系统包括酸液池1、反应池3、过滤池5和气体均衡释放器14通过导液管8和导气管91、92等连接而成，浓度控制系统包括CO₂浓度分析仪15、电脑17和电磁阀19通过数据线16和控制电线18等连接构成。

酸液池1内装有稀酸2并装有盖子12，稀酸2经导液管8注入反应池3，导液管8要求插入反应池3底部；反应池3内装有石灰石4并装有橡胶塞71，石灰石4与稀酸2反应释放的CO₂由导气管91输送到过滤池5。过滤池5内装有饱和NaHCO₃溶液6，导气管91插入到饱和NaHCO₃溶液6内，过滤从反应池3挥发的酸性气体，过滤后的CO₂气体再由导气管92输送到安装在开顶式植物生长同化箱13内的气体均衡释放器14。

开顶式植物生长同化箱13内安装有CO₂浓度分析仪15，CO2浓度分析仪15由数据线16与电脑17相连，CO₂浓度数据传输到电脑17，电脑17与安装在导液管8上的电磁阀19由控制电线18相连。由电脑17内程序控制电磁阀19开关。

所述的稀酸2可以是稀盐酸或稀硫酸，稀酸浓度控制在0.1-1mol/L。反应池3内石灰石4较稀酸2是过量的，直径大小控制在0.3-3cm。

在反应池3底部可以装有排液管10，排液管10上装有阀门11，可以将反应后的废液排出。

气体均衡释放器14由塑料软管制成，上有多个0.1-0.2cm口径小孔，均匀分布在开顶式植物生长同化箱13内，以保证CO₂可以均匀释放到开顶式植物生长同化箱13内。

采用本发明所述的为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置，造价低廉，运行成本低、使用方便，CO₂供应稳定、浓度控制准确。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图中：1为酸液池，2为稀酸，3为反应池，4为石灰石，5为过滤池，6为饱和NaHCO₃溶液，71、72为橡胶塞，8为导液管，91、92为导气管，10为排液管，11为阀门，12为酸液池盖，13为开顶式植物生长同化箱，14为气体均衡释放器，15为CO₂浓度分析仪，16为数据线，17为电脑，18为控制电线，19为电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

本发明提供的一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置，如图1所示。该装置由气体发生系统和浓度控制系统组成。气体发生系统由酸液池1、反应池3、过滤池5和气体均衡释放器14通过导液管8和导气管91、92等连接而成，浓度控制系统由CO₂浓度分析仪15、电脑17和电磁阀19通过数据线16和控制电线18等连接构成。

酸液池1由玻璃、有机玻璃或塑料制成，其特点在于抗酸性腐蚀，并装有盖子12，防止酸液挥发；酸液池1内装有稀酸2，稀酸2可以是稀盐酸或稀硫酸。稀酸2经导液管8注入反应池3，反应池3和导液管8由玻璃、有机玻璃或塑料制成，其特点在于抗酸性腐蚀。反应池3上装有橡胶塞71，防止稀酸挥发和CO₂气体溢出，在反应池3底部装有排液管10，排液管10上装有阀门11，可以将反应后的废液排出，排液管10和阀门11由玻璃、有机玻璃或塑料制成，其特点在于抗酸性腐蚀。反应池3内装有石灰石4，石灰石4与稀酸2反应释放CO₂。为了保证稀酸与石灰石充分反应，防止稀酸挥发，导液管8要求插入反应池3底部，石灰石4的直径大小控制在0.3-3cm，稀酸浓度控制在0.1-1mol/L。石灰石4与稀酸2反应释放的CO₂由导气管91输送到过滤池5。过滤池5内装有饱和NaHCO₃溶液6，过滤池5和导气管91、92由玻璃、有机玻璃或塑料制成，其特点在于抗碱性腐蚀，要求导气管91插入到饱和NaHCO₃溶液6内，用来过滤可能从反应池3挥发的酸性气体，过滤后的CO₂气体再由导气管92输送到安装在开顶式植物生长同化箱13内的气体均衡释放器14。气体均衡释放器14由塑料软管制成，上有多个0.1-0.2cm口径小孔，均匀分布在开顶式植物生长同化箱13内，以保证CO₂可以均匀释放到开顶式植物生长同化箱13内。

开顶式植物生长同化箱13内安装有CO₂浓度分析仪15(可以选用北京华云分析仪器研究所的GXH-3010/3011型CO₂分析仪、美国Licor公司的Li-820型CO₂分析仪)，随时监测同化箱内CO₂浓度，CO₂浓度分析仪15由数据线16与电脑17相连，CO₂浓度数据传输到电脑17，电脑17与安装在导液管8上的电磁阀19由控制电线18相连。由电脑17内程序(CO₂浓度分析仪自带程序)控制电磁阀19开关：当开顶式植物生长同化箱内13内CO₂浓度低于目标CO₂浓度时，电脑17内程序控制电磁阀19打开，稀酸2注入反应池3，产生CO₂气体，并经过滤池5、气体均衡释放器14释放到开顶式植物生长同化箱内13，提高开顶式植物生长同化箱13内CO₂浓度，当开顶式植物生长同化箱13内CO₂浓度达到目标CO₂浓度时，电脑17内程序控制电磁阀19关闭，借此保持开顶式植物生长同化箱13内CO₂浓度恒定。

装置运行时，首先在酸液池1内加入稀酸2，在反应池3内加入石灰石4，在过滤池5内加入饱和NaHCO₃溶液6，打开电脑17运行控制程序，输入目标CO₂浓度，装置即可自动运行，保持开顶式植物生长同化箱13内CO₂浓度恒定在目标CO₂浓度附近。运行时，由于稀酸2的输入量决定了CO₂释放量，因此要求石灰石4是过量的。由于稀酸2的浓度和注入速率决定了CO₂释放的速度，因此，本领域技术人员通过几次实验可容易地根据开顶式植物生长同化箱13内CO₂浓度降低的速度调整稀酸2的浓度和注入速率。

本发明所述的有益效果，可以通过如下实施例进一步体现。

实施例1：

按照图1所述结构连接好本发明的装置，开顶式植物生长同化箱13为有机玻璃材料制成，由不锈钢骨架支撑，正六边柱形，底部边长1m，高1.5米，顶部开口大小为边长0.5m正六边形，气体均衡释放器14均匀分布在不锈钢骨架上。在酸液池1内加入浓度为0.5mol/L的稀工业盐酸20L，在反应池3内加入直径1cm的建筑用石灰石15kg，在过滤池5内加入2L饱和NaHCO₃溶液6，打开电脑17运行控制程序，输入目标CO₂浓度为750μmol/mol(CO₂/大气)，装置开始自动运行，并设定电脑7每隔1小时自动采集一次CO₂浓度数据，连续运行24小时；然后将CO₂浓度数据采集间隔设定为5分钟，连续运行2小时。数据如表1所示。

表1本装置控制下开顶式植物生长同化箱内CO₂浓度每小时变化实况

表2本装置控制下开顶式植物生长同化箱内CO₂浓度每5分钟变化实况

由表1和表2的实况分析表明，本发明所述装置控制的CO₂浓度每小时实况变化区间为750±8.93，统计分析数据间差异不显著，本发明所述装置控制的CO₂浓度每5分钟实况变化区间为751.9±8.85，统计分析数据间差异不显著。证明，本发明所述装置可以实现持续恒定为开顶式植物生长同化箱供应CO₂的目标。

上述方案中，装置规格、大小、化学药品浓度、数量均可以变化。上述实施方案的描述仅作为本发明一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置技术方案的一种实施例提出，不作为对装置结构和功能的单一限制条件。

Claims

1.一种为开顶式植物生长同化箱持续供应CO₂的装置，其特征在于该装置由气体发生系统和浓度控制系统组成；

所述气体发生系统包括酸液池(1)、反应池(3)、过滤池(5)和气体均衡释放器(14)，通过导液管(8)、第一导气管(91)和第二导气管(92)连接而成；

所述浓度控制系统包括CO₂浓度分析仪(15)、电脑(17)和电磁阀(19)，通过数据线(16)和控制电线(18)连接构成；

酸液池(1)内装有稀酸并装有盖子(12)，稀酸经导液管(8)注入反应池(3)，导液管(8)插入反应池(3)底部；反应池(3)内装有石灰石并装有橡胶塞(71)，石灰石与稀酸反应释放的CO₂由第一导气管(91)输送到过滤池(5)；过滤池(5)内装有饱和NaHCO₃溶液，第一导气管(91)插入到饱和NaHCO₃溶液内，过滤从反应池(3)挥发出的酸性气体，过滤后的CO₂气体再由第二导气管(92)输送到安装在开顶式植物生长同化箱(13)内的气体均衡释放器(14)；

开顶式植物生长同化箱(13)内安装有CO2浓度分析仪(15)，CO2浓度分析仪(15)由数据线(16)与电脑(17)相连，CO2浓度数据传输到电脑(17)，电脑(17)与安装在导液管(8)上的电磁阀(19)通过控制电线(18)相连，由电脑(17)内程序控制电磁阀(19)开关；

稀酸是稀盐酸或稀硫酸，浓度控制在0.1-1mol/L；石灰石较稀酸是过量的，直径大小控制在0.3-3cm。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

在反应池(3)底部装有排液管(10)，排液管(10)上装有阀门(11)，将反应后的废液排出。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

气体均衡释放器(14)由软管制成，上有0.1-0.2cm口径小孔，均匀分布在开顶式植物生长同化箱(13)内。