銅-康銅熱電偶測(cè)溫技術(shù)在果樹(shù)研究中的應(yīng)用

摘要:通過(guò)制作標(biāo)定和選擇錫膜銅-康銅熱電偶用于果樹(shù)測(cè)溫。依據(jù)測(cè)溫對(duì)象和目的選用針式,、片狀,、球形測(cè)頭等用于果樹(shù)的生態(tài)環(huán)境,、樹(shù)體、器官和組織果實(shí)采后保鮮加工等方面的溫度檢測(cè),。配用精度高數(shù)字電壓表和萬(wàn)用表可隨機(jī)檢測(cè)各種溫度;配用微伏級(jí)多通道無(wú)紙記錄儀的高級(jí)形式能自動(dòng)檢測(cè)記錄多種動(dòng)態(tài)溫度,、溫差、溫度場(chǎng)的微變過(guò)程;采用計(jì)算機(jī)通訊處理數(shù)據(jù),信息存儲(chǔ)量大,數(shù)據(jù)不易丟失,查詢,、計(jì)算分析方便,，大大提高了測(cè)量和計(jì)算精度及工效。
       果樹(shù)研究中,無(wú)論是育種,、栽培還是果實(shí)采后研究,溫度都是重要的參數(shù)之一,溫度的檢測(cè)和記錄其精度和正確度對(duì)研究結(jié)果的水平具有重要的指數(shù)意義,。用于果樹(shù)研究的測(cè)溫技術(shù)很多,熱電偶是其中一種。它以簡(jiǎn)單,、可靠,、靈敏度高,熱惰性最小在果樹(shù)研究的測(cè)溫技術(shù)方面有很好的作用，尤其是在微環(huán)境,、動(dòng)態(tài)變化,、品溫及制冷工程的溫度檢測(cè)記錄方面具有更大的優(yōu)勢(shì),。
       熱電偶的種類很多，不同材料組成的熱電偶其適用條件,、測(cè)溫范圍,、靈敏度等不同。銅-康銅熱電偶由銅和康銅兩種材料配對(duì)組成,其質(zhì)地均勻,熱電勢(shì)較大(40µV/℃左右),靈敏度高,在-200~400℃溫度范圍內(nèi)具有良好線性",，它成本低廉,容易制作,適于果樹(shù)研究中的測(cè)溫應(yīng)用,。
1銅-康銅熱電偶的制作和選擇
       銅-康銅熱電偶是基于賽貝克熱電效應(yīng)的溫差熱電偶,它的兩個(gè)端點(diǎn)可直接測(cè)量溫差。
       若固定一端為參考端,，另一端可直接測(cè)出溫度,。選擇標(biāo)準(zhǔn)的銅絲和康銅絲,根據(jù)需要確定合適的長(zhǎng)度(一般10~20m左右),把兩個(gè)端點(diǎn)分別焊接成測(cè)頭,在銅絲的中間斷開(kāi)，分別焊接上相同的銅芯導(dǎo)線,導(dǎo)線另一端按正負(fù)極接入測(cè)量?jī)x表,形成一一個(gè)完整的溫差熱電偶測(cè)量回路圖1),。把熱電偶銅絲和康銅絲的一端焊接成測(cè)頭,稱測(cè)量端,。銅絲的另--端焊上銅芯導(dǎo)線為熱電偶的正極,康銅絲另-端焊上銅芯導(dǎo)線作為熱電偶的負(fù)極,焊接部位作為參考端,置入0℃的冰水中。兩根銅芯導(dǎo)線分別按正負(fù)極接入測(cè)量?jī)x表,，形成一個(gè)完整的測(cè)溫回路(圖2),。熱電偶的導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá)百米以上,能引入室內(nèi)檢測(cè)。
用市售的銅絲和康銅絲制做測(cè)溫?zé)犭娕?材料選擇需遵循一定的原則,選用均勻一致的直徑φ0.1~0.6mm的漆包康銅絲和塑膜漆包銅絲制作熱電偶,且要通過(guò)熱電偶標(biāo)定和選擇才能用于果樹(shù)和制冷工程的溫差,、溫度場(chǎng)等測(cè)量,。

2銅-康銅熱電偶在果樹(shù)測(cè)溫中的應(yīng)用
21銅-康銅熱電偶用于果樹(shù)生態(tài)環(huán)境的溫度測(cè)量
       果樹(shù)的生態(tài)環(huán)境溫度的檢測(cè)包括標(biāo)準(zhǔn)氣溫觀測(cè),果園、樹(shù)冠各部位的微生態(tài)環(huán)境以及土壤地下根系溫度場(chǎng)的檢測(cè),。
       氣溫檢測(cè)以鍍錫小保護(hù)管裝配的小球形測(cè)頭最好,。把這種測(cè)頭布置在標(biāo)準(zhǔn)的氣候百葉箱內(nèi),通過(guò)導(dǎo)線在儀表上顯示和記錄氣溫的動(dòng)態(tài)變化。果園中樹(shù)冠的氣溫溫度場(chǎng)檢測(cè)也采用小保護(hù)管球形測(cè)頭,根據(jù)研究需要,布置幾個(gè)或十幾個(gè)測(cè)頭,通過(guò)顯示記錄儀表檢測(cè)果樹(shù)樹(shù)冠不同部位的溫度動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,。一次布點(diǎn),長(zhǎng)期使用,。
       土壤的溫度檢測(cè)可采用球形測(cè)頭,也可采用針形測(cè)頭,測(cè)頭保護(hù)以薄膜塑料管套裝即可。根據(jù)研究需要,把測(cè)頭埋于樹(shù)冠下不同部位和不同深度的土壤內(nèi),通過(guò)引線和顯示記錄儀表檢測(cè)果樹(shù)根系土壤內(nèi)的溫度場(chǎng)和動(dòng)態(tài)微變過(guò)程,一次布點(diǎn)可多年使用,。
22銅-康銅熱電偶檢測(cè)果樹(shù)樹(shù)體,、器官和組織的溫度
       果樹(shù)樹(shù)體、器官和組織的溫度直接反映果樹(shù)生命的各種生理生化反應(yīng)過(guò)程,利用銅-康
       銅熱電偶的微型測(cè)頭可以在不損傷和以最小插點(diǎn)的形式檢測(cè)果樹(shù)器官和組織的溫度動(dòng)態(tài)變化,。
221樹(shù)體和枝條測(cè)溫.
       選用針式測(cè)頭按研究需要直接扎入樹(shù)體不同部位的韌皮部,、木質(zhì)部不同深度,測(cè)點(diǎn)部位用膠帶和綁繩固定好。通過(guò)引線和顯示記錄儀表檢測(cè)果樹(shù)樹(shù)體特定部位的溫度微變動(dòng)態(tài)過(guò)程,--次布點(diǎn),常年檢測(cè),。
222果樹(shù)葉片的溫度檢測(cè)
       果樹(shù)葉片用一-般測(cè)溫儀表都難以測(cè)得其真實(shí)溫度,而熱電偶的微小測(cè)頭和快速反映的特點(diǎn)適于葉片溫度的檢測(cè),。葉片測(cè)溫選用片狀微型裸測(cè)頭,通過(guò)夾持和粘貼把測(cè)頭固定在葉片的特定部位,引線固定在鄰近的枝條.上,不同位置的葉片和葉片正反面等部位都可以根據(jù)需要布置測(cè)點(diǎn)。通過(guò)顯示記錄儀表可檢測(cè)葉片溫度的微變動(dòng)態(tài)過(guò)程,一次布點(diǎn)可觀察葉片一個(gè)年的生命周期的溫度動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,。葉片的溫度檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)是選擇微型片狀測(cè)頭和保證緊貼葉面的固定和保持,防止風(fēng)搖雨刷使測(cè)頭脫落和葉片脫落,。
223果實(shí)的溫度檢測(cè)
       果實(shí)溫度檢測(cè)選用針式和片狀微型裸測(cè)頭。果實(shí)內(nèi)部不同部位測(cè)溫選用針式微型裸測(cè)頭，果實(shí)表面不同部位測(cè)溫選用片狀微型裸測(cè)頭,片狀微型裸測(cè)頭的布置和固定參照葉片布點(diǎn)方式,。針式測(cè)頭可插入果肉不同深度至果心中,。果實(shí)的不同部位、冠內(nèi)不同部位的果實(shí)都可以通過(guò)大量布置測(cè)點(diǎn)觀測(cè)其溫度的動(dòng)態(tài)微過(guò)程,。選擇合適的測(cè)頭和固定方式可以檢測(cè)果實(shí)特定階段的溫度動(dòng)態(tài)過(guò)程,也可以檢測(cè)果實(shí)在樹(shù)上的生長(zhǎng)發(fā)育溫度變化過(guò)程,隨著果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育,測(cè)頭位移和變化可以很方便地更正和重置,。
224果樹(shù)根系的溫度檢測(cè)
       果樹(shù)根系的溫度檢測(cè)選用針形和片狀微型裸測(cè)頭,結(jié)合土壤溫度測(cè)點(diǎn)埋設(shè),在選定的樹(shù)根上插入針形熱電偶測(cè)頭,樹(shù)根表面貼布片狀微型裸測(cè)頭,綁扎固定后再埋士即可。但需注意裸測(cè)頭及引線的埋土部分要有較好的絕緣性能,防止導(dǎo)電產(chǎn)生測(cè)量誤差,。果樹(shù)根系的溫度動(dòng)態(tài)檢測(cè)--次布點(diǎn)埋設(shè)可使用一年或多年,。
225果實(shí)采后保鮮加工過(guò)程的溫度檢測(cè)
       果實(shí)采后貯藏保鮮期主要是環(huán)境溫度果品溫度和制冷設(shè)施溫度檢測(cè)。氣溫檢測(cè)采用小球形微型裸測(cè)頭和小保護(hù)管微型測(cè)頭為主,品溫用針式微型測(cè)頭和片式微型測(cè)頭,制冷設(shè)施的溫度檢測(cè)低溫溫度場(chǎng)采用裸測(cè)頭,高溫溫度場(chǎng)(100℃~150℃)采用金屬質(zhì)小保護(hù)管測(cè)頭或針式測(cè)頭;果品加工過(guò)程中,在檢測(cè)130℃以下溫度時(shí)選用不銹鋼質(zhì)小保護(hù)管或裸測(cè)頭,，既保證高靈敏度又能達(dá)到食品安全性的要求,。果品保鮮環(huán)境溫度側(cè)頭一次布點(diǎn)常年使用,品溫和加工過(guò)程中的溫度檢測(cè)根據(jù)情況固定布點(diǎn)或隨機(jī)布點(diǎn)。
3銅-康銅熱電偶檢測(cè)溫差,、平均溫度和串聯(lián)型高熱電勢(shì)的果樹(shù)測(cè)溫
3.1溫差的直接測(cè)量
       銅-康銅熱電偶的測(cè)溫原理是是基于溫差熱電勢(shì)的產(chǎn)生,。因此利用熱電偶檢測(cè)不同環(huán)境部位,不同果樹(shù)器官和組織部位的溫差熱電勢(shì)可以直接讀取,不會(huì)出現(xiàn)使用其它類型的兩支測(cè)溫儀表計(jì)算溫差而產(chǎn)生儀表誤差和讀數(shù)誤差的現(xiàn)象。
       利用具有兩個(gè)測(cè)頭的溫差熱電偶分別布置到欲測(cè)溫差的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)上,在溫差熱電偶的銅絲中間引出兩根導(dǎo)線接到微伏檢測(cè)儀表或記錄儀上,兩測(cè)點(diǎn)的溫差即可在儀表上顯示記錄下來(lái),。若確定某個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度高于另--測(cè)點(diǎn)的溫度時(shí)為正”讀數(shù),相反,當(dāng)另一個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度高時(shí),，則儀表讀數(shù)為負(fù)讀數(shù),即可以通過(guò)儀表的正、負(fù)熱電勢(shì)值判定兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)溫度高低的轉(zhuǎn)化情況及溫差大小,。
3.2平均溫度的直接測(cè)量
       利用熱電偶的并聯(lián)特性,以多個(gè)熱電偶并聯(lián)使用的方式檢測(cè)果樹(shù)環(huán)境的平均溫度,即用多個(gè)熱電偶一臺(tái)儀表就可以直接讀取或記錄多點(diǎn)的平均溫度,不需要多臺(tái)儀表和經(jīng)過(guò)計(jì)算平均,靈敏度高,精度高,是檢測(cè)多點(diǎn)平均溫度簡(jiǎn)單,、實(shí)用,、正確的方法,。
3.3熱電偶串聯(lián)高熱電勢(shì)的果樹(shù)測(cè)溫
       銅-康銅熱電偶的熱電勢(shì)信號(hào)比較小，一般36~42µV/℃,串聯(lián)熱電偶可以提高其熱電勢(shì),。如10個(gè)熱電偶串聯(lián)使用,可以使熱電偶的單位熱電勢(shì)提高10倍,這樣使用10微伏級(jí)的測(cè)量?jī)x表也能達(dá)到0.1℃的精度,。串聯(lián)高熱電勢(shì)熱電偶可應(yīng)用于果樹(shù)氣溫的檢測(cè)。
4銅-康銅熱電偶果樹(shù)測(cè)溫的顯示和記錄儀表選擇
       銅-康銅熱電偶配套的顯示儀表種類很多,。如毫伏計(jì),、電子電位差計(jì)、數(shù)字電壓表,、數(shù)字萬(wàn)用表,、電位差式記錄儀、無(wú)紙記錄儀及電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等,。其中微伏級(jí)的無(wú)紙記錄儀用于溫度微小變化過(guò)程的自動(dòng)測(cè)記比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用,。錫膜銅-康銅熱電偶微型測(cè)頭,配套液晶顯示多通道微伏級(jí)無(wú)紙記錄儀,能應(yīng)用于果樹(shù)生態(tài)、土壤,、根系溫度場(chǎng),掛樹(shù)果實(shí)的溫度動(dòng)態(tài),果樹(shù)分生組織的溫度與某些生理過(guò)程的相關(guān)性,葉一果,、葉一氣溫差,果實(shí)凍結(jié)過(guò)程的測(cè)定印,果園氣候的動(dòng)態(tài)過(guò)程研究“3及果品貯藏保鮮冷庫(kù).制冷壓縮機(jī)組的工況分析，果品貯藏保鮮冷庫(kù)制冷壓縮機(jī)組的工況分析,果品貯藏環(huán)境的溫度場(chǎng),果品加工工藝的溫度檢測(cè)等。裝配有U盤(pán)和與上位機(jī)通訊的多通道無(wú)紙記錄儀測(cè)溫是功能齊全的高級(jí)形式,，其優(yōu)勢(shì)在于:測(cè)量容量大,、數(shù)據(jù)采集迅速而準(zhǔn)確,數(shù)十甚至上百個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)在很短時(shí)間完成采集、顯示,、存儲(chǔ)和打印記錄,。通過(guò)U盤(pán)和基地通訊形式連通計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),采集和處理后的大量數(shù)據(jù)存于U盤(pán)或移動(dòng)硬盤(pán)上,其存儲(chǔ)信息量大,數(shù)據(jù)不易丟失,計(jì)算機(jī)具備較完全的計(jì)算軟件,查詢和進(jìn)行計(jì)算分析很方便,大大提高了測(cè)量和計(jì)算精度以及工效。
        利用能測(cè)微伏信號(hào)的萬(wàn)用表和數(shù)字電壓表.等進(jìn)行隨機(jī)檢測(cè)具有簡(jiǎn)單,、方便和成本低的特點(diǎn),。
5小結(jié)和討論
       熱鍍錫膜銅-康銅熱電偶通過(guò)選擇和標(biāo)定應(yīng)用于果樹(shù)測(cè)溫,應(yīng)用范圍廣,靈敏度高,測(cè)溫精確,操作簡(jiǎn)單方便,實(shí)用性強(qiáng)。根據(jù)被測(cè)對(duì)象,選用針式,、片狀,、球形的裸測(cè)頭或小保護(hù)管測(cè)頭的銅-康銅熱電偶對(duì)果樹(shù)的生態(tài)環(huán)境、樹(shù)體器官和組織,、果實(shí),、根系果實(shí)采后保鮮加工等方面進(jìn)行溫度、溫度場(chǎng)或溫差的微變動(dòng)態(tài)過(guò)程測(cè)量,為溫度與果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育,、及生理生化過(guò)程的相關(guān)研究提供了先進(jìn),、準(zhǔn)確和實(shí)用的檢測(cè)技術(shù)。多個(gè)熱電偶并聯(lián)檢測(cè)平均溫度,精度高,方法簡(jiǎn)單,。多個(gè)熱電偶申聯(lián)檢測(cè)果樹(shù)氣溫可提高熱電勢(shì)測(cè)溫精度,。銅-康銅熱電偶配精度高數(shù)字電壓表和萬(wàn)用表,可隨機(jī)檢測(cè)各種溫度。選擇功能齊全的微伏級(jí)多通道無(wú)紙記錄儀和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)是目前銅-康銅熱電偶果樹(shù)測(cè)溫先進(jìn)高級(jí)的形式,。
銅-康銅熱電偶參考端裝置維持0℃的實(shí)用性及可操作性還需要進(jìn)一-步研究,。