Устройство для регулирования содержания углекислого газа в воздухе теплицы Советский патент 1989 года по МПК A01G9/24 A01G9/18 

фиг. 1

3150

Изобретение относится к сельско- му хозяйству, в частности к промышленному овощеводству и цв етоводству защищенного грунта.

Цель изобретения - оптимизация процесса фотосинтеза и экономия природного газа путем непрерывного контроля и регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы; на фиг, 2 - функциональная схема генератора углекислого газа| на фиг, 3 - функциональная схе- ма согласующего блока, (первый вариант) ;фиг,4 - то же, второй вариант; на фиг, 5 - структурная схема вычислительного блока; на фиг,6 - графи- ческая. зависимость фотосинтеза растений в функции от концентрации углекислого газа и .облучения; на фиг, 7 - графическая зависимость фотосинтеза растений в функции от концентрации углекислого газа и температуры воздуха в теплице.

Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы содержит датчик 1 концентра- ции углекислого газа, выполненный в ви,це газоанализатора с электрическим В51ХОДОМ, датчик 2 облучения растений выполненный в виде фотогенератора, датчик 3 температуры внутреннего воз духа, выполненный в виде термопарЬ,- которые расположены в теплице на высоте растений и выходы которых подключены к входам вычислительного блока 4. Выход вычислительного блока (положительной или отрицательной полярности) подключен к входу импульс ного регулятора 5, д л)б1тельность выходных импульсов которого пропорциональна величине входного сигнала, а полярность - полярности выхода вычислительного блока 4, Выход импульсного регулятора 5 через согласующий блок 6 подключен к входу двухпозици- онного регулятора 7,включающего ре- версивный привод 8, задатчик 9- концентрации углекислого газа, элемент 10 сравнения и фильтр 11, включенные между собой последовательно, при этом выход согласующего блока 6 подключен к входу реверсивного привода 8 регулятора 7 концентрации углекислого газа, выход - S фильтра 11 подключен к входу генератора углекислого газа, а

5

0

0 5 0 5 Q

второй вход элемента 10 сравнения - к выходу датчика 1 концентрации углекислого газа.

Фильтр 11 представляет собой два параллельно включенных тиристора различной структуры, подключенных к источнику питания, управляющие электроды тиристоров подключены к выходам элемента 10 сравнения, а раздельные выходы тиристоров подключены к входам генератора 12 углекислого газа.

Генератор 12 углекислого газа содержит горелку 13 атмосферного типа, помещенную внутри камеры коробчатого сечения. Внутри этой камеры содержат ся запальный механизм 14 и термопара 15, Горелка сообщается с источником природного газа трубопроводом, на ко тором установлен электромагнитный клапан 16, Схема управления генератором 12 содержит логическую схему ЗАДЕРЖКА 17, вход которой подключен к выходу + фильтра 11, а выходы - к входу электромагнитного клапана 16 и запальному механизму 14, и логическую схему ЗАПРЕТ 18, выход которой подключен к входу электромагнит-, ного клапана 16, один вход - к выходу термопары, а второй, запрещающий,- к выходу отрицательной полярности - г6 фильтра 11, вход термопары 15, соединен с выходом горелки 13, Одним технологическим входом горелки является поток природного газа, вторым - выход запального механизма 14, вторым выходом горелки 13 является поток углекислого газа COg ,

Согласующий блок 6 содержит два тиристорньгх ключа 19 и 20, катушки 21 и 22 реверсивного магнитного пускателя и фильтра 23, содержащего две емкости, каждая из которых включена параллельно одной из катушек 21 и 22. Гиристорный ключ 19 с катушкой 21 и тиристорный ключ 20 с катушкой 22 образуют две параллельные цепи, подключенные к зажимам 24 и 25 источника переменного тока. Управляющий электрод тиристорного ключа 19 подключен к выходу положительной полярности импульсного регулятора 5, а утграв- ляющий электрод тиристорного ключа 20 - к выходу отрицательной полярности импульсного регулятора 5,

Вычислительный блок 4 содержит- канал 26 вычисления оптимального с точки зрения фотосинтеза значения концентрации углекислого газа в воздухе теплицы в функции от облучения F, канал 27 вычисления оптимального с точки зрения фотосинтеза значения концентрации углекислого газа в функции от температуры t„ внутреннего воздуха теплицы, канал 28 вычисления задаваемой Спри которой фотосинтез будет иметь максимум) концентрации углекислого газа и канал 29 вычисления разности liCO между текущим значением концентрации СО в воздухе теплицы и задаваемым COj При этом входы канало в 26 и 27 под- ключенй к выходам датчиков 2 и 3 облучения F растений и температуры tg внутреннего воздуха теплицы, а выходы - к входам канала 28 вычисления С0|2,з вьпсод которого связан с входом канала 29 вычисления разности ±йСО, второй вход которого подключен к выходу датчика 1 концентрации углекислого газа в воздухе теплицы, а выход канала 29 - к входу импульсного регулятора 5i Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы работает следующим образом.

Текущее значение концентрации углекислого газа COj(t1 контролируется датчиком 1, облучение F растений - датчиком 2, температура tg внутреннего воздуха - датчиком 3. Информация от датчиков 1 - 3 поступает на вход вычислительного блока 4, где на основании алгоритма

,5 f (F,te),

где - задаваемая (оптимальная) концентрация углекислого газа в воздухе теплицы, при которой имеет место максимум фотосинтеза растений;

t g - текущее значение температуры внутреннего воздуха теплицы;

F - текущее значение облучения растений,

вырабатывается сигнал ± i СО положительной или отрицательной полярности, .величина которого пропорциональна разности текущего и задаваемого значений концентрации углекислого газа, а знак - Знаку отклонения текущего значения от оптимального . При этом канал 26 вычисляет значение функции

СО

If

СО

гк,

(1 ).

0

где СО р - оптимальное значение

концентрации углекислого газа в воздухе тепли цы. при текущем значений облучения F растений;

СО и - максимальное значение концентрации углекислого газа, при облучении

F - «so ;

Т - постоянная, определяемая экспериментальным путем, зависящая.от виг да и стадии развития растений (фиг.6). В канале 27 аналогично вычисляет- значение концентрации углекисло- .

газа, при которой достигается

ся го

симум фотосинтеза при текущем значении температуры tg внутреннего воздуха по зависимости х ly

вч

СО

2..

СО

2,Xi

(1 ).

5

где СО

СО

-z-tc

IK,

0

-в

5

0

оптимальное значение концентрации углекислого газа;

максимальное значение концентрации углекислого газа при температуре tg - оо ; постоянная, определяемая экспериментально, зависящая от вида и стадии развития растений (фиг.7). В канале 28 вычисляется среднее

арифметическое значение концентрации

СО,а на основании алгоритма

гп .ъ 2

в канале 29 - разность ±ь.СО между текущим значением концентрации углекислого газа COj и вычисленным С0 . 5 Сигнал t СО поступает на вход импульсного регулятора 5, что приводит к появлению сигнала на выходе в виде импульсов, длительность которых зависит от значения входного сигнала, а полярность пропорциональна полярности выхода импульсного регулятора, В результате на входе тиристорного ключа 19 (20) согласующего блока 6 появляется управляющий сигнал. При положительном знаке U СО открывается тиристорный ключ 19 и по цепи зажим 25 источника питания - катушка 21 реверсивного магнитного пускателя - катод тиристора 19 - зажим 24 источ0

5

ника питания протекает ток положи- . тельной полуволны переменного напряжения, и привод 8 включается, обеспечивая настройку задатчика 9 в соответствии с выходом +йСОл-. Надежное удержание контактов ма.гнитного пускателя при включении катушки 21 в отсутствующий отрицательный полупериод достигается включением фильтра 23 параллельно катушке 21. При смене знака выхода йСО на отрицательный аналогично открывается цепь зажим 24 источника переменного напряжения - тиристорный ключ 20 - катушка 22 и вторая емкость фильтра 23 - зажим 25 источника питания. При этом привод 8 реверсируется и переводит задатчик9 концентрации углекислого газа в положение, предписанное вычислительным блоком 4. Так как привод 8 задатчика 9 концентрации углекислого газа в воздухе теплицы включается импульсами, которые имеют тенденцию и к снижению длительности по мере при- ближения текущего значения концентрации углекислого газа к предписанному, перерегулирование исключается. Заданное задатчиком 9 значение концентрации углекислого газа непрерыв- но сравнивается элементом 10 с текущим значением, измеряемым датчиком 1, и при их несоответствии на входе фильтра 11 появляется сигнал положительной или отрицательной полярности, который поступает на управляющие электроды тиристоров фильтра 11. В зависимости от полярности сигнала на вкоде элемента 10 сравнения на генераторе 12 углекислого газа появляется один из двух сигналов на входах t . Если заданное значение концентрации углекис- лого газа превышает текущее значение СО, имеет место сигнал на входе положительной полярности, которьй . включает логическую схему ЗАДЕРЖКА 17 Один ее выходной сигнал включает электромагнитный клапан 16, второй - запальное устройство 14. Природный газ через открытый клапан 1 б поступа- ет к запальному механизму 14 и воспламеняется. Факел запального механизма омывает горячий спай термопары 15, на выходе которой появляется термоэлектродвижущая сила. После полно- го прогрева термопары 15 ее выходной сигнал, поступающий через логическую схему ЗАПРЕТ на вход катущки электромагнитного клапана 16, удерживает клапан в среднем положении после исчезновения входного сигнала от логической схемы ЗАДЕРЖКА. Длительность этого входного сигнала настраивается равной или более времени прогрева термопары, В таком положении электромагнитный клапан 16 направляет природный газ к горелке 13 и запальному механизму 14, что обеспечивает нормальное функционирование генератора 12 углекислого газа.

. По мере насьпцения воздуха теплицы углекислым газом концентрация его приближается к заданной, а затем превышает ее, В этом случае исчезает сигнал на входе положительной полярности генератора 12 углекислого газа и появляется отрицательный, кото- рый является запрещающим для термопары. Выходной сигнал термопары 15 через логическую схему ЗАПРЕТ не проходит, электромагнитный клапан 16 закрывается, перекрывая поток природного газа от источника к горелке 13, и генератор 12 углекислого газа отключается. Повторный его запуск осуществляется аналогично рассмотренному.

Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы позволяет экономить природньй газ и интенсифицировать фотосинтез растений, что в свою очередь ведет к сокращению сроков вегетации и повьше нию урожайности.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы, содержащее датчик концентрации углекислого газа, двухпо- зиционный регулятор с задатчиком концентрации углекислого газа и генератор углекислого газа, включающий камеру сгорания с термопарой, запальньм механизмом и горелкой, последние из которых сообщены с электромагнитным клапаном, установленным на трубопроводе подачи природного газа в теплицу, связаны с источником природного газа, а выход горелки соединен с входами термопары и датчика концентрации углекислого газа, отличающееся тем, что, с целью оптимизации процесса фотосинтеза растений и экономии природного газа путем непрерывного контроля и регулирования

концентрации углекислого гдза в воздухе теплицы, оно снабжено датчиками облучения растений и температуры внутреннего воздуха теплицы, вычислительным блоком, импульсным регулятором, согласующим бдоком, причем выходы датчиков концентрации углекислого газа, облучения растений и температуры внутреннего воздуха теп- лицы соединены с соответствующими входами вычислительного блока, выход которого через импульсный регулятор связан с входом согласующего блока, при этом выход последнего под- кЛючен к входу двухпозиционного регулятора, выход которого соединен с входом генератора углекислого га- за.

2. Устройство по П.1, о т л и - дающее с я тем, что двухпозици- онный регулятор снабжен последовательно соединенными задатчиком концентрации углекислого газа, элемен- том сравнения и фильтром, а задатчик

концентрации углекислого газа оснащен приводом, вход которого является входом двухпозиционного регулятора, а выходом последнего служит выход фильтра, при этом второй вход элемента сравнения связан с соответствующи выходом датчика концентрации углекислого газа.

3. Устройство по П.1 и 2, о т л и чающ ёеся тем, что генератор углекислого газа снабжен логическими схемами ЗАДЕРЖКА и ЗАПРЕТ, при этом запрещающий вход последней соединен с выходом отрицательной полярности двухпозиционного регулятора, другой вход связан с выходом термопары, а выход схемы ЗАПРЕТ - с первым выводом катушки реле электромагнитного клапана, второй вывод которой соедй нен с первым выводом логической схемы ЗАДЕРЖКА, причем второй выход последней связан с входом запального механизма, а вход подключен к выходу положительной полярности двухпозиционного регулятора.

Изобретение относится к сельскому хозяйству , в частности, к промышленному овощеводству и цветоводству защищенного грунта. Цель изобретения - оптимизация процесса фотосинтеза и экономия природного газа путем непрерывного контроля и регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы. Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы содержит датчик 1 концентрации углекислого газа, выполненный в виде газоанализатора с электрическим выходом. Датчик 2 облучения растений выполнен в виде фотогенератора. В качестве датчика 3 температуры внутреннего воздуха использована термопара. Датчики установлены в теплице на высоте расположения растений и подключены к соответствующим входам вычислительного блока 4. Длительность выходных импульсов импульсного регулятора 5 пропорциональна величине входного сигнала, а полярность - полярности выхода вычислительного блока 4. Согласующий блок 6 связан с входом двухпозиционного регулятора 7. В состав двухпозиционного регулятора 7 входит реверсивный привод 8, задатчик 9 концентрации углекислого газа, элемент 10 сравнения и фильтр 11. Выход согласующего блока 6 соединен с входом генератора 12 углекислого газа. Устройство позволяет сократить срок вегетации и повысить урожайность. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

С )

+

(П)

Фиг. 3

Фыг.

Фие.5