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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)間和位置）

   系統(tǒng)組成

系統(tǒng)分為三個(gè)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(gè)入口具有一個(gè)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(gè)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(gè)Naphion干燥管，三個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)GPS相連。一個(gè)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(gè)艙壁管用于連接一個(gè)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(shí)，一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)溫度計(jì)：主要的一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)間。內(nèi)置一個(gè)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(shí)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(gè)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）。