专利名称：可三面自动开闭温室气体取样箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体取样箱，特别是指一种可以三面自动开闭的温室气体采样
箱，主要用于农林业环保温室气体取样。
技术背景 2007年12月，《联合国气候变化框架公约》第十三次缔约方会议(C0P13)通过了 "巴厘行动计划"，其中要求所有发达国家缔约方都要履行可测量、可报告、可核实的温室气 体减排承诺。 要实现农业源"可测量、可报告、可核实"的温室气体排放清单任务，必须以大量的 田间原位观测为基础。早在1997年联合国政府间气候变化专门委员会清单指南指出，农业 土壤痕量气体释放的研究重点应放在不同气候条件下原位测定1年或更长的时间基础上。 二氧化碳(C0》、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N20)是最主要的三大温室气体，目前用于测定(A、 CH4和N20等温室气体通量的方法主要包括箱式法和微气象学法。其中由于C02的浓度在 大气中可达几百至几千ppmv(百万分之一体积浓度单位)，可以使用微气象学法测定或红 外检测测定，而C仏和N20由于在大气环境中的浓度较低，只有几百至几千ppbv(十亿分之 一体积浓度单位)，现有的技术还不能通过微气象法的方式获得较为准确的测定结果，绝大 部分的测定还是基于传统的温室气体取样箱法技术，也称静态箱法。传统的静态箱法技术 在田间原位观测中起着重要的作用，但若使用手动观测，气体样品的采集、贮存、运输、分析 等工作量相当巨大，手动取样的时间间隔不可能太短，夜晚的取样分析也受到一定的限制，
很难实现大批量的密集采样分析，要实现全生育期、全年的田间原位观测，其难度相当大。 为了解决长时间原位农田温室气体观测中手动采样劳动强度大、采样间隔时间长、受天气 及夜间采样限制、分析及运输中样品污染等一系列问题，自上世纪90年代起国内外一些学 者不断尝试将密闭静态箱法与计算机自动控制结合起来，集气体的采集、分析于一体，实现 了温室气体的自动在线测定和长期定点监测。Heinemeyer和Kaiser于1996年首次研制 了由计算机控制的田间自动气体采样及在线分析系统，为连续自动采气分析奠定了基础。 Loftfield等人于1997年将样品自动取样系统、分析仪器气相色谱(GC)、计算机控制系统 和数据存储系统进行集成，实现了野外田间C02， N20和CH4三种温室气体同时在线测定，大 大提高了样品的分析效率。国内最早进行温室气体自动观测的是中国科学院大气物理所， 在引进德国自动观测仪器的基础上，自1990年起对德国自动观测系统进行改造，并开始研 制自动取样观测系统，在此基础上逐步发展了 C02、CH4和N20等温室气体自动田间采样观测 系统(专利号ZL92100938. 0和ZL96249356. 2)。 自动开闭温室气体静态箱是温室气体采样的经典配置，但在应用的过程中，存在 的主要问题是对作物及土壤环境影响较大，主要是静态箱罩在作物植株上，不能完全避免 对作物光照、水分、温度等生长环境的影响，其中对温度的影响最大。国内外大量文献报道 了静态箱在过程中对温度升高，有的温度升高达15 2(TC，对此的解决办法及主要优缺点 有1)縮短罩箱时间，但会降低测定的精度；2)在箱体外加保温层和反射层，即暗箱，只适宜手动测定，不能用于自动监测及长期测定；3)定期或不定期更换罩箱地点，只是分散对 单一地点的作物的影响，并且耗费人力较多；4)加装冷却风扇或空调，增加成本，并且效果 很有限。这些措施都在一定程度上降低了升温影响，但效果很有限或受到限制，有的措施成 本还较高。而且，大部分时间自动静态箱处于不采样的状态，如果不能很好地降低静态箱对 作物或土壤的影响，将导致箱内作物生长条件与箱外有较大的差异，降低静态箱测定温室 气体的代表性。另外，目前国内大部分取样箱主体透光材料仍采用有机玻璃制作，主要缺点 有透光率差、易老化、易破损、易划伤、易结露、重量大等；而且绝大多数的取样箱主体框架 用料为角铁喷漆或角钢，重量大、易变形、易生锈等缺点
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的主要目的在于从构造和材料上改进自动开启取样 箱，降低取样箱测定时对作物和土壤环境条件的影响，使测定时的条件更接近于环境条件， 更接近温室气体排放真实状况。 本实用新型提供一种可三面自动开闭温室气体取样箱，包括箱体主框架、箱主体
板、箱盖、围板以及箱脚，其中，所述箱盖为三个可以分别独立开闭的箱盖，分别连接一用于
控制箱盖开闭的气缸驱动装置；所述箱主体板为固定在主体框架前侧面和后侧面的两块聚
碳酸酯板；所述三个箱盖分别为连接于所述箱体主框架的左上顶端的上箱盖、连接于所述
箱体主框架的右上顶端的的右箱盖，以及连接于所述箱体主框架的左下底端的左箱盖，其
中，上箱盖向上打开，左箱盖和右箱盖打开方向相反；在所述箱体主框架的前后两侧面上沿
横向分别焊有一固定所述气缸驱动装置用的气缸支撑架，所述气缸驱动装置的气缸一端与
所述箱体主框架上的所述气缸支撑架连接，另一端与所述箱盖连接；所述气缸驱动装置包
括气缸、上进气口调节阀、下进气口调节阀以及两个气缸"U"型支架；所述气缸"U"型支架
由两个立部和一底部构成字母"U"形状，且在两个立部上打有与一螺栓配合的螺孔；所述
箱盖由不锈钢方管无缝焊接而成的箱盖框、两锁固气缸杆的螺栓、一个由"9"字条组成的
"口 "字形密封圈、两焊接于箱盖两侧的连接板、一不锈钢压框、以及一块固定于不锈钢压框
内的聚碳酸酯板构成；所述箱体主框架由不锈钢方管焊接构成；所述围板为无缝焊接于所
述箱体主框架底部四侧面上的不锈钢板，所述箱脚为焊接于箱体底部四个角上的四个底端
削尖的不锈钢角钢。另外，本实用新型提供的可三面自动开闭温室气体取样箱还包括一气
体混合装置，其安置在所述箱体内使用，包括一中空不锈钢圆杆、置于该中空不锈钢圆杆一
端头的一风扇连接头以及通过一锁定螺钉固定的一风扇。 采用了上述技术方案的本实用新型具有以下优点 1、采用三对独立作用的气缸来驱动三个箱盖的自动开启，并且侧面两扇箱盖分别
朝上及朝下(方向相反)打开，更有利于箱体空气与外界对流，在不取样打开箱体时，使箱
内作物生长的环境条件更接近于田间作物的真实生长环境，箱体对箱内作物及土壤的影响
大大降低，有利于更准确地模拟和估算农田的温室气体排放情况。 2、箱体主框架由优质不锈钢方管组成，具有重量轻、强度高、易密封等优点。 3、箱体透光材料采用双面加硬防磨及单面防结露涂层的聚碳酸酯板，相对于有机
玻璃板具有机械强度高、抗老化能力强、透光性好、重量轻、防刮花、防结露的优良特性。
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图1是本实用新型开启状态下的总体构造正视图 图2是本实用新型上箱盖的总体构造俯视图 图3是本实用新型上箱盖的剖视图 图4是本实用新型"U"型气缸支座的俯视图 图5是本实用新型"U"型气缸支座的正视图 图6是本实用新型"U"型气缸支座的左截面视图 图7是本实用新型气体混合装置示意图
具体实施方式
如图1所示，本实用新型可三面自动开启温室气体取样箱包括一箱体主框架10， 箱体主框架10上装有箱主体板50、上箱盖20、左箱盖30、右箱盖40、围板60、箱脚70、气缸 驱动装置80。另外，在箱体主框架10的内部还可以装有如图7所示的气体混合装置90配 合使用。 箱体主框架10的主体是由不同长度的不锈钢方管11组合无缝焊接而成的一个长 方体形框架，构成该长方体形框架四个侧棱的不锈钢方管11向下伸出，以便于构成后述的 箱脚70。在箱体主框架10前后两面的四周内侧无缝焊接有长方开的挡条框12，并在挡条 框12上朝向箱体内侧均匀地焊有若干螺钉13。挡条框12内附发泡硅胶封条(图中未示 出)，其上打有与螺钉13的位置对应的孔，并穿设在螺钉13上；该发泡硅胶密封条沿挡条 框12围成一个长方形的密封圈，在硅胶条接缝处用强力胶水粘接。 在箱体主框架10的顶部、左侧和右侧上分别装有上箱盖20、左箱盖30、右箱盖40 三个箱盖，由于三个箱盖的结构以及与箱体主框架10的连接是类似的，这里用上箱盖20的 结构以及与箱体主框架10的连接来进行举例说明。如图1、图2和图3所示，上箱盖20由 一由不锈钢方管无缝焊接而成的箱盖框21、两锁固气缸杆的螺栓23、一个由"9"字条组成 的"口 "字形密封圈24、两焊接于箱盖20两侧的连接板25、一不锈钢压框27、以及一块固 定于框21内的聚碳酸酯板51组成，其中，连接板25与箱盖框21连接；在箱盖框21上铺有 密封圈24，其材料为发泡硅橡胶，并均匀分布有螺纹孔；通过螺钉28由外向里将不锈钢压 框27、聚碳酸酯板51以及密封圈24的"9"字形细部依次锁固于箱盖框21上。为了连接三 个箱盖，在箱体主框架10的左上顶端、右上顶端和左下底端外侧两端分别焊有一对连接板 14。通过位于箱体主框架10左上顶端的连接板14、合页26以及连接板25将箱盖20与箱 体主框架10连接起来，因此上箱盖20可逆时针向上打开；右箱盖40通过位于箱体主框架 10右上顶端的连接板14与箱体主框架10连接，因此可逆时针向上打开；左箱盖30通过位 于箱体主框架10左下底端的连接板14与箱体主框架10连接，因此可逆时针向下打开。 在箱体主框架10的前侧面和后侧面上装有两块箱主体板50，其采用双面加硬防 刮防结露的聚碳酸酯板，并且在周边打有与螺钉13的位置对应的孔，通过该孔将箱主体板 50穿设在螺钉13上，并用螺帽固定于箱体主框架10上压紧密封。 在箱体主框架10的前后两侧面的近中部不锈钢方管11上沿横向分别焊有一固定 气缸用的气缸支撑架15，其也由不锈钢方管构成。在箱体主框架10的底部的四个侧面上与 不锈钢方管11配合无缝焊有由四块不锈钢板构成的一围板60，其形成一个密封的环状密封带。在四个底脚不锈钢方管ll的底部焊有四个横截面呈"L"形的不锈钢角钢，并将角钢 末端削尖以形成四个箱脚70。 本实用新型可三面自动开启温室气体取样箱包括三套气缸驱动装置80，分别用于 上述三个箱盖的独立开闭操作，这里用控制箱盖20开闭操作的气缸驱动装置80来举例说 明。如图1所示，每套气缸驱动装置80包括气缸81、上进气口调节阀82、下进气口调节阀 83以及两个气缸"U"型支架22，其中，一个气缸"U"型支架22焊接于箱体主框架10的气 缸支撑架15上，另一个气缸"U"型支架22焊接于箱盖20上。"U"型支架的详细结构如图 4、图5和图6所示，"U"型支架的立部和底部构成字母"U"形状，且在两个立部上打有与螺 栓23配合的螺孔。气缸81的尾端夹在固定于气缸支撑架15上的气缸"U"型支架22的两 个立部之间，并通过螺栓23锁固；气缸81另一端的气缸杆84端部夹在箱盖20上的"U"型 支架22的两个立部之间，并通过螺栓23锁固。 如图7所示，本实用新型中的气体混合装置90包括安装杆91、混合风扇92、连接 头93和锁定螺钉94，其中，安装杆91为一中空的不锈钢杆；连接头93由三段不同直径的 PVC塑料圆柱组成一体，其一端与安装杆91中心紧配合并由螺钉94锁固于安装杆91上，另 一端与混合风扇92轴心孔紧配合。 现结合图1说明本实用新型的田间安装及具体动作方式。取样箱依上述说明组装 好后，先在被罩作物四周依箱体大小挖一方形围沟，将箱体下部四个箱脚70及围板60的一 半左右埋入沟中并用土压实，将气体混合装置90的安装杆91的底部插入箱体中心位置的 土壤中。 本实用新型可配合外接的控制系统(图中未示)配合一起使用，该控制系统可包 括单片、计算机、电机、电磁阀等常用控制装置和设备。 气体混合装置90的动作由控制系统单独控制，在控制系统中可设定任意时间给 混合风扇92通/断电并控制其开闭，以便实现混合箱内气体或与箱外气体快速交换的需 求。 箱盖自动开闭通过气缸驱动装置80的动作来实现。可利用二位五通电磁阀(图 中未示)来单独控制三对气缸81的动作，该二位五通电磁阀与单片机或计算机等电连接以 控制其操作。二位五通电磁阀的进气口接有一空气压縮机或高压钢气瓶以提供动力，并且 二位五通电磁阀的两个供气口通过高压软管分别接入气缸81的上进气口调节阀82和下进 气口调节阀83以给气缸供气，上述调节阀可以通过调节进出气量的大小控制开闭的速度。 当需要某一箱盖关闭时，首先由单片机或电脑等控制系统发出指令，给控制此箱盖的二位 五通阀通电，电磁阀打开进行气路切换，使压縮空气通过高压软管和上进气口调节阀82流 入气缸81的上气室，同时使气缸81下气室中的压縮空气通过下进气口调节阀83和高压软 管与二位五通电磁阀的排气口相通；然后，压縮空气注入气缸81上气室，推动气缸81内的 活塞向下运动；活塞带动气缸杆84，气缸杆84带动箱盖向下运动；当箱盖运动到与箱体主 框架10接触后，在压縮空气压力的作用下，箱盖上的"口 "字形密封圈发生挤压形变，与箱 体主框架10上的不锈钢方管11紧密接触而形成密封面，将箱内外的空气隔离开来，从而实 现箱体的自动关闭动作。 取样均在箱体完全密闭时进行，一般至少取2次，分别是刚盖箱后和将要打开箱 之前进行。取样通过在保证密闭的情况下通入箱体内的一根采样管100进行(采样管IOO
6可从箱体围板60下面穿入，以土密封；或者在主体板50上开孔穿入，以过壁接头和密封圈 密封)，采样管100接入一电磁开关阀和抽气泵，由单片机或电脑控制电磁开关阀和抽气泵 的开启和关闭来实现取样。 当在完成取样之后需要开启箱盖时，首先由单片机或电脑控制系统发出指令，给 控制此箱盖的二位五通阀断电，电磁阀关闭，进行气路切换，使压縮空气通过高压软管与下 进气口调节阀83流入气缸81的下气室，同时使气缸81上气室中的压縮空气通过上进气口 调节阀82和高压软管与二位五通电磁阀的排气口相通；然后，压縮空气注入气缸81下气 室，推动气缸81内的活塞向上运动，活塞带动气缸杆84，气缸杆84带动箱盖20或箱盖30 或箱盖40向上运动，使箱盖与箱体主框架10分离，箱盖打开；当气缸81达到最大行程后箱 盖停止运动，气缸81下气室内压縮空气支撑箱盖的打开状态，从而实现取样箱的自动打开 动作。
权利要求一种可三面自动开闭温室气体取样箱，包括箱体主框架、箱主体板、箱盖、围板以及箱脚，其特征在于，所述箱盖为三个可以分别独立开闭的箱盖，分别连接一用于控制箱盖开闭的气缸驱动装置。
2. 如权利要求1所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，所述箱主体板 为固定在主体框架前侧面和后侧面的两块聚碳酸酯板。
3. 如权利要求1或2所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，所述三个箱 盖分别为连接于所述箱体主框架的左上顶端的上箱盖、连接于所述箱体主框架的右上顶端 的的右箱盖，以及连接于所述箱体主框架的左下底端的左箱盖，其中，上箱盖向上开启，左 箱盖和右箱盖开启方向相反。
4. 如权利要求3所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，在所述箱体主 框架的前后两侧面上沿横向分别焊有一固定所述气缸驱动装置用的气缸支撑架，所述气缸 驱动装置的气缸一端与所述箱体主框架上的所述气缸支撑架连接，另一端与所述箱盖连 接。
5. 如权利要求4所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，所述气缸驱动 装置包括气缸、上进气口调节阀、下进气口调节阀以及两个气缸"U"型支架。
6. 如权利要求5所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，所述气缸"U"型 支架由两个立部和一底部构成字母"U"形状，且在两个立部上打有与一螺栓配合的螺孔。
7. 如权利要求6所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，所述箱盖由不 锈钢方管无缝焊接而成的箱盖框、两锁固气缸杆的螺栓、一个由"9"字条组成的"口 "字形 密封圈、两焊接于箱盖两侧的连接板、一不锈钢压框、以及一块固定于不锈钢压框内的聚碳 酸酯板构成。
8. 如权利要求1所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，所述箱体主框 架由不锈钢方管焊接构成。
9. 如权利要求1所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，所述围板为无缝焊接于所述 箱体主框架底部四侧面上的不锈钢板，所述箱脚为焊接于箱体底部四个角上的四个底端削 尖的不锈钢角钢。
10. 如权利要求1所述的可三面自动开闭温室气体取样箱，其特征在于，还包括一气体 混合装置，其安置在所述箱体内使用，包括一中空不锈钢圆杆、置于该中空不锈钢圆杆一端 头的一风扇连接头以及通过一锁定螺钉固定的一风扇。
专利摘要本实用新型公开了一种可三面自动开闭温室气体取样箱，属于气体测量领域，包括箱体主框架、箱主体板、箱盖、围板以及箱脚，其中箱盖包括向上打开的上箱盖、向下打开的左箱盖以及向上打开的右箱盖，它们可以分别独立开闭，并且分别连接一用于控制箱盖开闭的气缸驱动装置；箱主体板为固定在主体框架前侧面和后侧面的两块聚碳酸酯板。本实用新型用于农林业环保温室气体取样，能提高测量的准确度，并具有重量轻、透光性好、易密封等优点。
文档编号G01N1/22GK201508293SQ200920223160
公开日2010年6月16日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者万运帆, 刘运通, 李玉娥, 高清竹 申请人:万运帆;李玉娥;高清竹;刘运通