銅-康銅熱電偶測溫技術在果樹研究中的應用

摘要:通過制作標定和選擇錫膜銅-康銅熱電偶用于果樹測溫。依據(jù)測溫對象和目的選用針式、片狀、球形測頭等用于果樹的生態(tài)環(huán)境、樹體、器官和組織果實采后保鮮加工等方面的溫度檢測。配用精度高數(shù)字電壓表和萬用表可隨機檢測各種溫度;配用微伏級多通道無紙記錄儀的高級形式能自動檢測記錄多種動態(tài)溫度、溫差、溫度場的微變過程;采用計算機通訊處理數(shù)據(jù),信息存儲量大,數(shù)據(jù)不易丟失,查詢、計算分析方便，大大提高了測量和計算精度及工效。
       果樹研究中,無論是育種、栽培還是果實采后研究,溫度都是重要的參數(shù)之一,溫度的檢測和記錄其精度和正確度對研究結(jié)果的水平具有重要的指數(shù)意義。用于果樹研究的測溫技術很多,熱電偶是其中一種。它以簡單、可靠、靈敏度高,熱惰性最小在果樹研究的測溫技術方面有很好的作用，尤其是在微環(huán)境、動態(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(nèi)具有良好線性"，它成本低廉,容易制作,適于果樹研究中的測溫應用。
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,它的兩個端點可直接測量溫差。
       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(jù)需要確定合適的長度(一般10~20m左右),把兩個端點分別焊接成測頭,在銅絲的中間斷開，分別焊接上相同的銅芯導線,導線另一端按正負極接入測量儀表,形成一一個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,稱測量端。銅絲的另--端焊上銅芯導線為熱電偶的正極,康銅絲另-端焊上銅芯導線作為熱電偶的負極,焊接部位作為參考端,置入0℃的冰水中。兩根銅芯導線分別按正負極接入測量儀表，形成一個完整的測溫回路(圖2)。熱電偶的導線長度可達百米以上,能引入室內(nèi)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,且要通過熱電偶標定和選擇才能用于果樹和制冷工程的溫差、溫度場等測量。

2銅-康銅熱電偶在果樹測溫中的應用
21銅-康銅熱電偶用于果樹生態(tài)環(huán)境的溫度測量
       果樹的生態(tài)環(huán)境溫度的檢測包括標準氣溫觀測,果園、樹冠各部位的微生態(tài)環(huán)境以及土壤地下根系溫度場的檢測。
       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(nèi),通過導線在儀表上顯示和記錄氣溫的動態(tài)變化。果園中樹冠的氣溫溫度場檢測也采用小保護管球形測頭,根據(jù)研究需要,布置幾個或十幾個測頭,通過顯示記錄儀表檢測果樹樹冠不同部位的溫度動態(tài)變化過程。一次布點,長期使用。
       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(jù)研究需要,把測頭埋于樹冠下不同部位和不同深度的土壤內(nèi),通過引線和顯示記錄儀表檢測果樹根系土壤內(nèi)的溫度場和動態(tài)微變過程,一次布點可多年使用。
22銅-康銅熱電偶檢測果樹樹體、器官和組織的溫度
       果樹樹體、器官和組織的溫度直接反映果樹生命的各種生理生化反應過程,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的形式檢測果樹器官和組織的溫度動態(tài)變化。
221樹體和枝條測溫.
       選用針式測頭按研究需要直接扎入樹體不同部位的韌皮部、木質(zhì)部不同深度,測點部位用膠帶和綁繩固定好。通過引線和顯示記錄儀表檢測果樹樹體特定部位的溫度微變動態(tài)過程,--次布點,常年檢測。
222果樹葉片的溫度檢測
       果樹葉片用一-般測溫儀表都難以測得其真實溫度,而熱電偶的微小測頭和快速反映的特點適于葉片溫度的檢測。葉片測溫選用片狀微型裸測頭,通過夾持和粘貼把測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)需要布置測點。通過顯示記錄儀表可檢測葉片溫度的微變動態(tài)過程,一次布點可觀察葉片一個年的生命周期的溫度動態(tài)變化過程。葉片的溫度檢測關鍵技術是選擇微型片狀測頭和保證緊貼葉面的固定和保持,防止風搖雨刷使測頭脫落和葉片脫落。
223果實的溫度檢測
       果實溫度檢測選用針式和片狀微型裸測頭。果實內(nèi)部不同部位測溫選用針式微型裸測頭，果實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方式。針式測頭可插入果肉不同深度至果心中。果實的不同部位、冠內(nèi)不同部位的果實都可以通過大量布置測點觀測其溫度的動態(tài)微過程。選擇合適的測頭和固定方式可以檢測果實特定階段的溫度動態(tài)過程,也可以檢測果實在樹上的生長發(fā)育溫度變化過程,隨著果實的生長發(fā)育,測頭位移和變化可以很方便地更正和重置。
224果樹根系的溫度檢測
       果樹根系的溫度檢測選用針形和片狀微型裸測頭,結(jié)合土壤溫度測點埋設,在選定的樹根上插入針形熱電偶測頭,樹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。果樹根系的溫度動態(tài)檢測--次布點埋設可使用一年或多年。
225果實采后保鮮加工過程的溫度檢測
       果實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采用裸測頭,高溫溫度場(100℃~150℃)采用金屬質(zhì)小保護管測頭或針式測頭;果品加工過程中,在檢測130℃以下溫度時選用不銹鋼質(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(cè)頭一次布點常年使用,品溫和加工過程中的溫度檢測根據(jù)情況固定布點或隨機布點。
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,不同果樹器官和組織部位的溫差熱電勢可以直接讀取,不會出現(xiàn)使用其它類型的兩支測溫儀表計算溫差而產(chǎn)生儀表誤差和讀數(shù)誤差的現(xiàn)象。
       利用具有兩個測頭的溫差熱電偶分別布置到欲測溫差的兩個測點上,在溫差熱電偶的銅絲中間引出兩根導線接到微伏檢測儀表或記錄儀上,兩測點的溫差即可在儀表上顯示記錄下來。若確定某個測點溫度高于另--測點的溫度時為正”讀數(shù),相反,當另一個測點溫度高時，則儀表讀數(shù)為負讀數(shù),即可以通過儀表的正、負熱電勢值判定兩個測量點溫度高低的轉(zhuǎn)化情況及溫差大小。
3.2平均溫度的直接測量
       利用熱電偶的并聯(lián)特性,以多個熱電偶并聯(lián)使用的方式檢測果樹環(huán)境的平均溫度,即用多個熱電偶一臺儀表就可以直接讀取或記錄多點的平均溫度,不需要多臺儀表和經(jīng)過計算平均,靈敏度高,精度高,是檢測多點平均溫度簡單、實用、正確的方法。
3.3熱電偶串聯(lián)高熱電勢的果樹測溫
       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微伏級的測量儀表也能達到0.1℃的精度。串聯(lián)高熱電勢熱電偶可應用于果樹氣溫的檢測。
4銅-康銅熱電偶果樹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很多。如毫伏計、電子電位差計、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、電位差式記錄儀、無紙記錄儀及電子計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。其中微伏級的無紙記錄儀用于溫度微小變化過程的自動測記比較經(jīng)濟實用。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紙記錄儀,能應用于果樹生態(tài)、土壤、根系溫度場,掛樹果實的溫度動態(tài),果樹分生組織的溫度與某些生理過程的相關性,葉一果、葉一氣溫差,果實凍結(jié)過程的測定印,果園氣候的動態(tài)過程研究“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,果品加工工藝的溫度檢測等。裝配有U盤和與上位機通訊的多通道無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(shù)據(jù)采集迅速而準確,數(shù)十甚至上百個溫度測點在很短時間完成采集、顯示、存儲和打印記錄。通過U盤和基地通訊形式連通計算機管理系統(tǒng),采集和處理后的大量數(shù)據(jù)存于U盤或移動硬盤上,其存儲信息量大,數(shù)據(jù)不易丟失,計算機具備較完全的計算軟件,查詢和進行計算分析很方便,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用表和數(shù)字電壓表.等進行隨機檢測具有簡單、方便和成本低的特點。
5小結(jié)和討論
       熱鍍錫膜銅-康銅熱電偶通過選擇和標定應用于果樹測溫,應用范圍廣,靈敏度高,測溫精確,操作簡單方便,實用性強。根據(jù)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-康銅熱電偶對果樹的生態(tài)環(huán)境、樹體器官和組織、果實、根系果實采后保鮮加工等方面進行溫度、溫度場或溫差的微變動態(tài)過程測量,為溫度與果樹的生長發(fā)育、及生理生化過程的相關研究提供了先進、準確和實用的檢測技術。多個熱電偶并聯(lián)檢測平均溫度,精度高,方法簡單。多個熱電偶申聯(lián)檢測果樹氣溫可提高熱電勢測溫精度。銅-康銅熱電偶配精度高數(shù)字電壓表和萬用表,可隨機檢測各種溫度。選擇功能齊全的微伏級多通道無紙記錄儀和計算機管理系統(tǒng)是目前銅-康銅熱電偶果樹測溫先進高級的形式。
銅-康銅熱電偶參考端裝置維持0℃的實用性及可操作性還需要進一-步研究。