CN116973517B - 一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，属于大气探测技术领域，该大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，从上到下依次分为四个部分：第一动力单元、气体存储单元系统、第二动力单元和气体检测单元，所述第一动力单元旁放置有超声风速仪，所述超声风速仪与判断控制模块电连接，其中所述第一动力单元用于将痕量气体送入所述气体存储单元系统，所述气体存储单元系统用于储存痕量气体作为气体样品，所述第二动力单元用于对所述气体存储单元反吹清洗及通入内标气体，所述气体检测单元用于测量所述存储单元系统中所述气体样品的浓度，本发明可以避免仪器设备因长期运行导致信号衰减带来的仪器误差。
Description
技术领域
本发明属于大气探测技术领域，具体而言，涉及一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置。
背景技术
大气成分复杂多样，其中痕量气体如甲烷(CH4)、氨气(NH3)、二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)及挥发性有机物(VOCs)等，含量虽低，但在各类大气化学反应及全球气候变化中，起到极为重要的作用：CH4的温室效应远高于二氧化碳(CO2)，可引发更为严重的气候变暖；在大气的氧化性条件下，SO2可被氧化，并与NH3结合，形成二次无机气溶胶，进一步引发霾污染；高浓度O3本身作为大气污染物，对人体健康及植被生长等产生负面影响，同时可作为强氧化剂，直接参与大气中各类化学反应；NO、NO2及VOCs之间可发生复杂的链式光化学反应，加速O3的累积，同时生成大量低挥发性物质，并通过气固分配，转化生成一系列二次有机气溶胶。因此，针对各种痕量气体的浓度、排放或沉降通量进行测量，对大气化学、污染控制及全球气候变化等方面研究具有重要意义。
痕量气体排放或沉降通量的观测方法多种多样，主要分为箱法和微气象学方法。
箱法主要应用于观测地面与大气间痕量气体的交换，通常将一箱体覆盖在地面上，通过测量箱体内痕量气体浓度随时间的变化，计算求得单位面积单位时间内物质交换的量，即通量。该方法成本低廉且计算简单，因此很长一段时间得到了广泛的应用。然而，由于箱体本身破坏了地面与大气间的天然环境，如温度、湿度和湍流交换等，其计算的结果可能具有一定的偏差。
微气象学方法包括梯度法和涡度协方差法(Eddy Covariance,EC)及其衍生方法等。各种方法在以往的研究中都有应用，且比对结果相似，因此在实际应用中，往往根据各方法的原理和实际情况进行选择。
其中，梯度法在垂直方向设置多层仪器，通过计算痕量气体在该方向上不同高度浓度的差异，代入公式求得通量。该法对仪器的灵敏度和精度要求极高，且须能测量垂直方向微小的浓度差异。然而，多数仪器不能满足其精度要求，甚至由于仪器间的误差，导致计算结果相反，因此在痕量气体通量测量的实际应用中受到限制。
涡度协方差法即EC法，是一种通过测算高频物理量(5-20Hz)与垂直风速间的协方差，得到目标物理量在垂直方向通量的一种测量方法。它的基础假设少，测量搭建简单，因此在各种目标物理量的通量测量中，得到了广泛的应用。然而，尽管用于测量高频垂直风速的仪器已经非常成熟，但测量痕量气体的高频仪器却为数不多，且造价成本高昂，运营维护难，且该法后续数据处理较为复杂。
拓宽湍涡累积法(Relaxed Eddy Accumulation,REA)即REA法，是一种由EC法衍生出的变体，它以10Hz高频运行风速仪测得的垂直风速为准，当垂直风向上且超过风速阈值时，气体样品被采集到第一存储单元中；当垂直风向下且超过风速阈值时，气体样品被采集到第二存储单元中；当垂直风速处于正负风速阈值范围内，则不对气体样品进行采集，或采集到的样品不做通量计算，而作为一种数据补充，验证设备运行是否正常。一定时间后，对两个存储单元中的气体浓度进行分析，得到垂直风向上和向下时所采集到气体浓度的差值，并结合垂直风速的标准偏差和实验系数，计算得到该气体在垂直方向的排放或沉降通量，具体通量的计算方法如公式(1)所示：
F＝bδw(Cup-Cdown) (1)
式中：δw为垂直风速w的标准偏差；Cup、Cdown分别为风速向上和向下时气体样品的浓度；b为实验系数，通常为另一易于测量的物理量(如温度T)基于EC法和REA法的比值，具体如公式(2)所示：
式中：w′为垂直风速的脉动；T′为温度的脉动；为垂直风速和温度的协方差；δw为垂直风速w的标准偏差；Tup、Tdown分别为风速向上和向下时的温度。
REA法不仅能避免EC法中复杂的数据处理过程以及昂贵的高频测量仪器的使用，同时可通过优化测量逻辑，降低梯度法对于仪器灵敏度和精度的要求，从而提高测量的准确性，同时，能够避免箱法对近地面天然条件的破坏。然而，现有基于REA原理的测量主要聚焦于陆地和大气间的能量通量研究，针对痕量气体通量的研究较少，且多为离线分析，即现场采集样品后，再带回实验室进行分析，该过程极有可能由于样品的存储与运输不当，造成待分析物的反应和损失，引入人为误差，使得测量结果不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，基于REA的基本原理，以解决上述背景技术中提出的问题，在不破坏天然环境且不引入离线分析误差的前提下，避免昂贵的高频或高精度仪器的使用，能够低成本、准确地完成在线痕量气体通量测量。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，其中，从上到下依次分为四个部分：第一动力单元、气体存储单元系统、第二动力单元和气体检测单元，所述第一动力单元旁放置有超声风速仪，所述超声风速仪与判断控制模块电连接，其中所述第一动力单元用于将痕量气体送入所述气体存储单元系统，所述气体存储单元系统用于储存痕量气体作为气体样品，所述第二动力单元用于对所述气体存储单元系统反吹清洗及通入内标气体，所述气体检测单元用于测量所述气体存储单元系统中所述气体样品的浓度。
在上述技术方案的基础上，本发明的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置还可以做如下改进:
其中，所述第一动力单元包括第一抽气泵、第一三通阀、第二抽气泵、第二三通阀，所述第一抽气泵的出气口与所述第一三通阀的主路进气口相连通，所述第二抽气泵的出气口与所述第二三通阀的主路进气口相连通，所述第一三通阀、所述第二三通阀的旁路出气口与大气连通；
所述气体存储单元系统包括第一存储单元系统、第二存储单元系统、第三存储单元系统、第四存储单元系统、第五存储单元系统和第六存储单元系统，所述第一存储单元系统包括依次连通的第一两通阀、第一流量计、第一存储单元和第七两通阀，所述第二存储单元系统包括依次连通的第二两通阀、第二流量计、第二存储单元和第八两通阀，所述第三存储单元系统包括依次连通的第三两通阀、第三流量计、第三存储单元和第九两通阀，所述第四存储单元系统包括依次连通的第四两通阀、第四流量计、第四存储单元和第十两通阀，所述第五存储单元系统包括依次连通的第五两通阀、第五流量计、第五存储单元和第十一两通阀，所述第六存储单元系统包括依次连通的第六两通阀、第六流量计、第六存储单元和第十二两通阀，其中所述第一两通阀、所述第二两通阀、所述第三两通阀的进气口与所述第一三通阀的主路出气口相连通，所述第四两通阀、所述第五两通阀、所述第六两通阀的进气口与所述第二三通阀的主路出气口相连通；
所述气体检测单元包括第一痕量气体浓度测量仪和第二痕量气体浓度测量仪，所述第七两通阀、所述第八两通阀、所述第九两通阀、所述第十两通阀、所述第十一两通阀、所述第十二两通阀的出气口汇成一路，并与所述第一痕量气体浓度测量仪、所述第二痕量气体浓度测量仪、所述第二动力单元相连通；
所述第一抽气泵、所述第一三通阀、所述第二抽气泵、所述第二三通阀、所述第一两通阀、所述第一流量计、所述第七两通阀、所述第二两通阀、所述第二流量计、所述第八两通阀、所述第三两通阀、所述第三流量计、所述第九两通阀、所述第四两通阀、所述第四流量计、所述第十两通阀、所述第五两通阀、所述第五流量计、所述第十一两通阀、所述第六两通阀、所述第六流量计、所述第十二两通阀、所述第一痕量气体浓度测量仪和所述第二痕量气体浓度测量仪与所述判断控制模块电连接。
进一步的，所述第二动力单元包括第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀和第三抽气泵，所述第七两通阀、所述第八两通阀、所述第九两通阀、所述第十两通阀、所述第十一两通阀、所述第十二两通阀的出气口汇成一路后与所述第三三通阀的主路进气口相连通，所述第三三通阀的旁路进气口与洗气源相连通，所述第三三通阀的主路出气口与所述第四三通阀的主路出气口相连通，所述第四三通阀的旁路进气口与内标气源相连通，所述第四三通阀的主路出气口与所述第五三通阀的主路进气口相连通，所述第五三通阀的旁路进气口与大气连通，所述第五三通阀的主路出气口与所述第三抽气泵连接，所述第三三通阀、所述第四三通阀、所述第五三通阀和所述第三抽气泵与所述判断控制模块电连接。
其中，所述第一抽气泵、所述第二抽气泵的进气口，分别与第一颗粒物过滤膜和第二颗粒物过滤膜的出气口相连通。
进一步的，所述超声风速仪水平放置在常通量层，所述第一颗粒物过滤膜、所述第二颗粒物过滤膜的进气口与所述超声风速仪探头的中心齐平。
其中，所述第一动力单元放置在户外，不做保温处理；所述气体存储单元系统和所述第二动力单元提供保温环境；所述气体检测单元，提供保冷环境。
进一步的，所述第一痕量气体浓度测量仪、所述第二痕量气体浓度测量仪独立供电。
进一步的，所述洗气源为氮气。
与现有技术相比较，本发明提供的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置的有益效果是：
1.本装置是基于REA原理设计的全新通量测量设备，避免了箱法的箱体本身对地面与大气间的天然环境的破坏造成的计算结果误差；避免了EC法中对高频或高精度气体浓度测量仪的需求，从原理上降低了气体浓度的测量频率，降低了测量成本，避免了EC法中复杂繁琐的数据处理和后期校正过程，仅通过测算风向上和向下间的浓度差异，并结合其他参数的简单计算，即可得到通量的结果，避免了REA法离线测量，造成的待分析物反应和损失以及任务操作不当产生的误差；
2.本装置的测量逻辑，要求一台痕量气体浓度测量仪完成同一时段内风向上和向下对应的气体样品浓度的测量，从而规避了两台仪器间差异所可能导致的计算结果相反的问题；
3.本装置设计的内标气进样方法，与每个样品一同进行分析，从而避免了仪器设备因长期运行导致信号衰减带来的仪器误差；
4.本设备设计的分区控温的方法，在保证仪器正常运行所需低温环境的同时，增加痕量气体在设备其他部分的分子运动，减小壁吸附损失，从而提升设备整体的测量能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置的结构示意图；
图2为本发明提供一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置的电连接图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、超声风速仪；11、判断控制模块；2.1、第一颗粒物过滤膜；2.2、第二颗粒物过滤膜；3.1、第一抽气泵；3.2、第二抽气泵；3.3、第三抽气泵；4.1、第一三通阀；4.2、第二三通阀；4.3、第三三通阀；4.4、第四三通阀；4.5、第五三通阀；5.1、第一两通阀；5.2、第二两通阀；5.3、第三两通阀；5.4、第四两通阀；5.5、第五两通阀；5.6、第六两通阀；5.7、第七两通阀；5.8、第八两通阀；5.9、第九两通阀；5.10、第十两通阀；5.11、第十一两通阀；5.12、第十二两通阀6.1、第一流量计；6.2、第二流量计；6.3、第三流量计；6.4、第四流量计；6.5、第五流量计；6.6、第六流量计；7.1、第一存储单元；7.2、第二存储单元；7.3、第三存储单元；7.4、第四存储单元；7.5、第五存储单元；7.6、第六存储单元；8.1、第一痕量气体浓度测量仪；8.2、第二痕量气体浓度测量仪。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
REA法不仅能避免EC法中复杂的数据处理过程以及昂贵的高频测量仪器的使用，同时保证在线测量的前提下，可通过优化测量逻辑，降低梯度法对于仪器灵敏度和精度的要求，从而提高测量的准确性。此外，也避免了箱法对近地面天然条件的破坏。因此，本发明基于REA法的基本原理，优化测量逻辑，设计一套可应用于测量痕量气体通量的在线测量装置。
如图1-2所示，是本发明提供的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，从上到下依次分为四个部分：第一动力单元、气体存储单元系统、第二动力单元和气体检测单元，第一动力单元旁放置有超声风速仪1，超声风速仪1与判断控制模块11电连接，其中第一动力单元用于将痕量气体送入气体存储单元系统，气体存储单元系统用于储存痕量气体作为气体样品，第二动力单元用于对气体存储单元系统反吹清洗及通入内标气体，气体检测单元用于测量气体存储单元系统中气体样品的浓度。
其中，在上述技术方案中，第一动力单元包括第一抽气泵3.1、第一三通阀4.1、第二抽气泵3.2、第二三通阀4.2，第一抽气泵3.1的出气口与第一三通阀4.1的主路进气口相连通，第二抽气泵3.2的出气口与第二三通阀4.2的主路进气口相连通，第一三通阀4.1、第二三通阀4.2的旁路出气口与大气连通；
气体存储单元系统包括第一存储单元系统、第二存储单元系统、第三存储单元系统、第四存储单元系统、第五存储单元系统和第六存储单元系统，第一存储单元系统包括依次连通的第一两通阀5.1、第一流量计6.1、第一存储单元7.1和第七两通阀5.7，第二存储单元系统包括依次连通的第二两通阀5.2、第二流量计6.2、第二存储单元7.2和第八两通阀5.8，第三存储单元系统包括依次连通的第三两通阀5.3、第三流量计6.3、第三存储单元7.3和第九两通阀5.9，第四存储单元系统包括依次连通的第四两通阀5.4、第四流量计6.4、第四存储单元7.4和第十两通阀5.10，第五存储单元系统包括依次连通的第五两通阀5.5、第五流量计6.5、第五存储单元7.5和第十一两通阀5.11，第六存储单元系统包括依次连通的第六两通阀5.6、第六流量计6.6、第六存储单元7.6和第十二两通阀5.12，其中第一两通阀5.1、第二两通阀5.2、第三两通阀5.3的进气口与第一三通阀4.1的主路出气口相连通，第四两通阀5.4、第五两通阀5.5、第六两通阀5.6的进气口与第二三通阀4.2的主路出气口相连通；
气体检测单元包括第一痕量气体浓度测量仪8.1和第二痕量气体浓度测量仪8.2，第七两通阀5.7、第八两通阀5.8、第九两通阀5.9、第十两通阀5.10、第十一两通阀5.11、第十二两通阀5.12的出气口汇成一路，并与第一痕量气体浓度测量仪8.1、第二痕量气体浓度测量仪8.2、第二动力单元相连通；
第一抽气泵3.1、第一三通阀4.1、第二抽气泵3.2、第二三通阀4.2、第一两通阀5.1、第一流量计6.1、第七两通阀5.7、第二两通阀5.2、第二流量计6.2、第八两通阀5.8、第三两通阀5.3、第三流量计6.3、第九两通阀5.9、第四两通阀5.4、第四流量计6.4、第十两通阀5.10、第五两通阀5.5、第五流量计6.5、第十一两通阀5.11、第六两通阀5.6、第六流量计6.6、第十二两通阀5.12、第一痕量气体浓度测量仪8.1和第二痕量气体浓度测量仪8.2与判断控制模块11电连接。
进一步的，在上述技术方案中，第二动力单元包括第三三通阀4.3、第四三通阀4.4、第五三通阀4.5和第三抽气泵3.3，第七两通阀5.7、第八两通阀5.8、第九两通阀5.9、第十两通阀5.10、第十一两通阀5.11、第十二两通阀5.12的出气口汇成一路后与第三三通阀4.3的主路进气口相连通，第三三通阀4.3的旁路进气口与洗气源相连通，第三三通阀4.3的主路出气口与第四三通阀4.4的主路进气口相连通，第四三通阀4.4的旁路进气口与内标气源相连通，第四三通阀4.4的主路出气口与第五三通阀4.5的主路进气口相连通，第五三通阀4.5的旁路进气口与大气连通，第五三通阀4.5的主路出气口与第三抽气泵3.3连接，第三三通阀4.3、第四三通阀4.4、第五三通阀4.5和第三抽气泵3.3与判断控制模块11电连接。
图1中Ref表示内标气源。
其中，在上述技术方案中，第一抽气泵3.1、第二抽气泵3.2的进气口，分别与第一颗粒物过滤膜2.1和第二颗粒物过滤膜2.2的出气口相连通。
进一步的，在上述技术方案中，超声风速仪1水平放置在常通量层，第一颗粒物过滤膜2.1、第二颗粒物过滤膜2.2的进气口与超声风速仪1探头的中心齐平。
其中，在上述技术方案中，第一动力单元放置在户外，不做保温处理；气体存储单元系统和第二动力单元提供保温环境；气体检测单元，提供保冷环境。
进一步的，在上述技术方案中，第一痕量气体浓度测量仪8.1、第二痕量气体浓度测量仪8.2独立供电。
进一步的，在上述技术方案中，洗气源为氮气。
其中，各部件功能如下：
超声风速仪1用于读取10Hz的三维风速信息和超声虚温，并将垂直方向风的信号传递给判断控制模块11，判断控制模块11记录并控制不同电连接部分，从而将痕量气体样品采集进不同的存储单元系统；
第一颗粒物过滤膜2.1、第二颗粒物过滤膜2.2用于过滤气体样品中的颗粒物，以防设备长期运行受到颗粒物污染；
第一抽气泵3.1、第二抽气泵3.2、第三抽气泵3.3，用于为系统中气体流动提供动力，其中第一抽气泵3.1和第二抽气泵3.2为样品的采集提供动力，第三抽气泵3.3为残留样品和洗气的排空提供动力；
第一三通阀4.1、第二三通阀4.2、第三三通阀4.3、第四三通阀4.4和第五三通阀4.5通过旁路和主路的开闭，将气流导向不同的流路，以满足设计需求；其中，第一三通阀4.1和第二三通阀4.2分别辅助第一抽气泵3.1和第二抽气泵3.2完成痕量气体样品的采集工作；第三三通阀4.3用于完成洗气对系统的反吹清洗；第四三通阀4.4用于完成内标气体对系统和仪器的校准；第五三通阀4.5用于辅助第三抽气泵3.3完成系统残留样品和洗气的排空；
第一流量计6.1、第二流量计6.2、第三流量计6.3、第四流量计6.4、第五流量计6.5、第六流量计6.6用于测量通过该存储单元气体的瞬时和累积体积流量；
第一存储单元7.1、第二存储单元7.2、第三存储单元7.3、第四存储单元7.4、第五存储单元7.5、第六存储单元7.6用于暂存采集到的气体样品；
第一痕量气体浓度测量仪8.1、第二痕量气体浓度测量仪8.2用于测量存储单元中气体样品的浓度，且第一痕量气体浓度测量仪8.1、第二痕量气体浓度测量仪8.2不同时开启。
具体的，本发明的原理是：
第一抽气泵3.1和第二抽气泵3.2保持常开；根据超声风速仪1测量得到的垂直风速信号，第一三通阀4.1和第二三通阀4.2进行响应切换：当风向上且风速超过设定的风速阈值时，判断控制模块11控制第一三通阀4.1主路打开，痕量气体在第一抽气泵3.1的作用下，通过第一颗粒物过滤膜2.1、第一抽气泵3.1和第一三通阀4.1，作为气体样品进入后端气体存储单元系统；当风向下且风速超过设定的风速阈值时，判断控制模块11控制第二三通阀4.2主路打开，痕量气体在第二抽气泵3.2的作用下，通过第二颗粒物过滤膜2.2、第二抽气泵3.2和第二三通阀4.2，作为气体样品进入后端气体存储单元系统；当风速没有超过设定的风速阈值时，不进行采样，即第一三通阀4.1和第二三通阀4.2旁路打开，痕量气体分别在第一抽气泵3.1和第二抽气泵3.2的作用下，通过第一颗粒物过滤膜2.1、第一抽气泵3.1和第一三通阀4.1旁路，以及第二颗粒物过滤膜2.2、第二抽气泵3.2和第二三通阀4.2的旁路，排空到大气中。
以上采样过程，以一段时间为周期，下文叙述将以30分钟为例，具体周期可根据实际情况进行调整：
第一个30分钟周期内，第一两通阀5.1和第四两通阀5.4打开，风向上和向下且超过风速阈值时的气体样品被第一流量计6.1和第四流量计6.4记录瞬时和累积流量，并进入第一存储单元7.1和第四存储单元7.4暂存，等待后续分析；
第二个30分钟周期内，第二两通阀5.2和第五两通阀5.5打开，气体样品被第二流量计6.2和第五流量计6.5记录瞬时和累积流量，并进入第二存储单元7.2和第五存储单元7.5暂存，等待后续分析；
第三个30分钟周期内，第三两通阀5.3和第六两通阀5.6打开，气体样品被第三流量计6.3和第六流量计6.6记录瞬时和累积流量，并进入第三存储单元7.3和第六存储单元7.6暂存，等待后续分析；
第四个30分钟周期内，重复第一个30分钟的步骤，气体样品再次被储存在已经完成分析、排空和清洗的第一存储单元7.1和第四存储单元7.4，此后依次类推。
其中，第一两通阀5.1、第二两通阀5.2、第三两通阀5.3、第一流量计6.1、第二流量计6.2、第三流量计6.3在风速向上的时候受判断控制模块11控制开启，第四两通阀5.4、第五两通阀5.5、第六两通阀5.6、第四流量计6.4第五流量计6.5、第六流量计6.6在风速向下的时候受判断控制模块11控制开启，视具体情况也可相反控制。
具体样品的分析与存储单元系统的清洗排空流程见如下：
第一个30分钟，第一存储单元7.1和第四存储单元7.4用于采集并储存该时段气体样品，没有气体样品用于分析；
第二个30分钟，第二存储单元7.2和第五存储单元7.5用于采集并储存该时段气体样品，第一存储单元7.1中的样品用于分析，分析的具体过程如下：
第七两通阀5.7打开，第一存储单元7.1中的气体样品被抽入第一痕量气体浓度测量仪8.1中，之后关闭；随后，第四三通阀4.4进气口打开，内标气(Ref)通过第四三通阀4.4和第三三通阀4.3，紧跟气体样品，一同进入第一痕量气体浓度测量仪8.1中，并进行随后的分析；若痕量气体浓度测量仪不需内标气体进行内部控制，以防止仪器长期运行造成的衰减误差，则此步骤可省略；当气体样品和内标气进入仪器后，仪器内部自动开始对其进行分析，与此同时，设备对第一存储单元7.1进行清洗和排空，清洗排空的具体过程如下：
第五三通阀4.5的主路进气口与主路出气口连通、第四三通阀4.4主路进气口与主路出气口连通、第三三通阀4.3主路进气口与主路出气口连通，第七两通阀5.7打开；第一存储单元7.1中残留的样品气在第三抽气泵3.3的作用下，被抽离系统，予以排空；接着，第五三通阀4.5旁路打开，第三抽气泵3.3通过第五三通阀4.5旁路，与大气连通，保持气压平衡；第三三通阀4.3旁路打开，洗气(N2)通过第三三通阀4.3和第七两通阀5.7，反吹进第一存储单元7.1中，对其进行清洗。随后，第三三通阀4.3和第五三通阀4.5主路进气口与主路出气口再次连通，第一存储单元7.1中的洗气(N2)如同残留样品气在第三抽气泵3.3的作用下，被抽离系统，予以排空。该清洗排空次数可由使用者自行调节，直至第一存储单元7.1清洗干净。
第三个30分钟，第三存储单元7.3和第六存储单元7.6用于采集并储存该时段样品，第四存储单元7.4和第二存储单元7.2中的样品用于分析。分析的具体过程如下，第十两通阀5.10打开，第四存储单元7.4中的气体样品被抽入第一痕量气体浓度测量仪8.1中，之后关闭；接着，第八两通阀5.8打开，第二存储单元7.2中的气体样品被抽入第二痕量气体浓度测量仪8.2中，之后关闭；随后，第四三通阀4.4旁路进气口打开，内标气(Ref)通过第四三通阀4.4和第三三通阀4.3，紧跟样品气，同时进入第一痕量气体浓度测量仪8.1和第二痕量气体浓度测量仪8.2中，并进行随后的分析，如上文所述，若痕量气体浓度测量仪不需内标气体进行内部控制，则此步骤可省略；当气体样品和内标气进入仪器后，仪器内部自动开始对其进行分析，与此同时，设备对第四存储单元7.4和第二存储单元7.2进行清洗和排空，清洗排空的具体过程如下：
第五三通阀4.5主路进气口与主路出气口连通、第四三通阀4.4主路进气口与主路出气口连通、第三三通阀4.3主路进气口与主路出气口连通，第十两通阀5.10和第八两通阀5.8打开。第四存储单元7.4和第二存储单元7.2中残留的样品气在第三抽气泵3.3的作用下，被抽离系统，予以排空；接着，第五三通阀4.5旁路打开，第三抽气泵3.3通过第五三通阀4.5旁路，与大气连通，保持气压平衡；第三三通阀4.3旁路打开，洗气(N2)通过第三三通阀4.3，在分别经由第十两通阀5.10和第八两通阀5.8，反吹进第四存储单元7.4和第二存储单元7.2中，对其进行清洗；随后，第三三通阀4.3和第五三通阀4.5主路进气口与主路出气口再次连通，第四存储单元7.4和第二存储单元7.2中的洗气(N2)如同残留样品气在第三抽气泵3.3的作用下，被抽离系统，予以排空，该清洗排空次数可由使用者自行调节，直至第四存储单元7.4和第二存储单元7.2清洗干净。
第四个30分钟，已完成分析、清洗和排空的第一存储单元7.1和第四存储单元7.4再次用于采集并储存该时段样品，第三存储单元7.3和第五存储单元7.5的样品用于分析；
此后的分析、清洗与排空过程依次类推并重复上述相关步骤，但须严格保证每一个时段采集的风向上和向下对应的样品必须由同一台痕量气体浓度测量仪完成分析测量。
在文中，通量：指单位时间内通过某特定界面的单位面积所输送的热量(能量)、动量和物质等物理量的度量。
常通量层：指通量不随高度发生变化的边界层。
本方法仅提供3组存储单元的基本思路，在此思路框架上增多或减少存储单元的数量仍受本专利保护。
阀门具体的开闭情况，如下表所示：
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注1：表格中X表示三通阀走旁路或两通阀关闭；○表示三通阀走主路或两通阀开启；W表示阀门根据垂直风速的变化对阀门进行切换；
注2：表格中各流程时间以及清洗排空次数均为举例，其具体数值可按照具体情况进行调整。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，其特征在于，从上到下依次分为四个部分：第一动力单元、气体存储单元系统、第二动力单元和气体检测单元，所述第一动力单元旁放置有超声风速仪(1)，所述超声风速仪(1)与判断控制模块(11)电连接，其中所述第一动力单元用于将痕量气体送入所述气体存储单元系统，所述气体存储单元系统用于储存痕量气体作为气体样品，所述第二动力单元用于对所述气体存储单元系统反吹清洗及通入内标气体，所述气体检测单元用于测量所述气体存储单元系统中所述气体样品的浓度；
所述第一动力单元包括第一抽气泵(3.1)、第一三通阀(4.1)、第二抽气泵(3.2)、第二三通阀(4.2)，所述第一抽气泵(3.1)的出气口与所述第一三通阀(4.1)的主路进气口相连通，所述第二抽气泵(3.2)的出气口与所述第二三通阀(4.2)的主路进气口相连通，所述第一三通阀(4.1)、所述第二三通阀(4.2)的旁路出气口与大气连通；
所述气体存储单元系统包括第一存储单元系统、第二存储单元系统、第三存储单元系统、第四存储单元系统、第五存储单元系统和第六存储单元系统，所述第一存储单元系统包括依次连通的第一两通阀(5.1)、第一流量计(6.1)、第一存储单元(7.1)和第七两通阀(5.7)，所述第二存储单元系统包括依次连通的第二两通阀(5.2)、第二流量计(6.2)、第二存储单元(7.2)和第八两通阀(5.8)，所述第三存储单元系统包括依次连通的第三两通阀(5.3)、第三流量计(6.3)、第三存储单元(7.3)和第九两通阀(5.9)，所述第四存储单元系统包括依次连通的第四两通阀(5.4)、第四流量计(6.4)、第四存储单元(7.4)和第十两通阀(5.10)，所述第五存储单元系统包括依次连通的第五两通阀(5.5)、第五流量计(6.5)、第五存储单元(7.5)和第十一两通阀(5.11)，所述第六存储单元系统包括依次连通的第六两通阀(5.6)、第六流量计(6.6)、第六存储单元(7.6)和第十二两通阀(5.12)，其中所述第一两通阀(5.1)、所述第二两通阀(5.2)、所述第三两通阀(5.3)的进气口与所述第一三通阀(4.1)的主路出气口相连通，所述第四两通阀(5.4)、所述第五两通阀(5.5)、所述第六两通阀(5.6)的进气口与所述第二三通阀(4.2)的主路出气口相连通；
所述气体检测单元包括第一痕量气体浓度测量仪(8.1)和第二痕量气体浓度测量仪(8.2)，所述第七两通阀(5.7)、所述第八两通阀(5.8)、所述第九两通阀(5.9)、所述第十两通阀(5.10)、所述第十一两通阀(5.11)、所述第十二两通阀(5.12)的出气口汇成一路，并与所述第一痕量气体浓度测量仪(8.1)、所述第二痕量气体浓度测量仪(8.2)、所述第二动力单元相连通；
所述第一抽气泵(3.1)、所述第一三通阀(4.1)、所述第二抽气泵(3.2)、所述第二三通阀(4.2)、所述第一两通阀(5.1)、所述第一流量计(6.1)、所述第七两通阀(5.7)、所述第二两通阀(5.2)、所述第二流量计(6.2)、所述第八两通阀(5.8)、所述第三两通阀(5.3)、所述第三流量计(6.3)、所述第九两通阀(5.9)、所述第四两通阀(5.4)、所述第四流量计(6.4)、所述第十两通阀(5.10)、所述第五两通阀(5.5)、所述第五流量计(6.5)、所述第十一两通阀(5.11)、所述第六两通阀(5.6)、所述第六流量计(6.6)、所述第十二两通阀(5.12)、所述第一痕量气体浓度测量仪(8.1)和所述第二痕量气体浓度测量仪(8.2)与所述判断控制模块(11)电连接；
所述第二动力单元包括第三三通阀(4.3)、第四三通阀(4.4)、第五三通阀(4.5)和第三抽气泵(3.3)，所述第七两通阀(5.7)、所述第八两通阀(5.8)、所述第九两通阀(5.9)、所述第十两通阀(5.10)、所述第十一两通阀(5.11)、所述第十二两通阀(5.12)的出气口汇成一路后与所述第三三通阀(4.3)的主路进气口相连通，所述第三三通阀(4.3)的旁路进气口与洗气源相连通，所述第三三通阀(4.3)的主路出气口与所述第四三通阀(4.4)相连通，所述第四三通阀(4.4)的旁路进气口与内标气源相连通，所述第四三通阀(4.4)的主路出气口与所述第五三通阀(4.5)的主路进气口相连通，所述第五三通阀(4.5)的旁路进气口与大气连通，所述第五三通阀(4.5)的主路出气口与所述第三抽气泵(3.3)连接，所述第三三通阀(4.3)、所述第四三通阀(4.4)、所述第五三通阀(4.5)和所述第三抽气泵(3.3)与所述判断控制模块(11)电连接；
所述第一抽气泵(3.1)、所述第二抽气泵(3.2)的进气口，分别与第一颗粒物过滤膜(2.1)和第二颗粒物过滤膜(2.2)的出气口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，其特征在于，所述超声风速仪(1)水平放置在常通量层，所述第一颗粒物过滤膜(2.1)、所述第二颗粒物过滤膜(2.2)的进气口与所述超声风速仪(1)探头的中心齐平。
3.根据权利要求1所述的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，其特征在于，所述第一动力单元放置在户外，不做保温处理；所述气体存储单元系统和所述第二动力单元提供保温环境；所述气体检测单元，提供保冷环境。
4.根据权利要求1所述的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，其特征在于，所述第一痕量气体浓度测量仪(8.1)、所述第二痕量气体浓度测量仪(8.2)独立供电。
5.根据权利要求1所述的一种大气痕量气体排放与沉降通量测量装置，其特征在于，所述洗气源为氮气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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