监测水体溶解甲烷和氧化亚氮浓度的装置的制作方法

本实用新型涉及水体监测领域，尤其是一种监测水体溶解痕量气体浓度的装置。

背景技术：

根据IPCC第五次评估报告显示，自工业革命以来，大气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体排放量显著增高，全球气温平均上升了0.85℃。气候变暖对地球环境和人类活动已经产生了显著的影响，如冰川体积缩小，海平面上升等。淡水生态系统是二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的重要排放源。然而，由于等量甲烷的大气增温潜能比二氧化碳高出20余倍。因此，测量水体中的甲烷和氧化亚氮浓度对准确地评估水域生态系统对大气甲烷和氧化亚氮释放通量的影响，及采取相应的措施减弱水域生态系统的温室气体释放等具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种监测水体溶解痕量气体浓度的装置，其性能可靠，结构简单，制造方便且不易损坏，并且成本低，现场操作简便，可以智能化管理。

本实用新型所采取的技术方案是，一种监测水体溶解痕量气体浓度的装置，包括反应系统、气液分离系统、气压平衡系统和测量系统，其中反应系统为筒体，内部中空，其顶部密封，顶部安装有进水管，底部连接有出水管；所述气液分离为设置于筒体内部的曝气设备；所述气压平衡系统为多圈缠绕在筒体侧壁外部的毛细管，毛细管的上端部穿透筒体侧壁与筒体内部连通，下端部与开口与大气连通；所述测量系统包括设置于筒体外部的温室气体分析仪，其进气端通过进气管与筒体内部连通，其出气端通过出气管与筒体内部连通。

进一步地，该筒体为透明玻璃材质，其侧壁设有水位高度测量尺，筒体内部还设有温度传感器。

进一步地，所述筒体顶部通过橡胶塞进行封闭，进水管、进气管和出气管均贯通橡胶塞连接到筒体内部。

进一步地，所述进水管的端部位于筒体内的下部，进气管的端部位于筒体内的上部，出气管的端部位于橡胶塞的底部。

进一步地，所述毛细管的孔径为0.8mm。

进一步地，所述曝气设备包括设置于筒体内部上方的曝气泵及筒体底部的曝气石，两者之间通过管道连接，筒体内的中部还设有风扇。

进一步地，所述进水管及出水管上均安装有的恒流泵，进水管远离筒体的一端还设有配重块。

进一步地，进气管和出气管上均安装有气路电磁阀；气路电磁阀设置有定时器。

该装置还可以包括控制器，将气路电磁阀、定时器、恒流泵、曝气泵其风扇均通过导线连接到控制器上，实现自动控制。

进一步地，所述曝气泵及风扇也安装有定时器。

本实用新型具有以下有益效果：

1）通过气液分离系统，利用曝气设备对待监测的水进行曝气，能够使得水气快速分离，可以在线监测不同水质水体溶解甲烷和氧化亚氮浓度或者不同水深水体溶解甲烷和氧化亚氮浓度，其所需时间短，观测5～10分钟后可用计算机在线拟合温室气体分析中的数据，通过亨利定律即可分析得出水体中溶解甲烷和氧化亚氮的浓度，同时也可以避免采用传统方法带回实验室监测离线监测产生的误差。

2）本装置采用的精准恒流泵，可以精准控制进水流量和出水流量，快速控制装置内进水高度，缩短实验水样的调节时间。

3）本装置还可设置控制器，将恒流泵、曝气泵、风扇等进行整合，实现智能控制，可以提高实验效率，有效的控制实验过程。其中气路电磁阀可以有效控制与温室气体分析仪相连接的进气管和出气管，当通电时气路电磁阀的气路才打开，断电时气路电磁阀的气路自动关闭，结合时间定时器可以智能控制温室气体分析仪对水体溶解甲烷和氧化亚氮浓度的监测时间；同时气液分离装置与时间定时器结合后，也可以智能控制曝气时长和风扇的工作时间。

4）本装置有平衡气压装置让装置内外连通，当装置进水时内外气压能保持稳定，可避免因气压变化而引起的误差。

5）本装置性能可靠，结构简单，制造方便且不易损坏，并且成本不高，现场操作简便。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图来进一步说明本实用新型，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

如图1所示，监测水体溶解痕量气体浓度的装置，包括反应系统、气液分离系统、气压平衡系统和测量系统，其中反应系统为筒体5，内部中空，其顶部密封，顶部安装有进水管1，底部连接有出水管2；所述气液分离为设置于筒体内部的曝气设备；所述气压平衡系统为多圈缠绕在筒体侧壁外部的毛细管6，毛细管的上端部穿透筒体侧壁与筒体内部连通，下端部与开口与大气连通；所述测量系统包括设置于筒体外部的温室气体分析仪15，其进气端通过进气管3与筒体内部连通，其出气端通过出气管4与筒体内部连通。进气管将筒体内的气体输到温室气体分析仪进行分析，分析完成后通过出气管再回到筒体内，以确保筒体内环境条件的恒定。

优选地方案中，该筒体5为透明玻璃材质，其侧壁设有水位高度测量尺16，筒体内部还设有温度传感器13。玻璃材质便于观察筒体内部情况，水位高度测量尺便于掌握筒体内部的水位。温度传感器便于掌控筒体内的温度。

优选地，所述筒体顶部通过橡胶塞8进行封闭，进水管1、进气管3和出气管4均贯通橡胶塞连接到筒体内部。进一步地，所述进水管1的端部位于筒体内的下部，进气管3的端部位于筒体内的上部，出气管4的端部位于橡胶塞的底部。

优选地，所述毛细管的孔径为0.8mm。通过毛细管让装置内外连通，当装置进水时内外气压能保持稳定。

优选地，所述曝气设备包括设置于筒体内部上方的曝气泵7及筒体底部的曝气石10，两者之间通过管道连接，筒体内的中部还设有风扇9。曝气泵7吸收装置上方气体，通过与曝气泵相连接的曝气石输送到待测水体内，产生的气泡会使得溶解在水体中的甲烷和氧化亚氮气体从水体中快速分离出来，通过风扇使得装置内上部空间的甲烷和氧化亚氮迅速达到平衡。

进一步地，所述进水管1及出水管2上均安装有的恒流泵14，进水管1远离筒体的一端还设有配重块17。通过恒流泵的设置，可以实现进水量和出水量的精确控制，快速控制筒体置内进水高度。

进一步地，该装置还包括控制器，进气管3和出气管4上均安装有气路电磁阀11；气路电磁阀11设置有定时器12。气路电磁阀可以有效控制进气和出气，当通电时气路电磁阀的气路才打开，断电时气路电磁阀的气路自动关闭，结合定时器可以智能控制水体溶解甲烷和氧化亚氮浓度的监测时间

更进一步地，所述曝气泵7及风扇9也安装有定时器12。使得气液分离装置与定时器结合，实现智能控制曝气时长。

进一步地，进水管远离筒体的一端设有刻度。

具体使用时，首先确定采样地点后，将该装置放置在采样点附近的平整地面上；若需要在沿河流、湖泊进行连续监测，则将该装置平稳放置在船上。将进水管1和进水管配重17伸入水体，并根据进水管上的刻度线控制在指定的水层或水深；将出水管2伸入距离进水管较远的水体中，避免出水处对进水处干扰；然后设定进水和出水的恒流泵14的流量以及工作时长，即可自动控制装置进水高度恒定。再设定与曝气泵7和风扇9相连接的定时器12，即可自动控制装置中曝气泵7和风扇9的工作时间段和时长。同时设定进气管3和出气管4相连接的气路电磁阀以及相应的定时器，即可自动控制装置监测的时长。最后，打开温室气体分析15，观测5～10分钟，通过亨利定律即可分析得出水体中溶解甲烷和氧化亚氮的浓度。