专利名称：一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及试验仪器设备技术领域，具体说是一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器。
背景技术：
众所周知，以气候变暖为主要特征的地球气候系统变化是不争的事实。在气候变暖的背景下，青藏高原地区多年冻土呈现不同程度的退化，可能引起多年冻土区大量的土壤有机碳和氮以温室气体的形式(如0)2和队0等)进入大气，表现出正反馈效应，因此，研究土壤温室气体的产生机制和影响因素，对于控制温室气体排放和保护干旱区、冻土区的生态环境具有重要的现实意义。在冻土活动层土壤冻融过程频繁发生时期，定位监测干旱区冻土层不同深度土壤中的温室气体，是土壤学、生态学、沙漠科学和冰冻圈科学研究工作者共同关注的热点问题。在敦煌莫高窟研究土壤温室气体浓度剖面分布及其与土壤理化性质的关系，有助于揭示土壤中温室气体产生、积累、运输以及向大气和洞窟内排放的生物和物理过程，对研究保护敦煌莫高窟文化和在全球土壤沙漠化研究中具有重要的意义。目前，研究者主要集中于地表温室气体的通量监测，而对土壤剖面温室气体的监测研究较少，这主要受到试验仪器的制约。由于冻土活动层土壤经常发生冻融交替作用，土壤水冻结成冰时经常会堵塞气体采集的进气孔，这给其他多孔土壤气体采集器在该区域的应用带来了很大障碍。目前已有研究者利用单个气孔对不同深度的土壤气体样品进行了监测，但由于它只代表某一深度的土壤气体，很难与具体深度范围的土壤理化性质结合起来分析温室气体的产生机制和影响因素，这给试验结果带来了很大的误差和不确定性。
发明内容综上所述，本实用新型的目的在于提供一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，该发明克服已有的土壤气体采集装置的缺陷，能在各种低温度、干旱、潮湿或冻融交替频发的野外环境下使用，提高试验的准确度。本实用新型的目的是通过以下技术来实现的一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，由取样器、控制柜和小气候采集系统构成取样器通过快速接头阀门连接快速接头软管；快速接头软管与控制柜上的进气阀门连接；控制柜上的出气阀门连接储气袋；控制柜内的逆变电源与蓄电瓶连接；太阳能电池板与太阳能充电器连接，蓄电瓶连接太阳能充电器和小气候采集系统；取样器包括取样器I、取样器II、取样器III、取样器IV、取样器V、取样器VI ；取样器由取样管、弯接头把手、塑料上盖、无毒硅胶管塞、防冻加热带、取样保护筒、塑料下堵头构成；取样保护筒下端筒壁开有微进气孔，其外壁包裹防冻加热带，顶端有塑料上盖，底部有塑料下堵头通过固定螺丝固定；取样保护筒内设置无毒硅胶管塞；取样管下端穿过无毒硅胶管塞中心孔，并通过管箍和螺母与无毒硅胶管塞固定；其上端穿过塑料上盖与弯接头把手连接；控制柜内置有真空泵、逆变电源和过滤器；其面板上设有指示灯、逆变电源开关、 气泵开关、加热带开关、气泵流量阀和电源插座；小气候采集系统由小气候采集仪、风速杯、风向标、空气温湿度传感器和地温传感器构成；电源插座通过加热带插头连接防冻加热带。本实用新型的优点及有益效果1、本实用新型可以根据不同试验目的，布设于各种低温、干旱、潮湿或冻融交替频发的野外土壤环境，主要是将取样保护筒按不同深度埋在土壤中，利用无毒硅胶管塞堵住采样微进气孔，防止水或它物进入取样筒内，保持采样筒内气体纯净无杂质。2、本实用新型在取样保护筒下端外壁包裹有加热带，在高海拔或寒冻地区进行取样时，如果微进气孔被水份冻结，可通过加热带将冰融化，使整个设备能够正常运行，而不用取出取样筒消冻或更换取样装置，极大提高了工作效率、减轻了劳动强度，节约了取样时间。3、本实用新型可以根据采集某一土壤深度范围内温室气体的要求加工筒式土壤剖面气体采集器装置，来采集不同深度范围的土壤温室气体，从而定期监测土壤剖面不同深度范围内的温室气体浓度。4、本实用新型通过太阳能给12伏蓄电瓶充电再通过逆变器将12V电压转换为220 伏工作电压，使本实用新型能够在野外正常开展工作，方便了在各种环境及地域进行土壤的气体采集，方便科研研究和考古地质土壤的选样。5、本实用新型通过微型真空气泵自动抽气来增加所采集的气体量，使其能有足够的气体量来完全满足不同温室气体浓度的测试需求，以此提高试验精确度；同时，微型真空泵利用出气阀门和带针头的出气管，能很方便地将所抽取的气体样品收集入采气袋。6、本实用新型由储气袋、出气阀门、出气管、控制柜、地表、蓄电瓶、电源线、硅胶管组成可移动式抽气设备，能在完成气体样品采集后拆卸并在其它采集点使用。7、本实用新型结构简单、操作方便，适用于各种低温、干旱、潮湿或冻融交替频发的野外环境(如高寒冻土区)，并且适合多点同时观测。8、本实用新型通过风速、风向、空气温湿度和地温传感器与采集仪组成小气候采集系统，同时收集取样时的小气候。
图1为本实用新型的结构示意图。图中1-取样器I 2-取样器II 3-取样器III 4-取样器IV 5_取样器V6-取样器VI 7-取样管8-弯接头把手9-塑料上盖10-无毒硅胶管塞11-螺母12-防冻加热带13-取样保护筒14-塑料下堵头15-取样微进气孔16-管箍17-螺丝18-快速接头阀门 19-加热带插头20-快速接头软管21-进气阀门22-真空泵23-逆变电源24-指示灯25-逆变电源开关26-气泵开关27-加热带开关28-蓄电瓶29-充电器30-太阳能电池板31-过滤器32-流量阀门33-控制柜34-出气阀门35-储气袋36-连接软管37-风速杯38-风向标39-空气温湿度传感器40-地温传感器41-电源插座42-小气候采集仪具体实施方式
以下结合附图1对本发明做进一步说明如图1所示，一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，由取样器、控制柜33和小气候采集系统构成取样器通过快速接头阀门18连接快速接头软管20 ；快速接头软管20与控制柜33 上的进气阀门21连接；控制柜33上的出气阀门34连接储气袋35 ；控制柜33内的逆变电源23与蓄电瓶观连接；太阳能电池板30与太阳能充电器四连接，蓄电瓶观连接太阳能充电器四和小气候采集系统；取样器包括取样器II、取样器112、取样器1113、取样器IV4、取样器V5、取样器 VI6，取样器由取样管7、弯接头把手8、塑料上盖9、无毒硅胶管塞10、防冻加热带12、取样保护筒13、塑料下堵头14构成，取样保护筒13下端筒壁开有微进气孔15，其外壁包裹防冻加热带12，顶端有塑料上盖9，底部有塑料下堵头19通过固定螺丝17固定，取样保护筒13内设置无毒硅胶管塞10 ；取样管7下端穿过无毒硅胶管塞10中心孔，并通过管箍16和螺母 11与无毒硅胶管塞10固定；其上端穿过塑料上盖9与弯接头把手8连接；控制柜33内置有真空泵22、逆变电源23和过滤器31 ；其面板上设有指示灯24、 逆变电源开关25、气泵开关沈、加热带开关27、气泵流量阀32和电源插座41 ；小气候采集系统由小气候采集仪42、风速杯37、风向标38、空气温湿度传感器39 和地温传感器40构成；电源插座41通过加热带插头19连接防冻加热带12。实施例首先，在选好的野外试验样地中埋设直径为38毫米、长度分别为300、400、500、 600,700毫米的不同深度防水防冻取样器，把无毒硅胶管塞10压至最低，完全堵住微进气孔15，避免其它气体和水分的渗入，取样管7上端连接弯接头把手8和快速接头阀门18 — 端，快速接头阀门18处于关闭状态，埋好后平衡一段时期；当观测时把可移动部分的控制柜33、蓄电瓶28和储气袋35，通过硅胶管组成可移动式抽气设备与取样快速接头阀门18另一端连接，将储气袋35连接出气阀门34，取样气体流量大小由流量阀门32控制；进行土壤气体采样时，把快速接头阀门18打开，用力上提弯接头把手8将取样管7连同无毒硅胶管塞10提起120毫米，通过取样保护筒13上的微进气孔15使取样保护筒13下端充满所需土壤气体，同时把已经安装好的可移动式抽气设备通过快速接头与阀门18另一端连接，采集气体时如果微进气孔15结冰，利用防冻加热带 12融化冰层，加热土壤温度化掉微进气孔15内的冰，使取样保护筒13上的微进气孔15气路畅通；最后打开控制柜33内的真空泵22达到抽取气样，通过储气袋35收集到所需的土壤气体；此点测完后，将快速接头阀门18卸下，关掉电源，拔掉快速接头软管20并转移到下一观测点进行以上操作。在5个样地内分别设置3个采样重复点，防水防冻取样器分别埋入地下300mm、 400mm、500mm、600mm、700mm的深度，尽量使取样保护筒13外表土壤保持原状，微进气孔15 与土壤通过取样管7完成取样过程，自5月下旬开始到10月中旬，以平均每5-10天的采样频率进行气体样品的采集，每次采集气体200毫升注入采样气袋内，编号记录运回实验室内进行及时分析。采样时间基本固定在每天上午8:30至10:00，同时分别同步采集小气侯数据。 本实用新型在试验或野外工作中，可根据需求，白天利用太阳能电池板30通过充电器四给蓄电瓶观充电，同时给由小气候采集仪42、风速杯37、风向标38、空气温湿度传感器39和地温传感器40组成的小气候采集系统供电，收集取样时的小气候值。
权利要求1.一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，由取样器、控制柜(33) 和小气候采集系统构成，其特征在于a.取样器通过快速接头阀门(18)连接快速接头软管00)；快速接头软管OO)与控制柜(33)上的进气阀门连接；控制柜(33)上的出气阀门(34)连接储气袋(35)；控制柜(33)内的逆变电源03)与蓄电瓶08)连接；太阳能电池板(30)与太阳能充电器09) 连接，蓄电瓶08)连接太阳能充电器09)和小气候采集系统；b.取样器包括取样器I(1)、取样器II (2)、取样器III (3)、取样器IV(4)、取样器V(5)、 取样器VI (6)；取样器由取样管(7)、弯接头把手(8)、塑料上盖(9)、无毒硅胶管塞(10)、防冻加热带(12)、取样保护筒(13)、塑料下堵头(14)构成；取样保护筒(13)下端筒壁开有微进气孔(15)，其外壁包裹防冻加热带(12)，顶端有塑料上盖(9)，底部有塑料下堵头(19)通过固定螺丝(17)固定；取样保护筒(1 内设置无毒硅胶管塞(10)；取样管(7)下端穿过无毒硅胶管塞(10)中心孔，并通过管箍(16)和螺母(11)与无毒硅胶管塞(10)固定，其上端穿过塑料上盖(9)与弯接头把手(8)连接；c.控制柜(3 内置有真空泵(22)、逆变电源和过滤器(31)；其面板上设有指示灯(M)、逆变电源开关(25)、气泵开关( )、加热带开关(27)、气泵流量阀(32)和电源插座 01)。
2.如权利要求1所述的一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，其特征在于所述小气候采集系统由小气候采集仪(42)、风速杯(37)、风向标(38)、空气温湿度传感器(3 和地温传感器GO)构成。
3.如权利要求1所述的一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，其特征在于所述电源插座Gl)通过加热带插头(19)连接防冻加热带(12)。
专利摘要一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器，由取样器、控制柜和小气候采集系统构成，取样保护筒下端筒壁开有微进气孔，其外壁包裹防冻加热带，顶端有塑料上盖，底部有塑料下堵头通过螺丝固定，筒内设置硅胶管塞；控制柜内置有真空泵、逆变电源和过滤器；小气候采集系统由小气候采集仪、风速杯、风向标、空气温湿度传感器和地温传感器构成。本实用新型可避免土壤微粒、水和冰对进气微孔的堵塞干扰；可采集某一深度范围的土壤温室气体，同时避免外界大气进入气体采集管；利用由气泵等组成的可移动式抽气设备抽气来增加所采集的气体量，可进一步消除试验误差，提高试验精确度；可根据试验要求布设至不同深度土壤中，来采集不同深度范围的土壤温室气体，从而定期监测土壤剖面各深度范围内的温室气体浓度；本实用新型结构简单、操作方便，适合多点同时观测。
文档编号G01N1/24GK202195972SQ20112025565
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者李宏, 李红寿, 汪万福, 赵晶, 赵爱国 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 敦煌研究院