铜-康铜热电偶测温技术在果树研究中的应用

摘要:通过制作标定和选择锡膜铜-康铜热电偶用于果树测温。依据测温对象和目的选用针式、片状、球形测头等用于果树的生态环境、树体、器官和组织果实采后保鲜加工等方面的温度检测。配用精度高数字电压表和万用表可随机检测各种温度;配用微伏级多通道无纸记录仪的高级形式能自动检测记录多种动态温度、温差、温度场的微变过程;采用计算机通讯处理数据,信息存储量大,数据不易丢失,查询、计算分析方便，大大提高了测量和计算精度及工效。
       果树研究中,无论是育种、栽培还是果实采后研究,温度都是重要的参数之一,温度的检测和记录其精度和正确度对研究结果的水平具有重要的指数意义。用于果树研究的测温技术很多,热电偶是其中一种。它以简单、可靠、灵敏度高,热惰性最小在果树研究的测温技术方面有很好的作用，尤其是在微环境、动态变化、品温及制冷工程的温度检测记录方面具有更大的优势。
       热电偶的种类很多，不同材料组成的热电偶其适用条件、测温范围、灵敏度等不同。铜-康铜热电偶由铜和康铜两种材料配对组成,其质地均匀,热电势较大(40µV/℃左右),灵敏度高,在-200~400℃温度范围内具有良好线性"，它成本低廉,容易制作,适于果树研究中的测温应用。
1铜-康铜热电偶的制作和选择
       铜-康铜热电偶是基于赛贝克热电效应的温差热电偶,它的两个端点可直接测量温差。
       若固定一端为参考端，另一端可直接测出温度。选择标准的铜丝和康铜丝,根据需要确定合适的长度(一般10~20m左右),把两个端点分别焊接成测头,在铜丝的中间断开，分别焊接上相同的铜芯导线,导线另一端按正负极接入测量仪表,形成一一个完整的温差热电偶测量回路图1)。把热电偶铜丝和康铜丝的一端焊接成测头,称测量端。铜丝的另--端焊上铜芯导线为热电偶的正极,康铜丝另-端焊上铜芯导线作为热电偶的负极,焊接部位作为参考端,置入0℃的冰水中。两根铜芯导线分别按正负极接入测量仪表，形成一个完整的测温回路(图2)。热电偶的导线长度可达百米以上,能引入室内检测。
用市售的铜丝和康铜丝制做测温热电偶,材料选择需遵循一定的原则,选用均匀一致的直径φ0.1~0.6mm的漆包康铜丝和塑膜漆包铜丝制作热电偶,且要通过热电偶标定和选择才能用于果树和制冷工程的温差、温度场等测量。

2铜-康铜热电偶在果树测温中的应用
21铜-康铜热电偶用于果树生态环境的温度测量
       果树的生态环境温度的检测包括标准气温观测,果园、树冠各部位的微生态环境以及土壤地下根系温度场的检测。
       气温检测以镀锡小保护管装配的小球形测头最好。把这种测头布置在标准的气候百叶箱内,通过导线在仪表上显示和记录气温的动态变化。果园中树冠的气温温度场检测也采用小保护管球形测头,根据研究需要,布置几个或十几个测头,通过显示记录仪表检测果树树冠不同部位的温度动态变化过程。一次布点,长期使用。
       土壤的温度检测可采用球形测头,也可采用针形测头,测头保护以薄膜塑料管套装即可。根据研究需要,把测头埋于树冠下不同部位和不同深度的土壤内,通过引线和显示记录仪表检测果树根系土壤内的温度场和动态微变过程,一次布点可多年使用。
22铜-康铜热电偶检测果树树体、器官和组织的温度
       果树树体、器官和组织的温度直接反映果树生命的各种生理生化反应过程,利用铜-康
       铜热电偶的微型测头可以在不损伤和以最小插点的形式检测果树器官和组织的温度动态变化。
221树体和枝条测温.
       选用针式测头按研究需要直接扎入树体不同部位的韧皮部、木质部不同深度,测点部位用胶带和绑绳固定好。通过引线和显示记录仪表检测果树树体特定部位的温度微变动态过程,--次布点,常年检测。
222果树叶片的温度检测
       果树叶片用一-般测温仪表都难以测得其真实温度,而热电偶的微小测头和快速反映的特点适于叶片温度的检测。叶片测温选用片状微型裸测头,通过夹持和粘贴把测头固定在叶片的特定部位,引线固定在邻近的枝条.上,不同位置的叶片和叶片正反面等部位都可以根据需要布置测点。通过显示记录仪表可检测叶片温度的微变动态过程,一次布点可观察叶片一个年的生命周期的温度动态变化过程。叶片的温度检测关键技术是选择微型片状测头和保证紧贴叶面的固定和保持,防止风摇雨刷使测头脱落和叶片脱落。
223果实的温度检测
       果实温度检测选用针式和片状微型裸测头。果实内部不同部位测温选用针式微型裸测头，果实表面不同部位测温选用片状微型裸测头,片状微型裸测头的布置和固定参照叶片布点方式。针式测头可插入果肉不同深度至果心中。果实的不同部位、冠内不同部位的果实都可以通过大量布置测点观测其温度的动态微过程。选择合适的测头和固定方式可以检测果实特定阶段的温度动态过程,也可以检测果实在树上的生长发育温度变化过程,随着果实的生长发育,测头位移和变化可以很方便地更正和重置。
224果树根系的温度检测
       果树根系的温度检测选用针形和片状微型裸测头,结合土壤温度测点埋设,在选定的树根上插入针形热电偶测头,树根表面贴布片状微型裸测头,绑扎固定后再埋士即可。但需注意裸测头及引线的埋土部分要有较好的绝缘性能,防止导电产生测量误差。果树根系的温度动态检测--次布点埋设可使用一年或多年。
225果实采后保鲜加工过程的温度检测
       果实采后贮藏保鲜期主要是环境温度果品温度和制冷设施温度检测。气温检测采用小球形微型裸测头和小保护管微型测头为主,品温用针式微型测头和片式微型测头,制冷设施的温度检测低温温度场采用裸测头,高温温度场(100℃~150℃)采用金属质小保护管测头或针式测头;果品加工过程中,在检测130℃以下温度时选用不锈钢质小保护管或裸测头，既保证高灵敏度又能达到食品安全性的要求。果品保鲜环境温度侧头一次布点常年使用,品温和加工过程中的温度检测根据情况固定布点或随机布点。
3铜-康铜热电偶检测温差、平均温度和串联型高热电势的果树测温
3.1温差的直接测量
       铜-康铜热电偶的测温原理是是基于温差热电势的产生。因此利用热电偶检测不同环境部位,不同果树器官和组织部位的温差热电势可以直接读取,不会出现使用其它类型的两支测温仪表计算温差而产生仪表误差和读数误差的现象。
       利用具有两个测头的温差热电偶分别布置到欲测温差的两个测点上,在温差热电偶的铜丝中间引出两根导线接到微伏检测仪表或记录仪上,两测点的温差即可在仪表上显示记录下来。若确定某个测点温度高于另--测点的温度时为正”读数,相反,当另一个测点温度高时，则仪表读数为负读数,即可以通过仪表的正、负热电势值判定两个测量点温度高低的转化情况及温差大小。
3.2平均温度的直接测量
       利用热电偶的并联特性,以多个热电偶并联使用的方式检测果树环境的平均温度,即用多个热电偶一台仪表就可以直接读取或记录多点的平均温度,不需要多台仪表和经过计算平均,灵敏度高,精度高,是检测多点平均温度简单、实用、正确的方法。
3.3热电偶串联高热电势的果树测温
       铜-康铜热电偶的热电势信号比较小，一般36~42µV/℃,串联热电偶可以提高其热电势。如552个热电偶串联使用,可以使热电偶的单位热电势提高10倍,这样使用10微伏级的测量仪表也能达到0.1℃的精度。串联高热电势热电偶可应用于果树气温的检测。
4铜-康铜热电偶果树测温的显示和记录仪表选择
       铜-康铜热电偶配套的显示仪表种类很多。如毫伏计、电子电位差计、数字电压表、数字万用表、电位差式记录仪、无纸记录仪及电子计算机数据处理系统等。其中微伏级的无纸记录仪用于温度微小变化过程的自动测记比较经济实用。锡膜铜-康铜热电偶微型测头,配套液晶显示多通道微伏级无纸记录仪,能应用于果树生态、土壤、根系温度场,挂树果实的温度动态,果树分生组织的温度与某些生理过程的相关性,叶一果、叶一气温差,果实冻结过程的测定印,果园气候的动态过程研究“3及果品贮藏保鲜冷库.制冷压缩机组的工况分析，果品贮藏保鲜冷库制冷压缩机组的工况分析,果品贮藏环境的温度场,果品加工工艺的温度检测等。装配有U盘和与上位机通讯的多通道无纸记录仪测温是功能齐全的高级形式，其优势在于:测量容量大、数据采集迅速而准确,数十甚至上百个温度测点在很短时间完成采集、显示、存储和打印记录。通过U盘和基地通讯形式连通计算机管理系统,采集和处理后的大量数据存于U盘或移动硬盘上,其存储信息量大,数据不易丢失,计算机具备较完全的计算软件,查询和进行计算分析很方便,大大提高了测量和计算精度以及工效。
        利用能测微伏信号的万用表和数字电压表.等进行随机检测具有简单、方便和成本低的特点。
5小结和讨论
       热镀锡膜铜-康铜热电偶通过选择和标定应用于果树测温,应用范围广,灵敏度高,测温精确,操作简单方便,实用性强。根据被测对象,选用针式、片状、球形的裸测头或小保护管测头的铜-康铜热电偶对果树的生态环境、树体器官和组织、果实、根系果实采后保鲜加工等方面进行温度、温度场或温差的微变动态过程测量,为温度与果树的生长发育、及生理生化过程的相关研究提供了先进、准确和实用的检测技术。多个热电偶并联检测平均温度,精度高,方法简单。多个热电偶申联检测果树气温可提高热电势测温精度。铜-康铜热电偶配精度高数字电压表和万用表,可随机检测各种温度。选择功能齐全的微伏级多通道无纸记录仪和计算机管理系统是目前铜-康铜热电偶果树测温先进高级的形式。
铜-康铜热电偶参考端装置维持0℃的实用性及可操作性还需要进一-步研究。