CN109298142B - 自动控制pH的野外围隔流水系统及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动控制pH的野外围隔流水系统及实验方法，属于海洋酸化实验装置技术领域。本发明包括CO2罐、pH控制器、水泵、原液缓冲池和生物驯化装置，缓冲池中连接有pH控制器的pH探头，原液缓冲池的上部设置了液位计，中下部设置了搅拌器；原液缓冲桶通过分流装置连接生物驯化装置各个实验桶；生物驯化装置包括进水口、出水口、悬挂扣、可移动网板及实验桶，本实验在野外围隔条件下进行了酸化模拟，实现了实验海水pH值自动调控，为实验顺利完成节省大量的人力和物力，节约了实验成本；另外实验桶内设有可以移动的网板和挂钩，放置生物样品的种类以及数量多，同时所用实验桶是全密闭设计，可以防止外来物种入侵。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动控制pH的野外围隔流水系统及实验方法，属于海洋酸化实验装置技术领域。
背景技术
工业革命以来，受人类活动影响，大气中二氧化碳(CO2)含量持续升高，导致海洋所溶解吸收CO2含量迅速增加，继而引起海水H+浓度升高，海水中碳酸盐体系发生波动，这种现象即是海洋酸化。据IPCC报道发现，海洋pH值逐年下降：从工业革命到2000年，海洋pH值已经迅速下降了0.1个单位；到2200年海洋pH值将会下降了0.3～0.5个单位；到2300年，海洋pH将会下降了0.7个单位，甚至更低。海洋pH降低会引起海水中碳酸盐体系中各种理化因子的改变，尤其是H+浓度增高和CO3 2-浓度减少。大量的文献已经报道，海洋酸化会降低海洋生物钙化率，如钙化贝类，钙化藻类等，使其易受酸化侵蚀，脆弱化，死亡率增加，从而引起海洋生物物种种类减少，食物链简单化，对生态系统产生不可估量的影响。据渔业统计年鉴(2018)年报道，海水养殖年产量高达2000多万吨，贝类年产量达1437多万吨，藻类年产量达2227，各占海水养殖总产量72％和11％，因此海洋酸化对海洋贝类和大型藻类研究，不仅具有重要生态价值，同时对我国渔业经济产生不可估量的损失。
酸化模拟试验方法构建是研究的重要基础，目前海洋酸化相关研究实验方法多数以实验室内模拟为主，越来越多的学者青睐于向野外环境拓展。在此背景下，研究野外围隔条件下，海洋酸化对海洋生物的影响具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种自动控制pH的野外围隔流水系统及实验方法。
本发明所述的自动控制pH的野外围隔流水系统，包括CO2罐、pH控制器、水泵、原液缓冲池和生物驯化装置，缓冲池中连接有pH控制器的pH探头，原液缓冲池的上部设置了液位计，中下部设置了搅拌器；原液缓冲桶通过分流装置连接生物驯化装置各个实验桶；生物驯化装置包括进水口、出水口、悬挂扣、可移动网板及透明树脂密闭的实验桶，在桶顶端设置带有开关的进水管和出水管，进水管出水口设置在桶的底部，出水管出水口的设置在桶上部；桶内底部设有悬挂扣，中间设有可拆卸网板。
优选地，所述实验桶是全密闭设置。
优选地，所述实验桶采用聚乙烯材质的柱形桶。
优选地，本系统还包括附属设备，附属设备包括管材、线绳、进水阀、出水阀、分流管、气室、液位计、水泵和电源，液位计和外接水泵的电线需要进行对接，原液缓冲池中的水位通过液位计的升降进行自动调控。
本发明所述的自动控制pH的野外围隔流水系统的实验方法，包括如下步骤：
步骤一：以充入纯净CO2为点源，CO2气体流经电磁阀时，电磁阀会根据预设的pH值决定是否接通电磁阀的电源(14)，电磁阀电源(14)接通后，会输出气压信号，CO2气体流出，气体沿着气管流到原液缓冲池中的气室，保证CO2气体最大限度的溶入海水；
步骤二：缓冲池中的pH探头将检测到pH值变化情况反馈到pH检测器，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀，电磁阀根据pH检测器发出的电信号决定CO2气体是否输出；
步骤三：原液缓冲桶的上部设置了液位计，其中液位计和外接水泵相连接用来控制原液缓冲桶中水位，液位计通过下浮或者上浮决定外接水泵打水是否；
步骤四：中下部设置了搅拌器，实现缓冲池海水中CO2与海水充分混合均匀，保证水质的稳定，缓冲池中的水泵把达到目标pH值的海水依次通过分流管，流量计，最后流经生物驯化装置；
步骤五：生物驯化装置所用实验桶是透明密闭的树脂材质的柱形桶，在桶的顶端分别设置带有开关的进水管和出水管，进水管的进水口设置在桶的底部，出水管的出水口的设置在桶的上部，进出水的流速利用管上的开关进行设置；
步骤六：桶内设有可以移动的网板，把桶间隔成上层和下层，原液缓冲池中的目标pH值的海水通过养殖桶的进水口流入养殖池的底部，多余的海水通过的养殖桶的出水口流出。
优选地，所述步骤二中，电磁阀通电的判断情况分为以下两种情况：
A.若pH值达到pH控制器设置的上限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀，电磁阀断电，CO2气体停止输出；
B.若pH值达到pH控制器设置的下限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀，电磁阀通电，CO2气体开始输出。
优选地，所述步骤三中，液位计运动的判断情况分为以下两种情况：
A.当液位计下浮的时候，外接水泵通电开始打水；
B.当液位计上浮的时候，外接水泵断电停止打水。
本发明的有益效果是：本发明所述的自动控制pH的野外围隔流水系统及实验方法，实现了实验海水pH值自动调控，为实验顺利完成节省大量的人力和物力，节约了实验成本；另外实验桶内设有可以移动的网板和挂钩，可以根据实验目的及实验内容，放置生物样品的种类以及数量多，同时实验装置所用实验桶是全密闭设计，可以防止外来物种入侵，影响实验结果的准确性，为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的响应提供可靠的硬件保障，由此获得的实验结果更具有说服力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、CO2罐；2、海水；3、pH控制器；4、电源(14)；5、电磁阀；6、流量计；7、实验桶；8、可移动网板；9、pH探头；10、气室；11、液位计；12、搅拌器；13、水泵；14、电源(14)；15、挂钩(15)。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明所述的自动控制pH的野外围隔流水系统，包括CO2罐1、pH控制器3、水泵13、原液缓冲池和生物驯化装置，缓冲池中连接有pH控制器3的pH探头9，原液缓冲池的上部设置了液位计11，中下部设置了搅拌器12；原液缓冲实验桶7通过分流装置连接生物驯化装置各个实验桶7；生物驯化装置包括进水口、出水口、挂钩15、可移动网板8及透明树脂密闭的实验桶7，在实验桶7顶端设置带有开关的进水管和出水管，进水管出水口设置在实验桶7的底部，出水管出水口的设置在实验桶7上部；实验桶7内底部设有挂钩15，中间设有可拆卸网板。
所述实验桶7是全密闭设置。所述实验桶7采用聚乙烯材质的柱形实验桶。
本系统还包括附属设备，附属设备包括管材、线绳、进水阀、出水阀、分流管、气室10、液位计11、水泵13和电源4，液位计11和外接水泵13的电线需要进行对接，原液缓冲池中的水位通过液位计11的升降进行自动调控。pH控制器3通过控制插座4与电源4相连。
本发明涉及自动控制pH的野外围隔流水系统及实验方法，核心部分主要包括CO2罐1、电磁阀5、pH控制器3、pH检测探头、原液缓冲池、搅拌器12、外源水泵13、液位计11、流量计6、实验桶7，进水口、出水口、挂钩15和可移动网板8等部件组成，附属设备包括管材、线绳、进水阀、出水阀、分流管，气室10，电源4等。该系统在进行实验之前的准备的工作是：液位计11和外接水泵13的电线需要进行对接，确保原液缓冲池中的水位能够通过液位计11的升降进行自动调控。
实验的意义：通过该系统，实现了实验海水2的pH值自动调控，为实验顺利完成节省大量的人力和物力，节约了实验成本；另外实验桶7内设有可以移动的网板和挂钩15，可以根据实验目的及实验内容，放置生物样品的种类以及数量多，同时实验装置所用实验桶7是全密闭设计，可以防止外来物种入侵，影响实验结果的准确性，为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的响应提供可靠的硬件保障，由此获得的实验结果更具有说服力。
实施例2：
本发明所述的自动控制pH的野外围隔流水系统的实验方法，包括如下步骤：
步骤一：以充入纯净CO2为点源，CO2气体流经电磁阀5时，电磁阀5会根据预设的pH值决定是否接通电磁阀5的电源4，电磁阀5电源4接通后，会输出气压信号，CO2气体流出，气体沿着气管流到原液缓冲池中的气室10，保证CO2气体最大限度的溶入海水2；
步骤二：缓冲池中的pH探头9将检测到pH值变化情况反馈到pH检测器，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀5，电磁阀5根据pH检测器发出的电信号决定CO2气体是否输出；
步骤三：原液缓冲实验桶7的上部设置了液位计11，其中液位计11和外接水泵13相连接用来控制原液缓冲实验桶7中水位，液位计11通过下浮或者上浮决定外接水泵13打水是否；
步骤四：中下部设置了搅拌器12，实现缓冲池海水2中CO2与海水2充分混合均匀，保证水质的稳定，缓冲池中的水泵13把达到目标pH值的海水2依次通过分流管，流量计6，最后流经生物驯化装置；
步骤五：生物驯化装置所用实验桶7是透明密闭的树脂材质的柱形实验桶，在实验桶7的顶端分别设置带有开关的进水管和出水管，进水管的进水口设置在实验桶7的底部，出水管的出水口的设置在实验桶7的上部，进出水的流速利用管上的开关进行设置；
步骤六：实验桶7内设有可以移动的网板，把实验桶7间隔成上层和下层，原液缓冲池中的目标pH值的海水2通过养殖实验桶7的进水口流入养殖池的底部，多余的海水2通过的养殖实验桶7的出水口流出。
所述步骤二中，电磁阀5通电的判断情况分为以下两种情况：
A.若pH值达到pH控制器3设置的上限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀5，电磁阀5断电，CO2气体停止输出；
B.若pH值达到pH控制器3设置的下限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀5，电磁阀5通电，CO2气体开始输出。
所述步骤三中，液位计11运动的判断情况分为以下两种情况：
A.当液位计11下浮的时候，外接水泵13通电开始打水；
B.当液位计11上浮的时候，外接水泵13断电停止打水。
本发明的实验原理是：该系统以充入纯净CO2为点源，当电磁阀5接通电源4的同时，会输出气压信号，CO2气体流出，气体沿着气管流到原液缓冲池中的气室10，保证CO2气体最大限度的溶入海水2；缓冲池中的pH探头9将检测到pH值变化情况反馈到pH检测器，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀5，若pH值达到pH控制器3设置的上限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀5，电磁阀5断电，CO2气体停止输出；若pH值达到pH控制器3设置的下限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀5，电磁阀5通电，CO2气体开始输出。原液缓冲实验桶7的上部设置了液位计11，其中液位计11和外接水泵13相连接用来控制原液缓冲实验桶7中水位，当液位计11下浮的时候，外接水泵13通电开始打水；当液位计11上浮的时候，外接水泵13断电停止打水；中下部设置了搅拌器12，可以实现缓冲池海水2中CO2与海水2充分混合均匀，保证水质的稳定，缓冲池中的水泵13把达到目标pH值的海水2依次通过分流管，流量计6，最后流经生物驯化装置，所述生物驯化装置所用实验桶7是透明密闭的树脂材质的柱形实验桶，在实验桶7的顶端分别设置带有开关的进水管和出水管，进水管的进水口设置在实验桶7的底部，出水管的出水口的设置在实验桶7的上部，进出水的流速可以利用管上的开关进行设置；实验桶7内设有可以移动的网板，把实验桶7间隔成上层和下层，原液缓冲池中的目标pH值的海水2通过养殖实验桶7的进水口流入养殖池的底部，多余的海水2通过的养殖实验桶7的出水口流出。
本发明提供一种自动控制pH的野外围隔流水系统的实验方法，包括CO2罐1，pH控制器3，水泵13，原液缓冲池和生物驯化装置。该系统以充入纯净CO2为点源，CO2气体流经电磁阀5时，电磁阀5会根据预设的pH值决定是否接通电磁阀5的电源4，电磁阀5电源4接通后，CO2气体流到原液缓冲池；缓冲池中连接有pH控制器3的pH探头9，检测原液海水2的pH值。原液缓冲池的上部设置了液位计11，利用液位计11和外接水泵13相连接控制原液缓冲实验桶7中水位，以作为补充实验桶7内海水2的水源；中下部设置了搅拌器12，可以实现缓冲池海水2中CO2的均匀混合，保证缓冲池中水体pH值稳定。原液缓冲实验桶7里的海水2经过分流装置流到生物驯化装置各个实验桶7中，分流的流速分别用流量计6控制。所述生物驯化装置实验桶7主要包括进水口、出水口、挂钩15、可移动网板8及透明树脂的密闭实验桶7主体五个部分，在实验桶7顶端设置带有开关的进水管和出水管，进水管出水口设置在实验桶7的底部，出水管出水口的设置在实验桶7上部；实验桶7内底部设有挂钩15，中间设有可拆卸网板。
本发明是根据海洋生物生物学，生态学特性，提供的一种适宜于在野外条件下自动维持pH长期稳定运行的实验装置，为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的影响提供可靠的硬件保障，由此获得的实验数据更加可靠和具有说服力。
本发明可广泛运用于海洋酸化实验装置场合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。
Claims (3)
1.一种自动控制pH的野外围隔流水系统的实验方法，采用自动控制pH的野外围隔流水系统，自动控制pH的野外围隔流水系统包括CO2罐(1)、pH控制器(3)、水泵(13)、原液缓冲池和生物驯化装置，缓冲池中连接有pH控制器(3)的pH探头(9)，原液缓冲池的上部设置了液位计(11)，中下部设置了搅拌器(12)；原液缓冲实验桶(7)通过分流装置连接生物驯化装置各个实验桶(7)；生物驯化装置包括进水口、出水口、挂钩(15)、可移动网板(8)及透明树脂密闭的实验桶(7)，在实验桶(7)顶端设置带有开关的进水管和出水管，进水管出水口设置在实验桶(7)的底部，出水管出水口的设置在实验桶(7)上部；实验桶(7)内底部设有挂钩(15)，中间设有可拆卸网板；
实验桶(7)是全密闭设置；所述实验桶(7)采用聚乙烯材质的柱形实验桶；系统还包括附属设备，附属设备包括管材、线绳、进水阀、出水阀、分流管、气室(10)、液位计(11)、水泵(13)和电源(4)，液位计(11)和外接水泵(13)的电线需要进行对接，原液缓冲池中的水位通过液位计(11)的升降进行自动调控，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：以充入纯净CO2为点源，CO2气体流经电磁阀(5)时，电磁阀(5)会根据预设的pH值决定是否接通电磁阀(5)的电源(4)，电磁阀(5)电源(4)接通后，会输出气压信号，CO2气体流出，气体沿着气管流到原液缓冲池中的气室(10)，保证CO2气体最大限度的溶入海水(2)；
步骤二：缓冲池中的pH探头(9)将检测到pH值变化情况反馈到pH检测器，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀(5)，电磁阀(5)根据pH检测器发出的电信号决定CO2气体是否输出；
步骤三：原液缓冲实验桶(7)的上部设置了液位计(11)，其中液位计(11)和外接水泵(13)相连接用来控制原液缓冲实验桶(7)中水位，液位计(11)通过下浮或者上浮决定外接水泵(13)打水是否；
步骤四：中下部设置了搅拌器(12)，实现缓冲池海水(2)中CO2与海水(2)充分混合均匀，保证水质的稳定，缓冲池中的水泵(13)把达到目标pH值的海水(2)依次通过分流管，流量计(6)，最后流经生物驯化装置；
步骤五：生物驯化装置所用实验桶(7)是透明密闭的树脂材质的柱形实验桶，在实验桶(7)的顶端分别设置带有开关的进水管和出水管，进水管的进水口设置在实验桶(7)的底部，出水管的出水口的设置在实验桶(7)的上部，进出水的流速利用管上的开关进行设置；
步骤六：实验桶(7)内设有可以移动的网板，把实验桶(7)间隔成上层和下层，原液缓冲池中的目标pH值的海水(2)通过养殖实验桶(7)的进水口流入养殖池的底部，多余的海水(2)通过的养殖实验桶(7)的出水口流出。
2.根据权利要求1所述的自动控制pH的野外围隔流水系统的实验方法，其特征在于，所述步骤二中，电磁阀(5)通电的判断情况分为以下两种情况：
A.若pH值达到pH控制器(3)设置的上限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀(5)，电磁阀(5)断电，CO2气体停止输出；
B.若pH值达到pH控制器(3)设置的下限，pH检测器发出电信号反馈到电磁阀(5)，电磁阀(5)通电，CO2气体开始输出。
3.根据权利要求1所述的自动控制pH的野外围隔流水系统的实验方法，其特征在于，所述步骤三中，液位计(11)运动的判断情况分为以下两种情况：
A.当液位计(11)下浮的时候，外接水泵(13)通电开始打水；
B.当液位计(11)上浮的时候，外接水泵(13)断电停止打水。
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