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专利号: 2022110439170
申请人: 浙江农林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种土壤呼吸监测仪标定装置,包括有安装壳体,其特征在于,所述安装壳体前面板上嵌入安装有操作面板,所述操作面板包括有显示屏、控制按钮和中央处理单元;所述安装壳体的内部设置有扩散气室,所述扩散气室内部安装有二氧化碳浓度传感器,所述扩散气室的侧壁下端固定连接有进气口,两侧所述进气口内侧端口固定连接有三通接口A,两侧所述三通接口A之间连接有两根第一打孔软管;所述扩散气室的侧壁上端固定连接有出气口,两侧所述出气口内侧端口固定连接有三通接口B,两侧所述三通接口B之间固定连接有第二打孔软管;所述扩散气室的尾部固定连接有压差测量口,所述压差测量口外接有压差传感器;所述二氧化碳浓度传感器和压差传感器均与中央处理单元电性连接;所述扩散气室的顶端固定连接钢丝网,所述钢丝网上设置有均匀筛选且经杀菌处理的多孔介质和土壤碳通量测量仪底座。

2.根据权利要求1所述的一种土壤呼吸监测仪标定装置,其特征在于,所述扩散气室设计为圆柱形,直径为50cm,高为30cm,由不锈钢材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种土壤呼吸监测仪标定装置,其特征在于,所述二氧化碳浓度传感器固定安装在扩散气室内10cm高度处,所述二氧化碳浓度传感器共设置有5个,分别布置在充气气室内靠近四角及中央位置处。

4.根据权利要求3所述的一种土壤呼吸监测仪标定装置,其特征在于,所述进气口设置在扩散气室内相对底面高3cm处,所述进气口处固定安装有流量调节阀A;两侧所述进气口外部端口上固定连接有连通管A,两侧所述连通管A的末端均与三通接口C相连接,所述三通接口C的空闲端接口与精密气体流量计A的出口端相连接,所述精密气体流量计A的进口端与可监测和调控气体流速的二氧化碳气罐相连接。

5.根据权利要求4所述的一种土壤呼吸监测仪标定装置,其特征在于,所述出气口设置在扩散气室内相对底面高20cm处,所述出气口处固定安装有流量调节阀B;两侧所述出气口外部端口上固定连接有连通管B,两侧所述连通管B的末端均与三通接口D相连接,所述三通接口D的空闲端接口与精密气体流量计B的进口端相连接,所述精密气体流量计B的出口端与带有精密阀的抽气泵的吸气端相连接,所述抽气泵的出气端与气体分析仪相连接。

6.如权利要求5中任一所述的一种土壤呼吸监测仪标定装置所应用的土壤呼吸监测仪标定方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1、对二氧化碳浓度传感器进行统一校准,校准完成后将其安装到土壤呼吸仪标定装置的安装壳体内部,然后将钢丝网固定安装到扩散气室的顶端,在钢丝网上铺设经杀菌处理且均匀筛选的多孔介质,所铺设的介质厚度为5~10cm,最后在钢丝网中心处的多孔介质中插入土壤碳通量测量仪底座;

S2、设备连接、组装完成后,点击控制面板上的开关,点亮屏幕,同时开启二氧化碳气罐,并将二氧化碳气罐设置到合适的通气速率,然后通过连通管A向扩散气室内充气,并通过压差传感器记录扩散气室内外的压差变化,若压差示数为正,则表示扩散气室内外压差大于外界环境;

S3、打开抽气泵,根据进气口上连接的精密气体流量计A和压差传感器的示数,通过抽气泵本身的气流量调节旋钮对抽气流量进行调节,最终使得精密气体流量计A与出气口端连接的精密气体流量计B的示数一致,且压差传感器示数为0;

S4、同时显示屏和二氧化碳浓度传感器实时观测扩散气室内二氧化碳浓度变化,待扩散气室内二氧化碳浓度趋于稳定时,记录下此时精密气体流量计A的示数Cin和精密气体流量计B的示数Cout;

S5、根据S4中所得的精密气体流量计A的示数Cin和精密气体流量计B的示数Cout计算扩散气室内二氧化碳浓度趋于稳定时的碳通量;

S6、将需要验证的土壤碳通量测量仪稳定放置在多孔介质上的土壤碳通量测量仪底座上,通过二氧化碳气罐以相同的流速向扩散气室内通入二氧化碳,待土壤碳通量测量仪的示数稳定后,将此时测得的碳通量数据与S5中计算所得的碳通量数据进行对比分析,判断土壤碳通量测量仪是否准确。

7.根据权利要求6所述的一种土壤呼吸监测仪标定方法,其特征在于,所述S4中提到的扩散气室内二氧化碳浓度趋于稳定的标志为:扩散气室内所有的二氧化碳浓度传感器在20~30min内示数变化小于1%。

8.根据权利要求6所述的一种土壤呼吸监测仪标定方法,其特征在于,所述S5中提到的碳通量的计算原理是基于组分质量守恒定律,具体包括以下步骤:A1、根据对流扩散方程建立多孔介质上方二氧化碳气体浓度分布关系式:

其中,c表示二氧化碳浓度,t表示时间,f表示碳通量,z表示距离,V表示扩散气室的有效体积,S为气体源;

A2、由于装置所使用的多孔介质进行过杀菌处理和均匀筛分,故多孔介质中不存在任何生物源,即不会产生和消灭二氧化碳,因此S→0,所以将方程式(1)简化为:A3、由于计算时扩散气室内二氧化碳浓度趋于稳定,即 所以将方程式(2)进一步化解为:

A4、对A3中所得的方程式(3)进行积分变换,得出:

fout‑fin=V(Cout‑Cin)(4)

其中,fin和fout分别表示进、出扩散气室的二氧化碳通量,Cin和Cout分别表示精密气体流量计A和精密气体流量计B的示数,即进、出扩散气室的二氧化碳浓度;

A5、由于计算时压差传感器的示数为0,即fin=0,故将方程式(4)进一步改写为:

3

其中,Q表示进出扩散气室的气体流量,m /s;A表示扩散气室的水平面积;D表示扩散系数。