Способ регулирования кислорода в фитокамере и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК A01G9/24 

Pff

1 b Ф l

(Л

сд ю

00 00

Изобретение относится к сельскому хозяйству и служит для регулирования кислорода в фитокамере и измерения фотосинтетического кислородного газообмена растений. Цель изобретения - повышение точности регулирования кислорода в объеме фитокамеры. Регулируемым параметром является обобщенная концентрация кислорода в герметичной фитокамере 1, определяемая исходя из балансового соотношения для 3- компонентной газовой смеси, на основании данных о текущих измеренных значениях объема, давления, температуры и концентрации при условии сохранения в процессе регулирования на постоянном первоначально заданном уровне количества нейтрального компонента регулируемой газовой смеси- азота. По тем же данным определяют и фотосинтетический кислородный газообмен растений. Устройство содержит датчики 2 и 3 температуры и давления и углекислотный газоанализатор 4. Для измерения величины регулируемого объема кислорода к фитокамере 1 подсоединены гибкая калиброванная емкость 6, датчик 9 скорости изменения объема и сужающее устройство 8. В состав устройства входит вычислительное устройство 11, к выходу которого последовательно подключены регулятор 12 и исполнительное устройство 5, избирательно воздействующее на баланс кислорода в фитакамере. 2 с. и 1 з.п. ф-лы 1 ил.

)

понентной газовой смеси, на основании данных о текущих измеренных значениях объема, давления, температуры и концентрации при условии сохранения в процессе регулирования на постоянном первоначально за- данном уровне кЬличества нейтрального компонента регулируемой газовой смеси - азота. По тем же данным определяют и фотосинтетический кислородный газообмен растений. Устройство содержит датчики 2 и 3 гемпературы и давления и углекислотный

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к регулированию газового режима в вегетационных кли.мати- ческих установках: шкафах, камерах, фитотронах.

Цель изобретения - повыщение точности регулирования кислорода в объеме фи- токамеры.

На чертеже представлена структурная схема устройства для регулирования кислорода в фитокамере.

Способ осуществляется следующим образом.

Обобщенная концентрация кислорода в герметической фитокамере определяется из балансового соотьющения для трехкомпо- нентной газовой смеси на основании да нных о текущих измерениях значений изменения объема: давления, температуры и концентрации углекислого газа при условии сохранения в процессе регулирования на постоянном, первоначально заданном, уровне количества нейтрального ко.мпонента регулируемой газовой смеси - азота. На оснований этих же данных определяется фотосинтетический кислородный газообмен.

Устройство для реализации способа содержит герметическую фитокамеру 1, снабженную датчиками 2 и 3 температуры и давления, углекислотный газоанализатор 4, исполнительное устройство 5 для управляемого избирательного воздействия на баланс кислорода в фитокамере 1 и компенсатор давления, состоящий из гибкой калиброванной емкости 6 и соединительной газовой линии 7 с установленным в линии сужающим устройством 8. Компенсатор давления снабжен датчиком 9 скорости изменения объема. Исполнительное устройство 5 имеет датчик 10 величины управляющего воздействия на баланс .кислорода в фитокамере. В состав устройства входит вычислительное устройство 11, вход которого соединен параллельно с датчиками 2 и 3 температуры, давления, уг- лекислотным газоанализатором 4, датчиком

газоанализатор 4. Для измерения величины регулируемого объема кислорода к фитока- мере 1 подсоединены гибкая калиброванная емкость 6, датчик 9 скорости изменения объема и сужающее устройство 8. В состав устройства входит вычислительное устройство 11, к выходу которого последовательно подключены регулятор 12 и исполнительное устройство 5, избирательно воздействующее на баланс кислорода в фитокамере. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, I ил.

9 скорости изменения объема и датчиком 10 величины управляющего воздействия на баланс кислорода, а выход соединен с регу- лятором 12 кислорода, который, в свою оче- редь, соединен с исполнительным устройством 5.

Устройство работает следующим образом. Объектом регулирования является заклю5 ченная во внутреннем объеме герметичной фитокамеры 1 трехкомпонентная газовая смесь, состоящая из азота - нейтрального компонента, количество которого в процессе регулирования не изменяется, а также из

0 углекислого газа и кислорода. Причем количество углекислого газа вследствие фотосинтетической деятельности растений имеет тенденцию к уменьшению, в то время как количество кислорода по этой же причине, напротив, имеет тенденцию к увеличению. Со5 стояние регулируемой газовой смеси контролируется с помощью датчиков 2 и 3 температуры и давления и углекислотного газоанализатора 4, измеряющего объемную концентрацию углекислого газа в отдельной отд бираемой из общего объема пробе газа. Гибкая калиброванная емкость 6, соединенная с.фитокамерой посредством газовой линии 7, имеет существенно менее жесткие стенки по сравнению со стенками фитокамеры. Благодаря этому с ее помощью осуществляется

5 контроль за изменением величины регулируемого газового объема, для чего установлен датчик 9 скорости изменения объема. При этом для уменьшения флюктуации расхода в газовой линии 7 установлено сужающее устройство 8. Обобщенная концентрация кис лорода рассчитывается исходя из балансового соотнощения

Y(t)+X{t)-f Z(t) 100,

5 где -t- текущее время;

Y-концентрация кислорода, об.%;

У- концентрация углекислого газа, об.%,

Z- концентрация азота, об.%.

В свою очередь, из условия постоянства содержания азота в регулируемом объеме получается:

Z(t)Z(to)

P(t.)Ta)У

T(t;).p(t) t

V(tJ+j v(t)dt

где -to- время начала регулирования;

P- давление;

Т- температура;

V- объем;

V- скорость изменения объема. В результате вычислительное устройство 11 на основании измеренных текущих значени температуры, давления, концентрации углекислого газа и изменения объема с учетом заданных начальных условий определяет текущее значение Y(t) по следующей формуле

Y(t) 100-X(t)-Z(t.).

V(to)

i

V(to)+ v(t)dt tt,

Рассчитанная величина Y{t) является регулируемым параметром в кислородном канале регулирования, который образован следующими последовательно включенными элементами: вычислительным устройством 11, регулятором 12 кислорода и исполнительным устройством 5. Этот канал действует избирательно на баланс кислорода в фитока- мере, причем имеется обратная связь в виде сигнала w(t), поступающего в вычислительное устройство 11 с датчика 10 величины управляющего воздействия на баланс кислорода в фитокамере. В результате паралледь- но с расчетом Y(t) с помощью вычислительного устройства 1 на основании тех же данных рассчитывается фотосинтетический кислородный газообмен растений. Соответствующая расчетная формула получается следующим образом..

Последнюю формулу для Y(t) можно переписать в виде

(1 ).Vo((tVV.(t)

100 Zlto). Yit.. Is.

100

T(tJ

PC

где V«(t) V(l.)+|v(t)

кущее значение регулируемого объема, приведенное к стандартным значениям температуры Т, и давления Р.

Произведение Tin представляет собой количество кислорода, находящееся в

регулируемом объеме. Производная по мени от этого количества будет равна

rY(t)-Vc(t)

1 122Г

dt dX(t)

X(t)s

100

-}

dt

100 dt

V(t).

10

В результате расчетная формула для фотосинтетического кислородного газообмена растений будет иметь следующий вид

„(„(,).bU)jsui ,,„(„.„,„,

где l7(-t)-обобщенная интенсивность фотосинтетического кислородного газообмена, приведенная к стандартным значениям температуры Тд и давления FJ, ;

w(-t)-управляющее воздействие на баланс кислорода в фитакамере. В частном - случае при P(to)P(t) const, T(to) T(t) const, X(t)const,

Xf-t)

w 0 и 1 соответствующие расчетные формулы для Y(t) и U(t) будут иметь вид

Y(t) 100 - X(t) - Z(to) X

30

, .Y(t..)

V(to)+ j v-dt

35

U(t)- di

Следовательно, контроль за интенсивностью фотосинтетического кислородного газообмена растений осуществляется наиболее простым путем - измерением скорости изменения регулируемого газового объема.

Таким образом, достигается цель изобретения - повышение точности регулирования кислорода в объеме фитокамеры, а также сопутствующее увеличение точности измерения обобщенного фотосинтетического кислородного газообмена растений.

Формула изобретения

кислорода в объеме фитокамеры, последнюю посредством газовой линии с сужающим устройством сообщают с калиброванной емкостью и измеряют величину изменения объема калиброванной емкости и величину объемной концентрации нейтрального .компонента, а объемную концентрацию кислорода в каждый текущий момент Y(t) определяют по формуле

Y(t)100 - X(t) - Z(t.)

P(t«)-T(t)

P(t)-T(t,)

X

V(to)

V(to)+J v(t)dt

где Y- объемная концентрация кислорода ;

fc - текущее время;

to- время начала регулирования;

Х- объемная концентрация углекислого газа;

Z- объемная концентрация нейтральт ного компонента (азота);

Тбг -текущее значение температуры;

Р(-ё)-текущее значение давления;

Vt- начальное значение регулируемого объема при начальных значениях температуры T(to) и давления P( с5(4)-скорость изменения объема. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фотосинтетический кислородный газообмен растений определяют по формуле

(t)N dVoU). dX(t) 100 dtdt

v(t) (1 X Vc(t) + w(t), где 7(4)

обобщенная интенсивность фотосинтетического кислородного газообмена,

Pt

Vo(t)V((t).dtj |Ь

-Ti Pp

5

0

5

0

5

текущее значение регулируемого объема, приведенное к стандартным значениям температуры Те, и давления Р,,;

w(-t)-управляющее воздействие на баланс кислорода в фитокамере.

3. Устройство для регулирования кислорода в фитокамере, содержащее герметичную фитокамеру, датчики температуры, давления и углекислотный газоанализатор, исполнительное устройство и подключенный к нему регулятор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности регулирования кислорода в объеме фитокамеры, оно снабжено гибкой калиброванной емкостью, газовой линией, сужающим устройством, датчиком скорости изменения объема, вычислительным устройством и датчиком величины управляющего воздействия на баланс кислорода, причем выходы датчиков темпе- ратуры и давления связаны с входами вычислительного устройства, к другим входам которого подключены выходы углекислот- ного газоанализатора, датчика скорости изменения объема и датчика величины управляющего воздействия на баланс кислорода, вход которого соединен с герметичной фито- камерой и выходом исполнительного устройства, гибкая калиброванная емкость соединена с герметичной фитокамерой посредством газовой линии через сужающее устройство, вход датчика скорости изменения объема подключен к гибкой калиброванной емкости, при этом выход вычислительного устройства соединен с входом регулятора.