8050型走航式二氧化碳檢測系統(tǒng)

我們常常將海水中CO₂的壓力(fCO₂)與覆蓋海洋表層大氣中CO₂的壓力的差值即△fCO₂作為海洋與大氣交換CO₂的熱力學(xué)驅(qū)動力。通量F表示為：F=k×s×△fCO₂，這里k表示氣體傳輸速率是風(fēng)速的函數(shù)；s表示溶解度是海水溫度和鹽度的函數(shù)；fCO₂直接與CO₂的分壓即pCO₂相關(guān)。然而自然界中，海水與大氣進(jìn)行CO₂交換的平衡狀態(tài)會因風(fēng)速、海水溫度和鹽度等因素不斷發(fā)生變化，從而很難測量海水與大氣交換CO₂的通量。然而由General Oeanics研發(fā)的8050型走航式二氧化碳檢測系統(tǒng)擁有的時間和空間分辨率完成這項(xiàng)工作。

8050型走航式二氧化碳檢測系統(tǒng)用來自動測量表層二氧化碳分壓（pCO₂）和大氣pCO₂。同時也可以外接意大利IDRONAUT公司OCEAN SEVEN 315 D 船用走航式多參數(shù)水質(zhì)儀，監(jiān)測表層海水的電導(dǎo)率、溶解氧、PH值、溫度、ORP和壓力（計(jì)算鹽度）等環(huán)境參數(shù)。

該系統(tǒng)是仿效卑爾根大學(xué)（University of Bergen）Graig Neill先前構(gòu)建的CO₂分析儀器并做了一些改進(jìn)。

系統(tǒng)可以用于船舶上走航式測量，也可以用于各種海上平臺。系統(tǒng)自動運(yùn)行，包括：

◎       平衡器，平衡海水中的CO₂，帶有一個頂部氣室作為分析室

◎       紅外分析儀（用戶提供），以測量在平衡器的頂部氣室內(nèi)的CO₂濃度

◎   整套系統(tǒng)的閥門和泵，用以控制和監(jiān)測海水的流動，平衡器的頂部氣室，海洋上的空氣以及CO₂標(biāo)準(zhǔn)氣體

◎       衛(wèi)星通信箱，提供GPS信號，大氣壓力測量，以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)的傳輸

◎   筆記本電腦，電腦接口和軟件，控制閥和泵并記錄數(shù)據(jù)（壓力，溫度，水流，分析儀響應(yīng)，日期，時間和位置）

   系統(tǒng)組成

系統(tǒng)分為三個密閉箱體：干箱（Dry Box）、濕箱（Wet Box）和衛(wèi)星通信箱（Satellite Deck Box）。

◎   干箱中放置Licor的CO₂分析儀，電控控制閥（控制流過分析儀的氣體），氣流傳感器，計(jì)算機(jī)和固態(tài)繼電器的接口。多達(dá)8種氣體的入口。每個入口具有一個針形閥，用于調(diào)節(jié)氣體流速。三路電磁控制氣體到分析室內(nèi)（平衡上部的氣室）。干箱與其他兩個箱之間的通訊采用RS485模塊和電纜。

◎   濕箱中包含主室和氣體平衡室，電驅(qū)動閥，壓力計(jì)，調(diào)節(jié)閥門，循環(huán)水過濾器，水流傳感器水流傳感器，氣壓計(jì)，溫度探頭，冷凝單元，兩個Naphion干燥管，三個空氣泵。后進(jìn)入濕盒中，海水進(jìn)入濕盒后，通過可重復(fù)使用的過濾器（可使用淡水自動沖洗）。過濾器后面有一個可調(diào)的閥門，可控制水樣進(jìn)入到平衡器內(nèi)。氣體與平衡器排氣孔周圍的空氣交換，了氣體中的CO₂濃度與主氣室內(nèi)的濃度一致。氣壓計(jì)和溫度傳感器連接到主要的平衡器內(nèi)。海水通過重力排出濕箱。

濕箱中的一個空氣泵將氣體從主平衡器的頂部氣室排出并使氣體通過冷凝器，Naphion干燥管，然后進(jìn)入二氧化碳分析儀。另一個泵從外部吸入空氣，并推動空氣通過冷凝器。之后氣流被分成兩股，一股流向通風(fēng)室，一股流向干燥管并進(jìn)入CO₂分析儀。通風(fēng)室經(jīng)過干燥的空氣在由第三空氣泵的作用下，又反向流過干燥管。

◎   衛(wèi)星通信箱可適應(yīng)多種氣候，含有銥星衛(wèi)星通信的調(diào)制解調(diào)器，高氣壓計(jì)，電源，和數(shù)據(jù)通信模塊。數(shù)據(jù)通信模塊和一個GPS相連。一個10芯電纜連接衛(wèi)星通信箱和干箱（標(biāo)配為25m的電纜；電纜長可達(dá)1000m）。

一個艙壁管用于連接一個Gill壓力端口和氣壓計(jì)（壓力端口未提供）。

◎         外形尺寸

系統(tǒng)連接示意圖

系統(tǒng)選擇配置的部件

◎   船只穿壁海水進(jìn)樣閥門管道是一套被Lloyd的水下直線型、自容式裝置，該裝置的暴露部件都是由塑料或不銹鋼材料制造的。如果發(fā)生災(zāi)難性故障時，一個截流裝置（含繼電器）將關(guān)閉外部采集海水的機(jī)。在距離殼體幾英寸下，一個取樣裝置采集海水（參見進(jìn)樣管道裝置的示意圖）。用戶可以在取樣裝置上選擇安裝一個溫度傳感器（即Idronaut的多參數(shù)系統(tǒng)的外部溫度傳感器，測量海洋表層的溫度）和一個釋放器（功能：抑制微生物的生長）。

◎ OCEAN SEVEN 315 船用走航式多參數(shù)水質(zhì)儀用于對淡水或海水環(huán)境的長期監(jiān)測及數(shù)據(jù)收集。儀器可配備兩個溫度計(jì)：主要的一個溫度計(jì)位于內(nèi)部，用來測量流過電導(dǎo)池水體的溫度，從而計(jì)算鹽度；另一個是遙測的溫度計(jì)，遙測距離可達(dá)15m，可選擇安裝，位于靠近船體進(jìn)水口的地方，用來測量水溫。整套設(shè)備安裝在一個緊湊的水的不銹鋼單元內(nèi)，測量室由透明的丙烯酸制成，容。測量室中的水體250mL，了短的響應(yīng)時間。內(nèi)置一個壓力傳感器，用來準(zhǔn)確測量流量。的傳感器都是由IDRONAUT制造，并遠(yuǎn)銷世界各地。該系統(tǒng)通過的電子設(shè)備，可以以20Hz的頻率實(shí)時測量，讀取，存儲和數(shù)據(jù)。通訊端口為RS232C串行端口，也可安裝RS485或藍(lán)牙通訊端口。其他兩個可選的模擬端口可外接熒光和濁度傳感器。內(nèi)置的512 內(nèi)存多可存儲4,000,000組數(shù)據(jù)。

在海水測量中，運(yùn)用教科文組織（UNCO）的公式通過計(jì)算測量得到的參數(shù)，亦可得到以下數(shù)據(jù)：鹽度，聲速，水密度，溶解氧（ppm）。