一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置的制造方法
【專利摘要】一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置,包括儲(chǔ)液模塊、稱量模塊及標(biāo)定模塊；所述儲(chǔ)液模塊包括第一營(yíng)養(yǎng)瓶和第二營(yíng)養(yǎng)瓶，第一營(yíng)養(yǎng)瓶和第二營(yíng)養(yǎng)瓶之間通過第一管道連通；所述稱量模塊包括天平，天平上放置有積液瓶，第二管道一端伸入到積液瓶中、另一端與插在第二營(yíng)養(yǎng)瓶上的莖干連接；所述標(biāo)定模塊包括數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器輸入端分別與天平、包在莖干外的莖流計(jì)探頭連接，數(shù)據(jù)采集器輸出端與計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型提供的一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置,通過設(shè)置儲(chǔ)液模塊、稱量模塊及標(biāo)定模塊，可用于標(biāo)定莖流計(jì)和測(cè)量液流速率。
【專利說明】
-種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及標(biāo)定裝置，尤其是一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 植物莖流是指植物在蒸騰作用下體內(nèi)產(chǎn)生的上升液流，它可W反映植物的生理狀 態(tài)信息?！廊乐械囊簯B(tài)水進(jìn)入植物的根系后，通過莖桿的輸導(dǎo)向上運(yùn)送到達(dá)冠層，再由氣孔 蒸騰轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水?dāng)U散到大氣中去，在運(yùn)一過程中，莖桿中的液體一直處于流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)莖 桿內(nèi)液流在一點(diǎn)被加熱，則液流攜帶一部分的熱量向上傳輸，一部分與水體發(fā)生熱交換，還 有一部分則W福射的形式向周圍發(fā)散，根據(jù)熱傳輸與熱平衡理論通過一定的數(shù)學(xué)計(jì)算即可 求得莖桿的水流通量，即植物的蒸騰速率。
[0003] 近年來，國(guó)內(nèi)外在測(cè)量植株莖桿液流運(yùn)動(dòng)W確定作物蒸騰速率方面的研究進(jìn)展很 快。熱技術(shù)莖流計(jì)是目前較為廣泛應(yīng)用的一種直接測(cè)定植物液流速率的儀器，目前主要有 熱脈沖法、熱平衡法和熱擴(kuò)散法等3類。測(cè)量原理都是基于熱量平衡原理，通過加熱元件給 莖干的一部分提供一定數(shù)量的恒定熱源，在莖干內(nèi)有一定數(shù)量莖流流過的條件下，此處莖 干的溫度會(huì)趨向于定值。在理想條件下即不存在熱損失時(shí)，提供的熱量應(yīng)等于被莖流帶走 的熱量。通過熱量和液流之間的關(guān)系就可W求出液流速率。W熱平衡式莖流計(jì)為例，
[0004] 能量平衡過程可W表達(dá)為：
[0005] Pin - Qv+Qr+Qf+Qs
[0006] 其中Pin = VVR(歐姆定律）。一般不考慮莖干本身熱儲(chǔ)化。
[0007] 用于垂直方向上熱交換部分的能量Qv可W分為向上熱交換(Qu)與向下熱交換(Qd) 兩部分，表達(dá)為：
[000引 Qv=Qu+Qd (0.1)
[0009] 根據(jù)化urier定律，向下與向上的熱交換可W分別用下式計(jì)算：
[0010] Qu = kst ? A ? dTu/dx (0.2)
[0011] Qd = kst ? A ? dTd/dx (0.3)
[001^ 式中：Kst-莖桿的熱傳導(dǎo)特性(W/m ? K) ;A-莖的截面積(m2) ;dTu/dx-向上熱傳 導(dǎo)時(shí)的溫度梯度rC/m) ;dTd/dx-向下熱傳導(dǎo)時(shí)的溫度梯度rC/m) ;dx-測(cè)定溫度梯度時(shí) 兩個(gè)熱電偶接點(diǎn)之間的距離(m)。
[001引包裹式探頭內(nèi)部上下各有兩個(gè)熱電偶接點(diǎn)，分別用來測(cè)量A，B和Ha，Hb處的電壓： [0014] BH-AH= (B-Hb)-(A-Ha) =化-A) +化 a-Hb) (0.4)
[001引因此，Qv最終的計(jì)算式可W表示為：
[0016] Qv=KstA(BH-AH)/dx/0.040 (0.5)
[0017] 式中：AH表示A-Ha間的電壓差(mV)，BH表示B-Hb間的電壓差(mV)，0.040mv/°C為轉(zhuǎn) 換單位的參數(shù)。
[0018] W福射形式向四周散發(fā)的能量部分可用下式計(jì)算：
[0019] Qr = Ksh ? CH (0.6)
[0020] 式中:Ksh-護(hù)套的導(dǎo)電性(W/mV)，通過求解零流率（即Qf = 0)時(shí)的式（I. I)而確定：
[0021]
(0.巧
[0022] 式中：CH表示C-Hc處的電壓差(mV)。將W上計(jì)算得到的各項(xiàng)數(shù)值W及測(cè)定的溫度 增量值及水的熱容量代人式(1.1)，并加W變換，可得到計(jì)算莖桿中水流通量的公式：
[0023]
化巧
[0024] 式中Cp-水的比熱（J/g ? °C) ;dT-上下兩個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)間莖桿水流溫度的變化 值 rC);dT=(AH+BH)/2rC)。
[0025] 但實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)種理想條件在實(shí)驗(yàn)時(shí)很難達(dá)到，尤其是在短期測(cè)量時(shí)，誤差較 為明顯。在研究高大樹木夜間蒸騰和水分脅迫條件時(shí)誤差更大。另有研究發(fā)現(xiàn)莖流計(jì)在使 用一段時(shí)間后探頭的靈敏度會(huì)降低，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低。即使經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行保養(yǎng)也無法 避免此問題。目前市面上的莖流計(jì)基本沒有標(biāo)定功能，初始的銷傳導(dǎo)系數(shù)化Sh)-般人為設(shè) 定或通過前一天晚上的莖流數(shù)據(jù)反推得出，且現(xiàn)有方法大都基于銷傳導(dǎo)系數(shù)在短時(shí)間內(nèi)不 變的假設(shè)下。存在人為誤差，且步驟繁瑣，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，能夠?qū)崟r(shí)校訂莖 流計(jì)，為分析莖流計(jì)在不同環(huán)境條件下的誤差來源提供依據(jù)。
[0027] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0028] -種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，包括儲(chǔ)液模塊、稱量模塊及標(biāo)定模塊;所述儲(chǔ)液模塊包括 第一營(yíng)養(yǎng)瓶和第二營(yíng)養(yǎng)瓶，第一營(yíng)養(yǎng)瓶和第二營(yíng)養(yǎng)瓶之間通過第一管道連通;所述稱量模 塊包括天平，天平上放置有積液瓶，第二管道一端伸入到積液瓶中、另一端與插在第二營(yíng)養(yǎng) 瓶上的莖干連接;所述標(biāo)定模塊包括數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器輸入端分別與天平、包在莖干 外的莖流計(jì)探頭連接，數(shù)據(jù)采集器輸出端與計(jì)算機(jī)連接。
[0029] 所述第一營(yíng)養(yǎng)瓶設(shè)置在可升降支架上，可升降支架一側(cè)設(shè)有標(biāo)尺。
[0030] 所述可升降支架包括底座和立柱，立柱上設(shè)有第一卡髓和第二卡髓，第一卡髓和 第二卡髓可在立柱上滑動(dòng)、并通過螺栓鎖緊。
[0031 ]所述第一管道和第二管道均包括硬質(zhì)玻璃管和橡皮導(dǎo)管。
[0032] 本實(shí)用新型一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，具有W下技術(shù)效果：
[0033] 1)、通過設(shè)置儲(chǔ)液模塊、稱量模塊及標(biāo)定模塊，可W實(shí)時(shí)標(biāo)定和校準(zhǔn)莖流計(jì)，并且 可W批量標(biāo)定。
[0034] 2)、彌補(bǔ)了現(xiàn)有莖流計(jì)無標(biāo)定裝置的空白，同時(shí)為研發(fā)出更精確的莖流測(cè)量?jī)x器 提供依據(jù)。
[0035] 3)、另外本裝置還可W用于莖流計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，即同時(shí)使用兩個(gè)莖流計(jì)探頭，一個(gè) 測(cè)量植物，一個(gè)標(biāo)定莖干，通過標(biāo)定結(jié)果為測(cè)量探頭提供優(yōu)化后的參數(shù)，提高測(cè)量精度。
【附圖說明】

[0036] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
[0037] 圖1為本實(shí)用新型的示意圖。
[0038] 圖中：儲(chǔ)液模塊1，稱量模塊2,標(biāo)定模塊3,第一營(yíng)養(yǎng)瓶4,第二營(yíng)養(yǎng)瓶5,第一管道6， 天平7,安放積液瓶8,第二管道9,莖干10,數(shù)據(jù)采集器11，莖流計(jì)探頭12,計(jì)算機(jī)13,支架14， 底座14-1，立柱14-2,第一卡髓14-3,第二卡髓14-4,標(biāo)尺15。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 如圖1所示，一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，包括儲(chǔ)液模塊1、稱量模塊2及標(biāo)定模塊3;所 述儲(chǔ)液模塊1包括第一營(yíng)養(yǎng)瓶4和第二營(yíng)養(yǎng)瓶5,第一營(yíng)養(yǎng)瓶4和第二營(yíng)養(yǎng)瓶5之間通過硬質(zhì) 玻璃管和橡皮導(dǎo)管連通。其中，第一營(yíng)養(yǎng)瓶4用于盛放莖干所需營(yíng)養(yǎng)液，并通過硬質(zhì)玻璃管 和橡皮導(dǎo)管將營(yíng)養(yǎng)液傳送到第二營(yíng)養(yǎng)瓶5內(nèi)，待測(cè)莖干一端插入到第二營(yíng)養(yǎng)瓶5中，并使莖 干與營(yíng)養(yǎng)液充分接觸。莖干另一端與橡皮管連接，并通過玻璃管接入到積液瓶8中，安放積 液瓶8的天平7稱量莖干蒸騰出的液流。所述標(biāo)定模塊3包括數(shù)據(jù)采集器11，數(shù)據(jù)采集器11輸 入端通過數(shù)據(jù)線分別與天平7、包在莖干10外的莖流計(jì)探頭12連接，數(shù)據(jù)采集器11輸出端與 計(jì)算機(jī)13連接。計(jì)算機(jī)13分析和記錄測(cè)量結(jié)果，并W天平數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定莖流計(jì)。另外，也 可W對(duì)莖流計(jì)進(jìn)行批量標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)只需在第二營(yíng)養(yǎng)瓶中插入多個(gè)莖干，然后每根莖干連 接上玻璃管插入到不同的積液瓶8中，通過多個(gè)天平同時(shí)測(cè)量即可。
[0040] 所述第一營(yíng)養(yǎng)瓶4設(shè)置在可升降支架14上，可升降支架14一側(cè)設(shè)有標(biāo)尺15。由此可 進(jìn)行精確高度調(diào)節(jié)，W便在不同的壓強(qiáng)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得多種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使標(biāo)定結(jié)果更加精 確。
[0041] 所述可升降支架14包括底座14-1和立柱14-2,立柱14-2上設(shè)有第一卡髓14-3和第 二卡髓14-4,第一卡髓14-3和第二卡髓14-4可在立柱14-2上滑動(dòng)、并通過螺栓鎖緊。通過第 一卡髓14-3和第二卡髓14-4分別將第一營(yíng)養(yǎng)瓶的瓶身和瓶頸進(jìn)行卡接，保證安裝的穩(wěn)定 性，通過第一卡髓14-3和第二卡髓14-4上的滑座實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)并鎖緊，W便進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn) 處理。
[0042] 工作原理及過程:使用時(shí)，取植物莖干部位約20~30cm，將莖干插入到事先裝有營(yíng) 養(yǎng)液的第二營(yíng)養(yǎng)瓶5中，另一端用橡皮管套緊并密封。按照?qǐng)D中各個(gè)連接關(guān)系連接好各大模 塊。調(diào)整第一營(yíng)養(yǎng)瓶4到合適高度，包裹(或插入)莖流計(jì)探頭12,開始測(cè)量。測(cè)量的結(jié)果通過 數(shù)據(jù)采集器11實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)13,天平測(cè)得的蒸騰速率flowl，莖流計(jì)測(cè)得的蒸騰速率 flow2,將兩列數(shù)據(jù)比較求出兩者的相關(guān)系數(shù)r，
[0043]
[0044] 并擬合出經(jīng)驗(yàn)公式，即得出在運(yùn)個(gè)壓強(qiáng)（高度）下的校正系數(shù)。同時(shí)也可W反推出 此時(shí)的銷傳導(dǎo)系數(shù)Ksh,
[0045]
[0046] 該系數(shù)可W直接通過計(jì)算機(jī)設(shè)定莖流計(jì)的測(cè)量參數(shù)，為莖流計(jì)精確測(cè)量植物液流 提供基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，其特征在于：包括儲(chǔ)液模塊（1)、稱量模塊（2)及標(biāo)定模塊 (3);所述儲(chǔ)液模塊(1)包括第一營(yíng)養(yǎng)瓶(4)和第二營(yíng)養(yǎng)瓶(5)，第一營(yíng)養(yǎng)瓶(4)和第二營(yíng)養(yǎng)瓶 (5)之間通過第一管道(6)連通;所述稱量模塊（2)包括天平（7)，天平（7)上放置有積液瓶 (8)，第二管道(9)一端伸入到積液瓶(8)中、另一端與插在第二營(yíng)養(yǎng)瓶(5)上的莖干（10)連 接;所述標(biāo)定模塊(3)包括數(shù)據(jù)采集器(11)，數(shù)據(jù)采集器(11)輸入端分別與天平(7)、包在莖 干(10)外的莖流計(jì)探頭(12)連接，數(shù)據(jù)采集器(11)輸出端與計(jì)算機(jī)(13)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，其特征在于:所述第一營(yíng)養(yǎng)瓶(4)設(shè) 置在可升降支架(14)上，可升降支架(14) 一側(cè)設(shè)有標(biāo)尺(15)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，其特征在于:所述可升降支架（14)包 括底座（14-1)和立柱（14-2)，立柱（14-2)上設(shè)有第一^^箍（14_3)和第二卡箍（14_4)，第一 卡箍（14-3)和第二卡箍（14-4)可在立柱（14-2)上滑動(dòng)、并通過螺栓鎖緊。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種標(biāo)定莖流計(jì)的裝置，其特征在于:所述第一管道(6)和第 二管道(9)均包括硬質(zhì)玻璃管和橡皮導(dǎo)管。
【文檔編號(hào)】G01F25/00GK205719188SQ201620655611
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】趙喬, 董曉華, 姚著喜, 李璐, 郭梁鋒, 李國(guó)翔
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)