CN108627456B - 薯类作物含水量测定装置及其测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了薯类作物含水量测定装置及其测定方法，利用同一品种马铃薯块茎相对含水量（75‑100%区间）与压碎过程中最大阻力存在正比例关系，从而设计一种采用测定马铃薯块压碎最阻力的装置快速测定马铃薯块茎含水量，特别适用于田间快速、大样本数的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物生理学实验装置和方法，具体地说是薯类作物含水量测定装置及其测定方法。
背景技术
植物组织含水量是植物生理状态的一个指标，如水果，蔬菜含水量的多少对其品质有影响，种子含水量对安全贮藏更有意义。利用水遇热蒸发为水蒸气的原理，可用加热烘干法来测定植物组织中的含水量。植物组织含水量的表示方法，常以鲜重或干重的百分比表示，有时也已相对含水量表示。后者更能表示它的生理意义。植物相对含水量可以用以下公式计算：相对含水量（RWC）=（取样时的鲜重－烘干重）/（完全膨胀时的鲜重－干重）×100%。
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。硬度分为：①划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。②压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。③回跳硬度。主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。
硬度的物理意义随实验方法不同，其含义也不同。例如，压入法的硬度代表了材料表面抵抗另一物体压入时所引起塑性变形的能力，刻划法硬度表示材料抵抗表面局部断裂的能力，弹性回跳法硬度是代表金属弹性变形功的大小。所以硬度值实际上不是一个单纯的物理量，它是表征着材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标。
在压入法中，根据加载加载速度不同又分为静载压入法和动载压入法，后者又称弹性回跳法。静载压入法的基本原理是：利用机械装置将标准压头在规定载荷下压入待测材料表面，保持一定时间后卸载，然后测量残留在材料表面的压痕的某一几何量，如压痕面积，压痕深度或压痕对角线长度等来表征材料的软硬。显然，压痕面积或压痕深度愈大，材料硬度愈低。
韧度是物体抗磨损、抗拉伸、抗压入等的能力，也可叫做抗破裂的能力。在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力，是材料的力学性能指标。
现有技术存在的问题：马铃薯块在压碎过程中既体现了马铃薯块的硬度也体现了韧度，现有技术中未见利用硬度和韧性等力学特性的测定转换为相对含水量测定装置和测定方法的报道。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明提供了薯类作物含水量测定装置及其测定方法，利用同一品种马铃薯块茎相对含水量（75-100%区间）与压碎过程中最大阻力存在正比例关系，从而通过测量马铃薯块茎压碎过程中最大阻力，实现快速测定马铃薯块茎含水量。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
薯类作物含水量测定装置，其包括：大液压缸及安装在大液压缸内的一级活塞和三级活塞，其中一级活塞通过连杆与二级活塞相连，二级活塞安装在小液压缸内；一级活塞上方及二级活塞下方充满液压油；一级活塞上方的液压油通过双向泵实现储备箱和大液压缸间流动；三级活塞下方连接探头，探头下方设有载物台；大液压缸内壁设有压敏电阻，压敏电阻接入恒压直流电路，电路中设有电流表；所述探头一侧还安装有红外线位移探测器。
优选地，所述双向泵采用齿轮泵，流速和泵压稳定。
优选地，所述电流表为数字电流表能够每隔一段时间记录电流值。
优选地，所述压敏电阻的阻止与所受液体压力成反比。
优选地，所述探头为硅钢等硬质材料制成。
优选地，所述探头前端为球面，探头直径有多个规格，其中10mm最佳。
优选地，所述测定仪还包括打孔器和卡刀。
优选地，所述红外线位移探测器能够根据时间精确测量探头下行距离，并能在显示器上显示。
薯类作物含水量测定方法，包括以下操作步骤：
（1）马铃薯块茎测定样块获取：将马铃薯块茎用20mm打孔器均匀的打下一个圆柱体样块，然后用卡刀切下10mm的一段，得到一圆饼样马铃薯样块。
（2）马铃薯样块压碎过程力学曲线绘制：将马铃薯样块放入上述测定仪的载物台上，启动双向泵，液压油匀速流进液压缸，一级活塞和二级活塞下行运动推动三级活塞和探头下行运动，探头压入马铃薯样块，直至马铃薯样块压碎，电流表二每隔0.1s记录一次电流值，利用压敏电阻电流和压力的关系获得液压缸内液压（压强）大小，液压大小与三级活塞面积乘积则代表马铃薯压碎过程中最大阻力。同时，探头的红外线位移探测器每隔0.1s记录探头下行位移。绘制阻力与测定仪探头行程的曲线。结果表明：马铃薯样块压碎过程中阻力先增大后减小，出现一个峰值(如附图4)。
（3）压碎过程中最大阻力与含水量关系的发现：将同一马铃薯品种（例如：大西洋）样块加入梯度食盐水中，如0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%，充分浸泡待水势充分平衡后取出，采用步骤2的方法探头（10mm直径）每行进0.5mm收集一次电流值，转换为液体压强，并绘制探头行程与压力曲线，再收集被压碎的马铃薯样品采用烘干法测定相对含水量，计算公式：相对含水量（RWC）=（取样时的鲜重－烘干重）/（完全膨胀时的鲜重－干重）×100%。将所得相对含水量与样块压碎过程最大阻力值填入下表并绘制曲线（附图5）。结果如下表：
表1.食盐水浸泡过的马铃薯块相对含水量及压碎最大阻力
| 食盐水浓度 | 0% | 2% | 4% | 6% | 8% | 10% | 12% | 14% | 16% | 18% | 20% |
| 最大阻力（N） | 443 | 420 | 401 | 378 | 356 | 340 | 336 | 333 | 346 | 349 | 350 |
| 相对含水量 | 100% | 95.20% | 90.00% | 85.40% | 80.30% | 75.20% | 70.20% | 65.10% | 59.80% | 55.20% | 51.30% |
上表数据显示，马铃薯块相对含水量与浸泡的食盐水浓度成正比；马铃薯块压碎最大阻力与相对含水量在一定区间范围内成反比，该相对含水量为100%-75%。
（4）相对含水量和压碎最大阻力标准曲线的绘制：将上述100%-75%相对含水量的马铃薯块压碎最大阻力与相对含水量建立标准曲线，并计算标准曲线方程为：Y=420.9X+20.57（如附图6）。
（5）待测样品相对含水量测定：选取被测马铃薯，采用步骤2所述方法测定压碎最大阻力，利用步骤4所得标准曲线方程计算得到相对含水量。
上述测定装置和方法适用于马铃薯、甘薯、木薯等薯类作物；也适用于苹果、梨等具有一定硬度和韧度的水果相对含水量的测定。
有益效果：本发明基于相对含水量在100%-75%区间范围内，相对含水量与马铃薯块压碎最大阻力成反比的研究基础上，设计一种采用测定马铃薯块压碎最阻力的装置快速测定马铃薯块茎含水量，特别适用于田间快速、大样本数的测量。
附图说明
图1是本发明薯类作物含水量测定装置的结构示意图。
图2是本发明薯类作物含水量测定装置打孔器示意图。
图3是本发明薯类作物含水量测定装置卡刀示意图。
图4是本发明薯类作物含水量测定装置探头行进阻力曲线图。
图5是本发明食盐水浓度与压碎最大阻力曲线图。
图6是本发明马铃薯块相对含水量与压碎最大阻力标准曲线图。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。
实施例1
本实施例提供了薯类作物含水量测定装置，如附图1所示，测定仪包括：大液压缸5及安装在大液压缸5内的一级活塞4和三级活塞8，其中一级活塞4通过连杆与二级活塞6相连，二级活塞6安装在小液压缸7内；一级活塞4上方及二级活塞7下方充满液压油3；一级活塞4上方的液压油3通过双向泵2实现储备箱1和大液压缸间流动；三级活塞8下方连接探头9，探头9下方设有载物台11；大液压缸5内壁设有压敏电阻12，压敏电阻12接入恒压直流电路；电路中设有电流表13/14，所述探头9一侧还安装有红外线位移探测器16。
进一步地，所述双向泵2采用齿轮泵，流速和泵压稳定。
进一步地，所述电流表13和14为数字电流表能够每隔一段时间记录电流值。
进一步地，所述压敏电阻12的阻止与所受液体压力成反比。
进一步地，所述探头9为硅钢等硬质材料制成。
进一步地，所述探头9前端为球面，探头直径有多个规格，其中10mm最佳。
进一步地，所述红外线位移探测器16能够根据时间精确测量探头下行距离，并能在显示器15上显示。
如附图2和3所示，所述测定仪还包括打孔器和卡刀。
实施例2
本实施例提供了薯类作物含水量测定方法，包括以下操作步骤：
（1）马铃薯块茎测定样块获取：将马铃薯块茎用20mm打孔器均匀的打下一个圆柱体样块，然后用卡刀切下10mm的一段，得到一圆饼样马铃薯样块。
（2）马铃薯样块压碎过程力学曲线绘制：将马铃薯样块放入上述测定仪的载物台上，启动双向泵，液压油匀速流进液压缸，一级活塞和二级活塞下行运动推动三级活塞和探头下行运动，探头压入马铃薯样块，直至马铃薯样块压碎，电流表二每隔0.1s记录一次电流值，利用压敏电阻电流和压力的关系获得液压缸内液压（压强）大小，液压大小与三级活塞面积乘积则代表马铃薯压碎过程中最大阻力。同时，探头的红外线位移探测器每隔0.1s记录探头下行位移。绘制阻力与测定仪探头行程的曲线。结果表明：马铃薯样块压碎过程中阻力先增大后减小，出现一个峰值(如附图4)。
（3）压碎过程中最大阻力与含水量关系的发现：将同一马铃薯品种（例如：大西洋）样块加入梯度食盐水中，如0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%，充分浸泡待水势充分平衡后取出，采用步骤2的方法探头（10mm直径）每行进0.5mm收集一次电流值，转换为液体压强，并绘制探头行程与压力曲线，再收集被压碎的马铃薯样品采用烘干法测定相对含水量，计算公式：相对含水量（RWC）=（取样时的鲜重－烘干重）/（完全膨胀时的鲜重－干重）×100%。将所得相对含水量与样块压碎过程最大阻力值填入下表并绘制曲线（附图5）。结果如下表：
表2.食盐水浸泡过的马铃薯块相对含水量及压碎最大阻力
| 食盐水浓度 | 0% | 2% | 4% | 6% | 8% | 10% | 12% | 14% | 16% | 18% | 20% |
| 最大阻力（N） | 443 | 420 | 401 | 378 | 356 | 340 | 336 | 333 | 346 | 349 | 350 |
| 相对含水量 | 100% | 95.20% | 90.00% | 85.40% | 80.30% | 75.20% | 70.20% | 65.10% | 59.80% | 55.20% | 51.30% |
上表数据显示，马铃薯块相对含水量与浸泡的食盐水浓度成反比；马铃薯块压碎最大阻力与相对含水量在一定区间范围内成反比，该相对含水量为75-100%。
（4）相对含水量和压碎最大阻力标准曲线的绘制：将上述100%-75%相对含水量的马铃薯块压碎最大阻力与相对含水量建立标准曲线，并计算标准曲线方程为：Y=420.9X+20.57（如附图6）。
（5）待测样品相对含水量测定：选取被测马铃薯，采用步骤2所述方法测定压碎最大阻力，利用步骤4所得标准曲线方程计算得到相对含水量。
综上所述，本发明实施例提供了薯类作物含水量测定装置及其测定方法，利用马铃薯块相对含水量在75-100%区间范围内，相对含水量与马铃薯块压碎最大阻力成正比的研究结果，设计一种采用测定马铃薯块压碎最阻力的装置快速测定马铃薯块茎含水量，特别适用于田间快速、大样本数的测量。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (3)
1.薯类作物含水量测定方法，其特征在于所述测定方法包括以下步骤：
（1）获取马铃薯块茎测定样块；
（2）绘制马铃薯样块压碎过程力学曲线：将马铃薯样块放入薯类作物含水量测定装置的载物台上，启动双向泵，液压油匀速流进液压缸，一级活塞和二级活塞下行运动推动三级活塞和探头下行运动，探头压入马铃薯样块，直至马铃薯样块压碎，电流表每隔0.1s记录一次电流值，利用压敏电阻电流和压力的关系获得液压缸内液压大小，液压大小与三级活塞面积乘积则代表马铃薯压碎过程中最大阻力，同时，探头的红外线位移探测器每隔0.1s记录探头下行位移；绘制阻力与测定仪探头行程的曲线；
所述薯类作物含水量测定装置结构包括：大液压缸及安装在大液压缸内的一级活塞和三级活塞，其中一级活塞通过连杆与二级活塞相连，二级活塞安装在小液压缸内；一级活塞上方及二级活塞下方充满液压油；一级活塞上方的液压油通过双向泵实现储备箱和大液压缸间流动；三级活塞下方连接探头，探头下方设有载物台；大液压缸内壁设有压敏电阻，压敏电阻接入恒压直流电路，电路中设有电流表；所述探头一侧还安装有红外线位移探测器；
（3）发现压碎过程中最大阻力与含水量关系；
（4）绘制相对含水量和压碎最大阻力标准曲线；
（5）待测样品相对含水量测定。
2.根据权利要求1所述的薯类作物含水量测定方法，其特征在于所述步骤（3）包括将同一马铃薯品种样块加入0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%的梯度食盐水中，充分浸泡待水势充分平衡后取出，采用步骤（2）的方法探头每行进0.5mm收集一次电流值，转换为液体压强，并绘制探头行程与压力曲线，再收集被压碎的马铃薯样品采用烘干法测定相对含水量，计算公式：相对含水量=（取样时的鲜重－烘干重）/（完全膨胀时的鲜重－干重）×100%。
3.根据权利要求1所述的薯类作物含水量测定方法，其特征在于步骤（4）所得标准曲线方程为：Y=420.9X+20.57。
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- 2017-03-20 CN CN201710163896.9A patent/CN108627456B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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| CN108627456A (zh) | 2018-10-09 |
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