[实用新型]一种应用于开顶式气室的远程高精度CO2浓度自动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于开顶式气室的远程高精度CO₂浓度自动控制系统,属于生态学或农学等野外实验研究技术领域,特别涉及到全球变化因子(如CO₂浓度、温度等)野外控制实验的装置。

背景技术

近百年来，特别是近二三十年来，地球系统正经历着全球性显著变化，人类活动导致的大气CO₂浓度已从工业化前的约280μmol·mol-1(ppm)，增加到了2014年的398ppm，CO₂浓度增加的速率也在加快，年均增速达2.1ppm，据预测到2100年大气CO₂浓度将达到650～970ppm。CO₂浓度升高的施肥效应对陆地生态系统的碳循环和储量产生了深刻的影响，而后者的变化又会反馈于全球变化，加速或减缓全球气候变化进程。这一具争议性和挑战性问题的研究一直受到生态学家的极大关注，如何妥善应对全球变化问题，也事关我国经济社会可持续发展。

国内外关于野外控制实验模拟CO₂浓度升高的研究装置主要有开顶式气室(Open Top Chamber，OTC)和自由大气式装置(Free Air CO₂Enrichment，FACE)2种实验装置。FACE装置设备造价昂贵，维护及CO₂消耗费用很高，国内仅在水稻作物有应用，高费用导致很难广泛使用。相对来说，OTC装置更为经济可控，多为八边形或直筒柱形框架，室壁利用高透光材质(如玻璃、有机玻璃等)，可以有效降低了CO₂的耗散量，顶部呈平口或锥形收口敞开，自然采光，室内外空气流通，保持气室内外其它环境因素一致，使植物生长环境基本接近自然状态，对CO₂浓度控制效果较好，CO₂在气室内自由扩散，有效降低CO₂消耗量。

目前无论是利用FACE还是OTC装置来模拟CO₂浓度升高的实验，均是以当前全球背景大气CO₂浓度年均值为对照，设置并控制CO₂浓度在一个恒定的浓度，一般为比当前浓度高50％～200％，如550ppm、600ppm、750ppm等，然而，CO₂浓度本身也存在日动态、季节动态变化，随着植物光合作用吸收固定CO₂量的变化，自由大气中CO₂浓度也随之发生变化，而目前的恒定值CO₂浓度控制显然不能很好的刻画生态系统碳交换的实际过程，因此，本实用新型采用动态监测自由大气CO₂浓度的10min均值作为背景值，设定OTC内控制浓度以动态背景值为基准增加CO₂浓度，并通过无线传输和远程控制平台对整个系统进行在线监测和远程控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于开顶式气室的远程高精度CO₂浓度自动控制系统,以解决现有装置无法很好的刻画生态系统动态碳交换的实际过程的问题，并通过动态监测自由大气CO₂浓度的10min均值作为背景值，设定OTC内控制浓度以动态背景值为基准增加CO₂浓度，通过无线传输和远程控制平台对整个系统进行在线监测和远程控制。

本实用新型一种应用于开顶式气室的远程高精度CO₂浓度自动控制系统,整套系统主要包括CO₂传感器、CO₂浓度自动控制系统、CO₂气源供应装置、通气混匀装置、远程在线管理平台。

CO₂传感器采用高精度传感器模块，有效控制反馈时间，提高控制精度，气室内、外各一个。

CO₂浓度自动控制系统主要包括CO₂浓度信号转换模块、PID控制主机、电磁阀控制模块、风扇控制模块、数据储存与3G转发模块以及液晶触摸屏显示与控制模块。其中，PID控制主机中PLC是控制器的核心，PID控制主机同时与其他模块相连；CO₂浓度信号转换模块将模拟量转换输入，PID通过在PLC运算，通过电磁阀控制输出，风扇控制与电磁阀开启同步，PLC的数据输出到液晶显示屏，同时输出到数据存储和3G转发模块，再通过无线转发到云数据库。