CN112505292B - 一种用于水解氮实验的培养装置及培养方法 - Google Patents

一种用于水解氮实验的培养装置及培养方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土壤水解氮实验的培养设备的技术领域，具体地说，涉及一种用于水解氮实验的培养装置，包括：培养装置本体(1)、加热装置(2)、回旋式震荡装置(3)、多层式震荡支架(4)、多个温度传感器(5)、PLC控制器(6)、多个扩散皿专用托盘(7)、蜂鸣器(8)、用户终端(9)；多层式震荡支架(4)嵌入至培养装置本体(1)的中空位置处，其上固定多个扩散皿托盘(7)，每个扩散皿托盘(7)上固定多个扩散皿(10)，每个扩散皿中放置对应的土壤样本；培养装置本体(1)的中空位置的内壁上均匀布设多个温度传感器(5)；培养装置本体(1)的顶部安装PLC控制器(6)和蜂鸣器(8)，PLC控制器(6)与用户终端(9)远程连接。

Description

一种用于水解氮实验的培养装置及培养方法
技术领域
本发明属于土壤水解氮实验的培养设备的技术领域，具体地说，涉及一种用于水解氮实验的培养装置及培养方法。
背景技术
土壤水解氮包括无机态氮和部分有机质中分解的、比较简单的有机态氮，土壤水解氮是铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质的总和，其能够反映土壤近期内氮素供应情况，又称为土壤有效氮。土壤水解氮的测定作为一项指标，在实验室中应用广泛，而该项指标对了解土壤供氮情况，具有一定实际意义，往往是指导合理施肥的重要指标。
传统的做水解氮培养的培养设备主要包括一个鼓风干燥箱和各种培养箱进行培养，但是，传统的培养设备只是为了满足需求所搭建的一个临时培养设备，并不是一个专门用于水解氮实验的培养设备，无法同时了解各个培养箱内的土壤样品的培养状况；另外，水解氮实验的测试方法中，要求在培养期间要摇晃3次，都是采取人工摇晃，非常耗费人力，且很不好操作，工作效率低，且很容易造成污染，培养时间长，一般需要培养24小时，特别是在时间上排到需要在夜里进行摇晃，还需实验人员加班来摇晃，大大增加实验员的工作强度。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于水解氮实验的培养装置，其包括：培养装置本体、加热装置、回旋式震荡装置、多层式震荡支架、多个温度传感器、PLC控制器、多个扩散皿专用托盘、多个扩散皿、蜂鸣器和用户终端；
所述培养装置本体为顶部和底部均封闭的中空方柱体结构；多层式震荡支架嵌入至培养装置本体的中空位置处，培养装置本体的一侧设有矩形开口，并在该矩形开口处设置安装门；与设有矩形开口的一侧相对的一侧，设有热风出口；
多层式震荡上固定安装多个扩散皿托盘，每个扩散皿托盘上固定放置多个扩散皿，每个扩散皿中放置对应的土壤样本；
培养装置本体的中空位置的内壁上均匀布设多个温度传感器；
培养装置本体的顶部安装PLC控制器和蜂鸣器；
靠近培养装置本体的底部开设呈上下设置的第一层式抽屉结构和第二层式抽屉结构，第一层式抽屉结构内设置回旋式震荡装置，且该回旋式震荡装置通过连接装置与震荡支架连接；
第二层式抽屉结构内设置加热装置，且该加热装置与PLC控制器电性连接；
PLC控制器还与多个温度传感器和蜂鸣器电性连接；
PLC控制器通过长距离通信方式与用户终端远程连接。
作为上述技术方案的改进之一，所述回旋式震荡装置包括：从动带轮、主动带轮、主动偏心轴、从动偏心轴、电机、传送带、轴承底座和多个偏心轴联轴器；
轴承底座上固定电机和从动偏心轴，且从动偏心轴的一端可转动地设置在从动带轮的中部，其另一端可转动地设置在轴承支座上；
主动偏心轴的一端可转动地设置从动带轮上，且该端与设置在从动带轮的中部的从动偏心轴的一端位于同一水平线上，并相对放置；主动偏心轴的另一端安装在多层式震荡支架的底部，并与安装在多层式震荡支架上的四角处的偏心轴联轴器相连接；
主动带轮与电机可转动地连接，且主动带轮和从动带轮通过传送带连接。
作为上述技术方案的改进之一，所述多层式震荡支架为上下方向设置的多层式支架结构，其中的每一层支架放置对应的扩散皿专用托盘。
作为上述技术方案的改进之一，所述温度传感器，用于实时采集每个扩散皿专用托盘上放置的每个扩散皿中的土壤样本的温度。
作为上述技术方案的改进之一，所述PLC控制器上还设置显示触屏，该显示触屏通过无线网络分别与PLC控制器和用户终端远程互联互通；所述显示触屏上实时显示培养装置本体内放置的每个土壤样本的培养温度、培养时间、震荡停止时间和震荡次数。
作为上述技术方案的改进之一，所述扩散皿专用托盘包括：扩散皿支架和多个扩散皿，所述扩散皿支架上开设多个圆柱形凹槽，将每个扩散皿固定安装在对应的圆柱形凹槽内。
作为上述技术方案的改进之一，所述扩散皿包括：扩散皿底盘和扩散皿上盖；扩散皿上盖盖在扩散皿底盘上，所述扩散皿底盘为顶部开口的圆柱形结构，且扩散皿底盘的中部开设直径小于扩散皿直径的小圆柱形结构，其横截面整体呈圆环式结构；
在沿径向方向上，小圆柱形结构的外圆周与圆柱形结构的外圆周之间采用金属导热丝连接；
扩散皿上盖的顶部内壁上设置多个金属导热丝。
作为上述技术方案的改进之一，所述户终端为手机、计算机或平板电脑。
本发明还提供了一种用于水解氮实验的培养方法，该方法包括：
将水解氮实验所需要的N个土壤样本放置于扩散皿专用托盘上的多个扩散皿，并将每个扩散皿专用托盘放置在多层式震荡支架上，再将放置有多个扩散皿专用托盘的多层式震荡支架放置于培养装置本体的中空位置处，并关闭安装门；
PLC控制器发送加热指令至加热装置，加热装置启动，对每个土壤样本进行加热；
多个温度传感器实时采集每个土壤样本的培养温度，并将其传送至用户终端进行实时显示；
用户终端根据所显示的每个土壤样本的培养温度，判断每个土壤样本是否需要震荡；
如果当前所显示的土壤样本的培养温度达到预先设定的培养温度阈值，且培养时间达到12小时，则PLC控制器发送控制指令至加热装置，控制加热装置停止加热，同时，PLC控制器发送震荡指令至回旋式震荡装置3，回旋式震荡装置通过连接装置，对多层式震荡支架、扩散皿专用托盘、扩散皿以及放置在扩散皿中的土壤样本进行平稳震荡；
PLC控制器根据预先设定的震荡停止时间，对回旋式震荡装置发送停止震荡指令，控制回旋式震荡装置停止震荡；
PLC控制器再根据预先设定的本次震荡距离下一次震荡所需要的间隔时间以及所需要的震荡次数，完成对每个土壤样本所需要的平稳震荡次数和培养；
PLC控制器将每个完成培养的土壤样本所对应的位置信息发送至用户终端，同时，安装在培养装置本体上蜂鸣器发出提示声，用户终端为用户推送完成培养的土壤样本的位置信息以及对应的报警提示音；
用户根据在用户终端所显示的完成培养的土壤样本的位置信息，将对应的土壤样本取出，并获得对应的土壤数据。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的装置是专门用于做水解氮实验的培养设备，能够方便快捷地完成水解氮培养实验，通过PLC控制器，能够预先设定土壤样本的培养条件，并实时监控每个土壤样本的培养状态，实现完全自动操作，且在土壤样本的培养期间，无需人工摇晃，大大缩短了培养时间，降低了实验员的工作强度，降低污染率，保证实验科学性，数据的准确性，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的一种用于水解氮实验的培养装置的结构示意图；
图2是图1的本发明的一种用于水解氮实验的培养装置的扩散皿专用托盘的结构示意图；
图3是图1的本发明的一种用于水解氮实验的培养装置的扩散皿的结构示意图；
图4是图1的本发明的一种用于水解氮实验的培养装置的回旋式震荡装置的结构示意图。
附图标记：
1、培养装置本体 2、加热装置
3、回旋式震荡装置 4、多层式震荡支架
5、温度传感器 6、PLC控制器
7、扩散皿专用托盘 8、蜂鸣器
9、用户终端 10、扩散皿
11、电源 12、热风出口
13、扩散皿支架 14、扩散皿底盘
15、扩散皿上盖 16、电源开关
17、从动偏心轴 18、主动带轮
19、主动偏心轴 20、电机
21、从动带轮 22、传送带
23、偏心轴联轴器 24、轴承底座
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种用于水解氮实验的培养装置，其包括：培养装置本体1、加热装置2、回旋式震荡装置3、多层式震荡支架4、多个温度传感器5、PLC控制器6、多个扩散皿专用托盘7、多个扩散皿10、蜂鸣器8和用户终端9；
所述培养装置本体1为顶部和底部均封闭的中空方柱体结构；多层式震荡支架4嵌入至培养装置本体1内的中空位置处，培养装置本体1的一侧设有矩形开口，并在该矩形开口处设置安装门，用于在打开安装门时，可以随时更换放入至培养装置本体1的中空位置处的多层式震荡支架4，以及对应的更换安装在多层式震荡支架4上的扩散皿专用托盘7上的多个扩散皿10；或者在关闭安装门时，提供一个针对水解氮实验的培养环境；与设有矩形开口的一侧相对的一侧，设有热风出口12，在培养箱温度过高时，进行通风换气，维持培养箱设定的恒定温度。
多层式震荡4上固定安装多个扩散皿托盘7，每个扩散皿托盘7上固定放置多个扩散皿10，每个扩散皿10中放置对应的土壤样本；
培养装置本体1的中空位置的内壁上均匀布设多个温度传感器5，用于实时采集每个扩散皿专用托盘7上放置的每个扩散皿10中的土壤样本的温度，并将对应的扩散皿中的土壤样本的温度通过长距离通信方式传输至用户终端9上，用户终端9根据实时显示的温度值，向PLC控制器发送对应的指令，从而控制蜂鸣器8发出报警声，提示实验室的操作人员及时采集土壤样本数据；
培养装置本体1的顶部安装PLC控制器6和蜂鸣器8；
靠近培养装置本体1的底部开设呈上下设置的第一层式抽屉结构和第二层式抽屉结构，第一层式抽屉结构内设置回旋式震荡装置3，且该回旋式震荡装置3通过连接装置与多层式震荡支架4连接；
第二层式抽屉结构内设置加热装置2，且该加热装置2与PLC控制器6电性连接，用于根据温度传感器5采集的温度，控制加热装置2是否持续加热、增大或减小加热温度，或关闭加热装置，并停止加热；
PLC控制器还与用户终端9远程互联互通，实现远程通信，进而通过用户终端9远程监控每个土壤样本的培养状态，并根据当前的每个土壤的培养状态，发出对应的指令，从而达到对水解氮实验的实验进程做出快速处理。
培养装置本体1的顶部上还设置电源11，用于为各个部件提供正常工作的电源。其中，电源11上安装电源开关16，用于控制电源11的通断。
其中，如图4所示，所述回旋式震荡装置3包括：从动带轮18、主动带轮21、主动偏心轴17、从动偏心轴19、电机20、传送带22、轴承底座24和多个偏心轴联轴器23；
轴承底座24上固定电机20和从动偏心轴19，且从动偏心轴19的一端可转动地设置在从动带轮18的中部，其另一端可转动地设置在轴承支座24上；
主动偏心轴17的一端可转动地设置从动带轮18上，且该端与设置在从动带轮18的中部的从动偏心轴19的一端位于同一水平线上，并相对放置；主动偏心轴17的另一端安装在多层式震荡支架4的底部，并与安装在多层式震荡支架4上的四角处的偏心轴联轴器23相连接，使得从动带轮18转动的同时，带动主动偏心轴17和从动偏心轴转动19，进而带动多层式震荡支架4平稳震荡，以满足土壤样本培养所需要的环境；
主动带轮21与电机20可转动地连接，且主动带轮21和从动带轮18通过传送带22连接，电机20发生转动，带动主动带轮21转动，通过传送带22，带动从动带轮18发生转动，进而带动主动偏心轴17和从动偏心轴转动19，进而带动多层式震荡支架4平稳震荡。
所述多层式震荡支架4为上下方向设置的多层式支架结构，其中的每一层支架放置对应的扩散皿专用托盘7。
所述温度传感器5，用于实时采集每个扩散皿专用托盘7上放置的每个土壤样本的温度。
所述PLC控制器6上还设置显示触屏，该显示触屏通过无线网络分别与PLC控制器6和用户终端远程互联互通；该显示触屏还与位于PLC控制器一侧的蜂鸣器8电性连接所述显示触屏上实时显示培养装置本体1内放置的每个土壤样本的培养温度、培养时间、震荡停止时间和震荡次数。其中，所述显示触屏上设有相应的操作按键，用于发出对应的指令至PLC控制器。
如图3所示，所述扩散皿专用托盘7包括：扩散皿支架13和多个扩散皿10，所述扩散皿支架13上开设多个圆柱形凹槽，将每个扩散皿10固定安装在对应的圆柱形凹槽内；
如图2和3所示，所述扩散皿10包括：扩散皿底盘14和扩散皿上盖15；扩散皿上盖15盖在扩散皿底盘14上，所述扩散皿底盘14为顶部开口的圆柱形结构，且扩散皿底盘14的中部开设直径小于扩散皿直径的小圆柱形结构，其横截面整体呈圆环式结构；
在沿径向方向上，小圆柱形结构的外圆周与圆柱形结构的外圆周之间采用金属导热丝连接，便于导热和保持扩散皿内的温度；
扩散皿上盖15的顶部内壁上设置多个金属导热丝，便于导热和保持扩散皿内的温度。
所述户终端9为手机、计算机或平板电脑。
所述培养装置本体1上还设有电源，用于为该培养装置中的各个部件提供正常工作的电源，保证各个部件能够正常工作。
本发明还提供了一种用于水解氮实验的培养方法，该方法包括：
将水解氮实验所需要的N个土壤样本放置于扩散皿专用托盘7上的多个扩散皿10，并将每个扩散皿专用托盘7放置在多层式震荡支架4上，再将放置有多个扩散皿专用托盘7的多层式震荡支架4放置于培养装置本体1的中空位置处，并关闭安装门；
PLC控制器6发送加热指令至加热装置2，加热装置2启动，对每个土壤样本进行加热；
多个温度传感器5实时采集每个土壤样本的培养温度，并将其传送至用户终端9进行实时显示；
用户终端9根据所显示的每个土壤样本的培养温度，判断每个土壤样本是否需要震荡；
如果当前所显示的土壤样本的培养温度达到预先设定的培养温度阈值，且培养时间达到12小时，则PLC控制器6发送控制指令至加热装置2，控制加热装置2停止加热，同时，PLC控制器6发送震荡指令至回旋式震荡装置3，回旋式震荡装置3通过连接装置，对多层式震荡支架4和放置于多层式震荡支架4上的扩散皿专用托盘7、扩散皿10以及放置在扩散皿10中的土壤样本进行平稳震荡，从而完成对扩散皿专用托盘7中的扩散皿及其内置的土壤样本进行平稳震荡；
PLC控制器6根据预先设定的震荡停止时间，对回旋式震荡装置3发送停止震荡指令，控制回旋式震荡装置3停止震荡；
PLC控制器6再根据预先设定的本次震荡距离下一次震荡所需要的间隔时间以及所需要的震荡次数，重复上述过程，完成对每个土壤样本的培养；
PLC控制器6将每个完成培养的土壤样本所对应的位置信息发送至用户终端9，同时，安装在培养装置本体1上蜂鸣器8发出提示声，用户终端9为用户推送完成培养的土壤样本的位置信息以及对应的报警提示音；
用户根据在用户终端9所显示的完成培养的土壤样本的位置信息，将对应的土壤样本取出，并获得对应的土壤数据。
在本实施例中，所需要的震荡次数为3次，本次震荡距离下一次震荡所需要的间隔时间为6-8小时。
本发明的方法，采用回旋式震荡装置3、扩散皿专用托盘7、PLC控制器6相结合的方式，来实现对扩散皿专用托盘7的固定和平稳震荡的目的。采用加热装置2与PLC控制器6相结合的方式，控制水解氮实验时的精确温度。通过将用户终端9远程连接PLC控制器6和设置在其上的触摸显示屏，来实现对每个土壤样本的培养温度、培养时间、震荡时间和震荡次数进行自动化控制，且土壤样品培养时间大大缩短。
本发明的装置有二种模式：第一种模式，按照传统方法实现自动化培养模式，设定好培养时间，每次震荡所需要的间隔时间，以及震荡停止时间，省去实验操作，全部自动化操作。第二种模式，通过本发明的培养设备进行实验验证出来的方法，就是通过在培养期间使扩散皿专用托盘7一直处于摇晃状态，使扩散皿专用托盘7上的每个扩散皿10中的土壤样本和氢氧化钠溶液充分混匀反应，从而达到快速反应完成，缩短整个实验的培养时间。经过长期的实验验证结果表明使用该培养装置培养12小时得到的数据结果和24个小时的结果相同。但比传统方法节约一半的时间，大大提高工作效率，降低了实验的成本。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于水解氮实验的培养装置，其特征在于，该装置包括：培养装置本体(1)、加热装置(2)、回旋式震荡装置(3)、多层式震荡支架(4)、多个温度传感器(5)、PLC控制器(6)、多个扩散皿专用托盘(7)、多个扩散皿(10)、蜂鸣器(8)和用户终端(9)；
所述培养装置本体(1)为顶部和底部均封闭的中空方柱体结构；多层式震荡支架(4)嵌入至培养装置本体(1)的中空位置处，培养装置本体(1)的一侧设有矩形开口，并在该矩形开口处设置安装门；与设有矩形开口的一侧相对的一侧，设有热风出口(12)；
多层式震荡支架(4)上固定安装多个扩散皿托盘(7)，每个扩散皿托盘(7)上固定放置多个扩散皿(10)，每个扩散皿(10)中放置对应的土壤样本；
培养装置本体(1)的中空位置的内壁上均匀布设多个温度传感器(5)；
培养装置本体(1)的顶部安装PLC控制器(6)和蜂鸣器(8)；
靠近培养装置本体(1)的底部开设呈上下设置的第一层式抽屉结构和第二层式抽屉结构，第一层式抽屉结构内设置回旋式震荡装置(3)，且该回旋式震荡装置(3)通过连接装置与震荡支架(4)连接；
第二层式抽屉结构内设置加热装置(2)，且该加热装置(2)与PLC控制器(6)电性连接；
PLC控制器(6)还与多个温度传感器(5)和蜂鸣器(8)电性连接；
PLC控制器(6)通过长距离通信方式与用户终端(9)远程连接；
所述回旋式震荡装置(3)包括：从动带轮(18)、主动带轮(21)、主动偏心轴(17)、从动偏心轴(19)、电机(20)、传送带(22)、轴承底座(24)和多个偏心轴联轴器(23)；
轴承底座(24)上固定电机(20)和从动偏心轴(19)，且从动偏心轴(19)的一端可转动地设置在从动带轮(18)的中部，其另一端可转动地设置在轴承支座(24)上；
主动偏心轴(17)的一端可转动地设置从动带轮(18)上，且该端与设置在从动带轮(18)的中部的从动偏心轴(19)的一端位于同一水平线上，并相对放置；主动偏心轴(17)的另一端安装在多层式震荡支架(4)的底部，并与安装在多层式震荡支架(4)上的四角处的偏心轴联轴器(23)相连接；
主动带轮(21)与电机(20)可转动地连接，且主动带轮(21)和从动带轮(18)通过传送带(22)连接；
所述多层式震荡支架(4)为上下方向设置的多层式支架结构，其中的每一层支架放置对应的扩散皿专用托盘(7)；
所述扩散皿专用托盘(7)包括：扩散皿支架(13)和多个扩散皿(10)，所述扩散皿支架(13)上开设多个圆柱形凹槽，将每个扩散皿(10)固定安装在对应的圆柱形凹槽内；
所述扩散皿(10)包括：扩散皿底盘(14)和扩散皿上盖(15)；扩散皿上盖(15)盖在扩散皿底盘(14)上，所述扩散皿底盘(14)为顶部开口的圆柱形结构，且扩散皿底盘(14)的中部开设直径小于扩散皿直径的小圆柱形结构，其横截面整体呈圆环式结构；
在沿径向方向上，小圆柱形结构的外圆周与圆柱形结构的外圆周之间采用金属导热丝连接；
扩散皿上盖(15)的顶部内壁上设置多个金属导热丝。
2.根据权利要求1所述的用于水解氮实验的培养装置，其特征在于，所述温度传感器(5)，用于实时采集每个扩散皿专用托盘(7)上放置的每个扩散皿(10)中的土壤样本的温度。
3.根据权利要求1所述的用于水解氮实验的培养装置，其特征在于，所述PLC控制器(6)上还设置显示触屏，该显示触屏通过无线网络分别与PLC控制器和用户终端远程互联互通。
4.根据权利要求1所述的用于水解氮实验的培养装置，其特征在于，所述户终端(9)为手机、计算机或平板电脑。
5.一种用于水解氮实验的培养方法，其特征在于，该方法基于上述权利要求1-4中任一所述的用于水解氮实验的培养装置实现，该方法包括：
将水解氮实验所需要的N个土壤样本放置于扩散皿专用托盘(7)上的多个扩散皿(10)，并将每个扩散皿专用托盘(7)放置在多层式震荡支架(4)上，再将放置有多个扩散皿专用托盘(7)的多层式震荡支架(4)放置于培养装置本体(1)的中空位置处，并关闭安装门；
PLC控制器(6)发送加热指令至加热装置(2)，加热装置(2)启动，对每个土壤样本进行加热；
多个温度传感器(5)实时采集每个土壤样本的培养温度，并将其传送至用户终端(9)进行实时显示；
用户终端(9)根据所显示的每个土壤样本的培养温度，判断每个土壤样本是否需要震荡；
如果当前所显示的土壤样本的培养温度达到预先设定的培养温度阈值，且培养时间达到12小时，则PLC控制器(6)发送控制指令至加热装置(2)，控制加热装置(2)停止加热，同时，PLC控制器(6)发送震荡指令至回旋式震荡装置(3)，回旋式震荡装置(3)对多层式震荡支架(4)、扩散皿专用托盘(7)、多个扩散皿(10)以及放置在每个扩散皿(10)中的土壤样本进行平稳震荡；
PLC控制器(6)根据预先设定的震荡停止时间，对回旋式震荡装置(3)发送停止震荡指令，控制回旋式震荡装置(3)停止震荡；
PLC控制器(6)再根据预先设定的本次震荡距离下一次震荡所需要的间隔时间以及所需要的震荡次数，完成对每个土壤样本所需要的平稳震荡次数和培养；
PLC控制器(6)将每个完成培养的土壤样本所对应的位置信息发送至用户终端(9)，同时，安装在培养装置本体(1)上蜂鸣器(8)发出提示声，用户终端(9)为用户推送完成培养的土壤样本的位置信息以及对应的报警提示音；
用户根据在用户终端(9)所显示的完成培养的土壤样本的位置信息，将对应的土壤样本取出，并获得对应的土壤数据。
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