8050型走航式二氧化碳检测系统

 

 

我们常常将海水中CO₂的有效压力(fCO₂)与覆盖海洋表层大气中CO₂的有效压力的差值即△fCO₂作为海洋与大气交换CO₂的热力学驱动力。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表示溶解度是海水温度和盐度的函数；fCO₂直接与CO₂的分压即pCO₂相关。然而自然界中，海水与大气进行CO₂交换的平衡状态会因风速、海水温度和盐度等因素不断发生变化，从而很难精确测量海水与大气交换CO₂的通量。然而由General Oeanics研发的8050型走航式二氧化碳检测系统拥有足够的时间和空间分辨率完成这项工作。

8050型走航式二氧化碳检测系统用来自动测量表层二氧化碳分压（pCO₂）和大气pCO₂。同时也可以外接意大利IDRONAUT公司OCEAN SEVEN 315 CTD 船用走航式多参数水质仪，监测表层海水的电导率、溶解氧、PH值、温度、ORP和压力（计算盐度）等环境参数。

该系统是仿效卑尔根大学（University of Bergen）Graig Neill先前构建的CO₂分析仪器并做了一些改进。

系统可以用于船舶上走航式测量，也可以用于各种海上平台。系统完全自动运行，包括：

◎       平衡器，平衡海水中的CO₂，带有一个顶部气室作为分析室

◎       红外分析仪（用户提供），以测量在平衡器的顶部气室内的CO₂浓度

◎   整套系统的阀门和泵，用以控制和监测海水的流动，平衡器的顶部气室，海洋上的空气以及CO₂标准气体

◎       卫星通信箱，提供GPS信号，大气压力测量，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（压力，温度，水流，分析仪响应，日期，时间和位置）

系统组成

系统分为三个密闭箱体：干箱（Dry Box）、湿箱（Wet Box）和卫星通信箱（Satellite Deck Box）。

◎   干箱中放置Licor的CO₂分析仪，电控控制阀（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。多达8种气体的入口。每个入口具有一个针形阀，用于调节气体流速。三路电磁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。

 

◎   湿箱中包含主室和气体平衡室，电驱动阀，压力计，调节阀门，循环水过滤器，水流传感器水流传感器，气压计，温度探头，冷凝单元，两个Naphion干燥管，三个空气泵。后进入湿盒中，海水进入湿盒后，通过可重复使用的过滤器（可使用淡水自动冲洗）。过滤器后面有一个可调的阀门，可控制水样进入到平衡器内。气体与平衡器排气孔周围的空气交换，保证了气体中的CO₂浓度与主气室内的浓度一致。气压计和温度传感器连接到主要的平衡器内。海水通过重力排出湿箱。

湿箱中的一个空气泵将气体从主平衡器的顶部气室排出并使气体通过冷凝器，Naphion干燥管，然后进入二氧化碳分析仪。另一个泵从外部吸入空气，并推动空气通过冷凝器。之后气流被分成两股，一股流向通风室，一股流向干燥管并进入CO₂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，高精度气压计，电源，和数据通信模块。数据通信模块和一个GPS相连。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）。

一个舱壁管用于连接一个Gill压力端口和气压计（压力端口未提供）。

 

◎         外形尺寸

	长（cm）	宽（cm）	高（cm）
干箱	61	61	25.4
湿箱	61	61	25.4
卫星通信箱	35.6	26.7	20.4

 

系统连接示意图

 

   系统选择配置的部件

◎   船只穿壁海水进样阀门管道是一套被Lloyd认证的水下直线型、自容式装置，该装置的所有暴露部件都是由塑料或不锈钢材料制造的。如果发生灾难性故障时，一个截流装置（含继电器）将关闭外部采集海水的抽水机。在距离壳体几英寸下，一个取样装置采集海水（参见进样管道装置的示意图）。用户可以在取样装置上选择安装一个温度传感器（即Idronaut的多参数系统的外部温度传感器，测量海洋表层的温度）和一个氯气释放器（功能：抑制微生物的生长）。

 

◎   OCEAN SEVEN 315 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。该系统通过先进的电子设备，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	-3～50℃	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(1)
	0-500%sat	1%sat	0.1%sat	3s(1)
pH	0..14pH	0.01pH	0.001pH	3s
氧化还原电位	+/-1000mV	1mV	0.1mV	3s
遥测温度	-3～50℃	0.01℃	0.002℃	3s

 

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）。