[發明專利]一種快速確定有效體積的同化箱系統及使用方法

有效

• 申請號: 202010116604.8
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111256775B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張仁懿;薛偉;史小明;艾得協措
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G01F22/02
• 分類號: G01F22/02
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 李青

本發明公開一種快速確定有效體積的同化箱系統及使用方法，同化箱系統包括同化箱、CO₂分析器，同化箱和CO₂分析器之間通過CO₂進氣管路和CO₂出氣管路連通，同化箱內固設有傳感器模塊，傳感器模塊的傳感器包括氣壓、溫濕度、光照度傳感器；傳感器模塊通過同化箱側面密封的小孔連接數據采集/顯示模塊，同化箱上還設有壓力平衡裝置和CO₂氣體注入裝置；CO₂注入裝置包括穿板接頭和輸氣裝置，穿板接頭內部固設密封墊；壓力平衡裝置包括氣壓平衡細管，氣壓平衡細管一端固設在同化箱側壁、與同化箱內部連通，另外一端連接氣球或緩沖瓶。本發明可以保持被測對象正常生理、生態過程的前提下，快速、精確的確定體系中有效作用體積，消除被測對象形狀不規則的干擾。

技術領域

本發明涉及一種氣體通量的測量系統，具體為一種快速確定有效體積的同化箱系統及使用方法。

背景技術

在動物學、植物學和生態學的相關研究中，二氧化碳、甲烷、水蒸氣等氣體通量是基本的測量指標，這些指標的測量對研究生物(動植物、微生物等)能量代謝及物質循環等方面具有重要意義。當前測量氣體通量最常用的方法為閉路式的同化箱法，通過相應的氣體分析器測定同化箱內的氣體濃度，以一定時間內氣體濃度的變化值來計算被測對象的氣體通量。同化箱廣泛用于室內的控制實驗及野外的原位測量實驗：如昆蟲、鳥類及哺乳動物的呼吸速率測量、盆栽植物的光合/呼吸/蒸騰測量、土壤微生物的氣體通量測量以及野外群落溫室氣體通量的原位測量等。

科研工作者應用同化箱法的過程中，根據科研的特殊需求可對同化箱進行改進或擴展，如實現自動化控制或多路控制，提高儀器的使用效率同時節約人力成本，或適應具體科研或教學工作中的特殊目的需求等。雖然同化箱法已為科研工作者廣泛使用，并獲得了大量的成果，然而，當前針對該方法的應用仍然普遍存在以下問題：1.同化箱使用過程中，科研工作者往往忽略被測對象(動物、植物、土壤樣品及其容器等)自身的體積，置入被測對象后同化箱系統的實際作用體積被高估，最終導致氣體通量測量值與實際值相比偏高，而高估量取決于被測對象與同化箱系統的體積比。2.同化箱系統的實際體積由多個組分構成，對同化箱體積的精確計算造成困難，或將耗費大量的時間或精力，降低科研工作的效率和測量結果的可靠性。

同化箱系統的實際作用體積，傳統方法一般以下式精確計算：V＝V_a+V_c+V_b-V_m，式中V：同化箱系統的實際體積；V_a：分析器模塊體積；V_c：管路體積；V_b：同化箱箱體體積；V_m：被測對象占用的體積。雖然V_b和V_c可以在測量前測量的計算，但V_a和V_m的精確計算難度頗大。例如，分析器模塊需要氣泵驅動，氣泵前后管路和分析器內部空氣存在正壓或負壓，與同化箱的氣壓不一致，使V_a難以精確確定；被測對象的形狀往往不規則，測量和計算其體積(V_m)費時費力，且易對被測對象的氣體通量造成影響。

綜上所述，生物學及生態學等相關領域亟需開發或改進一種快速、精確地確定實際體積的同化箱系統及方法，以提高科研的工作效率及測量結果的可靠性。

發明內容

為解決以上現有問題，本發明基于“摩爾定律”(同溫同物質的量)的原理，以CO₂通量的測定為例，提供了一種快速、精確確定同化箱體系體積的系統及其使用方法。本發明通過以下技術方案實現。