一種水體－大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種水體－大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置，它包括一氣箱、一測(cè)量與控制裝置和一錨；其中，氣箱包括一底部敞口的箱體，箱體的底部敞口連接一圈狀的氣囊，氣囊上的一連接環(huán)連接錨；箱體內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有一液位計(jì)，頂部設(shè)置有一出氣嘴、一進(jìn)氣嘴、一溫度傳感器和一氣壓傳感器；出氣嘴和進(jìn)氣嘴分別連接測(cè)量與控制裝置上的進(jìn)氣嘴和出氣嘴；測(cè)量與控制裝置包括一甲烷濃度測(cè)量?jī)x、一數(shù)據(jù)采集單元和一數(shù)據(jù)處理單元，甲烷濃度測(cè)量?jī)x和數(shù)據(jù)采集單元的輸出端均電連接數(shù)據(jù)處理單元的輸入端；甲烷濃度測(cè)量?jī)x檢測(cè)甲烷氣體濃度，數(shù)據(jù)采集單元電連接溫度傳感器和氣壓傳感器的輸出端；數(shù)據(jù)處理單元中預(yù)設(shè)置有甲烷氣體在水體和大氣之間的通量計(jì)算公式。本實(shí)用新型專利技術(shù)適用于以水稻田、濕地、沼澤地、湖面、河流、海洋、污水等為下墊面的水體－大氣之間甲烷氣體的通量監(jiān)測(cè)。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種氣體通量測(cè)量裝置，特別是關(guān)于一種水體-大氣界面甲烷 氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置。
技術(shù)介紹
甲烷屬于主要溫室氣體之一，是一種長(zhǎng)生命周期的溫室氣體。甲烷的輻射強(qiáng)迫 值和對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn)、影響僅次于二氧化碳，尺度涉及到全球空間范圍，近年來 被人們普遍關(guān)注(文獻(xiàn) 1: IPCC, 2007，Climate Change 2007 the physical sciencebasis,世界環(huán)境，13-22)。為了提高人們對(duì)溫室氣體的認(rèn)識(shí)，應(yīng)對(duì)全球氣候變化，需要進(jìn)行全 球、區(qū)域尺度的甲烷氣體通量估算和評(píng)價(jià)，而進(jìn)行科學(xué)地估算和評(píng)價(jià)，必須首先進(jìn)行甲 烷氣體通量的實(shí)地觀測(cè)?，F(xiàn)有的水體-大氣甲烷氣體通量測(cè)定裝置，基本上都采用氣箱 收集、遠(yuǎn)距離送樣、進(jìn)氣相色譜的測(cè)定裝置來代替(文獻(xiàn)2:陳玉芬等，1996，氣相色譜 法測(cè)定稻田甲烷排放通量，環(huán)境科學(xué)研究，(4) 21-24 ；文獻(xiàn)3:仝川等，2008，閩江 河口感潮濕地入侵種互花米草甲烷通量及影響因子，地理科學(xué)，28(6) 826-832)，但上 述裝置和方法存在間接、操作復(fù)雜、成本高的問題，很少考慮取樣瞬間的溫度和氣壓， 難以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。目前未見有專門用于觀測(cè)水體_大氣甲烷氣體通量裝置方面 的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述問題，本技術(shù)的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，測(cè)量結(jié)果 準(zhǔn)確的水體_大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)采取以下技術(shù)方案一種水體-大氣界面甲烷氣 體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于它包括一氣箱、一測(cè)量與控制裝置和一錨；其 中，所述氣箱包括一底部敞口的箱體，所述箱體的底部敞口連接一圈狀的氣囊，所述氣 囊上的一連接環(huán)連接所述錨；所述箱體內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有一液位計(jì)，頂部設(shè)置有一出氣 嘴、一進(jìn)氣嘴、一溫度傳感器和一氣壓傳感器；所述出氣嘴和進(jìn)氣嘴分別連接所述測(cè)量 與控制裝置上的進(jìn)氣嘴和出氣嘴；所述測(cè)量與控制裝置包括一甲烷濃度測(cè)量?jī)x、一數(shù)據(jù) 采集單元和一數(shù)據(jù)處理單元，所述甲烷濃度測(cè)量?jī)x和數(shù)據(jù)采集單元的輸出端均電連接所 述數(shù)據(jù)處理單元的輸入端；所述甲烷濃度測(cè)量?jī)x檢測(cè)甲烷氣體濃度，所述數(shù)據(jù)采集單元 電連接所述溫度傳感器和氣壓傳感器的輸出端；所述數(shù)據(jù)處理單元中預(yù)設(shè)置有甲烷氣體 在水體和大氣之間的通量計(jì)算公式廠，，(H-h) (X2-XI) t 273 、,尸2、F 二M A--X---χ(-)χ(—) χ 3600L 」V {t2-t\) τη+ Tl' P式中tl和t2分別是測(cè)定初始和結(jié)束的時(shí)刻，Xl是時(shí)刻tl所述氣箱中甲烷氣 體濃度，X2是時(shí)刻t2所述氣箱中甲烷氣體濃度，H是所述氣箱的實(shí)際高度，h是通過液 位計(jì)測(cè)得所述氣箱內(nèi)的水深，T2是時(shí)刻t2所述氣箱中的氣體溫度，P2是時(shí)刻t2所述氣箱中的氣體壓強(qiáng)，P是標(biāo)準(zhǔn)狀況下的大氣壓強(qiáng)，M是甲烷氣體的摩爾質(zhì)量，V是標(biāo)準(zhǔn)狀 況下甲烷氣體的體積。 所述箱體的頂部中心具有一凸圈，所述凸圈通過一支撐件連接有一傘體，所述 傘體的直徑略大于充滿氣時(shí)的所述氣囊的直徑。所述凸圈螺紋連接所述支撐件，所述支撐件和傘體的頂部中心均設(shè)置有螺孔。所述測(cè)量與控制裝置還包括一存儲(chǔ)單元、一顯示單元和一電源，所述存儲(chǔ)單元 和顯示單元分別用于存儲(chǔ)和顯示所述數(shù)據(jù)采集單元獲得的每一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的甲烷濃度、 溫度、氣壓和氣箱內(nèi)的水深信息，以及所述數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算到的甲烷氣體在水體和大 氣之間的通量。所述氣囊上設(shè)置有一氣嘴。所述箱體中所述出氣嘴的長(zhǎng)度大于所述進(jìn)氣嘴，位于所述箱體中的溫度傳感器 的探測(cè)頭與所述箱體中出氣嘴位于同一水平面上。所述氣箱內(nèi)頂部設(shè)置有串聯(lián)的一電機(jī)和一風(fēng)扇，所述電機(jī)電連接所述測(cè)量與控 制裝置中的電源。所述液位計(jì)外設(shè)置有一連接在所述箱體內(nèi)側(cè)壁上的兩端敞口的圓筒。本技術(shù)由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本技術(shù)由于設(shè)置 了氣箱、測(cè)量與控制裝置和錨，檢測(cè)時(shí)只需要利用繩將錨投擲到觀測(cè)水面的下方，將氣 箱位置固定在一個(gè)較小范圍內(nèi)，然后原位取樣，實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容 易，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。2、本技術(shù)由于設(shè)置了一傘體，而且傘體的直徑略大于充滿氣體 時(shí)的氣囊的直徑，因此，避免光照干擾，以及下雨時(shí)雨水順著傘體流入水體中，減小對(duì) 氣箱等測(cè)定環(huán)境的影響，延長(zhǎng)了氣箱的使用壽命。3、本技術(shù)由于測(cè)量與控制裝置還 包括存儲(chǔ)單元，因此可以通過存儲(chǔ)單元將每一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的甲烷濃度、溫度、氣壓和氣箱 內(nèi)的水深信息以及甲烷氣體在水體和大氣之間的通量轉(zhuǎn)存至其他的存儲(chǔ)設(shè)備，以作為歷 史資料進(jìn)行記錄和備份。4、本技術(shù)由于測(cè)量與控制裝置還包括顯示單元，其可以 作為輸出設(shè)備實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的甲烷濃度、溫度、氣壓和氣箱內(nèi)的水深信息以 及甲烷氣體在水體和大氣之間的通量。5、本技術(shù)由于氣囊上設(shè)置有氣嘴，因此非 使用狀態(tài)時(shí)可以將氣囊中的氣體排出，減小體積，收取和攜帶方便。6、本技術(shù)由 于箱體中出氣嘴的長(zhǎng)度大于進(jìn)氣嘴，且與箱體中的溫度傳感器的探測(cè)頭位于同一水平面 上，因此可以更為準(zhǔn)確地量取待測(cè)氣體的溫度，提高測(cè)量精度。7、本技術(shù)由于氣箱 內(nèi)頂部設(shè)置有電機(jī)和風(fēng)扇，因此電風(fēng)扇可以向箱體中吹風(fēng)，進(jìn)而利于箱體內(nèi)氣體分布均 勻，使甲烷氣體采樣均勻，具有代表性。本技術(shù)適用于以水稻田、濕地、沼澤地、 湖面、河流、海洋、污水等為下墊面(下墊面是指與大氣下層直接接觸的地球表面。大 氣圈以地球的水、陸表面為其下界，稱為大氣層的下墊面。大氣的下墊面包括海洋、陸 地及陸上的高原、山地、平原、森林、草原、城市等等。下墊面的性質(zhì)和形狀，對(duì)大氣 的熱量、水份、干潔度和運(yùn)動(dòng)狀況有明顯的影響，在氣候的形成過程中起著重要的影響) 的水體-大氣界面之間甲烷氣體的通量監(jiān)測(cè)。附圖說明圖1是本技術(shù)裝置的連接示意圖圖2是沿圖1中A-A，線的剖視圖圖3是本技術(shù) 裝置中測(cè)量與控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1、圖2所示，本技術(shù)裝置包括一氣箱1、一測(cè)量與控制裝置2和一錨 3。其中，氣箱1通過繩4連接錨3，穩(wěn)定浮于水面，對(duì)位于氣箱1中水體-大氣界面處 的氣體進(jìn)行取樣，并將樣氣通過氣管5輸送給測(cè)量與控制裝置2，由測(cè)量與控制裝置2測(cè) 出水體_大氣界面處甲烷氣體的濃度變化。同時(shí)，氣箱1還對(duì)樣氣的溫度和氣壓進(jìn)行檢 測(cè)，并通過信號(hào)線6輸送給測(cè)量與控制裝置2。根據(jù)測(cè)得的水體-大氣界面處甲烷氣體的 濃度變化及其相應(yīng)的溫度和氣壓，測(cè)量與控制裝置2計(jì)算出水體_大氣界面之間甲烷氣體 的通量。本實(shí)施例中，繩4可以采用普通的尼龍繩，但不限于此。本技術(shù)裝置的氣箱1包括一底部敞口的箱體11，箱體11的底部敞口連接一 圈狀的氣囊12。氣囊12上設(shè)置有一連接環(huán)121和一氣嘴122，連接環(huán)121用于連接繩 4，通過氣嘴122可以往氣囊12中充氣，氣囊12充滿氣后可以浮在水面上，非使用狀態(tài) 時(shí)排出氣即可，收取和攜帶方便，而且不占空間。本實(shí)施例中，氣囊12必須耐腐蝕，其 可以采用類似于救生圈的橡膠材料制成，也可以采用符合上述要求的其它塑料制品。箱體11的內(nèi)側(cè)壁上連接有一兩端敞口的圓筒13，圓筒13中設(shè)置有一液位計(jì) 131，液位計(jì)131可以是漂浮在水面的一個(gè)浮子，通過浮子上的刻度變化可以隨時(shí)觀察到 箱體11中的水位，也本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水體－大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：它包括一氣箱、一測(cè)量與控制裝置和一錨；其中，所述氣箱包括一底部敞口的箱體，所述箱體的底部敞口連接一圈狀的氣囊，所述氣囊上的一連接環(huán)連接所述錨；所述箱體內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有一液位計(jì)，頂部設(shè)置有一出氣嘴、一進(jìn)氣嘴、一溫度傳感器和一氣壓傳感器；所述出氣嘴和進(jìn)氣嘴分別連接所述測(cè)量與控制裝置上的進(jìn)氣嘴和出氣嘴；所述測(cè)量與控制裝置包括一甲烷濃度測(cè)量?jī)x、一數(shù)據(jù)采集單元和一數(shù)據(jù)處理單元，所述甲烷濃度測(cè)量?jī)x和數(shù)據(jù)采集單元的輸出端均電連接所述數(shù)據(jù)處理單元的輸入端；所述甲烷濃度測(cè)量?jī)x檢測(cè)甲烷氣體濃度，所述數(shù)據(jù)采集單元電連接所述溫度傳感器和氣壓傳感器的輸出端；所述數(shù)據(jù)處理單元中預(yù)設(shè)置有甲烷氣體在水體和大氣之間的通量計(jì)算公式：Ｆ＝Ｍ×（Ｈ－ｈ）／Ｖ×（Ｘ２－Ｘ１）／（ｔ２－ｔ１）×（２７３／２７３＋Ｔ２）×（Ｐ２／Ｐ）×３６００式中：ｔ１和ｔ２分別是測(cè)定初始和結(jié)束的時(shí)刻，Ｘ１是時(shí)刻ｔ１所述氣箱中甲烷氣體濃度，Ｘ２是時(shí)刻ｔ２所述氣箱中甲烷氣體濃度，Ｈ是所述氣箱的實(shí)際高度，ｈ是通過液位計(jì)測(cè)得所述氣箱內(nèi)的水深，Ｔ２是時(shí)刻ｔ２所述氣箱中的氣體溫度，Ｐ２是時(shí)刻ｔ２所述氣箱中的氣體壓強(qiáng)，Ｐ是標(biāo)準(zhǔn)狀況下的大氣壓強(qiáng)，Ｍ是甲烷氣體的摩爾質(zhì)量，Ｖ是標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷氣體的體積。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水體-大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于它包括一氣 箱、一測(cè)量與控制裝置和一錨；其中，所述氣箱包括一底部敞口的箱體，所述箱體的底 部敞口連接一圈狀的氣囊，所述氣囊上的一連接環(huán)連接所述錨；所述箱體內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置 有一液位計(jì)，頂部設(shè)置有一出氣嘴、一進(jìn)氣嘴、一溫度傳感器和一氣壓傳感器；所述出 氣嘴和進(jìn)氣嘴分別連接所述測(cè)量與控制裝置上的進(jìn)氣嘴和出氣嘴；所述測(cè)量與控制裝置包括一甲烷濃度測(cè)量?jī)x、一數(shù)據(jù)采集單元和一數(shù)據(jù)處理單元， 所述甲烷濃度測(cè)量?jī)x和數(shù)據(jù)采集單元的輸出端均電連接所述數(shù)據(jù)處理單元的輸入端；所 述甲烷濃度測(cè)量?jī)x檢測(cè)甲烷氣體濃度，所述數(shù)據(jù)采集單元電連接所述溫度傳感器和氣壓 傳感器的輸出端；所述數(shù)據(jù)處理單元中預(yù)設(shè)置有甲烷氣體在水體和大氣之間的通量計(jì)算 公式2.如權(quán)利要求1所述的一種水體_大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在 于所述箱體的頂部中心具有一凸圈，所述凸圈通過一支撐件連接有一傘體，所述傘體 的直徑略大于充滿氣時(shí)的所述氣囊的直徑。3.如權(quán)利要求2所述的一種水體_大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置，其特征在 于所述凸圈螺紋連接所述支撐件，所述支撐件和傘體的頂部中心均設(shè)置有螺孔。4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種水體_大氣界面甲烷氣體通量的原位監(jiān)測(cè)裝置， 其特征在于所述測(cè)量與控制裝置還包括一存儲(chǔ)單元、一顯示單元和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高程達(dá)，唐青云，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京市華云分析儀器研究所有限公司，
類型：實(shí)用新型
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