CN209693604U - 一种青稞模拟气箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种青稞模拟气箱，其包括：气箱主构架，包括具有顶开口和底开口的内部空间；箱内环境调节系统，包括与气箱主构架相连接的气流交换装置以及加热装置，气流交换装置设置于顶开口，气流交换装置能够从顶开口对内部空间进行气流交换，加热装置设置于气流交换装置的换流路径上，加热装置用于对通过气流交换装置输入到内部空间的气流加热；监测系统，包括设置于内部空间内并且用于监测气箱主构架的内部温度的第一温度监测装置和用于监测气箱主构架的外部温度的第二温度监测装置。本实用新型实施例的模拟气箱采用气流交换装置自然交换气流，并能够智能控制内部温度，整体能耗低，对植物生长影响小，模拟精度高。

Description

一种青稞模拟气箱

技术领域

本实用新型涉及环境模拟设备技术领域，具体地涉及一种模拟气箱。

背景技术

因人类活动排放到大气中主要温室气体浓度增加导致气候变暖为主要特征的气候变化问题是当前人类社会面临的巨大重大环境问题。据联合国政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次评估报告指出，气候变化有95％以上的可能是人类活动行为造成的，目前大气中二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)浓度三种最主要的温室气体浓度比工业化前的1750年分别升高了40％、150％和20％，达到80万年以来的最高值；1880至2012年，全球海陆表面平均温度呈线性上升趋势，升高了0.85℃，预计到2100年大气增温达4.8℃。如果不采取措施减缓气候变化，将对全人类的生产和生活产生灾难性的影响，目前世界各国都在以节能减排为目标积极应对气候变化。

植物对温度又极其敏感，未来气候变化将对植物的生长产生重要影响，特别是对农牧业作物生产影响重大，将关系到国家的粮食及畜产品安全，因而研究气候变化对农作物及草地的影响是高寒地区农业应对气候变化的重要前提。

为了研究气候变化对农作物、草地和森林等的影响，国内外科学工作者采用各种增温方式来模拟气候变化，使被监测的植物生长在未来可能达到的较高的和温度下，通过观测植物的生长、产量和品质来评估未来气温增加的气候变化情景对植物可能产生的影响。

目前的模拟装置采用装置外加红外增温技术进行温度控制。模拟装置是在自然环境条件下，通过搭建红外加温装置来对模拟装置加热但其主要缺点是加热能源的消耗非常巨大，同时红外加温对作物生长及土壤也会产生一定的影响，另外还存在因风速影响造成红外加热不均匀等缺点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种模拟气箱，以模拟研究高寒地区温度及二氧化碳浓度变化对农田、草地、林业植物生长的影响，采用气流交换装置自然交换气流，并能够智能控制内部温度，整体能耗低，对植物生长影响小，模拟精度高。

本实用新型提供的模拟气箱，其包括：

气箱主构架，包括具有顶开口和底开口的内部空间；箱内环境调节系统，包括与气箱主构架相连接的气流交换装置以及加热装置，气流交换装置设置于顶开口，气流交换装置能够(例如从顶开口)对内部空间进行气流交换，加热装置设置于气流交换装置的换流路径上，加热装置用于对通过气流交换装置输入到内部空间的气流加热；监测系统，包括设置于内部空间内并且用于监测气箱主构架的内部温度的第一温度监测装置和用于监测气箱主构架的外部温度的第二温度监测装置。

在一个具体实施方式中，模拟气箱还包括高度调节组件，气流交换装置通过高度调节组件连接于气箱主构架，高度调节组件用于调节气流交换装置的高度。

在一个具体实施方式中，高度调节组件包括柔性索以及与柔性索相连接的螺纹调节部件，高度调节组件通过柔性索和螺纹调节部件中的一者连接于气箱主构架，通过另一者连接于气流交换装置，螺纹调节部件能够调节柔性索和螺纹调节部件的总长度以调节气流交换装置的高度。

在一个具体实施方式中，螺纹调节部件包括螺杆和螺套，螺杆和螺套中的一者连接于柔性索连接，另一者连接于气流交换装置。

在一个具体实施方式中，气流交换装置包括支承框架以及设置于支承框架上的风机，气流交换装置通过支承框架连接于气箱主构架，加热装置连接于支承框架。

在一个具体实施方式中，气流交换装置还包括导流筒，支承框架连接于导流筒并通过导流筒连接于气箱主构架，风机与导流筒的中心孔相对应设置，风机通过导流筒对内部空间进行气流交换。

在一个具体实施方式中，加热装置包括至少两个加热片、热敏电阻加热件、电气绝缘罩和防水密封外壳，至少两个所述加热片环绕所述风机均匀分布，所述电气绝缘罩设置于所述防水密封外壳内，所述热敏电阻加热件设置于所述电气绝缘罩内部。

在一个具体实施方式中，风机为防爆风机。

在一个具体实施方式中，所述箱内环境调节系统还包括能够释放二氧化碳的释放装置；所述监测系统还包括用于监测所述模拟气箱的内部二氧化碳浓度的第一浓度监测器和用于监测所述模拟气箱的外部二氧化碳浓度的第二浓度监测器。

在一个具体实施方式中，所述释放装置包括储气罐、第一输送管、第二输送管、设置于所述第一输送管上的第一流量阀、设置于所述第二输送管上的第二流量阀以及与所述第一输送管和所述第二输送管相连接的环形的气体释放管，其中，所述第一输送管和所述第二输送管均与所述储气罐相连接并且彼此并联设置，所述第一流量阀和所述第二流量阀能够调节二氧化碳释放流量，所述第一流量阀的最大流量大于所述第二流量阀的最大流量，所述气体释放管设置于所述模拟气箱内部并用于向所述模拟气箱内释放二氧化碳。

在一个具体实施方式中，所述气体释放管的安装位置至所述底开口的距离与所述气体释放管的安装位置至所述顶开口的距离之间的比值范围为0.1至10。

在一个具体实施方式中，所述释放装置还包括主管道以及设置于所述主管道上的双级减压阀和转子流量计，所述第一输送管和所述第二输送管同时连通所述主管道，并且通过所述主管道连接于所述储气罐；所述气体释放管具有多排气体释放孔。

在一个具体实施方式中，所述释放孔的直径范围为1mm至2mm。

在一个具体实施方式中，模拟气箱还包括控制系统，控制系统构造为：预设有温差下限阈值Tmin和温差上限阈值Tmax；控制系统能够获得第一温度监测装置监测到的温度值Ti和第二温度监测装置监测到的温度值To；

在Ti小于(To+Tmin)时，控制气流交换装置和加热装置同时启动；

在Ti大于(To+Tmax)时，控制气流交换装置启动，加热装置不启动；

在Ti处于(To+Tmin)和(To+Tmax)之间时，控制气流交换装置和加热装置停止；

预设有浓度差下限阈值Cmin和浓度差上限阈值Cmax；控制系统能够获得第一浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值Ci和第二浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值Co；

在Ci小于(Co+Cmin)时，控制气流交换装置和释放装置同时启动；

在Ci大于(Co+Cmax)时，控制气流交换装置启动，释放装置不启动；

在Ci处于(Co+Cmin)和(Co+Cmax)之间时，控制气流交换装置和释放装置停止。

在一个具体实施方式中，气箱主构架包括沿竖直方向相继分布的筒状主体和锥形顶部，锥形顶部具有相对设置的大口端和小口端，远离筒状主体的小口端形成顶开口，筒状主体远离锥形顶部的开口形成底开口。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例的模拟气箱的俯视结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的模拟气箱的正视结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的气体释放管的横截面结构示意图。

附图标号说明：

10、模拟气箱；

11、气箱主构架；11a、筒状主体；11b、锥形顶部；11c、滑动门；111、顶开口；112、底开口；113、顶框；114、斜棱；115、中框；116、直棱；117、横棱；118、底框；119、箱脚；

12、箱内环境调节系统；

121、气流交换装置；121a、支承框架；121b、风机；121c、导流筒；

122、加热装置；

13、监测系统；131、第一温度监测装置；132、第二温度监测装置；133、第一CO₂浓度监测器；134、第二CO₂浓度监测器；

14、高度调节组件；141、柔性索；142、螺纹调节部件；

15、透光板；

16、释放装置；161、储气罐；162、第一流量阀；163、第二流量阀；164、气体释放管；164a、释放孔；165、双级减压阀；166、转子流量计；

17、控制系统；171、第一控制模块；172、第二控制模块、173、第三控制模块；174、第一处理模块；175、第二处理模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图3对本实用新型实施例的模拟气箱10 进行详细描述。

参见图1和图2所示，本实用新型实施例提出一种模拟气箱10，其包括气箱主构架11、箱内环境调节系统12以及监测系统13。气箱主构架11包括具有顶开口111和底开口112的内部空间。在一个实施例中，气箱主构架11包括沿竖直方向相继分布的筒状主体11a 和锥形顶部11b。锥形顶部11b具有相对设置的大口端和小口端，远离筒状主体11a的小口端形成顶开口111。筒状主体11a远离锥形顶部11b的开口形成底开口112。

本实施例的气箱主构架11为具有顶开口111和底开口112的上下开放式结构，其包括顶框113、多个斜棱114、中框115、多个直棱116、多个横棱117、底框118、多个箱脚 119、多个用于透射阳光的透光板15、滑动门11c以及多个压条。锥形顶部11b呈棱台状并且横截面为多边形。锥形顶部11b包括顶框113以及与顶框113相连接的多个斜棱114。筒状主体11a呈棱柱状并且横截面呈正多边形。筒状主体11a包括中框115、底框118、用于连接中框115和底框118的多个直棱116、用于连接各个直棱116的多个横棱以及设置于底框118上的多个箱脚119。锥形顶部11b通过多个斜棱114连接于中框115，以与筒状主体11a相连接。在顶框113、多个斜棱114以及中框115共同分割形成的多个框架区域上设置透光板15。在中框115、底框118、多个直棱116以及多个横棱共同分割形成的多个框架区域上也设置透光板15。这样，保证模拟气箱10具有良好的阳光透射性能。

在一个实施例中，顶框113包括八根不锈钢管焊接形成一个正八边形环形结构。每个斜棱114为不锈钢板并且斜向下延伸并且与竖直方向呈45度。斜棱114的结构由优质不锈钢先激光切割成长条状，再将此长条状板折弯为120度的角钢，并在此板上均匀钻攻出螺钉固定孔所形成的。

中框115采用八根不锈钢管焊接为一个正八边形环形结构。八根斜棱114的两端分别连接顶框113及中框115的八个交叉点，并焊接锁固。相邻两个斜棱114、顶框113的一根不锈钢管以及中框115的一根不锈钢管形成一个框架，而一个框架上连接一块透光板15。透光板15采用透光性高的高纯聚碳酸酯制成，并且表面经过硬化及防结露和防紫外线涂层处理，防止作物生长过程中叶片对透光板15划伤而影响透光性，另一方面也防止内外部温差大的情况下结露而影响透光性，同时防止高原高强紫外线对透光板15的老化作用。底框118由八根不锈钢管焊接为一个正八边形环形结构。每个直棱116为不锈钢管并且沿竖直方向延伸，其相对的两端分别焊接于中框115与底框118。横棱也为不锈钢管并且沿水平方向延伸，其相对的两端分别使用螺钉连接相邻两个直棱116的中部。底框118的八根底边上分别开有两个圆孔，用于固定八个箱脚119。箱脚119由横竖两条直角不锈钢管焊接而成，并在箱脚119的顶部相应位置开一长方孔和一圆孔。通过底框118及对应的箱脚119上的孔使用螺钉将箱脚119固定于底框118上。模拟气箱10通过箱脚119固定于大地上。在箱脚119的顶端有沿水平方向间隔设置的固定长圆孔和圆孔，便于微调整水平安装位置。在箱脚119的中部焊有一横撑，用来加强箱脚119的强度。箱脚119底部作了削尖处理以便入省力地插入大地中。

在顶框113、多个斜棱114、中框115、多个直棱116、多个横棱117以及底框118各自的连接交叉点使用压条固定。在底框118的其中一根不锈钢管和对应中框115的一根不锈钢管之间形成有一滑槽，滑动门11c设置于滑槽内并且能够沿水平方向滑动。

本实用新型实施例的箱内环境调节系统12包括与气箱主构架11相连接的气流交换装置121以及加热装置122。气流交换装置121设置于顶开口111。气流交换装置121能够从顶开口111对内部空间进行气流交换。气流交换装置121可以双向输送气流，从而能够根据实际需要可以将气箱主构架11外部空间的气流输入内部空间，也可以将内部空间的气流输出到外部空间。加热装置122设置于气流交换装置121的换流路径上。加热装置122用于对通过气流交换装置121输入到内部空间的气流加热，从而提高内部空间的温度。在实施内部空间降温时，通过气流交换装置121运行进行内部空间与外部空间的热交换，即从气箱主构架11的顶开口111将内部空间的气流输入(或输出)到外部空间，从气箱主构架 11的底开口112将内部空间的气流输出(或输入)到外部空间，此时，加热装置122处于停机状态。在实施内部空间升温时，气流交换装置121和加热装置122同时运行，并且将气箱主构架11外部空间的气流输入内部空间时，内部空间的气流从气箱主构架11的底开口112输出至外部空间，以此实现内部空间的气流循环，从而实现对内部空间的热交换使内部空间的温度快速达到均衡状态。在气流交换装置121运行并且从顶开口111将内部空间的气流输入到内部空间时，外部空间的气流从气箱主构架11的底开口112输出外部空间，以此实现内部空间的气流循环，从而实现对内部空间的温度控制。

在一个实施例中，气流交换装置121包括支承框架121a以及设置于支承框架121a上的风机121b。气流交换装置121通过支承框架121a连接于气箱主构架11。加热装置122 连接于支承框架121a。采用风机121b和加热装置122实现内部空间的温度调整的方式，可以降低能源消耗，同时对土壤条件影响较小，不受风速影响。支承框架121a可以是钢制框架或工程塑料框架。风机121b可以正转或反转，以实现双向换流。进一步底，气流交换装置121还包括导流筒121c。支承框架121a连接于导流筒121c并通过导流筒121c连接于气箱主构架11。风机121b与导流筒121c的中心孔相对应设置。风机121b通过导流筒121c对内部空间进行气流交换。导流筒121c能够对风机121b输送的气流起到引导限制的作用，提高气流流速和气流流动方向的精度。在一个示例中，气流交换装置121设置于顶开口111的中央区域，以此提高内部空间的气流循环效果，保证内部空间各个区域气流循环快速达到一致状态。

在一个实施例中，加热装置122包括至少两个加热片。至少两个加热片设置于导流筒 121c内。至少两个加热片环绕风机121b均匀分布，有利于对进入到内部空间的气流进行均匀加热，提高温控精度。风机121b为防爆风机，防爆风机能够防止电机启动时产生火花而点燃环境中的易燃气体，自身具有良好的密封性，有效防止雨水或其他水汽侵入。在一个示例中，每个加热片通过钢丝绑缚于支撑框架上，这样有利于直接对风机121b输入的空气均匀加热，提高加热效率与速度。在一个示例中，加热片包括热敏电阻加热件、电气绝缘罩和防水密封外壳。电气绝缘罩设置于防水密封外壳内，而热敏电阻加热件设置于电气绝缘罩内部。热敏电阻加热件包括正温度系数的热敏电阻(PTC，Positive TemperatureCoefficient)，并通过热敏电阻释放热量。

因作物不同的生长阶段的气温及二氧化碳状况不一样，本实用新型实施例的模拟气箱 10还包括高度调节组件14。气流交换装置121通过高度调节组件14连接于气箱主构架11。高度调节组件14用于调节气流交换装置121的高度。这样，本实施例的模拟气箱10可以在不同的生长季节根据环境温度来沿竖直方向调节气流交换装置121的安装高度，从而有效节省模拟过程所需的能量消耗。例如，当春、秋季温度较低时，主要以加温为主，应降低气流交换装置121的高度，使一部分模拟气箱10内欲排出的气体在未排出时重新吸入到模拟气箱10内部，以减少热量损失，节省能量。在夏季时，模拟气箱10的降温需求增加，应升高气流交换装置121的高度，提高模拟气箱10的降温效率。

在一个实施例中，高度调节组件14包括柔性索141以及与柔性索141相连接的螺纹调节部件142。高度调节组件14通过柔性索141和螺纹调节部件142中的一者连接于气箱主构架11，通过另一者连接于气流交换装置121。螺纹调节部件142能够调节柔性索141 和螺纹调节部件142的总长度以调节气流交换装置121的高度。柔性索141自身直径小，不易遮挡阳光，有利于提供阳关从顶开口111的通过性，并且不会在作物上形成投影，减小对模拟气箱10采光形成干扰，提高模拟精度。在一个示例中，柔性索141为钢丝绳。螺纹调节部件142包括螺杆和螺套。螺杆和螺套中的一者连接于柔性索141连接，另一者连接于气流交换装置121。通过旋转螺套即可调整螺套相对螺杆的位置，以此实现柔性索 141的张紧或放松，调节过程简便易操作。本实施例的柔性索141数量为四条，而螺纹调节部件142的数量也为四个。四条柔性索141和四个螺纹调节部件142均环绕气流交换装置121均匀分布，有利于提高调节精度，同时保证气流交换装置121受力均衡。

本实用新型实施例的监测系统13包括设置于内部空间内并且用于监测气箱主构架11 的内部温度的第一温度监测装置131(例如其可以为温度传感器)和用于监测气箱主构架 11的外部温度的第二温度监测装置132(例如其可以为温度传感器)。在一个实施例中，第一温度监测装置131和第二温度监测装置132均包括温度传感器以及温度传感器防护罩。温度传感器防护罩用于将温度传感器罩住，从而防止太阳辐射对温度传感器的增温而造成温度获取偏差，同时也能够防止雨水侵入温度传感器而导致传感器失效。

本实用新型实施例的模拟气箱10还包括控制系统17。控制系统17内预设有温差下限阈值Tmin和温差上限阈值Tmax；控制系统17能够获得第一温度监测装置131监测到的温度值Ti和第二温度监测装置132监测到的温度值To。当Ti小于(To+Tmin)时，控制气流交换装置121和加热装置122启动，从而使热量更快地在箱内分散均匀。当Ti大于 (To+Tmax)时，控制气流交换装置121启动，以从顶开口111输出气流且从底开口112 输入气流，而加热装置122停止或不启动。其中，控制气流交换装置121启动时，还可以从顶开口111输入气流并从底开口112输出气流，这种方式换热更快，因而能更快速的实现气箱主构架11内部的温度均衡。气箱主构架11的内部温度处于(To+Tmin)和(To+Tmax) 之间时，控制气流交换装置121和加热装置122停止。一般来讲，所要求的气箱主构架11 内部的温度要高于气箱主构架11外部的温度，例如要求气箱主构架11内部温度高于气箱主构架11外部温度2至4℃。在一个实施例中，设定气箱主构架11内部温度高于气箱主构架11外部温度2±0.5℃，即Tmin＝1.5℃，Tmax＝2.5℃。在此情况下，模拟气箱10内气温相比于模拟气箱10外气温增加1.5至2.5℃的范围内属于气候变化模拟控制的预设温度阈值范围，气流交换装置121和加热装置122不工作；而当模拟气箱10内气温相比于模拟气箱10外气温增加值低于1.5℃时，气流交换装置121和加热装置122同时启动；当模拟气箱10内气温相比于模拟气箱10外气温增加值高于2.5℃时，气流交换装置121启动，加热装置122不启动或停止。

本实用新型实施例的模拟气箱10设置控制系统17，有利于根据模拟气箱10内部的温度值Ti同其外部的温度值To与温差下限阈值Tmin或温差上限阈值Tmax之和的比较结果，智能地调节气流交换装置121的启停、加热装置122的启停和加热功率等工作状态，实现对模拟气箱10的智能温度控制，进一步地节能。本实用新型实施例的箱内环境调节系统 12通过配合设置气流交换装置121和加热装置122，能够利用加热装置122加热气流交换装置121输入的冷气流，并且气流交换装置121能够迅速将热气流推送到模拟气箱10的内部空间的各个角落，有利于提高该模拟气箱10的加热效率、加热的均匀性，节省气流交换装置121和加热装置122功率消耗。

本实用新型实施例的监测系统13还包括用于监测模拟气箱10的内部二氧化碳浓度的第一CO₂浓度监测器133(例如其可以为浓度传感器)和用于监测模拟气箱10的外部二氧化碳浓度的第二CO₂浓度监测器134(例如其可以为浓度传感器)。在一个实施例中，第一CO₂浓度监测器133和第二CO₂浓度监测器134均包括二氧化碳传感器以及防护罩。防护罩用于将二氧化碳传感器罩住，从而防止太阳照射或雨水侵入二氧化碳传感器而导致二氧化碳传感器失效。

本实用新型实施例的箱内环境调节系统12还包括能够释放二氧化碳的释放装置16。控制系统17内预设有浓度差下限阈值Cmin和浓度差上限阈值Cmax；控制系统17能够获得第一CO₂浓度监测器133监测到的二氧化碳浓度值Ci和第二CO₂浓度监测器134监测到的二氧化碳浓度值Co。当Ci小于(Co+Cmin)时，控制释放装置16启动；并且在优选的情况下，控制气流交换装置121也启动，这样有能使模拟气箱10内的二氧化碳浓度更快速地达到平衡。当Ci大于(Co+Cmax)时，控制气流交换装置121启动，将模拟气箱 10外部的空气从底开口112或顶开口111引入到模拟气箱10内部以稀释模拟气箱10内的二氧化碳浓度；优选地方式是将气箱主构架11外部的空气从顶开口111引入到气箱主构架 11内部，如此，能更快速的实现模拟气箱10内的二氧化碳浓度均衡。在气箱主构架11内部的二氧化碳浓度处于(Co+Cmin)和(Co+Cmax)之间时，控制释放装置16和气流交换装置121停止。一般来讲，所要求的气箱主构架11内的二氧化碳浓度要高于气箱主构架 11外的二氧化碳浓度，例如要求气箱主构架11内的二氧化碳浓度高于气箱主构架11外的二氧化碳浓度50至200ppm。在一个实施例中，设定为气箱主构架11内部二氧化碳浓度高于气箱主构架11外部二氧化碳浓度100±20ppm，即Cmin＝80ppm，Cmax＝120ppm。在此情况下，模拟气箱10内二氧化碳浓度相比于模拟气箱10外二氧化碳浓度增加80至 120ppm范围内属于气候变化模拟控制的预设浓度阈值范围；气流交换装置121和释放装置16不工作；而当模拟气箱10内二氧化碳浓度相比于模拟气箱10外二氧化碳浓度增加值低于80ppm时，气流交换装置121和释放装置16同时启动；当模拟气箱10内二氧化碳浓度相比于模拟气箱10外二氧化碳浓度增加值高于120ppm时，气流交换装置121启动，释放装置122不启动或停止。

在一个实施例中，当气箱主构架11的内部温度Ti处于(To+Tmin)和(To+Tmax) 之间，而二氧化碳浓度值Ci大于(Co+Cmax)或者二氧化碳浓度值Ci小于(Co+Cmin) 时，控制系统17优先执行温度条件下的指令，也即优先执行控制气流交换装置121停止的控制指令。在另一个实施例中，当二氧化碳浓度值Ci大于(Co+Cmax)或者二氧化碳浓度值Ci小于(Co+Cmin)，而气箱主构架11的内部温度Ti处于(To+Tmin)和(To+Tmax) 之间时，控制系统17优先执行浓度条件下的指令，也即优先执行控制气流交换装置121 启动的控制指令。

在一个实施例中，释放装置16包括储气罐161、第一输送管、第二输送管、设置于第一输送管上的第一流量阀162、设置于第二输送管上的第二流量阀163以及与第一输送管和第二输送管相连接的环形的气体释放管164。第一输送管和第二输送管均与储气罐161 相连接并且彼此并联设置。另外，根据本实用新型的实践经验，用于释放二氧化碳的气体释放管164的高度要根据模拟气箱10内作物生长高度定期调整，一般位于冠层的上方20cm 以内为宜。

第一流量阀162和第二流量阀163能够调节二氧化碳释放流量。第一流量阀162的最大流量大于第二流量阀163的最大流量。模拟气箱10内的二氧化碳浓度偏低时，需要向模拟气箱10内输入二氧化碳，此时，可以先打开第一流量阀162，快速释放二氧化碳气体增加模拟气箱10内的二氧化碳浓度。当浓度差缩小至一定值时，关闭第一流量阀162，打开第二流量阀163，继续释放二氧化碳直至浓度差达到预设浓度阈值再停止第二流量阀163。这样，可以使模拟气箱10内的二氧化碳浓度的增加值快速增达到预设浓度阈值，并且有效减少释放二氧化碳过程中的过充效应，实现对模拟气箱10内部二氧化碳浓度的精细化控制，这种第一流量阀162和第二流量阀163协同工作的二级控制方式提高了控制精度，避免二氧化碳浓度的增加值超过预设浓度阈值而需要耗费额外的能量来引入外界的低二氧化碳浓度的气流来重新稀释模拟气箱10内的二氧化碳浓度。

本实施例的气体释放管164设置于模拟气箱10内部并用于向模拟气箱10的内部空间释放二氧化碳。可选地，气体释放管164的安装位置至底开口112的距离与气体释放管164的安装位置至顶开口111的距离之间的比值范围为0.1至10。气体释放管164的的效果是使作物快速完全浸没于设定的高浓度二氧化碳中，并有效减少二氧化碳的损耗，同时减少气流交换装置121混匀二氧化碳所需的能耗。气体释放管164的高度需要根据模拟气箱10 内的作物生长高度定期调整，使其处于冠层的上方20cm以内为宜，充分保障气体释放管 164释放的二氧化碳被作物吸收利用。在一个示例中，参见图3所示，气体释放管164具有多排气体释放孔164a，从而形成不同方向的释放气流，使释放的二氧化碳能均匀地释放到模拟气箱10的内部。可选地，沿竖直方向，气体释放管164上设置有五排释放孔164a。五排释放孔164a围绕气体释放管164的轴线沿周向均匀间隔分布。释放孔164a的直径范围为1mm至2mm。优选地，释放孔164a的直径为1mm。通过控制释放孔164a的直径，便于精准控制释放至内部空间的二氧化碳的释放量，有效提高控制精度。

本实用新型实施例的释放装置16还包括主管道以及设置于主管道上的双级减压阀165 和转子流量计166。第一输送管和第二输送管同时连通主管道，并且通过主管道连接于储气罐161。第一输送管、第二输送管和主管道通过三通阀相连通。第一输送管、第二输送管和气体释放管164通过三通阀相连接。在本实施例中，储气罐161是钢瓶。钢瓶内是高压二氧化碳气体，优先地使用双级减压阀165降压。转子流量计166有利于观察二氧化碳气体的释放速度。

本实用新型实施例的模拟气箱10所包括的控制系统17能够控制模拟气箱10自动运行。控制系统17包括用于控制气流交换装置121工作的第一控制模块171、用于控制加热装置122工作的第二控制模块172、用于控制释放装置16工作的第三控制模块173、用于处理温度值的第一处理模块174以及用于处理二氧化碳浓度值的第二处理模块175。

气流交换装置121为风机121b的实施例中，第一控制模块171用来控制风机121b的开关、转速及出风方向。第一控制模块171与风机121b通过信号线相连接。第二控制模块172用来控制加热装置122的开关及加热功率大小。第二控制模块172与加热装置122 通过信号线相连接。第三控制模块173用来控制第一流量阀162和第二流量阀163的开关以及两者的开关顺序，以此控制气体释放管164上的释放孔164a所释放出的二氧化碳的流量大小。第三控制模块173与第一流量阀162和第三控制模块173与第二流量阀163均通过信号线相连接。第一处理模块174与第一温度监测装置131和第一处理模块174与第二温度监测装置132均通过信号线相连接。第二处理模块175与第一CO₂浓度监测器133和第二处理模块175与第二CO₂浓度监测器134均通过信号线相连接。可选地，以上信号线为硅胶屏蔽线，以适应高原气候环境。

本实用新型实施例的模拟气箱10主要目的是用于模拟在高寒地区植物生长的野外环境，研究未来全球气候变暖带来的影响。为了在高寒地区模拟研究气候变化对农田、草地及林业(低矮林木)植物生长的影响，既要克服全封闭式的室内模拟气箱10、半封闭式的室外气候模拟室的缺点，同时又考虑高寒地区气候条件特点，以经济高效的手段进行气候模拟。本实用新型的实施例拟采用一种上下开放式的模拟气箱10，采用气流交换装置121自然交换气流并辅以加热装置122，同时利用外源二氧化碳的释放装置16，通过空气动力循环使温度及二氧化碳的浓度控制在所要求的水平。本实施例的模拟气箱10将在高寒地区真实的农作物或草地生长环境中长期运行，实现实时动态模拟气候变化对植物生长的影响。本实用新型的特点是能够动态地调节气箱内温度及CO₂浓度指标来达到设定的环境模拟条件，同时利用野外的自然环境降低其它非控制环境因素对植物的影响，提高气候变化对植物的影响研究的代表性及精度。同时也能够最大限度地利用自然条件，大大节约能源及运行成本，同时最大限度地保证植物生长条件与自然条件的一致，提高模拟精度，真实地反映气候变化对植物的影响，使模拟研究的结果更具说服力及代表性。

现结合图1和图2说明本实用新型实施例的模拟气箱10野外安装过程：

将此模拟气箱10所需的部件包装好运抵野外安装现场后，选好具体的安装位置，一般气候模拟涉及多个模拟气箱10，要求各模拟气箱10之间有足够的间距，相互之间无阳光及通风遮挡。将各模拟气箱10的部件拆包摆放好，采用由下而上的方式进行安装。首先测量选好八个箱脚119的安装位置，将箱脚119使用插入大地固定牢靠。接着在箱脚119 上安装底框118，使有滑槽的一面朝向北面(主要是为了减少门框对阳光的遮挡)，并使用螺钉将底框118锁紧。接着竖直安装八个直棱116，并将直棱116的底端焊接在底框118 上。紧接着将中框115相对应地与直棱116的顶端焊接牢实，而且使两滑槽上下对齐。然后将八个斜棱114的下端使用螺钉锁紧在中框115上，接着将顶框113安装于顶部。将八个斜棱114的上端与顶框113使用螺钉相连并锁紧。接着下一步是将透光板15固定到所搭建的模拟气箱10侧面钢框上，将透光板15从模拟气箱10外部紧贴框架并对齐螺钉孔位，使用压条压住透光板15，并使用螺钉通过固定孔将透光板15和压条紧紧锁定在模拟气箱 10侧面框上。再将横棱通过其两端的螺钉孔使用螺钉固定在直棱116的中部位置；最后通过滑槽将滑动门11c安装到模拟气箱10上，这样就完成了整个气箱主构架11的安装。

气箱主构架11安装好后，接着安装模拟气箱10的控制系统17。控制系统17包括控制箱。先确定好控制箱的位置，以兼顾到各种信号线、控制线及电源线的长度为宜。定好安装位置后，将控制箱固定在一个安装架(图中未示)上，并将安装架牢固安装在大地上。在控制箱内装入显示屏和主控板，并依次插上第一控制模块171、第二控制模块172、第三控制模块173、第一处理模块174、第二处理模块175于主控板上，完成控制系统17的安装。

紧接着安装模拟气箱10的监测系统13。将模拟气箱10内的温度传感器和模拟气箱10内的二氧化碳传感器分别装好防护罩，并将其固定于相应的安装杆上(图中未示)，将安装杆插入模拟气箱10内部泥土中。依植物的高度调节好传感器的高度，接着再依法将模拟气箱10外的温度传感器和二氧化碳传感器在模拟气箱10外安装好，最后将所有传感器的传感器信号线集中穿入控制箱并连接于相应的模块上，完成传感器感应系统的安装。

然后安装模拟气箱10的箱内环境调节系统12。先将加热片用钢丝绑于支承框架121a 上，然后将安装高度调节组件14，柔性索141连接气流交换装置121和顶框113。调节柔性索141的拉力及气流交换装置121的高度，最后将气流交换装置121及加热片的信号线安装于主控板上，完成箱内环境调节系统12的安装。

最后安装释放装置16，将储存有二氧化碳的储气罐161放置于无阳光直射且通风散热良好的凉棚内，连接好双级减压阀165及转子流量计166，再通过二个三通接头连接第一流量阀162和第二流量阀163，最后通过一个三通接头与气体释放管164相连，将气体释放管164通过固定螺栓固定于筒状主体11a上，并将第一流量阀162和第二流量阀163的信号线连接到主控板上，完成释放装置16的安装。

在模拟气箱10安装完成后，经过仔细的检查后就可以加电调试和自动运行，以下详细说明此模拟气箱10装置的具体运作方式。

控制系统17加电后首先进行自检，自检通过后，在模拟前需要先设定好模拟的预设温差下限阈值Tmin、温差上限阈值Tmax、浓度差下限阈值Cmin和浓度差上限阈值Cmax 作为模拟的依据，由于未来气候变化的趋势是气温升高和大气二氧化碳浓度增加，而且大气中这两者的值是时刻变化的，因而设定的值是一个相对于外界大气的相对增加量，由于系统的反应时间和控制精度限制，这个设定值要有一定的变动范围，因此便涉及到上下限阈值，例如将阈值设定为温度增加2±0.5℃和大气二氧化碳浓度增加100±20ppm表示相对于外界大气，模拟气箱10内温度增加1.5(温差下限阈值Tmin)至2.5℃(温差上限阈值 Tmax)和大气二氧化碳浓度增加80(浓度差下限阈值Cmin)至120ppm(浓度差上限阈值Cmax)范围内属于气候变化模拟控制的阈值范围；设定好阈值后，系统会分别读取模拟气箱10内部温度值Ti、外部温度值To、内部二氧化碳的浓度值Ci和外部二氧化碳的浓度值Co，并在接下来将内部温度值Ti与(To+Tmin)以及(To+Tmax)进行比较；将内部二氧化碳值Ci与(Co+Cmin)以及(Co+Cmax)进行比较。如果模拟气箱10内温度和二氧化碳浓度的增加值在设定的阈值范围内，则系统维持原状，并时刻处于读取传感器值和比较差值的状态。如果模拟气箱10内的温度或二氧化碳浓度的增加值不在设定的阈值范围内，则系统通过启动相应的箱内环境调节系统12进行调节，直到模拟气箱10内的环境条件的增加值达到设定的阈值范围为止。

以下实施例来说明模拟气箱10的控制动作流程及其动作意义：

1)模拟气箱10内的温度高于预期温度：即模拟气箱10内的温度的增加值高于预设温度差上限阈值时，控制系统17控制开启气流交换装置121，气流交换装置121的出风向朝模拟气箱10外部。外部较低温度的空气通过模拟气箱10顶开口111进入内部空间，内部较高温度的空气通过模拟气箱10底脚与地面的空隙和底开口112输出到外部空间。或者反过来，从顶开口111输入外部空气，从底开口112输出内部空气也是可行的。并且控制系统17会根据模拟气箱10内部温度与设定的目标值的差异程度来调节气流交换装置121 的风速，当差异过大(如≥2℃)时启动高风速，当温差较低(Ti-(To+Tmax)＜2℃)时启动低风速，直至增加值达到预设的温度差上限值(即Ti-(To+Tmax)＝0)后，控制系统 17控制停止气流交换装置121的运行。

2)模拟气箱10内温度低于预期温度：即模拟气箱10内的温度的增加值低于预设温度差下限阈值时，控制系统17控制开启气流交换装置121并调节风向吹到模拟气箱10内部，同时启动加热装置122，模拟气箱10外部的冷空气经加热装置122加热后吹向模拟气箱10内部，使模拟气箱10内温度升高。当模拟气箱10内温度值与目标值相差较大(如 Ti-(To+Tmin)的绝对值≥2℃)时，加热装置122的功率相应较大。当模拟气箱10内温度差与目标值较小(如Ti-(To+Tmin)的绝对值＜2℃)时，降低加热装置122的加热功率，直至增加值达到预设的温度差下限值(即Ti-(To+Tmin)＝0)后，控制系统17控制停止气流交换装置121及加热装置122的运行。

3)模拟气箱10内的二氧化碳浓度高于预期浓度：即模拟气箱10内的二氧化碳浓度的增加值高于预设浓度差上限阈值时，控制系统17控制开启气流交换装置121，让模拟气箱10外部较低浓度的二氧化碳空气进入到模拟气箱10内稀释箱内气体。直至浓度增加值达到预设的浓度差上限值(即Ci-(Co+Cmax)＝0)时，关闭气流交换装置121；但当此时温度过高时，控制系统17优选控制启动气流交换装置121，风向向下(向内)，直至增加值达到预设的温度差上限值(即Ti-(To+Tmax)＝0)后，控制系统17控制停止气流交换装置121的运行；当温度过低时，控制系统17优选控制启动气流交换装置121(即，使气流交换装置121不停止或重新启动运行)，风向也向下并同时开启加热装置122，直至温度增加值达到预设的温度差下限值(即Ti-(To+Tmin)＝0)后，控制系统17控制停止气流交换装置121及加热装置122的运行。

4)模拟气箱10内的二氧化碳浓度低于预期浓度：即模拟气箱10内的二氧化碳浓度的增加值低于预设浓度差下限阈值时，控制系统17会根据模拟气箱10内部二氧化碳浓度与设定的目标值的差异程度来调节释放装置16的流量阀，当浓度差异过大(如Ci- (Co+Cmin)的绝对值≥150ppm)时，先打开流量较大的第一流量阀162，快速释放二氧化碳气体以增加模拟气箱10内的二氧化碳浓度。在浓度差异较小(如Ci-(Co+Cmin)的绝对值＜50ppm)时，关闭第一流量阀162，打开流量较小的第二流量阀163继续释放二氧化碳。启动第一流量阀162和/或第二流量阀163时，可以同时启动气流交换装置121，以使模拟气箱10内的二氧化碳浓度快速达到均衡状态，直至浓度增加值达到预设的浓度差下限值(即Ci-(Co+Cmin)＝0)停止第二流量阀163和气流交换装置121。但当此时温度过高时，控制系统17优选控制气流交换装置121启动，风向向下，直至增加值达到预设的温度差上限值(即Ti-(To+Tmax)＝0)后，控制系统17控制气流交换装置121的运行关闭；当温度过低时，控制系统17优选控制气流交换装置121启动，风向也向下并同时开启加热装置122，直至温度增加值达到预设的温度差下限值(即Ti-(To+Tmin)＝0) 后，控制系统17控制气流交换装置121及加热装置122的运行停止。

以上的实施例中总的工作原理是当模拟气箱10内温度偏高时通过将模拟气箱10外冷空气抽入模拟气箱10内降温；当模拟气箱10内温度偏低时打开加热装置122将气流加热后输入模拟气箱10来增温；当模拟气箱10内二氧化碳浓度偏高时从外部抽取低浓度的二氧化碳气体到模拟气箱10内稀释来降低模拟气箱10内的二氧化碳浓度；当模拟气箱10 内二氧化碳浓度偏低时则从二氧化碳钢瓶中输入高浓度的二氧化碳气体到模拟气箱10内来提高其浓度而实现。本实施例的模拟气箱10能够自动运行的。

由于本实用新型实施例的模拟气箱10是建立在野外植物生长实际环境中，模拟气箱 10内部生长的植物与外部植物的土壤、光照、温度和气候环境条件一致，保证了气候变化模拟时植物生长外在条件的一致性，便于真实反应气候变化对植物生长的影响，模拟实验结果可信度高。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)、单元和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件 (illustrative components)、单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块、或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种青稞模拟气箱，其特征在于，包括：

气箱主构架，包括具有顶开口和底开口的内部空间；

箱内环境调节系统，包括与所述气箱主构架相连接的气流交换装置以及加热装置，所述气流交换装置设置于所述顶开口，所述气流交换装置能够对所述内部空间进行气流交换，所述加热装置设置于所述气流交换装置的换流路径上，所述加热装置用于对通过所述气流交换装置输入到所述内部空间的气流加热；

监测系统，包括设置于所述内部空间内并且用于监测所述气箱主构架的内部温度的第一温度监测装置和用于监测所述气箱主构架的外部温度的第二温度监测装置。

2.根据权利要求1所述的模拟气箱，其特征在于，所述模拟气箱还包括高度调节组件，所述气流交换装置通过所述高度调节组件连接于所述气箱主构架，所述高度调节组件用于调节所述气流交换装置的高度；

所述高度调节组件包括柔性索以及与所述柔性索相连接的螺纹调节部件，所述高度调节组件通过所述柔性索和所述螺纹调节部件中的一者连接于所述气箱主构架，通过另一者连接于所述气流交换装置，所述螺纹调节部件能够调节所述柔性索和所述螺纹调节部件的总长度以调节所述气流交换装置的高度。

3.根据权利要求2所述的模拟气箱，其特征在于，所述螺纹调节部件包括螺杆和螺套，所述螺杆和所述螺套中的一者连接于所述柔性索，另一者连接于所述气流交换装置。

4.根据权利要求1所述的模拟气箱，其特征在于，所述气流交换装置包括支承框架以及设置于所述支承框架上的风机，所述气流交换装置通过所述支承框架连接于所述气箱主构架，所述加热装置连接于所述支承框架；

所述气流交换装置还包括导流筒，所述支承框架连接于所述导流筒并通过所述导流筒连接于所述气箱主构架，所述风机与所述导流筒的中心孔相对应设置，所述风机通过所述导流筒对所述内部空间进行气流交换；

所述加热装置包括至少两个加热片、热敏电阻加热件、电气绝缘罩和防水密封外壳，至少两个所述加热片环绕所述风机均匀分布，所述电气绝缘罩设置于所述防水密封外壳内，所述热敏电阻加热件设置于所述电气绝缘罩内部。

5.根据权利要求1所述的模拟气箱，其特征在于，所述箱内环境调节系统还包括能够释放二氧化碳的释放装置；

所述监测系统还包括用于监测所述模拟气箱的内部二氧化碳浓度的第一浓度监测器和用于监测所述模拟气箱的外部二氧化碳浓度的第二浓度监测器。

6.根据权利要求5所述的模拟气箱，其特征在于，所述释放装置包括储气罐、第一输送管、第二输送管、设置于所述第一输送管上的第一流量阀、设置于所述第二输送管上的第二流量阀以及与所述第一输送管和所述第二输送管相连接的环形的气体释放管，其中，所述第一输送管和所述第二输送管均与所述储气罐相连接并且彼此并联设置，所述第一流量阀和所述第二流量阀能够调节二氧化碳释放流量，所述第一流量阀的最大流量大于所述第二流量阀的最大流量，所述气体释放管设置于所述模拟气箱内部并用于向所述模拟气箱内释放二氧化碳。

7.根据权利要求6所述的模拟气箱，其特征在于，所述气体释放管的安装位置至所述底开口的距离与所述气体释放管的安装位置至所述顶开口的距离之间的比值范围为0.1至10。

8.根据权利要求6所述的模拟气箱，其特征在于，所述释放装置还包括主管道以及设置于所述主管道上的双级减压阀和转子流量计，所述第一输送管和所述第二输送管同时连通所述主管道，并且通过所述主管道连接于所述储气罐；所述气体释放管具有多排气体释放孔。

9.根据权利要求5至8中任意一项所述的模拟气箱，其特征在于，所述模拟气箱还包括控制系统，所述控制系统构造为：

预设有温差下限阈值Tmin和温差上限阈值Tmax；所述控制系统能够获得所述第一温度监测装置监测到的温度值Ti和所述第二温度监测装置监测到的温度值To；

在Ti小于(To+Tmin)时，控制所述气流交换装置和所述加热装置同时启动；

在Ti大于(To+Tmax)时，控制所述气流交换装置启动，所述加热装置不启动；

在Ti处于(To+Tmin)和(To+Tmax)之间时，控制所述气流交换装置和所述加热装置停止；

预设有浓度差下限阈值Cmin和浓度差上限阈值Cmax；所述控制系统能够获得所述第一浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值Ci和所述第二浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值Co；

在Ci小于(Co+Cmin)时，控制所述气流交换装置和所述释放装置同时启动；

在Ci大于(Co+Cmax)时，控制所述气流交换装置启动，所述释放装置不启动；

在Ci处于(Co+Cmin)和(Co+Cmax)之间时，控制所述气流交换装置和所述释放装置停止。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的模拟气箱，其特征在于，所述气箱主构架包括沿竖直方向相继分布的筒状主体和锥形顶部，所述锥形顶部具有相对设置的大口端和小口端，远离所述筒状主体的所述小口端形成所述顶开口，所述筒状主体远离所述锥形顶部的开口形成所述底开口。