RU2813556C1 - Устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы - Google Patents
Устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813556C1 RU2813556C1 RU2023120220A RU2023120220A RU2813556C1 RU 2813556 C1 RU2813556 C1 RU 2813556C1 RU 2023120220 A RU2023120220 A RU 2023120220A RU 2023120220 A RU2023120220 A RU 2023120220A RU 2813556 C1 RU2813556 C1 RU 2813556C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- controller
- chamber
- volatile substances
- emission
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения концентраций паров летучих жидкостей над почвами с использованием камер для отбора проб, оснащенных анализатором газов. Устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы содержит основание, устанавливаемое на почву, к которому герметично крепится камера. Устройство дополнительно оснащено пьезосенсорным газоанализатором, соединенным с блоками передачи аналитического сигнала газоанализатора, обработки аналитического сигнала, хранения и отображения информации, с контроллером-1 и контроллером-2, а в верхней части камеры закрепляются нагреватель почвы и измеритель температуры почвы, соединенные с контроллером-1, в стенках камеры расположены автоматически закрываемые и открываемые затворы, соединенные с контроллером-1 и контроллером-2. Техническим результатом является снижение трудоемкости и повышение точности оценки эмиссии паров летучих веществ из почвы в широком диапазоне температур. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения концентраций паров летучих жидкостей над почвами с использованием камер для отбора проб, оснащенных анализатором газов. Устройство может быть использовано в экологии для установления предельно допустимых концентраций техногенных летучих веществ в почвах по воздушно-миграционному показателю, оценки уровня загрязнения почв аварийно химически опасными веществами при их разливах.
Известно устройство для определения эмиссии СО2 из почв, включающее герметичную камеру и измерительный прибор Li-COR 6400. Устройство включает металлический цилиндр со съемным основанием, которое закрепляется в почве. К основанию герметично прикрепляется камера, которая оснащена вентилятором, датчиком температуры, отверстиями для уравновешивания давления внутри камеры, системой воздухопроводящих трубок, по которым воздух нагнетается в камеру и подается к измерительному устройству [Li-COR, Environmental and Biotechnological research systems. Soil C02 Flux Chamber. Режим доступа: http://www.licor.com/env/pdf /photosynthesis/6400-09_Soil_Flux_Chamber.pdf]. Основным недостатком этого устройства являются низкая мобильность из-за громоздкости оборудования.
Ближайшим аналогом является устройство для измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений [RU 2518979 С1, опубл. 10.06.2014, режим доступа: https://patents.s3.yandex.net/RU2518979C1_20140610.pdf -прототип]. Устройство состоит из разъемных цилиндрической камеры и основания. Камера крепится к основанию посредствам горизонтальных пластин с зажимами. Основание плотно устанавливается на почву и герметично закрывается камерой. К недостаткам прототипа относятся: высокая трудоемкость из-за необходимости многократного отбора газовых проб шприцем из камеры; низкая точность оценки эмиссии газов из почвы из-за стадий отбора проб, их консервации и транспортирования в лабораторию для проведения количественного анализа, из-за принудительного вентилирования камеры, влияющего на естественную скорость эмиссии летучих веществ из почвы, ограниченный интервал температур исследуемых почв.
Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости и повышение точности оценки эмиссии паров летучих веществ из почвы в широком диапазоне температур.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы, содержащее основание, устанавливаемое на почву, к которому герметично крепится камера, согласно изобретению, дополнительно оснащается пьезосенсорным газоанализатором, соединенным с блоками передачи аналитического сигнала газоанализатора, обработки аналитического сигнала, хранения и отображения информации, с контроллером-1 и контроллером-2, а в верхней части камеры закрепляются нагреватель почвы и измеритель температуры почвы, соединенные с контроллером-1, в стенках камеры расположены автоматически закрываемые и открываемые затворы, соединенные с контроллером-1 и контроллером-2.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы введены пьезосенсорный газоанализатор, соединенный с блоками передачи аналитического сигнала газоанализатора, обработки аналитического сигнала, хранения и отображения информации, с контроллером-1 и контроллером-2, а в верхней части камеры закрепляются нагреватель почвы и измеритель температуры почвы, соединенные с контроллером-1, в стенках камеры расположены автоматически закрываемые и открываемые затворы, соединенные с контроллером-1 и контроллером-2.
Структурная схема устройства приведена на фигуре 1, где обозначено: 1 - почва; 2 - основание; 3 - камера; 4 - измеритель температуры почвы; 5 -нагреватель почвы; 6 - контроллер-1; 7 - затворы; 8 - пьезосенсорный газоанализатор; 9 - блок передачи информации; 10 - блок обработки, отображения и хранения информации; 11 - контроллер-2.
Внутри камеры закрепляется газоанализатор, например, пьезосенсорный, описание которого представлено в патенте на изобретение «Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров» [RU 2302627 С1, опубл. 10.07.2007, режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=37583421]. Газоанализатор измеряет концентрацию летучих веществ над поверхностью почвы в полевых условиях без стадий пробоотбора и пробоподготовки, во время которых происходят значительные потери аналитов, что приводит к росту общей погрешности анализа [Лобачев А.Л., Лобачева И.В. Ревинская Е.В. Пробоотбор и пробоподготовка в анализе объектов окружающей среды. Самара: Самарский университет, 2005]. Над поверхностью почвы помещается нагреватель почвы (например, кварцевый излучатель инфракрасного спектра с отражателем, направляющим свет на почву https://nomacon.ru/katalog-tovarov/infrakrasnye-nagrevateli/kvarcevye-izluchateli-serii-ikn-400/model-ikn-402.html). В корпус монтируется измеритель температуры почвы (например, марки СФ-15 https://peleng.by/products/meteorology/97). Температура почвы оказывает значительное влияние на эмиссию паров [Смагин А.В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 304 с]. Поэтому для повышения точности оценки эмиссии паров летучих веществ из почв необходим контроль их температуры. Кроме того, при низких температурах проведение анализа в полевых условиях невозможно вследствие снижения летучести веществ. С помощью контроллера-1 (например, программируемого логического контроллера https://canny.ru/docs/common_plc/) при достижении заданной температуры почв, зафиксированной измерителем температуры, автоматически отключается нагреватель, закрываются затворы камеры и включается анализатор газов. Затворы в стенках камеры на время проведения измерений герметично закрываются для установления условного концентрационного равновесия летучих веществ в системе «почва/воздух», при наступлении которого фиксируют аналитический сигнал, функционально связанный с концентрацией газов внутри камеры, как указано в патенте на изобретение [RU 2650437 С2, опубл. 13.04.2018, режим доступа https://elibrary.ru/item.asp?id=41030143]. После измерения концентрации летучих веществ в воздухе затворы в стенках камеры автоматически открываются с помощью контроллера-2 для поступления в камеру воздуха, что обеспечивает естественную (равномерную) эмиссию летучих веществ из почвы и регенерацию чувствительного элемента газоанализатора. Аналитический сигнал газоанализатора передается по беспроводной сети (например, с помощью радиомодуля https://habr.com/ru/post/584264/) к блоку обработки и хранения информации (например, к персональному компьютеру).
Устройство для измерения эмиссии летучих веществ из почвы работает следующим образом. В почву (1) заглубляется основание (2) устройства, к которому герметично присоединяется камера (3) с открытыми затворами (7). В камере (3) содержатся измеритель температуры почвы (4), нагреватель почвы (5), пьезосенсорный газоанализатор (8). Одновременно включаются измеритель температуры почвы (4) и нагреватель почвы (5), подсоединенные к контроллеру-1 (6). При достижении заданной температуры почвы одновременно выключаются нагреватель почвы (5) и закрываются затворы (7), включается пьезосенсорный анализатор газов (8), которые также связаны с контроллером-1 (6). При закрытии затворов (7) происходит насыщение камеры (1) парами летучего вещества, эмитирующего из почвы. Пропорционально концентрации летучего вещества в камере (3) меняется аналитический сигнал пьезосенсорного газоанализатора (8), который через блок передачи информации (9) передается в блок обработки, отображения и хранения информации (10). При наступлении равновесия в камере (3), когда аналитический сигнал перестает изменяться, с помощью контроллера-2 (11) связанные с ним пьезосенсорный газоанализатор (8) автоматически выключается, а затворы (7) переходят в открытое состояние. Через открытые затворы (7) в камеру (3) поступает чистый воздух, при этом происходит регенерация стенок камеры и пьезосенсорного газоанализатора. После регенерации устройства возможно повторное измерение эмиссии летучих веществ из почв.
Устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы позволяет повысить точность анализа благодаря использованию пьезосенсорного газоанализатора внутри камеры, что исключает стадии отбора, транспортирования и подготовки проб для анализа в лаборатории; благодаря затворам в стенках камеры, через которые осуществляется естественное вентилирование камеры и обеспечивается равномерная эмиссия паров летучих веществ из почвы, за счет нагревания почвы и контроля ее температуры. Нагреватель почвы позволяет проводить оценку эмиссии летучих веществ в широком интервале температур, в том числе в условиях заморозков. За счет автоматизации процессов измерения концентрации летучих веществ над почвами, вентилирования камеры, а также благодаря беспроводной передачи аналитического сигнала газоанализатора к блоку обработки, хранения и отображения информации снижается трудоемкость проводимых измерений.
Claims (1)
- Устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы, содержащее основание, устанавливаемое на почву, к которому герметично крепится камера, отличающееся тем, что устройство дополнительно оснащено пьезосенсорным газоанализатором, соединенным с блоками передачи аналитического сигнала газоанализатора, обработки аналитического сигнала, хранения и отображения информации, с контроллером-1 и контроллером-2, а в верхней части камеры закрепляются нагреватель почвы и измеритель температуры почвы, соединенные с контроллером-1, в стенках камеры расположены автоматически закрываемые и открываемые затворы, соединенные с контроллером-1 и контроллером-2.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813556C1 true RU2813556C1 (ru) | 2024-02-13 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU90212U1 (ru) * | 2009-08-12 | 2009-12-27 | Александр Михайлович Семенов | Система для количественного определения эмиссии газов из образцов почвы, компостов и других твердых субстратов |
| RU2518979C1 (ru) * | 2012-10-17 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) | Устройство для измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений |
| RU169373U1 (ru) * | 2016-06-27 | 2017-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Автоматическая камера для измерения потоков парниковых газов на поверхности раздела почва-атмосфера |
| RU215699U1 (ru) * | 2021-12-06 | 2022-12-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исполнительный центр "Карельский научный центр Российской академии наук" | Камера для измерения эмиссии газов с поверхности почвы |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU90212U1 (ru) * | 2009-08-12 | 2009-12-27 | Александр Михайлович Семенов | Система для количественного определения эмиссии газов из образцов почвы, компостов и других твердых субстратов |
| RU2518979C1 (ru) * | 2012-10-17 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) | Устройство для измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений |
| RU169373U1 (ru) * | 2016-06-27 | 2017-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Автоматическая камера для измерения потоков парниковых газов на поверхности раздела почва-атмосфера |
| RU215699U1 (ru) * | 2021-12-06 | 2022-12-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исполнительный центр "Карельский научный центр Российской академии наук" | Камера для измерения эмиссии газов с поверхности почвы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rolston et al. | 4.3 Gas Diffusivity | |
| Denmead et al. | Methods for measuring atmospheric gas transport in agricultural and forest systems | |
| Rapson et al. | Analytical techniques for measuring nitrous oxide | |
| Long et al. | Measurement of CO2 assimilation by plants in the field and the laboratory | |
| Iqbal et al. | Evaluation of photoacoustic infrared spectroscopy for simultaneous measurement of N 2 O and CO 2 gas concentrations and fluxes at the soil surface | |
| Ni et al. | Sampling and measurement of ammonia at animal facilities | |
| US8681336B2 (en) | System and method for determining flux of isotopologues | |
| Fuchs et al. | Determination of inlet transmission and conversion efficiencies for in situ measurements of the nocturnal nitrogen oxides, NO3, N2O5 and NO2, via pulsed cavity ring-down spectroscopy | |
| CN103105366A (zh) | Co2碳同位素红外光谱检测方法及装置 | |
| Pérez-Priego et al. | Analysing uncertainties in the calculation of fluxes using whole-plant chambers: random and systematic errors | |
| JPH0239735B2 (ru) | ||
| Cai et al. | Sensor for headspace pressure and H2O concentration measurements in closed vials by tunable diode laser absorption spectroscopy | |
| CN111879577B (zh) | 一种便携式植被源挥发性有机物采样系统及其工作方法 | |
| RU2813556C1 (ru) | Устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы | |
| Subke et al. | Soil chamber measurements | |
| Koller et al. | A null-point compensating system for simultaneous and continuous measurement of net photosynthesis and transpiration by controlled gas-stream analysis | |
| Xu et al. | A technique for measuring CO2 and water vapor profiles within and above plant canopies over short periods | |
| US20180136184A1 (en) | Rapid response curves and survey measurements | |
| US7087434B2 (en) | Automatic portable formaldehyde analyzer | |
| US4165630A (en) | Continuous in-stack pollutant monitoring system | |
| Teye et al. | Instrumentation, measurement and performance of three air quality measurement systems for dairy buildings | |
| WO2002077631A1 (es) | Instrumento y método para el análisis, identificación y cuantificacíon de gases o líquidos | |
| RU103400U1 (ru) | Лабораторный стенд для создания и контроля концентраций газообразных веществ при формировании базы спектральных данных и оценке технических характеристик фурье-спектрорадиометров | |
| Yang et al. | A laser absorption spectroscopy chamber system based on closed dynamic chamber method for multi-point synchronous monitoring ammonia emissions | |
| Nomura et al. | A new method of evaluating gas fluxes in a closed chamber system with theoretical consideration for dynamic characteristics of a concentration sensor |