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走航二氧化碳分析仪

走航式二氧化碳操控系统.jpg

海洋走航式二氧化碳分析系统技术原理


我们往往将海洋中二氧化碳的有效气压(fCO2)与盖住海洋表面大气中二氧化碳的有效气压的差值即△fCO2作为海洋与大气交换二氧化碳的热力学推动力。通量F表示为:F=k×s×△fCO2,这里k表示气体传输速率是风速的函数;s表示溶解能力是海水温度和盐度的函数;fCO2直接与二氧化碳的分压即pCO2相关。然而大自然中,海洋与大气进行二氧化碳交换的平衡状态会受到风速、海水温度和盐度等因素连续不断发生变化的影响,变得好难准确测量海洋与大气交换二氧化碳的通量。然而由GeneralOeanics研发的8050型走航式二氧化碳监测系统拥有一定的时间和空间分辨率,可以完成这项工作。


8050型走航式二氧化碳监测系统介绍

走航式二氧化碳抽水系统.jpg

8050型走航式二氧化碳监测系统用以自动化检测表面二氧化碳分压(pCO2)和大气pCO2。同时也能外接意大利IDRONAUT公司OCEANSEVEN315CTD船用走航式多参数水质仪,监测表面海水的电导率、溶解氧、PH值、温度、ORP、气压(计算盐度)、叶绿素、浊度等环境参数。

走航式多参数水质仪.gif

image009.png

系统可以用在科考船上走航式测量,也能用在不同海上平台。该系统可以实现自动化运行,其主要组件包括:
◎ 平衡器:气室顶部有一个喷嘴将海洋中溶解态的二氧化碳以气体的形式释放出来
◎ 红外分析仪/激光分析仪:用在测量平衡器中测量释放出来的气态二氧化碳的浓度
◎ 整套系统的阀门和泵,用在控制和监测海洋的流动、平衡器、海洋上空大气以及二氧化碳标气
◎ 卫星通信箱,进行GPS定位,大气压力数据测量,以及卫星数据的传输
笔记本电脑,电脑接口和软件,控制阀和泵并记录数据(气压,温度,水流,分析仪响应,日期,时间和位置)


8050型走航式二氧化碳监测系统组成

二氧化碳系统结构.png


系统分为4个密闭箱体:干箱(DryBox)、湿箱(WetBox)、卫星通信箱(SatelliteDeckBox)和激光分析仪。
◎ 干箱中放置电控阀(控制流过分析仪的气体)、气流传感器、计算机和固态继电器的接口以及8个气体接口。每个接口具有一个针形阀,用在调节气体流速。三路电磁阀控制气体到分析室内(平衡上部的气室)。干箱与其他两个箱之间的通讯采用RS485模块和电缆。

◎ 湿箱中包括主副平衡器、电驱动阀、压力计、可调节阀门、循环水过滤器、水流传感器、气压传感器、温度传感器、冷凝单元、两个Naphion干燥管、三个空气泵。后进到湿盒中,海水进到湿盒后,利用可循环使用的过滤装置(可使用淡水自动冲洗)。过滤装置后面会有一个可调的闸阀,可操纵水样进到到平衡器内。气体与平衡器排气孔周边的空气交换,保证了气体中的二氧化碳浓度与主气室内的浓度一致。气压传感器和温度传感器内置在主平衡器中。海水靠重力排出湿箱。
湿箱中的另一个空气泵将气体从主平衡器的顶部气室排出并使气体利用冷凝器、Naphion干燥管,然后进到二氧化碳分析仪。另另一个泵从外界吸入空气,并推动空气利用冷凝器。之后气流被分成两股,一股流入通风室,一股流入干燥管并进到二氧化碳分析仪。通风室经过干燥的空气在由第三空气泵的作用下,又反向流过干燥管
◎ 卫星通信箱可适应多种气候,含有铱星卫星通信的调制解调器、高精度气压传感器、电源和数据通讯模块。数据通信模块和另一个GPS相连,另一个10芯电缆连接卫星通信箱和干箱(标配为25m的电缆;电缆最长可达1000m)。
另一个舱壁管接头用于利用Gill压力孔与气压传感器相连接(标配不提供压力孔,如需要请说明)。
◎ 激光分析仪使用美国Picarro公司G2301型激光分析仪,该款分析仪较红外分析仪操作更加方便,数据更稳定,可靠性更高。

走航式二氧化碳分析仪运行流程.png


系统选择配置的构件
◎ 船只穿壁海水进样闸阀管道是一套被Lloyd认证的水下直线型、自容式设备,该设备的各种外露构件都是由朔料或不锈钢材料制作的。要是产生突发性故障时,另一个截流设备(含继电器)在海水距离壳体几英寸时将关掉外界采集海水的抽水泵。,备份采样设备将开始采集海水(参见进样管道设备的示意图)。用户可以在采样设备上选择安装另一个温度传感器(即Idronaut的多参数系统的遥测温度传感器,测量海洋表层的温度)和另一个氯气释放器(功能:抑制微生物的生长)。
◎ OCEANSEVEN315船用走航式多参数水质仪用于对淡水或海水环境的长期监测及数据收集。仪器可配备两个温度计:主要的另一个温度计位于内部,用来测量流过电导池水体的温度,从而计算盐度;另一个是遥测的温度计,遥测距离最大可达15m,可选择安装,位于靠近船体进水口的地方,用来精确测量水温。整套设备安装在一个紧凑的防水的不锈钢单元内,测量室由透明的丙烯酸制成,非常容易清洗。测量室中的水体只需250mL,保证了极短的响应时间。内置一个压力传感器,用来准确测量流量。所有的传感器都是由IDRONAUT制造,并远销世界各地。该系统可以以高达20Hz的频率实时测量、读取、存储和数据。通讯端口为RS232C串行端口,也可安装RS485或蓝牙通讯端口。其他两个可选的模拟端口可外接荧光和浊度传感器。内置的512 MB内存最多可存储4,000,000组数据。

参数

测量范围

精度

分辨率

时间常数

压力

0~10dbar

0.05%满量程

0.002%满量程

50ms

温度

-350

0.003

0.002

50ms

电导

0~70ms/cm

0.003ms/cm

0.0003ms/cm

50ms

溶解氧

0~50ppm

0.1ppm

0.01ppm

3s

0~500%sat

1%sat

0.1%sat

3s

pH

0~14pH

0.01pH

0.001pH

3s

氧化还原电位

+/-1000mV

1mV

0.1mV

3s

遥测温度

-350

0.01

0.002

3s

叶绿素

51550150

μg/l自动选择


灵敏度:1.00.33

0.10.033V/μg/l


浊度

25125500750FTU/NTU自动选择

0.050.2515FTU/NTU

0.0050.0250.10.5FTU/NTU


在海水测量中,运用联合国教科文组织(UNESCO)的公式通过计算测量得到的参数,亦可得到以下数据:盐度,声速,水密度,溶解氧(ppm)。

本文标签:二氧化碳