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美國(guó)General Oceanics公司Model8050走航式二氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
我們常常將海水中CO2的有效壓力(fCO2)與覆蓋海洋表層大氣中CO2的有效壓力的差值即△fCO2作為海洋與大氣交換CO2的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)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(huì)因風(fēng)速、海水溫度和鹽度等因素不斷發(fā)生變化，從而很難精確測(cè)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(cè)系統(tǒng)擁有足夠的時(shí)間和空間分辨率完成這項(xiàng)工作。
8050型走航式二氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用來(lái)自動(dòng)測(cè)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 CTD船用走航式多參數(shù)水質(zhì)儀，監(jiān)測(cè)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)。
系統(tǒng)可以用于船舶上走航式測(cè)量，也可以用于各種海上平臺(tái)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，其主要組件包括：
◎平衡器：將海水中溶解態(tài)的CO2以氣體的形式釋放出來(lái)，氣室頂部有一個(gè)噴嘴
◎紅外分析儀（可用戶自己提供）：用于測(cè)量平衡器中釋放出來(lái)的氣態(tài)CO2的濃度
◎整套系統(tǒng)的閥門和泵，用于控制和監(jiān)測(cè)海水的流動(dòng)、平衡器、海洋上空大氣以及CO2標(biāo)氣
◎衛(wèi)星通信箱，進(jìn)行GPS定位，大氣壓力數(shù)據(jù)測(cè)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4個(gè)密閉箱體：干箱（Dry Box）、濕箱（Wet Box）、衛(wèi)星通信箱（Satellite Deck Box）和激光分析儀。
◎ 干箱中放置電控閥（控制流過(guò)分析儀的氣體）、氣流傳感器、計(jì)算機(jī)和固態(tài)繼電器的接口以及8個(gè)氣體接口。每個(gè)接口具有一個(gè)針形閥，用于調(diào)節(jié)氣體流速。三路電磁閥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。
◎ 濕箱中包含主副平衡器、電驅(qū)動(dòng)閥、壓力計(jì)、可調(diào)節(jié)閥門、循環(huán)水過(guò)濾器、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(guò)可重復(fù)使用的過(guò)濾器（可使用淡水自動(dòng)沖洗）。過(guò)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，保證了氣體中的CO2濃度與主氣室內(nèi)的濃度一致。氣壓計(jì)和溫度傳感器內(nèi)置在主平衡器中。海水靠重力排出濕箱。
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(guò)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(dòng)空氣通過(guò)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(guò)干燥的空氣在由第三空氣泵的作用下，又反向流過(guò)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、高精度氣壓計(jì)、電源和數(shù)據(jù)通訊模塊。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；電纜最長(zhǎng)可達(dá)1000m）。
一個(gè)艙壁管接頭用于通過(guò)Gill壓力孔與氣壓計(jì)相連接（標(biāo)配不提供壓力孔，如需要請(qǐng)說(shuō)明）。
◎ 激光分析儀使用美國(guó)Picarro公司G2301型激光分析儀，該款分析儀較紅外分析儀操作更加方便，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，可靠性更高。
◎ 外形尺寸
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長(zhǎng)（cm） |
寬（cm） |
高（cm） |
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干箱 |
61 |
61 |
25.4 |
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濕箱 |
61 |
61 |
25.4 |
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衛(wèi)星通信箱 |
35.6 |
26.7 |
20.4 |
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認(rèn)證的水下直線型、自容式裝置，該裝置的所有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)閉外部采集海水的抽水機(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)的遙測(cè)溫度傳感器，測(cè)量海洋表層的溫度）和一個(gè)氯氣釋放器（功能：抑制微生物的生長(zhǎng)）。
◎OCEAN SEVEN 315船用走航式多參數(shù)水質(zhì)儀用于對(duì)淡水或海水環(huán)境的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(lái)測(cè)量流過(guò)電導(dǎo)池水體的溫度，從而計(jì)算鹽度；另一個(gè)是遙測(cè)的溫度計(jì)，遙測(cè)距離最大可達(dá)15m，可選擇安裝，位于靠近船體進(jìn)水口的地方，用來(lái)精確測(cè)量水溫。整套設(shè)備安裝在一個(gè)緊湊的防水的不銹鋼單元內(nèi)，測(cè)量室由透明的丙烯酸制成，非常容易清洗。測(cè)量室中的水體只需250mL，保證了極短的響應(yīng)時(shí)間。內(nèi)置一個(gè)壓力傳感器，用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量流量。所有的傳感器都是由IDRONAUT制造，并遠(yuǎn)銷世界各地。該系統(tǒng)可以以高達(dá)20Hz的頻率實(shí)時(shí)測(cè)量、讀取、存儲(chǔ)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 MB內(nèi)存最多可存儲(chǔ)4,000,000組數(shù)據(jù)。
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參數(shù) |
測(cè)量范圍 |
精度 |
分辨率 |
時(shí)間常數(shù) |
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壓力 |
0~10dbar |
0.05%滿量程 |
0.002%滿量程 |
50ms |
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溫度 |
-3～50℃ |
0.003℃ |
0.002℃ |
50ms |
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電導(dǎo) |
0~70ms/cm |
0.003ms/cm |
0.0003ms/cm |
50ms |
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溶解氧 |
0~50ppm |
0.1ppm |
0.01ppm |
3s |
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0~500%sat |
1%sat |
0.1%sat |
3s |
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pH |
0~14pH |
0.01pH |
0.001pH |
3s |
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氧化還原電位 |
+/-1000mV |
1mV |
0.1mV |
3s |
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遙測(cè)溫度 |
-3～50℃ |
0.01℃ |
0.002℃ |
3s |
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葉綠素 |
5，15，50，150 μg/l自動(dòng)選擇 |
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靈敏度：1.0，0.33， 0.1，0.033V/μg/l |
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濁度 |
25，125，500，750FTU/NTU自動(dòng)選擇 |
0.05，0.25，1，5FTU/NTU |
0.005，0.025，0.1，0.5FTU/NTU |
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在海水測(cè)量中，運(yùn)用聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）的公式通過(guò)計(jì)算測(cè)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）。
國(guó)內(nèi)用戶
外形尺寸
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長(zhǎng)（cm） |
寬（cm） |
高（cm） |
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干箱 |
61 |
61 |
25.4 |
|
濕箱 |
61 |
61 |
25.4 |
|
衛(wèi)星通信箱 |
35.6 |
26.7 |
20.4 |
