一种采集土壤温室气体的自动取气装置及方法

1.本发明涉及土壤气体采集技术领域，尤其涉及到一种采集土壤温室气体的自动取气装置及方法。


背景技术：

2.研究土壤温室气体（co2、n2o、ch4）排放需要用静态取气箱取气，传统取气箱包括两个部分，下半部分的气箱底座和上半部分的盖子，盖子上有两个与橡胶塞相吻合的孔。取气前，其中一个孔用实心胶塞封住，另一个孔连接三通的胶塞，三通的另两端分别连接注射器和取气瓶（或者取气袋）。
3.1.取气前，将气箱的底座埋进土壤中10cm，作物生育期不再移动。用凡士林涂抹胶塞外壁和气箱盖子孔壁，确保封闭不漏气。
4.2.取样时，扣好盖子，在凹槽内加入少量水，将盖子轻轻转动，使其密封，保证气箱内的密闭环境。
5.3.取样0min取样：将气箱盖好后，将20ml注射器与三通相连，转动三通的方向，使注射器与气箱中的空间相通，用注射器抽取气箱空间中的气体20ml，转动三通，使气箱保持密闭，将注射器中的气体注入20ml气袋中，密封好气袋，带回实验室待测。
6.20min取样：待定时秒表响时，进行20min样品采集，将20ml注射器与三通相连，转动三通的方向，使注射器与气箱中的空间相通，用注射器抽取气箱空间中的气体20ml，转动三通，使气箱保持密闭，将注射器中的气体注入20ml气袋中，密封好气袋，带回实验室待测；40min取样：待定时秒表响时，进行40min样品采集，将20ml注射器与三通相连，转动三通的方向，使注射器与气箱中的空间相通，用注射器抽取气箱空间中的气体20ml，转动三通，使气箱保持密闭，将注射器中的气体注入20ml气袋中，密封好气袋，带回实验室待测。
7.但是上述的传统取气箱取气存在以下缺点需要改进：1、取出的气体不纯，注射器中吸取的气体易与空气交换，引起取出的气体不是需要测量的土壤气体，导致试验数据出现偏差。
8.2、活塞连接不紧，导致取气箱的气体不能完全被注射器吸取。
9.3、三通转换时，容易引起操作失误，导致取气失败。
10.4、取气箱内的气体混合不充分，容易导致试验误差较大。
11.5、需要人工操作，容易导致取气量误差较大，效率低下，并且需要人工计时，浪费人力。
12.6、气箱底座需要埋在土中不能移动，且气箱底座高出土壤水平面10cm，从而影响施肥、除草、机械收获等田间作业。


技术实现要素：

13.本发明针对现有技术的不足，提供一种采集土壤温室气体的自动取气装置及方
法，解决了上述问题，保证了取出气体与所需气体的一致性，提高了试验数据的准确性。
14.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种采集土壤温室气体的自动取气装置，包括下端开口的外套筒、密封设置在外套筒上端的取气盖，以及设置在外套筒中的自动取气部分，自动取气部分的出气口连接有延伸出外套筒的出气管，所述出气管的出气端连接气袋，外套筒的筒壁或者取气盖上开设有供出气管穿过的通孔，通孔的孔壁与出气管之间密封设置。
15.本方案在使用时，将外套筒埋于土壤中，通过自动取气部分的动作将外套筒内的气体吸至气袋中，将自动取气装置放到取样位置并设置好仪器参数后，进行自动取气，取气过程不需要人工参与，而且避免了与外部空气的混合，保证了试验数据的准确，降低了用人成本。
16.作为优化，所述出气管上安装有压力感应器和电磁阀，所述压力感应器与电磁阀、自动取气部分均电性连接。本优化方案通过设置压力感应器检测气袋内气体的压力，当压力达到设定值时，电磁阀自动关闭，自动取气部分自动停止，以避免气袋胀破。
17.作为优化，取气盖的上表面设有与所述电磁阀电性连接的控制面板，所述控制面板内置时间继电器，时间继电器与取气装置电性连接。本优化方案通过设置控制面板，方便对取气装置和电磁阀进行控制，通过设置时间继电器，便于对自动取气部分的动作进行定时，提高了取气作业的自动化水平。
18.作为优化，取气盖上还设有延伸至外套筒内孔的温度湿度实时测量装置，以及显示所述温度湿度实时测量装置所测温度和湿度的显示器。本优化方案的设置，便于工作人员及时获知外套筒内部气体的温度和湿度，增加数据的全面性。
19.作为优化，还包括上、下两端均敞口设置的内套筒，内套筒的上端自外套筒的下端沿轴向延伸至外套筒的内孔，内套筒的外壁与外套筒的内壁密封滑接。本优化方案通过设置内套筒，在不进行取气作业时，将外套筒和内套筒收缩，整体埋于土壤下，避免影响施肥、除草等田间作业，在需要取气时，将外套筒向上提升，在管路连接后即可进行取气作业。
20.作为优选，自动取气部分为涡轮风扇，涡轮风扇的壳体侧壁开设若干沿周向均匀分布的出气口。本优选方案选用涡轮风扇作为自动取气部分，利用涡轮风扇轴向进气、径向出气的特点，方便提高取气区域的均匀性，并且在涡轮风扇反转时，可对内套筒和外套筒内部的气体起到搅动作用，提高气体混合的均匀性。
21.本方案还提供一种采集土壤温室气体的方法，包括如下步骤：设置好取气间隔时间以及取气量，取气间隔时间分别为0min、20min、40min，每次操作取气量为20ml，即可开始取气工作；0分钟：涡轮风扇先反向转动，使内套筒和外套筒所形成的取气箱里的气体充分混合，然后涡轮风扇正转，将取气箱内的气体从进气口沿轴向吸入，并沿径向从第一出气口进入一号出气管，并依次经一号出气管上的压力感应器、电磁阀进入到一号气袋中，待一号气袋中的压力达到规定值时，一号出气管上的电磁阀自动关闭，涡轮风扇的电动机停止转动，即第一次取气完成；20分钟：涡轮风扇先反向转动，使取气箱里的气体充分混合，然后涡轮风扇正转，将取气箱内的气体从进气口沿轴向吸入，并沿径向从第二出气口进入二号出气管，并依次经二号出气管上的压力感应器、电磁阀进入到二号气袋中，待二号气袋中的压力达到规定
值时，二号出气管上的电磁阀自动关闭，涡轮风扇的电动机停止转动，即第二次取气完成。
22.40分钟：涡轮风扇先反向转动，使取气箱里的气体充分混合，然后涡轮风扇正转，将取气箱内的气体从进气口沿轴向吸入，并沿径向从第三出气口进入三号出气管，并依次经三号出气管上的压力感应器、电磁阀进入到三号气袋中，待三号气袋中的压力达到规定值时，三号出气管上的电磁阀自动关闭，涡轮风扇的电动机停止转动，即第三次取气完成；每次取气结束后记录取气盖上的显示器所显示的温度和湿度信息，三次取气结束后，打开取气盖，将各气袋取出。
23.本发明的有益效果为：1、安装好取气装置并设置好参数后，取气过程无需人工操作，并且可以定时自动取气，工作效率高，无需人工计时，节约了人工成本；2、自动取气装置可以设定取气时间，保证每个取气箱内的取气间隔相同，提高了间隔时间的准确性；3、利用涡轮风扇的反向转动，对取气箱内的气体起到搅动混合作用，使取出的气体为内部混合后的实际气体；4、自动取气过程在取气箱内进行，避免了内部气体与外界的混合，保证了试验数据的准确性；5、自动取气装置可以在取气的同时测定土壤温度和湿度；6、自动取气装置的可升降底座，可使底座在气箱使用期内都不影响田间机械操作。
附图说明
24.图1为本发明的取气箱结构示意图；图2为本发明出气管分布示意图；图中所示：1、内套筒，2、外套筒，3、取气盖，4、自动取气部分，5、出气管，6、取气箱，7、压力感应器，8、电磁阀， 9、气袋。
具体实施方式
25.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
26.如图1所示一种采集土壤温室气体的取气装置，包括下端开口的外套筒2、密封设置在外套筒上端的取气盖3、设置在外套筒中的自动取气部分4，以及上、下两端均敞口设置的内套筒1，内套筒的上端自外套筒的下端沿轴向延伸至外套筒的内孔，内套筒的外壁与外套筒的内壁密封滑接，内套筒和外套筒形成取气箱6，为了提高内套筒与外套筒之间的密封性，在内套筒的外壁设有密封环，将外套筒向上提升后，利用内套筒与外套筒之间的摩擦力防止外套筒自行下落。
27.自动取气部分的出气口连接有延伸出外套筒的出气管5，本实施例在外套筒的筒壁或者取气盖的侧壁开设有供出气管穿过的通孔，通孔的孔壁与出气管之间密封设置。
28.出气管的出气端可拆卸地连接气袋9，气袋可以根据需要进行更换，并且在出气管上安装有压力感应器7和电磁阀8，电磁阀位于气袋与压力感应器之间，保证了电磁阀切断
时气袋内部压力的准确性，所述压力感应器与电磁阀、自动取气部分均电性连接，压力感应器与电磁阀之间通过硬质橡皮管连通。
29.取气盖的上表面设有与所述电磁阀电性连接的控制面板，所述控制面板内置时间继电器，时间继电器与自动取气部分电性连接，以实现定时取气，以及开启和关闭电磁阀。取气盖上还设有给电器元件供电的电源。
30.取气盖上还设有延伸至外套筒内孔的温度湿度实时测量装置，以及显示所述温度湿度实时测量装置所测温度和湿度的显示器，温度湿度实时测量装置包括温度传感器和湿度传感器，用以测量取气箱内的气体温度和湿度。
31.作为优选方案，本实施例的自动取气部分为涡轮风扇，涡轮风扇的壳体将叶轮包裹，并设有轴向进气口和径向出气口，本实施例涡轮风扇的壳体侧壁开设三个沿周向均匀分布的出气口，分别为第一出气口、第二出气口和第三出气口，第一出气口通过一号出气管连通一号气袋，第二出气口通过二号出气管连通二号气袋，第三出气口通过三号出气管连通三号气袋。涡轮风扇的电机为高速电机，以保证由出气口排出的气体具有一定压力，能够满足取气要求。
32.使用本实施例的自动取气装置进行的采集土壤温室气体的方法，包括如下步骤：将外套筒提高到规定高度10cm，将取气盖连接好三个取气袋并与外套筒连接，通过控制面板设置好规定的取气间隔时间以及取气量，取气间隔时间分别为0min、20min、40min，取气量为20ml，即可开始取气工作；0分钟：高速电动机带动涡轮风扇先反向转动，使内套筒和外套筒所形成的取气箱6里的气体充分混合，此时涡轮风扇向气箱内吹风，对气箱内部气体进行搅动、混合；取气开始时，涡轮风扇正转，将取气箱内的气体从进气口沿轴向吸入，并沿径向从第一出气口进入一号出气管，并依次经一号出气管上的压力感应器、电磁阀进入到一号气袋中，待一号气袋中的压力达到规定值时，一号出气管上的电磁阀自动关闭，涡轮风扇的电动机停止转动，即第一次取气完成；20分钟：涡轮风扇先反向转动，使取气箱里的气体充分混合，然后涡轮风扇正转，将取气箱内的气体从进气口沿轴向吸入，并沿径向从第二出气口进入二号出气管，并依次经二号出气管上的压力感应器、电磁阀进入到二号气袋中，待二号气袋中的压力达到规定值时，二号出气管上的电磁阀自动关闭，涡轮风扇的电动机停止转动，即第二次取气完成；40分钟：涡轮风扇先反向转动，使取气箱里的气体充分混合，然后涡轮风扇正转，将取气箱内的气体从进气口沿轴向吸入，并沿径向从第三出气口进入三号出气管，并依次经三号出气管上的压力感应器、电磁阀进入到三号气袋中，待三号气袋中的压力达到规定值时，三号出气管上的电磁阀自动关闭，涡轮风扇的电动机停止转动，即第三次取气完成；每次取气结束后记录取气盖上的显示器所显示的温度和湿度信息，三次取气结束后，打开取气盖，将各气袋取出，更换新的取气袋，再移动到别的地方便可以继续取气。
33.本实施例的自动取气装置及取气方法在取气过程中，不需要人工参与，节约人力资源；可以自动定时取气，提高了工作效率；可以先对取气箱的气体充分混合，减小数据误差；外套筒可以根据需要上升、下降，减少对农业工作的影响；可以测出土壤的温度和湿度。
34.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非
是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。