銅-康銅熱電偶測溫技術(shù)在果樹(shù)研究中的應用

摘要:通過(guò)制作標定和選擇錫膜銅-康銅熱電偶用于果樹(shù)測溫。依據測溫對象和目的選用針式、片狀、球形測頭等用于果樹(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。配用精度高數字電壓表和萬(wàn)用表可隨機檢測各種溫度;配用微伏級多通道無(wú)紙記錄儀的高級形式能自動(dòng)檢測記錄多種動(dòng)態(tài)溫度、溫差、溫度場(chǎng)的微變過(guò)程;采用計算機通訊處理數據,信息存儲量大,數據不易丟失,查詢(xún)、計算分析方便，大大提高了測量和計算精度及工效。
       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之一,溫度的檢測和記錄其精度和正確度對研究結果的水平具有重要的指數意義。用于果樹(shù)研究的測溫技術(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記錄方面具有更大的優(yōu)勢。
       熱電偶的種類(lèi)很多，不同材料組成的熱電偶其適用條件、測溫范圍、靈敏度等不同。銅-康銅熱電偶由銅和康銅兩種材料配對組成,其質(zhì)地均勻,熱電勢較大(40µV/℃左右),靈敏度高,在-200~400℃溫度范圍內具有良好線(xiàn)性"，它成本低廉,容易制作,適于果樹(shù)研究中的測溫應用。
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的溫差熱電偶,它的兩個(gè)端點(diǎn)可直接測量溫差。
       若固定一端為參考端，另一端可直接測出溫度。選擇標準的銅絲和康銅絲,根據需要確定合適的長(cháng)度(一般10~20m左右),把兩個(gè)端點(diǎn)分別焊接成測頭,在銅絲的中間斷開(kāi)，分別焊接上相同的銅芯導線(xiàn),導線(xiàn)另一端按正負極接入測量?jì)x表,形成一一個(gè)完整的溫差熱電偶測量回路圖1)。把熱電偶銅絲和康銅絲的一端焊接成測頭,稱(chēng)測量端。銅絲的另--端焊上銅芯導線(xiàn)為熱電偶的正極,康銅絲另-端焊上銅芯導線(xiàn)作為熱電偶的負極,焊接部位作為參考端,置入0℃的冰水中。兩根銅芯導線(xiàn)分別按正負極接入測量?jì)x表，形成一個(gè)完整的測溫回路(圖2)。熱電偶的導線(xiàn)長(cháng)度可達百米以上,能引入室內檢測。
用市售的銅絲和康銅絲制做測溫熱電偶,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)等測量。

2銅-康銅熱電偶在果樹(shù)測溫中的應用
21銅-康銅熱電偶用于果樹(shù)生態(tài)環(huán)境的溫度測量
       果樹(shù)的生態(tài)環(huán)境溫度的檢測包括標準氣溫觀(guān)測,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。
       氣溫檢測以鍍錫小保護管裝配的小球形測頭最好。把這種測頭布置在標準的氣候百葉箱內,通過(guò)導線(xiàn)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)檢測也采用小保護管球形測頭,根據研究需要,布置幾個(gè)或十幾個(gè)測頭,通過(guò)顯示記錄儀表檢測果樹(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(cháng)期使用。
       土壤的溫度檢測可采用球形測頭,也可采用針形測頭,測頭保護以薄膜塑料管套裝即可。根據研究需要,把測頭埋于樹(shù)冠下不同部位和不同深度的土壤內,通過(guò)引線(xiàn)和顯示記錄儀表檢測果樹(shù)根系土壤內的溫度場(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過(guò)程,利用銅-康
       銅熱電偶的微型測頭可以在不損傷和以最小插點(diǎn)的形式檢測果樹(shù)器官和組織的溫度動(dòng)態(tài)變化。
221樹(shù)體和枝條測溫.
       選用針式測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,測點(diǎn)部位用膠帶和綁繩固定好。通過(guò)引線(xiàn)和顯示記錄儀表檢測果樹(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。
222果樹(shù)葉片的溫度檢測
       果樹(shù)葉片用一-般測溫儀表都難以測得其真實(shí)溫度,而熱電偶的微小測頭和快速反映的特點(diǎn)適于葉片溫度的檢測。葉片測溫選用片狀微型裸測頭,通過(guò)夾持和粘貼把測頭固定在葉片的特定部位,引線(xiàn)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需要布置測點(diǎn)。通過(guò)顯示記錄儀表可檢測葉片溫度的微變動(dòng)態(tài)過(guò)程,一次布點(diǎn)可觀(guān)察葉片一個(gè)年的生命周期的溫度動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。葉片的溫度檢測關(guān)鍵技術(shù)是選擇微型片狀測頭和保證緊貼葉面的固定和保持,防止風(fēng)搖雨刷使測頭脫落和葉片脫落。
223果實(shí)的溫度檢測
       果實(shí)溫度檢測選用針式和片狀微型裸測頭。果實(shí)內部不同部位測溫選用針式微型裸測頭，果實(shí)表面不同部位測溫選用片狀微型裸測頭,片狀微型裸測頭的布置和固定參照葉片布點(diǎn)方式。針式測頭可插入果肉不同深度至果心中。果實(shí)的不同部位、冠內不同部位的果實(shí)都可以通過(guò)大量布置測點(diǎn)觀(guān)測其溫度的動(dòng)態(tài)微過(guò)程。選擇合適的測頭和固定方式可以檢測果實(shí)特定階段的溫度動(dòng)態(tài)過(guò)程,也可以檢測果實(shí)在樹(shù)上的生長(cháng)發(fā)育溫度變化過(guò)程,隨著(zhù)果實(shí)的生長(cháng)發(fā)育,測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
       果樹(shù)根系的溫度檢測選用針形和片狀微型裸測頭,結合土壤溫度測點(diǎn)埋設,在選定的樹(shù)根上插入針形熱電偶測頭,樹(shù)根表面貼布片狀微型裸測頭,綁扎固定后再埋士即可。但需注意裸測頭及引線(xiàn)的埋土部分要有較好的絕緣性能,防止導電產(chǎn)生測量誤差。果樹(shù)根系的溫度動(dòng)態(tài)檢測--次布點(diǎn)埋設可使用一年或多年。
225果實(shí)采后保鮮加工過(guò)程的溫度檢測
       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施溫度檢測。氣溫檢測采用小球形微型裸測頭和小保護管微型測頭為主,品溫用針式微型測頭和片式微型測頭,制冷設施的溫度檢測低溫溫度場(chǎng)采用裸測頭,高溫溫度場(chǎng)(100℃~150℃)采用金屬質(zhì)小保護管測頭或針式測頭;果品加工過(guò)程中,在檢測130℃以下溫度時(shí)選用不銹鋼質(zhì)小保護管或裸測頭，既保證高靈敏度又能達到食品安全性的要求。果品保鮮環(huán)境溫度側頭一次布點(diǎn)常年使用,品溫和加工過(guò)程中的溫度檢測根據情況固定布點(diǎn)或隨機布點(diǎn)。
3銅-康銅熱電偶檢測溫差、平均溫度和串聯(lián)型高熱電勢的果樹(shù)測溫
3.1溫差的直接測量
       銅-康銅熱電偶的測溫原理是是基于溫差熱電勢的產(chǎn)生。因此利用熱電偶檢測不同環(huán)境部位,不同果樹(shù)器官和組織部位的溫差熱電勢可以直接讀取,不會(huì )出現使用其它類(lèi)型的兩支測溫儀表計算溫差而產(chǎn)生儀表誤差和讀數誤差的現象。
       利用具有兩個(gè)測頭的溫差熱電偶分別布置到欲測溫差的兩個(gè)測點(diǎn)上,在溫差熱電偶的銅絲中間引出兩根導線(xiàn)接到微伏檢測儀表或記錄儀上,兩測點(diǎn)的溫差即可在儀表上顯示記錄下來(lái)。若確定某個(gè)測點(diǎn)溫度高于另--測點(diǎn)的溫度時(shí)為正”讀數,相反,當另一個(gè)測點(diǎn)溫度高時(shí)，則儀表讀數為負讀數,即可以通過(guò)儀表的正、負熱電勢值判定兩個(gè)測量點(diǎn)溫度高低的轉化情況及溫差大小。
3.2平均溫度的直接測量
       利用熱電偶的并聯(lián)特性,以多個(gè)熱電偶并聯(lián)使用的方式檢測果樹(shù)環(huán)境的平均溫度,即用多個(gè)熱電偶一臺儀表就可以直接讀取或記錄多點(diǎn)的平均溫度,不需要多臺儀表和經(jīng)過(guò)計算平均,靈敏度高,精度高,是檢測多點(diǎn)平均溫度簡(jiǎn)單、實(shí)用、正確的方法。
3.3熱電偶串聯(lián)高熱電勢的果樹(shù)測溫
       銅-康銅熱電偶的熱電勢信號比較小，一般36~42µV/℃,串聯(lián)熱電偶可以提高其熱電勢。如10個(gè)熱電偶串聯(lián)使用,可以使熱電偶的單位熱電勢提高10倍,這樣使用10微伏級的測量?jì)x表也能達到0.1℃的精度。串聯(lián)高熱電勢熱電偶可應用于果樹(shù)氣溫的檢測。
4銅-康銅熱電偶果樹(shù)測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(lèi)很多。如毫伏計、電子電位差計、數字電壓表、數字萬(wàn)用表、電位差式記錄儀、無(wú)紙記錄儀及電子計算機數據處理系統等。其中微伏級的無(wú)紙記錄儀用于溫度微小變化過(guò)程的自動(dòng)測記比較經(jīng)濟實(shí)用。錫膜銅-康銅熱電偶微型測頭,配套液晶顯示多通道微伏級無(wú)紙記錄儀,能應用于果樹(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)凍結過(guò)程的測定印,果園氣候的動(dòng)態(tài)過(guò)程研究“3及果品貯藏保鮮冷庫.制冷壓縮機組的工況分析，果品貯藏保鮮冷庫制冷壓縮機組的工況分析,果品貯藏環(huán)境的溫度場(chǎng),果品加工工藝的溫度檢測等。裝配有U盤(pán)和與上位機通訊的多通道無(wú)紙記錄儀測溫是功能齊全的高級形式，其優(yōu)勢在于:測量容量大、數據采集迅速而準確,數十甚至上百個(gè)溫度測點(diǎn)在很短時(shí)間完成采集、顯示、存儲和打印記錄。通過(guò)U盤(pán)和基地通訊形式連通計算機管理系統,采集和處理后的大量數據存于U盤(pán)或移動(dòng)硬盤(pán)上,其存儲信息量大,數據不易丟失,計算機具備較完全的計算軟件,查詢(xún)和進(jìn)行計算分析很方便,大大提高了測量和計算精度以及工效。
        利用能測微伏信號的萬(wàn)用表和數字電壓表.等進(jìn)行隨機檢測具有簡(jiǎn)單、方便和成本低的特點(diǎn)。
5小結和討論
       熱鍍錫膜銅-康銅熱電偶通過(guò)選擇和標定應用于果樹(shù)測溫,應用范圍廣,靈敏度高,測溫精確,操作簡(jiǎn)單方便,實(shí)用性強。根據被測對象,選用針式、片狀、球形的裸測頭或小保護管測頭的銅-康銅熱電偶對果樹(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)程測量,為溫度與果樹(shù)的生長(cháng)發(fā)育、及生理生化過(guò)程的相關(guān)研究提供了先進(jìn)、準確和實(shí)用的檢測技術(shù)。多個(gè)熱電偶并聯(lián)檢測平均溫度,精度高,方法簡(jiǎn)單。多個(gè)熱電偶申聯(lián)檢測果樹(shù)氣溫可提高熱電勢測溫精度。銅-康銅熱電偶配精度高數字電壓表和萬(wàn)用表,可隨機檢測各種溫度。選擇功能齊全的微伏級多通道無(wú)紙記錄儀和計算機管理系統是目前銅-康銅熱電偶果樹(shù)測溫先進(jìn)高級的形式。
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。