用于开顶式气室模拟CO2倍增的不间断供气及远程预警设施的制作方法

本发明涉及用于开顶式气室模拟CO₂倍增的不间断供气及远程预警设施，属于生态学或农学等野外实验研究技术领域,特别涉及到全球变化因子(如CO₂浓度、温度等)野外控制实验的装置。

背景技术：

近百年来，特别是近二三十年来，地球系统正经历着全球性显著变化，人类活动导致的大气CO₂浓度已从工业化前的约280μmol·mol-1(ppm)，增加到了2005年的379ppm，据预测到2100年大气CO₂浓度将达到650～970ppm。CO₂浓度升高带来的温室效应对整个陆地生态系统都产生了深刻的影响，CO₂本身作为植物光合作用的底物，其浓度的升高对作物、植被的“施肥效应”也一直受到广泛关注。施肥效应能否长期维持及其对陆地生态系统碳源、碳汇的影响一直是研究的热点和难点。

国内外关于模拟CO₂浓度升高的施肥效应的研究装置主要有开顶式气室(Open Top Chamber，OTC)和自由大气式装置(Free Air CO₂ Enrichment，FACE)2种实验装置。FACE装置设备造价昂贵，消耗CO₂量极多，控制精度不高，无法大面积使用。相对来说，OTC装置更为经济可控，CO₂的耗散量低，应用较多。开顶式气室控制CO₂浓度实验装置一般采用的CO₂气源多为钢瓶气体，钢瓶气体在更换钢瓶时会造成气室供气中断，而且更换频率较高，费时费工且无法保证无间断供气，对实验影响较大。本发明应用A/B组钢瓶汇流集中供气原理实现连续供气，有效降低换气频率，换气瓶时开启备用钢瓶组，保证气体供应不中断，并对总流量计进行压力监控，阈值报警，通过远程无线传输信息提醒方式,提高了整个供气系统的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于开顶式气室模拟CO₂倍增的不间断供气及远程预警设施，应用该设施，可以有效的降低换气频率，保证连续供气，根据设定的报警阈值，对供气系统进行远程监控和预警，提高整个供气系统的可靠性。

具体技术方案为：一种用于开顶式气室模拟CO₂倍增的不间断供气及远程预警设施，包括硬件部分和远程预警部分，其中硬件部分采用可移动式汇流排，用软管同时连接A组、B组2组钢瓶支路，以下称为A支路和B支路,每个支路并联6～12瓶钢瓶，每个支路对应设6～12个稳压截止阀8，稳压截止阀通过软管9连接各个钢瓶，A、B支路通过气路管道截止阀与CO₂总通道分别连通，A、B支路之间也通过气路管道截止阀连通或关闭，CO₂总通道连接带有流量计和压力传感器的可加热CO₂减压阀4，其中，带有流量计和压力传感器的可加热CO₂减压阀4具体结构如下：可加热减压阀41连接流量计42，流量计42底部连接CO₂总通道的出气口，侧部连接压力传感器43，CO₂总通道的出气口连接有供气电磁阀44，压力传感器43和供气电磁阀44与远程预警部分相连。

其中，供气电磁阀44的开启和关闭通过远程预警部分的CO₂自动控制记录模块根据气室内反馈浓度信号进行控制，低于设定浓度开启，高于设定浓度关闭，压力传感器43与CO₂自动控制记录模块连接，将压力数据实时传输给CO₂自动控制记录模块，显示剩余气体压力，计算预估当前通气量条件下气体可供使用的时间，提前24小时，通过3G无线模块将压力数据、可供使用时间通过远程在线平台提供给研究人员，实现管路压力实时监测及气量余量自动报警功能。一般情况下，仅开启一侧支路供气(如仅打开A支路)，当气量较低需要换气，换气时先打开另一侧支路(B支路)与CO₂总通道之间气路管道截止阀，再关闭已用完气体的支路A与CO₂总通道之间气路管道截止阀，保证供气不中断，再打开A、B之间的通路，保证A组钢瓶气体全部消耗完，将A组所有钢瓶的稳压截止阀关闭，再关闭A、B之间的气路管道截止阀，仅开启B侧支路供气，将A组软管连接到新的一组钢瓶上，继续循环以上步骤，保证了供气不中断且不浪费气源。

其中远程预警部分包括：CO₂自动控制记录模块、液晶触摸屏显示与触摸控制、报警装置、Zegbee无线通信模块。CO₂自动控制记录模块与供气电磁阀及压力传感器相连，同时CO₂自动控制记录模块与液晶触摸屏显示与触摸控制相连；液晶触摸屏显示与触摸控制连接报警装置；报警装置通过Zegbee无线通信模块连接移动设备终端。根据设定供、断气的阈值，通过CO₂自动控制记录模块控制电磁阀的开启和关闭，从而控制出气和断气。并通过压力传感器将当前气路压力值通过CO₂自动控制记录仪模块转换后在液晶屏上显示，当压力低于阈值(即需要更换换气瓶)，启动报警装置，并通过Zegbee无线通信模块进行3G/4G信号转发，将信息远程无线传输到移动设备终端(如手机等)，从而实现对气体压力进行监控、阈值报警和远程无线传输提醒。

本发明的一种用于开顶式气室模拟CO₂倍增的不间断供气及远程预警设施，应用A/B组钢瓶替换汇流集中供气原理实现连续供气，有效降低换气频率，保证气体供应不中断，并对气体压力进行监控和阈值报警，通过远程无线传输方式在线显示和短信提醒,极大提高了整个开顶式模拟CO₂倍增控制实验的供气系统的可靠性、便捷性、安全性和智能化。

附图说明

图1所示为本发明的硬件部分结构示意图。

图2所示为带有流量计和压力传感器的可加热CO₂减压阀连接的局部示意图。

图3所示为本发明的远程预警部分示意图。

图中标号如下：

图1中：1为CO₂总通道，2为A支路，3为B支路，4为带有流量计和压力传感器的可加热CO₂减压阀，5为气路管道截止阀，6为带有单瓶开关的A支路钢瓶组，7为带有单瓶开关的B支路钢瓶组，8为稳压截止阀，9为软管。

图2中：1为CO₂总通道，41为可加热减压阀，42为流量计，43为压力传感器，44为供气电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种用于开顶式气室模拟CO₂倍增的不间断供气及远程预警设施，如图1、2、3所示，包括硬件部分和远程预警部分，其中硬件部分采用可移动式汇流排，用软管9同时连接A组、B组2组钢瓶支路，以下称为A支路2和B支路3,每个支路并联6～12瓶钢瓶，每个支路对应设6～12个稳压截止阀8，稳压截止阀通过软管9连接各个钢瓶，A、B支路通过气路管道截止阀5与CO₂总通道1分别连通，A、B支路之间也通过气路管道截止阀5连通或关闭，CO₂总通道1连接带有流量计和压力传感器的可加热CO₂减压阀4，其中，带有流量计和压力传感器的可加热CO₂减压阀4具体结构如下：可加热减压阀41连接流量计42，流量计42底部连接CO₂总通道的出气口，侧部连接压力传感器43，CO₂总通道的出气口连接有供气电磁阀44，压力传感器43和供气电磁阀44与远程预警部分相连。

其中，供气电磁阀44的开启和关闭通过远程预警部分的CO₂自动控制记录模块根据气室内反馈浓度信号进行控制，低于设定浓度开启，高于设定浓度关闭，压力传感器43与CO₂自动控制记录模块连接，将压力数据实时传输给CO₂自动控制记录模块，显示剩余气体压力，计算预估当前通气量条件下气体可供使用的时间，提前24小时，通过3G无线模块将压力数据、可供使用时间通过远程在线平台提供给研究人员，实现管路压力实时监测及气量余量自动报警功能。一般情况下，仅开启一侧支路供气(如仅打开A支路)，当气量较低需要换气，换气时先打开另一侧支路(B支路)与CO₂总通道之间气路管道截止阀，再关闭已用完气体的支路A与CO₂总通道之间气路管道截止阀，保证供气不中断，再打开A、B之间的通路，保证A组钢瓶气体全部消耗完，将A组所有钢瓶的稳压截止阀关闭，再关闭A、B之间的气路管道截止阀，仅开启B侧支路供气，将A组软管连接到新的一组钢瓶上，继续循环以上步骤，保证了供气不中断且不浪费气源。

如图3所示，其中远程预警部分包括：CO₂自动控制记录模块、液晶触摸屏显示与触摸控制、报警装置、Zegbee无线通信模块。根据设定供、断气的阈值，通过CO₂自动控制记录模块控制电磁阀的开启和关闭，从而控制出气和断气。并通过压力传感器将当前气路压力值通过CO₂自动控制记录仪模块转换后在液晶屏上显示，当压力低于阈值(即需要更换换气瓶)，启动报警装置，并通过Zegbee无线通信模块进行3G/4G信号转发，将信息远程无线传输到移动设备终端(如手机等)，从而实现对气体压力进行监控、阈值报警和远程无线传输提醒。