CN108507965B - 一种包气带二氧化碳测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包气带二氧化碳测定装置，包括二氧化碳钻取装置和二氧化碳测定装置，二氧化碳钻取装置通过二氧化碳输送气管与二氧化碳测定装置连接；所述二氧化碳钻取装置包括钻杆、钻头、顶盖和转动手柄，所述钻头的上部设置有连接段，连接段与钻杆相连接，连接段与钻杆的内部均中空，且相互连通，形成二氧化碳取气通道；在连接段的侧壁设置有取气口，取气口与二氧化碳取气通道连通，在取气口的外侧设置有活动封堵；当钻头正向转动时，活动封堵将取气口封堵住，当钻头反向转动时，取气口敞开。本发明可在随钻过程中进行二氧化碳浓度的测定，适用于区域包气带不定点、不定深的灵活测定，测定误差小，操作简单方便，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验测定装置，具体地说是涉及一种用于包气带中二氧化碳浓度测定的装置。
背景技术
土壤是地球碳循环中的重要节点，全球土壤CO2浓度的变化对气候变化和碳循环都会产生重要影响。研究地表及浅部包气带(土壤)中CO2分布，有助于了解陆地生态系统碳循环中土壤环节的特征。现有包气带二氧化碳测定方法可以分为两种：一种是下埋式，即将CO2检测设备或探头先埋于地下指定位置和深度，一段时间后再进行测量；另一种是凿孔式，即利用钎杆在地面凿入一定深度后拔出，再测量所凿孔内CO2浓度。两种测定方式均有不便之处，下埋式适用于固定位置和埋深的长期测量，但其布置耗时、耗材，不适用于区域包气带不定点、不定深的灵活测定；凿孔式虽然适用于随机灵活测定，但其先凿孔再测量，导致测定误差较大。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种包气带二氧化碳测定装置。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种包气带二氧化碳测定装置，包括二氧化碳钻取装置和二氧化碳测定装置，二氧化碳钻取装置通过二氧化碳输送气管与二氧化碳测定装置连接；
所述二氧化碳钻取装置包括钻杆、钻头、顶盖和转动手柄，钻头连接在钻杆的底端，顶盖连接在钻杆的顶端，转动手柄安装在钻杆的上部；
所述钻头的上部设置有连接段，连接段与钻杆相连接，连接段与钻杆的内部均中空，且相互连通，形成二氧化碳取气通道；在连接段的侧壁设置有取气口，取气口与二氧化碳取气通道连通，在取气口的外侧设置有活动封堵；在连接段上对应取气口处设置有弧形槽，所述活动封堵置于弧形槽中，活动封堵与摆杆的一端连接，摆杆的另一端连接在中心杆上，所述中心杆固定在钻头的中心位置处；当钻头正向转动时，活动封堵处于靠近弧形槽的一端处，活动封堵将取气口封堵住，当钻头反向转动时，活动封堵处于靠近弧形槽的另一端处，取气口敞开；
所述顶盖的中心设置有密封轴承，二氧化碳输送气管的进气端穿过密封轴承，并与二氧化碳取气通道相连通。
优选的，所述活动封堵是由金属材料制成的，两端扁平锋利，中间隆起。
优选的，所述钻杆从外至内依次包括外壁、方形嵌杆和圆形嵌杆，在钻杆的底部形成有第一圆形管槽和第一方形管槽，在钻头的连接段的顶端设置有插入第一圆形管槽的第一圆形端头和插入第一方形管槽的第一方形端头，连接段与钻杆通过第一螺钉连接；所述顶盖的下部形成有第二圆形管槽和第二方形管槽，在钻杆的顶端设置有插入第二圆形管槽的第二圆形端头和插入第二方形管槽的第二方形端头，顶盖与钻杆通过第二螺钉连接。
优选的，所述钻杆在安装转动手柄的部位设置有手柄卡槽，所述转动手柄包括第一手柄体和第二手柄体，在第一手柄体的端部设置有第一卡持部，在第二手柄体的端部设置有第二卡持部，第一卡持部的一端和第二卡持部的一端铰接，第一卡持部的另一端设置有卡扣，第二卡持部的另一端设置有与卡扣相配合的卡口，第一卡持部和第二卡持部连接后形成与手柄卡槽相适配的外圈。
优选的，所述二氧化碳测定装置为配有抽气泵的红外CO2测定仪。
优选的，在钻杆上刻有标尺。
本发明的有益技术效果是：
本发明可在随钻过程中进行二氧化碳浓度的测定，适用于区域包气带不定点、不定深的灵活测定，测定误差小，操作简单方便，制造成本低。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明测定装置的工作状态图；
图2为本发明钻头的结构原理示意图；
图3示出本发明钻头局部位置的侧视图；
图4示出本发明钻头局部位置的横切剖面图，主要示出取气口开启与关闭的原理图；
图5为本发明钻杆的结构原理示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为本发明转动手柄的结构原理示意图；
图8为本发明顶盖的结构原理示意图。
具体实施方式
结合附图，一种包气带二氧化碳测定装置，包括二氧化碳钻取装置1和二氧化碳测定装置2，二氧化碳钻取装置1通过二氧化碳输送气管3与二氧化碳测定装置2连接。所述二氧化碳钻取装置1包括钻杆4、钻头5、顶盖6和转动手柄7，钻头5连接在钻杆4的底端，顶盖6连接在钻杆4的顶端，转动手柄7安装在钻杆4的上部。
所述钻头5的上部设置有连接段8，连接段8与钻杆4相连接，连接段8与钻杆4的内部均中空，且相互连通，形成二氧化碳取气通道9。在连接段8的侧壁设置有取气口10，取气口10与二氧化碳取气通道9连通，在取气口10的外侧设置有活动封堵11。在连接段8上对应取气口10处设置有弧形槽12，所述活动封堵11置于弧形槽12中，活动封堵11与摆杆13的一端连接，摆杆13的另一端连接在中心杆14上，所述中心杆14固定在钻头5的中心位置处。当钻头正向转动时，活动封堵11处于靠近弧形槽的一端处，活动封堵11将取气口封堵住，不受钻杆钻进的影响。当钻杆钻进到测量位置，需要进行二氧化碳测定时，将钻头反向转动一定角度，此时活动封堵11处于靠近弧形槽的另一端处，取气口敞开，可进行取气测定。
所述顶盖6的中心设置有密封轴承15，二氧化碳输送气管3的进气端穿过密封轴承15，并与二氧化碳取气通道9相连通。密封轴承15的设置，一是保证钻杆向下钻进过程中，二氧化碳输送气管不随其转动，避免输送气管打结；二是满足钻杆的气密性。
作为对本发明的进一步设计，所述活动封堵11是由金属材料制成的，两端扁平锋利，中间隆起，呈弧形结构。在钻杆钻进的过程中，难免会有泥土等物充填于弧形槽中，这样当钻杆反转取气时，活动封堵可将弧形槽中的泥土等清理出来，防止堵塞取气口，或避免对取气造成影响。
更进一步的，所述钻杆4从外至内依次包括外壁401、方形嵌杆402和圆形嵌杆403，在钻杆的底部形成有第一圆形管槽404和第一方形管槽405，在钻头的连接段的顶端设置有插入第一圆形管槽404的第一圆形端头801和插入第一方形管槽405的第一方形端头802，连接段8与钻杆4通过第一螺钉16连接。所述顶盖6的下部形成有第二圆形管槽601和第二方形管槽602，在钻杆4的顶端设置有插入第二圆形管槽601的第二圆形端头406和插入第二方形管槽602的第二方形端头407，顶盖6与钻杆4通过第二螺钉12连接。采用圆形管槽与圆形端头，以及方形管槽与方形端头的二级嵌入式连接，并通过螺钉紧固，可增加紧固及密封效果。
在第一圆形管槽、第一方形管槽、第二圆形管槽和第二方形管槽的顶部均安装有硅胶垫片，以更好的保证钻杆链接处的气密性。
进一步的，所述钻杆4在安装转动手柄的部位设置有手柄卡槽408，所述转动手柄7包括第一手柄体701和第二手柄体702，在第一手柄体701的端部设置有第一卡持部703，在第二手柄体702的端部设置有第二卡持部704，第一卡持部703的一端和第二卡持部704的一端铰接，第一卡持部703的另一端设置有卡扣705，第二卡持部704的另一端设置有与卡扣705相配合的卡口706，将卡扣705卡入卡口706中，可实现第一卡持部和第二卡持部的封闭连接。第一卡持部703和第二卡持部704连接后形成与手柄卡槽相适配的外圈，该外圈整体呈方形，可卡在手柄卡槽408内，类似于组合扳手。转动手柄7采用上述结构可紧固在钻杆的上部，安装拆卸方便，同时便于操作人员握持，进行钻杆钻进及反转取气操作。
更进一步的，上述第一手柄体和第二手柄体的表面设置有防滑硅胶层。
进一步的，所述二氧化碳测定装置2为配有抽气泵的红外CO2测定仪，可在取气口敞开后，通过抽气泵将二氧化碳气体经二氧化碳取气通道9和二氧化碳输送气管3抽至红外CO2测定仪，进行二氧化碳气体浓度检测。
更进一步的，在钻杆上刻有标尺，方便观察确定钻杆的钻进深度。
利用本发明装置进行区域包气带CO2分布研究的具体步骤如下：
一、按照研究目的，确定研究范围，完成包气带CO2浓度测定点的布设。
二、组装包气带二氧化碳测定装置，将钻头连接到第1根钻杆，并将顶盖与钻杆和CO2检测仪连接好，装上手柄。
三、按照设计的测定点顺序，依次钻进不同深度，测定包气带CO2浓度。当1根钻杆不能满足测定深度时可逐级增加钻杆数量。
四、完成所有研究区所有点位的包气带CO2浓度测定，对测定结果进行分析研究。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，上述实施例只是为了说明本发明的技术思路及特点，其目的是让技术人员能够了解本发明的内容和方法并能够顺利实施，并不限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容做出的等效变化或修饰，都涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种包气带二氧化碳测定装置，其特征在于：包括二氧化碳钻取装置和二氧化碳测定装置，二氧化碳钻取装置通过二氧化碳输送气管与二氧化碳测定装置连接；
所述二氧化碳钻取装置包括钻杆、钻头、顶盖和转动手柄，钻头连接在钻杆的底端，顶盖连接在钻杆的顶端，转动手柄安装在钻杆的上部；
所述钻头的上部设置有连接段，连接段与钻杆相连接，连接段与钻杆的内部均中空，且相互连通，形成二氧化碳取气通道；在连接段的侧壁设置有取气口，取气口与二氧化碳取气通道连通，在取气口的外侧设置有活动封堵；在连接段上对应取气口处设置有弧形槽，所述活动封堵置于弧形槽中，活动封堵与摆杆的一端连接，摆杆的另一端连接在中心杆上，所述中心杆固定在钻头的中心位置处；当钻头正向转动时，活动封堵处于靠近弧形槽的一端处，活动封堵将取气口封堵住，当钻头反向转动时，活动封堵处于靠近弧形槽的另一端处，取气口敞开；
所述顶盖的中心设置有密封轴承，二氧化碳输送气管的进气端穿过密封轴承，并与二氧化碳取气通道相连通；所述活动封堵是由金属材料制成的，两端扁平锋利，中间隆起；在钻杆上刻有标尺。
2.根据权利要求1所述的一种包气带二氧化碳测定装置，其特征在于：所述钻杆从外至内依次包括外壁、方形嵌杆和圆形嵌杆，在钻杆的底部形成有第一圆形管槽和第一方形管槽，在钻头的连接段的顶端设置有插入第一圆形管槽的第一圆形端头和插入第一方形管槽的第一方形端头，连接段与钻杆通过第一螺钉连接；所述顶盖的下部形成有第二圆形管槽和第二方形管槽，在钻杆的顶端设置有插入第二圆形管槽的第二圆形端头和插入第二方形管槽的第二方形端头，顶盖与钻杆通过第二螺钉连接。
3.根据权利要求1所述的一种包气带二氧化碳测定装置，其特征在于：所述钻杆在安装转动手柄的部位设置有手柄卡槽，所述转动手柄包括第一手柄体和第二手柄体，在第一手柄体的端部设置有第一卡持部，在第二手柄体的端部设置有第二卡持部，第一卡持部的一端和第二卡持部的一端铰接，第一卡持部的另一端设置有卡扣，第二卡持部的另一端设置有与卡扣相配合的卡口，第一卡持部和第二卡持部连接后形成与手柄卡槽相适配的外圈。
4.根据权利要求1所述的一种包气带二氧化碳测定装置，其特征在于：所述二氧化碳测定装置为配有抽气泵的红外CO2测定仪。
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