CN105191685B - 野外霜冻试验箱 - Google Patents

Abstract

野外霜冻试验箱，本发明涉及一种能满足在野外开展植物霜冻试验的装置。该发明根据植物霜冻原理，设计了一种可以在野外模拟霜冻过程的装置，可直接在植物上进行霜冻试验。该试验箱箱体侧板上安装有可调节通风窗、液氮罐和活动门板，箱体内安装、放置有风扇，液氮罐的上端连接有漏斗。液氮罐上安装有开关旋钮，漏斗管口插入液氮罐中，温度计安装在箱体侧板外壁上，温度计上连接有感应探头。本发明提高了霜冻过程和霜冻指标的可靠性，试验结果更接近自然真实状况。该装置采用可升降的箱体结构，可自由调控低于0℃的低温过程，温度控制精度高，对植物无毒副作用，不需外接电源，携带轻便，可在野外霜冻试验中大范围应用。

Description

野外霜冻试验箱

技术领域

本发明属于气象、气候实验装置技术领域，特别涉及一种用于植物野外霜冻试验箱。

背景技术

霜冻是我国农业生产中面临的最主要低温灾害，我国北方地区农作物经常遭受霜冻灾害，无论是小麦、玉米等大宗粮食作物，还是杏、桃、梨、苹果、葡萄等特色经济林果，都会受到霜冻的威胁，轻者使作物、果树减产，重者全军覆没，严重减产或绝产。植物霜冻的本质为低温（一般0℃～-8℃）致使植物叶片、茎干、花朵、果实等细胞结构破坏，失去生物活性或死亡。

传统的植物霜冻试验装置有人工霜冻试验箱，这种人工霜冻试验箱，采用电子制冷、加热和空气混合装置共同协调控制箱体温度，可以模拟低温过程，由于箱体体积有限，只能用于盆栽植物或果树的枝条的霜冻试验。该装置的优点是霜冻过程控制精确，缺点是实验材料（植物）需要盆栽或剪枝，人为破坏了植物的调节和抗逆机制，试验结果和自然霜冻过程有较大差异，植物霜冻试验效果不佳。而且需要电源支持，不能在野外开展试验。

野外霜冻试验箱开展霜冻过程试验需要解决两个关键问题，第一低温过程控制，可以按照自然霜冻降温过程模拟霜箱低温过程；第二是需要低温直接作用于植物体，以便试验处理结束后可以连续观察植物的受冻及恢复情况，从而取证植物受害程度。得到植物霜冻指标和受害程度的真实对应关系。

现有的针对霜冻的试验装置，国内相关机构和个人有较多的成果，如专利号为ZL931179963的发明专利公开了一种间接冷却式冰箱的结构，设置在冷冻室里的一个蒸发器和第一和第二送风风扇的温度调节装置，并能独立地控制双方间能进行流体连通的冷冻室和冷藏室各自的温度，但低温区间没有公布，而且温度无法调节，并需要交流电供应，无法在野外实施霜冻试验。公开号为CN202527187U的发明专利申请技术公开了一种智能型人工环境气候箱，可以控制气候箱体内温度、湿度，具有节能、省电、环保、稳定、可增加压缩机使用寿命等特点。但该人工气候箱可控制的温度范围≥0℃,不能对0℃以下植物样本进行冷冻试验。授权公开号为CN202385598U的专利，涉及一种人工气候箱内调控植物根圈环境温度的装置，能更有效的根据植物需要改变营养液温度，满足对植物根圈环境温度调控的需求。但不能不能对0℃以下植物根部样本进行冷冻试验。公开号为CN203432013U的发明专利申请，公布了一种霜冻人工气候室，可以精确控制0℃以下低温，能保证无论何种环境条件下试验初始阶段室内温湿度均能符合预设的恒定状态，温度控制精度和低温强度可以满足霜（冷）冻试验的需要。但是该霜冻人工气候室箱体巨大，需要交流电供应，只能做盆栽植物和枝条离体冷冻试验，难以满足野外和大型果树霜（冷）冻试验需要。

发明内容

本发明是针对现有霜冻实验装置的不足之处，提出一种完全满足野外霜冻植物试验需求，操作简便、便于携带的野外霜冻试验箱。

本发明的技术方案是这样的：野外霜冻试验箱，该试验箱箱体侧板上安装有可调节通风窗、液氮罐和活动门板，箱体内安装有风扇，液氮罐的上端连接有漏斗。液氮罐上安装有开关旋钮，漏斗管口插入液氮罐中，温度计安装在箱体侧板外壁上，温度计上连接有感应探头。为了便于空气对流，箱体壁的不同方向的三面侧板上均安装有可调节通风窗，其中相对的二面侧板上的通风窗安装位置为上下交叉相对位置。液氮罐罐体和内桶之间装有填充物，该填充物为聚苯乙烯泡沫塑料。

本发明具有如下显著效果：

1、本野外霜冻试验箱继承了传统霜箱温度控制精度高的优点，将笨重、庞大的电子控温装置改进成为液氮控温，降低装置成本。

2、改进了已有霜冻实验装置的结构，采用直流电（电池）供电取代交流电电源供电，使霜冻野外试验成为可能。

3、大量田间试验表明，野外霜冻试验箱控制温度精确、低温控制时间长，完全满足各类霜冻试验需求。

4、该装置操作简便、便于携带。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图。

图中：1-漏斗；2-风扇；3-可调节通风窗；4-温度计；5-液氮罐；6-活动门板；7-液氮罐开关旋钮；8-植物；9-温度计感应探头；10-填充物。

具体实施方式

本发明的具体实施方式结合附图加以说明：

如图1、图2、图3所示：该试验箱体侧板上安装有可调节通风窗3、液氮罐5和活动门板6，箱体内安装有风扇2，液氮罐5的上端连接有漏斗1，液氮罐5上安装有开关旋钮7，漏斗管口插入液氮罐5内桶中，温度计4安装在箱体侧板上，温度计4上连接有感应探头9。为了便于空气对流，箱体壁的不同方向的三面侧板上均安装有可调节通风窗3，其中相对的二面侧板上的通风窗安装位置为上下交叉相对。液氮罐5罐体和内桶之间装有填充物10，该填充物为聚苯乙烯泡沫塑料。为了便于液氮罐液氮释放量控制，开关旋钮7安装在箱体壁外侧。试验箱箱体中间安置三个风扇2，其中一个安装在可调节通风窗的内侧。与温度计相连的感应探头9与试验植物8相靠近。通过液氮升华量控制、风扇空气混合扰动结合通风窗调节相配合的设计，实现霜冻低温控制。温度计为电偶数字温度计；箱体外壳装配有可调节通风窗其形状圆形，方形不限。试验箱外形可以有多种，如正方体、长方体、椭圆球等，方便植物霜冻试验。本发明选择正方体。

试验材料具体参数选择和配比：

冷冻材料：液氮，温度-120～-80℃；

液氮罐：两层圆筒状铁皮间加隔热层，隔热层采用泡沫聚苯乙烯。液氮罐上部加圆形铁皮盖，铁皮盖与液氮罐开关旋钮相接。

试验箱外壳：正方体80cm×80cm×80cm三合板（木板）包装。

通风窗：15 cm×20cm。

活动板：40 cm×40cm。

风扇规格：15cm×15cm；转速>8000RPM。

控制电源：5号干电池6节（或6V蓄电池）。

温度计：电偶数字温度计，精度0.1℃，响应时间<1s。

漏斗：塑料，规格：长度30cm；直径>10cm。

安装质量控制技术流程：

(1)液氮罐（内核铁皮，外层用泡沫板粘接）粘在正方体木箱内壁上部。

(2)正方体箱液氮罐下部设计活动调节窗口，内嵌1个风扇，风扇风吹向箱体内。

(3)正方箱体内部上侧和下侧各粘接2个风扇。

(4)正方体箱侧面凿通风口，外壁粘贴通风调节板。

(5)正方体箱侧面上部凿温度计线孔，安装数字电偶温度计；

(6)液氮罐正上方凿孔，加装漏斗。

(7)正方体箱底部、侧面分别设计并安装活动板，方便植物放入箱体。

各零部件的装配方法：用铁皮焊接直径10cm，高15cm圆筒状液氮罐内胆；离灌口0.5cm处对直穿长15cm，直径2mm铁丝；剪直径10cm铁皮作为液氮罐盖，并焊接于铁丝之上，铁丝一端连接液氮罐开关旋钮；液氮罐内胆外外层用泡沫板粘接，泡沫板外加装圆筒状铁皮外壳，共同构成液氮罐。

(1)打开箱体，将液氮罐粘在正方体木箱内壁上部，液氮罐盖铁丝与箱体外液氮罐开关旋钮连接。

(2) 箱体内部侧面上部和下部各粘接1个风扇。

(3)体箱侧面凿通风调节口，外壁粘贴通风调节板。

(4)体箱上部凿温度计线孔，安装数字电偶温度计，温度计探头置于箱体中央；

(5)体箱上部凿孔加装漏斗，与液氮罐相连。

(6)正方体箱底部、侧面分别安装活动板，方便植物放入箱体。

该试验箱的使用方法（面积用量）步骤：

根据天气预报夜间温度接近0℃时：（1）将箱体置于待冷冻试验植物位置，接通风扇电源，将液氮罐盖板平置，盖好液氮罐，从漏斗处加灌液氮；（2）对于矮小植物，抽出箱体底板，将植株置于箱体内；对于大型植物（果树），打开侧面活动板，将植物组织置于箱体内；将温度探头置于要观测部位（不接触植物）；（3）人工调节液氮罐盖板，将温度调节到冷冻温度范围。（4）调节通风板，进一步把温度精确调节到预定温度阈值。（5）重复（3）、（4）步骤，按照预定的低温变化曲线，实施植物霜冻试验。（6）试验过程结束后，先盖好液氮罐口，打开全部通风口，直至箱体内和箱外温度一致时，移开霜冻试验箱。（7）每隔一天观测植物组织受冻后情况。

具体试验实施例：

1.杏园实施例

2014年4月1日，利用野外霜冻试验箱对位于宁夏河东园艺试验中心处于开花期的杏树进行霜冻试验，试验从5:54开始，6:32结束。试验结果表明，野外霜冻试验箱能平稳将温度控制在预定温度范围。6:07已将霜冻试验温度控制在-6.0℃，控制时间为20分钟，6:28开始温度回升，霜冻试验过程结束。结果表明，箱体内外温度差达到了7.1℃。箱内温度控制期间，箱内温度稳定控制在-6.0℃左右，与目标温度（-6.0℃）相比，最大绝对误差0.2℃，温度平均绝对误差为0.1℃。从温度控制精度到低温强度，完全能满足杏树霜冻试验的温度控制需要。

2.苹果园实施例的苹果树进行霜冻试验，霜冻试验从6:00开始，8:00结束。试验结果表明，野外霜冻试验箱能平稳将温度控制在预定温度范围。6:30已将霜冻试验温度控制在-3.25℃，控制时间为1小时，7:30箱内开始温度回升，霜冻试验过程结束。结果表明，箱体内外温度差达到了8～12℃。箱内温度控制期间，箱内温度稳定控制在-3.25℃左右，与目标温度（-3.25℃）相比，最大绝对误差0.43℃，温度平均绝对误差为0.13℃。从温度控制维持时间长度、控制精度到可以控制的低温强度，完全能满足苹果树霜冻试验的温度控制需要。

Claims (6)

1.野外霜冻试验箱，其特征在于箱体侧板上安装有可调节通风窗（3）、液氮罐（5）和活动门板（6），箱体内安装有风扇（2），液氮罐（5）的上端连接有漏斗（1），液氮罐（5）上安装有开关旋钮（7），漏斗管口插入液氮罐（5）内桶中，温度计（4）安装在箱体侧板上，温度计（4）上连接有感应探头（9）。

2.根据权利要求1所述野外霜冻试验箱，其特征在于：为了便于空气对流，箱体壁的不同方向的三面侧板上均安装有可调节通风窗（3），其中相对的两面侧板上的通风窗安装位置为上下交叉相对。

3.根据权利要求1所述野外霜冻试验箱，其特征在于液氮罐（5）罐体和内桶之间装有填充物（10），该填充物为聚苯乙烯泡沫塑料。

4.根据权利要求1所述野外霜冻试验箱，其特征在于为了便于液氮罐液氮释放量控制，开关旋钮（7）安装在箱体壁外侧。

5.根据权利要求1或2所述野外霜冻试验箱，其特征在于试验箱箱体中间安置三个风扇（2），其中一个安装在可调节通风窗的内侧。

6.根据权利要求1或5所述野外霜冻试验箱，其特征在于感应探头（9）与试验植物（8）相靠近。