CN109752213A - 水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法 - Google Patents

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肖薇
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一种水气界面痕量气体通量自动测量箱包括框架、安装在框架上的升降臂、通过升降臂可移动安装在框架内部的测量箱、控制升降臂运动的继电器，所述测量箱包括箱体，所述箱体的四周和顶部均密封，其底部为开放式，所述框架的底部两侧还安装有两块浮板，升降臂推动箱体上下运动，通过继电器设定箱体的开合时间。本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法，通过继电器和升降臂使箱体可定时自动开合，摆脱了对人工操作的依赖，通过分析仪和采集器对痕量气体进行实时检测，避免了气体样品因运输造成的误差。

Description

水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法
【技术领域】
本发明涉及大气科学和环境科学技术领域，尤其涉及一种水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法。
【背景技术】
大量研究表明，河流、湖泊、水库等内陆水体是温室气体CO2、CH4、N2O等大气中痕量气体的重要排放源，由水体进入到大气中的温室气体值在评价区域及全球温室气体排放中不容忽视。因此，行之有效测量水气界面痕量气体通量的观测方法是准确估算全球温室气体排放的重要基础。箱式法是广泛用于测量水气界面痕量气体通量的一种重要方法，其原理是在待测水面扣置一个顶部密闭、底部中通的箱体，测量密闭状态箱体内温室气体的浓度随时间的变化率求得温室气体的通量。目前的箱式法主要为静态箱气相色谱法，即采样后使用气相色谱仪进行浓度测量为避免箱体内条件与外界差别太大，以及箱体内气体过度积累对观测的影响，箱体需要每隔一段时间打开一次使箱体内气体与外界大气充分交换，目前的箱式法普遍采用人工操作打开箱体，并且采样及分析过程分离会造成样品在转运过程中变质，因此对测量结果产生影响。
由此可见，提供一种能够摆脱对人工操作的依赖，并实现长时间连续观测的水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法是本领域亟需解决的问题。
【发明内容】
针对上述问题，本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法，通过继电器和升降臂使箱体可定时自动开合，摆脱了对人工操作的依赖，通过分析仪和采集器对痕量气体进行实时检测，避免了气体样品因运输造成的误差。
为解决上述问题，本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法，所述水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法包括框架、安装在框架上的升降臂、通过升降臂可移动安装在框架内部的测量箱、控制升降臂运动的继电器，所述测量箱包括箱体，所述箱体的四周和顶部均密封，其底部为开放式，所述框架的底部两侧还安装有两块浮板，所述浮板产生的浮力使装置可漂浮在水面上，所述升降臂的一端固定连接在框架上，另一端固定连接在箱体上，升降臂推动箱体向下运动，使其与水面接触，此时箱体闭合实现密封，升降臂拉动箱体向上运动，使其与水面分离，此时箱体打开，通过继电器设定箱体的开合时间。
进一步的，所述箱体的内侧顶部上安装有用于测量箱体内气体压力和温度的压力计和温度计。
进一步的，所述箱体的内部安装有使箱体内气体混合均匀的风扇，所述风扇在箱体内部倾斜安装，防止直吹水面。
进一步的，所述箱体的相对侧面上还开设有进气口和出气口，进气口和出气口通过管路连接有用于分析箱体内气体成分的分析仪。
进一步的，所述箱体的顶部开设有线孔，压力计和温度计通过线孔和导线连接有用于检测箱体内气体的压力和温度变化的采集器。
进一步的，所述分析仪上还连接有用于检测水体PH值和DO值的水质分析仪。
进一步的，所述水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法还具有用于检测不同深度水体温度的三层水温探头。
水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法包括如下步骤：
第一步，将设备组装完毕，将其布置在待测水面处，并待其稳定，将采集器、电源、继电器、分析仪放置在远离水体的地方。
第二步，连接电源、采集器和分析仪，通过延时继电器设定箱体保持关闭时间。
第三步，根据水深设置三层水温探头并连接到采集器，测量和记录不同深度的水温数据。
第四步，打开风扇和升降臂使箱体与水面接触，打开采集器和分析仪的开关，开始测量箱体内的痕量气体浓度。
第五步，使用水质分析仪测量水体PH值和DO值，并记录实时数据。
第六步，结合箱体体积、箱内痕量气体浓度随时间的变化率、温度和气压值，根据相关计算公式可得到所测界面的痕量气体通量。
进一步的，所述第二步中箱体保持关闭时间为60分钟，保持打开状态的时间为10分钟。
进一步的，所述第三步中三层水温探头包括表层、深层和底层，所述表层用于测量水面以下20厘米处的温度，所述深层用于测量水面以下50厘米处的温度，所述底层用于测量泥层的温度。
再者，本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法，通过继电器和升降臂使箱体可定时自动开合，摆脱了对人工操作的依赖，通过分析仪和采集器对痕量气体进行实时检测，避免了气体样品因运输造成的误差。
【附图说明】
图1是本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法的结构示意图。
图2是本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法的实时检测结果图。
【具体实施方式】
参见图1和图2，给出了本发明水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法的组成结构，其包括框架1、位于框架内部的测量箱2、连接在测量箱上的分析仪3和采集器4、为装置提供电量的电源5和继电器6，连接框架和测量箱的升降臂7、安装在框架两侧的浮板8，所述框架1由若干根角形铝材焊接制成，所述浮板8为泡沫材质，并通过弹簧铰链安装在框架1左右两侧的底部，通过浮力作用使框架1能够漂浮在水面上，通过弹簧铰链使浮板可向框架侧面折叠，方便装置的运输和存放。所述测量箱2包括箱体201，所述箱体201包括顶板、前后侧板、左右侧板，所述箱体的顶部使用顶板密封，底部为开放式，通过升降臂7调节箱体与水面之间的距离，使箱体保持打开或闭合状态，所述顶板内侧安装有气压计202和温度计203，所述顶板和后侧板的交线处安装有风扇204，所述风扇204用于将箱体内的气体进行混合，且风扇204与顶板和后侧板的夹角为45度，防止直吹箱体内的水面。所述箱体201和框架1之间通过两根升降臂7连接，两根升降臂分别安装在框架前后侧面的中线处，所述升降臂包括固定端和活动端，固定端通过U型卡箍固定在框架上边缘，活动端通过U型卡箍固定在箱体外侧下边缘。所述箱体201的前后侧面开设有进气口和出气口，进气口和出气口上均安装有方便插拔的气管快速插口，所述分析仪3通过特氟龙管与进气口和出气口上的快速插口连接。所述箱体的顶板上开设有线孔，所述气压计202和温度计203使用导线穿过线孔连接到采集器4上。所述风扇204通过线孔和导线连接到继电器6，所述升降臂7通过导线连接到继电器6，继电器6通过导线连接到电源5，所述电源通过继电器控制升降臂7及风扇204的运动状态。所述采集器4上还连接有三层水温探头9，所述三层水温探头包括表层、深层和底层，所述表层用于测量水面以下20厘米处的温度，所述深层用于测量水面以下50厘米处的温度，所述底层用于测量泥层的温度。所述分析仪3上还连接有水质分析仪10，所述水质分析仪放置在水体中，通过导线连接在分析仪3上。
所述水气界面痕量气体通量自动测量箱的测量方法如下，将设备组装好之后放置在待测水面上，并待其稳定，将采集器4、电源5、分析仪3放置在远离水体的地方，通过继电器6设定箱体保持闭合时间为60分钟，保持打开时间为10分钟。通过三层水温探头9测量水温，通过压力计202和温度计203测量箱体内气体的压力和温度，通过连接在进气口和出气口上的分析仪3实时监测箱体内各气体浓度的变化，通过水质分析仪10测量水体的PH值和DO值，结合箱体的体积、痕量气体浓度、温度、气压值可得到所测界面的痕量气体通量。本发明通过继电器和升降臂使箱体可定时自动开合，摆脱了对人工操作的依赖，通过分析仪和采集器对痕量气体进行实时检测，避免了气体样品因运输造成的误差。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法包括框架(1)、安装在框架(1)上的升降臂(7)、通过升降臂可移动安装在框架内部的测量箱(2)、控制升降臂(7)运动的继电器(6)，所述测量箱(2)包括箱体(201)，所述箱体(201)的四周和顶部均密封，其底部为开放式，所述框架的底部两侧还安装有两块浮板(8)，所述浮板(8)产生的浮力使装置可漂浮在水面上，所述升降臂(7)的一端固定连接在框架(1)上，另一端固定连接在箱体(201)上，升降臂(7)推动箱体(201)向下运动，使其与水面接触，此时箱体闭合实现密封，升降臂拉动箱体向上运动，使其与水面分离，此时箱体打开，通过继电器(6)设定箱体的开合时间。
2.根据权利要求1所述的水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述箱体(201)的内侧顶部上安装有用于测量箱体内气体压力和温度的压力计(202)和温度计(203)。
3.根据权利要求1所述的水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述箱体(201)的内部安装有使箱体内气体混合均匀的风扇(204)，所述风扇(204)在箱体内部倾斜安装，防止直吹水面。
4.根据权利要求1所述的水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述箱体(201)的相对侧面上还开设有进气口和出气口，进气口和出气口通过管路连接有用于分析箱体内气体成分的分析仪(3)。
5.根据权利要求2所述的水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述箱体的顶部开设有线孔，压力计(202)和温度计(203)通过线孔和导线连接有用于检测箱体内气体的压力和温度变化的采集器(4)。
6.根据权利要求4所述的水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述分析仪(3)上还连接有用于检测水体PH值和DO值的水质分析仪(10)。
7.根据权利要求1所述的水气界面痕量气体通量自动测量箱，其特征在于，所述水气界面痕量气体通量自动测量箱及测量方法还具有用于检测不同深度水体温度的三层水温探头(9)。
8.一种水气界面痕量气体通量的测量方法,其特征在于包括如下步骤：
第一步，将设备组装完毕，将其布置在待测水面处，并待其稳定，将采集器(4)、电源(5)、继电器(6)、分析仪(3)放置在远离水体的地方。
第二步，连接电源、采集器和分析仪，通过继电器设定箱体保持关闭时间。
第三步，根据水深设置三层水温探头(9)并连接到采集器，测量和记录不同深度的水温数据。
第四步，打开风扇和升降臂使箱体与水面接触，打开采集器和分析仪的开关，开始测量箱体(201)内的痕量气体浓度。
第五步，使用水质分析仪(10)测量水体PH值和DO值，并记录实时数据。
第六步，结合箱体体积、箱内痕量气体浓度随时间的变化率、温度和气压值，根据相关计算公式可得到所测界面的痕量气体通量。
9.根据权利要求8中的测量方法，其特征在于，所述第二步中箱体保持关闭时间为60分钟，保持打开状态的时间为10分钟。
10.根据权利要求8中的测量方法，其特征在于，所述第三步中三层水温探头(9)包括表层、深层和底层，所述表层用于测量水面以下20厘米处的温度，所述深层用于测量水面以下50厘米处的温度，所述底层用于测量泥层的温度。
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