CN104678767B - 任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法及标准装置 - Google Patents

Abstract

一种任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法及标准装置，其具体过程如下：调节调节阀来调节二氧化碳流量，用流量计来监测二氧化碳流量的大小及稳定性，通量是一个与样品箱底面积和二氧化碳流量有关的参数，其单位为m³m^‑2s^‑1，这样能够通过调节二氧化碳流量来调节通量。由于调节装置上的面板与样品箱之间的接触面可以通过良好的密封使得二氧化碳不可能通过面板与样品箱之间的接触面泄漏，仅仅只是通过面板上的泄漏孔泄漏，若面板罩上样品箱后一个泄漏孔的泄漏系数为，开通n个泄漏孔的总泄漏系数就为n，由于面板不存在反扩散效应，利用调节标准装置的泄漏系数就能模拟调节实际测量中的泄漏系数和反扩散系数的变化。

Description

任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法及标准 装置

技术领域

本发明涉及一种土壤中二氧化碳释放到大气中的模拟方法及标准装置，特别是一种能任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法及标准装置。

背景技术

温室效应是气候变暖的主要原因，其中二氧化碳气体是最重要的温室气体，在全球碳循环过程中，土壤中二氧化碳是全球碳循环的重要形式和环节。土壤的二氧化碳通量作为陆地与大气界面温室气体交换的重要度量指标，不仅反映了土壤物理、土壤化学、土壤生物性质，也反映了人类对土地利用、地下矿产资源、岩溶状况，土壤的二氧化碳通量还可用于植被或地力恢复速率的评价。测量土壤二氧化碳通量的方法和仪器有多种，常用的二氧化碳通量测量过程如附图5所示，将于一个下端开口的样品箱8扣在待测样地11上，由于土壤中的二氧化碳在扩散与渗流作用下，逸出表面进入样品箱8，导致样品箱8内二氧化碳浓度变化。泵10一直以恒定流速将样品箱8内的二氧化碳泵入二氧化碳测量仪器9内，通过测量气流内二氧化碳浓度来反推得到二氧化碳通量。

由于泵10的流率较大，二氧化碳测量仪9内的二氧化碳浓度与样品箱8内的二氧化碳浓度相等，二氧化碳测量仪器9内的二氧化碳浓度C为：

(1)

J为被测土壤表面二氧化碳通量；S为样品箱8的底面积；V为样品箱8空间体积；为样品箱8的泄漏系数；为反扩散系数； t为收集二氧化碳的时间。

式（1）的解为：

(2)

为环境二氧化碳浓度，由多个测量周期测量得到的样品箱8内二氧化碳浓度变化规律就可以通过线性或非线性拟合得到二氧化碳通量。

由于土壤二氧化碳通量随环境的温、湿度和气压的变化有较大的变化，就需要不受环境的温、湿度和气压变化的土壤二氧化碳通量标准装置来检验测量土壤二氧化碳通量的方法及仪器的准确性和可靠性。如果采用在标准装置上检验测量二氧化碳通量的方法及仪器的准确性和可靠性，该标准装置也仅仅是在某个特定的二氧化碳通量和泄露及反扩散系数条件下进行比对，而仅仅依靠在某个特定的二氧化碳通量和泄露及反扩散系数条件下来检验测量二氧化碳通量的方法及仪器的准确性和可靠性是不够充分的，需要在不同的二氧化碳通量和泄露及反扩散系数条件下来检验测量二氧化碳通量的方法及仪器的准确性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法及标准装置，采用该方法和标准装置能够用于检验测量二氧化碳通量的方法和仪器的准确性和可靠性。

本发明的技术方案是：一种任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法，其具体过程如下：

标准装置中二氧化碳气源内的二氧化碳通过管道依次进入减压阀、换热器、缓冲容器、调节阀、流量计及调节装置上的进气接头再进入大气环境。

调节通量时，调节调节阀来调节二氧化碳流量，其单位为m³s^-1，用流量计来监测二氧化碳流量的大小及稳定性，通量是一个与样品箱底面积和二氧化碳流量有关的参数，其单位为m³m^-2s^-1，这样能够通过调节二氧化碳流量来调节通量。

由于调节装置上的面板与样品箱之间的接触面可以通过良好的密封使得二氧化碳不可能通过面板与样品箱之间的接触面泄漏，仅仅只是通过面板上的泄漏孔泄漏，若面板罩上样品箱后一个泄漏孔的泄漏系数为，通过堵在泄漏孔的堵头来控制泄漏孔的开通率，开通n个泄漏孔的总泄漏系数就为n，由于面板不存在反扩散效应，从式（2）

得出，利用调节标准装置的泄漏系数能模拟调节实际测量中的泄漏系数和反扩散系数的变化。

上述方法采用的标准装置由二氧化碳高压气源、减压阀、换热器、缓冲容器、调节阀、流量计及调节装置组成，二氧化碳高压气源的出气口通过管道与减压阀的进气口连接，减压阀的出气口通过管道与换热器的进气口连接，换热器的出气口通过管道与缓冲容器的进气口连接，缓冲容器的出气口通过管道与调节阀的进气口连接，调节阀的出气口通过管道与流量计的进气口连接，流量计的出气口通过管道与调节装置上的进气接头连接。

所述的调节装置由面板、支撑杆、堵头及进气接头组成，面板上设有复数个泄漏孔，支撑杆通过螺纹连接固定在面板的四个角上，进气接头通过螺纹连接固定在面板上，堵头堵在泄漏孔上，通过堵头来控制泄漏孔的开通率。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

本发明提供的方法及装置能够任意调节二氧化碳通量和泄露及反扩散系数，为检验测量二氧化碳通量的方法及仪器的准确性和可靠性提供保证。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

附图1为本发明提供的标准装置结构示意图；

附图2为调节装置的结构示意图；

附图3为附图2中的A-A剖视图；

附图4为标准装置校准仪器时的示意图；

附图5为现有的二氧化碳通量测量过程示意图。

具体实施方式

一种任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法，其具体过程如下：

标准装置中二氧化碳气源1内的二氧化碳通过管道依次进入减压阀2、换热器3、缓冲容器4、调节阀5、流量计6及调节装置7上的进气接头7-4再进入大气环境。

调节通量时，调节调节阀5来调节二氧化碳流量，其单位为m³s^-1，用流量计6来监测二氧化碳流量的大小及稳定性，通量是一个与样品箱8底面积和二氧化碳流量有关的参数，其单位为m³m^-2s^-1，这样能够通过调节二氧化碳流量来调节通量。

由于调节装置7上的面板7-1与样品箱8之间的接触面可以通过良好的密封使得二氧化碳不可能通过面板7-1与样品箱8之间的接触面泄漏，仅仅只是通过面板7-1上的泄漏孔7-7-1泄漏，若面板7-1罩上样品箱8后一个泄漏孔7-1-1的泄漏系数为，通过堵在泄漏孔7-7-1的堵头7-3来控制泄漏孔7-1-1的开通率，开通n个泄漏孔7-1-1的总泄漏系数就为n，由于面板7-1不存在反扩散效应，从式（2）

得出，利用调节标准装置的泄漏系数能模拟调节实际测量中的泄漏系数和反扩散系数的变化。

上述方法采用的标准装置由二氧化碳高压气源1、减压阀2、换热器3、缓冲容器4、调节阀5、流量计6及调节装置7组成，二氧化碳高压气源1的出气口通过管道与减压阀2的进气口连接，减压阀2的出气口通过管道与换热器3的进气口连接，换热器3的出气口通过管道与缓冲容器4的进气口连接，缓冲容器4的出气口通过管道与调节阀5的进气口连接，调节阀5的出气口通过管道与流量计6的进气口连接，流量计6的出气口通过管道与调节装置7上的进气接头7-4连接。

所述的调节装置7由面板7-1、支撑杆7-2、堵头7-3及进气接头7-4组成，面板7-1上设有复数个泄漏孔7-1-1，支撑杆7-2通过螺纹连接固定在面板7-1的四个角上，进气接头7-4通过螺纹连接固定在面板7-1上，堵头7-3堵在泄漏孔7-1-1上，通过堵头7-3来控制泄漏孔7-1-1的开通率。

实际应用于仪器校准前，将标准装置中的二氧化碳流量调整为L₁，调节面板7-1上的泄漏孔7-1-1开闭的数量使得泄漏系数为；仪器校准时，将二氧化碳通量测量仪的样品箱8罩在调节装置7的面板7-1上，并将面板7-1上的泄漏孔7-1-1罩在样品箱8内，二氧化碳测量仪9的进气口通过管道与样品箱8上的出气口连接，二氧化碳测量仪9的出气口通过管道与样品箱8上的进气口连接，泵10安装在二氧化碳测量仪9出气口与样品箱8进气口之间的管道上。样品箱8的底面积为S₁，单位为m²，这样标准装置的二氧化碳通量就是L₁/S₁，将二氧化碳通量测量仪测量得到的测量值与标准装置的L₁/S₁和进行比较就能够检验仪器的准确性和可靠性。

Claims (1)

1.一种任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法，其特征是：其具体过程如下：

标准装置中二氧化碳气源内的二氧化碳通过管道依次进入减压阀、换热器、缓冲容器、调节阀、流量计及调节装置上的进气接头再进入大气环境；

调节通量时，调节调节阀来调节二氧化碳流量，其单位为m³s^-1，用流量计来监测二氧化碳流量的大小及稳定性，通量是一个与样品箱底面积和二氧化碳流量有关的参数，其单位为m³m^-2s^-1，这样能够通过调节二氧化碳流量来调节通量；

由于调节装置上的面板与样品箱之间的接触面通过良好的密封使得二氧化碳不可能通过面板与样品箱之间的接触面泄漏，仅仅只是通过面板上的泄漏孔泄漏，若面板罩上样品箱后一个泄漏孔的泄漏系数为，通过堵在泄漏孔的堵头来控制泄漏孔的开通率，开通n个泄漏孔的总泄漏系数就为n，由于面板不存在反扩散效应，从式（2）

得出，利用调节标准装置的泄漏系数能模拟调节实际测量中的泄漏系数和反扩散系数的变化；

式（2）中，J为被测土壤表面二氧化碳通量；S为样品箱的底面积；V为样品箱空间体积；为样品箱的泄漏系数；为反扩散系数； t为收集二氧化碳的时间；为环境二氧化碳浓度；

所述的标准装置由二氧化碳高压气源、减压阀、换热器、缓冲容器、调节阀、流量计及调节装置组成，二氧化碳高压气源的出气口通过管道与减压阀的进气口连接，减压阀的出气口通过管道与换热器的进气口连接，换热器的出气口通过管道与缓冲容器的进气口连接，缓冲容器的出气口通过管道与调节阀的进气口连接，调节阀的出气口通过管道与流量计的进气口连接，流量计的出气口通过管道与调节装置上的进气接头连接；

所述的调节装置由面板、支撑杆、堵头及进气接头组成，面板上设有复数个泄漏孔，支撑杆通过螺纹连接固定在面板的四个角上，进气接头通过螺纹连接固定在面板上，堵头堵在泄漏孔上，通过堵头来控制泄漏孔的开通率。