專利名稱：可自動(dòng)降溫開頂式氣室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開頂式氣室，特別是指一種可以自動(dòng)降溫的開頂式氣室，主要用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)及草地大氣環(huán)境中的氣候增溫模擬研究。
技術(shù)背景政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第四次評估報(bào)告指出氣候變暖已是不爭的事實(shí)，而且90%的可能是由于化石燃料燃燒和土地利用變化等人類活動(dòng)排放的溫室氣體 (主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等)導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度增加所引起的。自1750 年以來，由于人類活動(dòng)的影響，全球大氣二氧化碳、甲烷和氧化亞氮濃度顯著增加，目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了根據(jù)冰芯記錄得到的工業(yè)化前幾千年來的濃度值，其中二氧化碳濃度值從工業(yè)化前的約^Oppm增加到2005年的379ppm，甲烷濃度值從工業(yè)化前的約715ppb增加到 2005年的1774ppb，氧化亞氮濃度從工業(yè)化前的約270ppb增加到2005年的319ppb，而且大氣中溫室氣體濃度將持續(xù)增加。在過去的一百年(1906-2005年)中，全球平均地表氣溫升高0. 740C。未來氣候?qū)⑦M(jìn)一步變暖，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末仍將上升1. 1-6. 40C。為了研究氣候變暖對農(nóng)作物、草地和森林等的影響，科學(xué)工作者采用各種增溫方式來模擬氣候變暖的條件，使被測植物生長在較高的溫度下，通過觀測植物的生長及土壤變化來評估溫度增加對植物可能產(chǎn)生的影響。目前常用的增溫方式有紅外加溫，加熱空氣置換、輻射板、半封閉自動(dòng)增溫等。主要可采用的儀器設(shè)備有環(huán)境模擬生長箱、氣室模擬室、 開頂式氣室、遠(yuǎn)紅外加熱輻射裝置等，除了開頂式氣室外，其他三種方式均是利用電能主動(dòng)增溫，成本較高。開頂式氣室是使用透光材料圍成一個(gè)部分封閉的空間，使用太陽輻射能增溫，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于長期的試驗(yàn)?zāi)M。開頂式氣室在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于受到太陽輻射強(qiáng)弱的影響，增溫波動(dòng)幅度較大，特別是在太陽輻射強(qiáng)度大的情況下，增溫幅度很大且很不均勻，現(xiàn)有的一些科技文獻(xiàn)結(jié)果顯示最高可達(dá)8 10°C，會(huì)導(dǎo)致開頂式氣室內(nèi)植物受到高溫的傷害甚至死亡，也高于未來氣候變化條件下溫度升高的預(yù)期，會(huì)導(dǎo)致模擬結(jié)果偏差，或直接因溫度過高或植株死亡而使模擬升溫實(shí)驗(yàn)失敗。國內(nèi)外大多數(shù)簡易開頂式氣室都沒有降溫裝置，只利用自然條件的增溫，極易造成氣室內(nèi)植物局部死亡，而且氣室透光材料一般采用有機(jī)玻璃或透明塑料制成，透光性較差，而且也比較容易結(jié)露。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實(shí)用新型的主要目的在于使用一套可自動(dòng)降溫的系統(tǒng)，在開頂式氣室內(nèi)溫度過高時(shí)通過風(fēng)扇換氣來控制氣室內(nèi)氣溫的升高幅度，防止開頂式氣室內(nèi)氣溫升溫過高的情況發(fā)生，同時(shí)提高采用開頂式氣室模擬未來氣候變化條件下增溫的控制精度。為實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)用新型提供一種可自動(dòng)降溫的開頂式氣室，其特征在于包含一開頂氣室主構(gòu)架，包括一上框架、一下框架、四支撐棱、兩聚碳酸酯板、八固定腳及多個(gè)固定螺釘，所述上框架與下框架均采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼彎成圓環(huán)，并無縫焊接有固定塊，通過四個(gè)支撐棱連接起來，并通過螺釘鎖固形成氣室主框架，所述聚碳酸酯板具有加硬防刮及防結(jié)露特性，兩塊扇形的聚碳酸酯板沿氣室主框架圍成一個(gè)頂開口的椎面，以螺釘固定在氣室主框架上，所述氣室下框架有八個(gè)固定孔，所述固定樁通過氣室固定孔將氣室固定于地上；一換氣裝置，包括一風(fēng)扇、一連接管、一“T”型管接頭、一氣體釋放管及多個(gè)固定管卡，所述風(fēng)扇固定于連接管一端的內(nèi)部，所述連接管的另一端與所述“T”型管接頭直角端相連，所述氣體釋放管首尾兩端與所述“T”型管接頭直通兩端相連，所述釋放管通過所述固定管卡固定在氣室內(nèi)部，所述釋放管上均勻分布有氣體釋放小孔；一控制裝置，包括一控制器、一蓄電池、一太陽能電池板、一氣室內(nèi)溫探頭和一氣室外溫探頭，所述太陽能板與所述蓄電池相連，為蓄電池提供電能，所述蓄電池為控制器供電，所述控制器與所述氣室內(nèi)溫探頭、氣室外溫探頭及風(fēng)扇相連，所述氣室內(nèi)溫探頭和氣室外溫探頭分別配有一防輻射罩。采用了上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由太陽能板提供能源，并由蓄電池儲(chǔ)存電能，保證系統(tǒng)在野外獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的電能，并與系統(tǒng)電能需求相匹配，當(dāng)太陽輻射強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)蓄積的電能多，同時(shí)，降溫所需的電能也多，當(dāng)陰雨天氣或夜晚情況下，氣室內(nèi)升溫幅度小或不升溫，系統(tǒng)所需的能量少，而這時(shí)系統(tǒng)蓄積的電能少或無蓄積，可通過蓄電池蓄存的電能維持系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能量自動(dòng)動(dòng)態(tài)供給與分配。2、采用控制器動(dòng)態(tài)監(jiān)測氣室內(nèi)外的溫度差，當(dāng)溫差過大超過閾值時(shí)，控制器打開換氣風(fēng)扇，抽取氣室外部的氣體到氣室內(nèi)部，并通過釋放管上密布的釋放孔均勻釋放到氣室內(nèi)部，降溫快速、高效、均勻，可實(shí)時(shí)控制氣室內(nèi)的溫度升高幅度在要求的范圍內(nèi)。3、氣室主框架由優(yōu)質(zhì)不銹鋼構(gòu)成，重量輕、強(qiáng)度高，透光材料采用加硬防刮及防結(jié)露聚碳酸酯板，相對于目前使用的機(jī)玻璃板或透明塑料具有機(jī)械強(qiáng)度高、透光性好、重量輕、抗老化能力強(qiáng)、防刮、防結(jié)露的優(yōu)良特性；且氣室采用多個(gè)部件組裝而成，便于運(yùn)輸和安裝。

[0010]圖1是本實(shí)用新型總體構(gòu)造俯視圖[0011]圖2是本實(shí)用新型主體構(gòu)造正視圖[0012]圖3A是本實(shí)用新型下框架俯視圖[0013]圖3B是本實(shí)用新型下框架固定腳局部放大圖[0014]圖3C是本實(shí)用新型下框架固定片局部放大圖[0015]圖4A是本實(shí)用新型上框架俯視圖[0016]圖4B是本實(shí)用新型上框架固定片局部放大圖[0017]圖5A是本實(shí)用新型支撐棱的正視圖[0018]圖5B是本實(shí)用新型支撐棱的剖視圖[0019]圖6是本實(shí)用新型聚碳酸酯板正視圖[0020]圖7是本實(shí)用新型釋放管卡正視圖[0021]圖8是本實(shí)用新型釋放管局部放大示意圖[0022]圖9是本實(shí)用新型“T”型管接頭示意圖[0023]圖10是本實(shí)用新型電路控制示意圖[0024]圖11是本實(shí)用新型控制工作流程圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型可自動(dòng)降溫開頂式氣室包括一氣室主構(gòu)架10、一換氣裝置20及一控制裝置30三大部分。氣室主構(gòu)架10包括下框架11、上框架12、支撐棱13、聚碳酸酯板14、固定螺釘15 及固定樁16。下框架11如圖3A所示，由不銹鋼圓棒彎曲并焊接成一個(gè)圓環(huán)，在此圓環(huán)上無縫焊接有多個(gè)固定腳111及固定片112，如圖:3B所示固定腳，固定腳111上開有一圓形固定孔1111，可以讓固定樁16穿過并固定于地上；固定片如圖3C所示，每個(gè)固定片112都無縫焊接于下框架11上，在固定片上有一圓角矩形孔1121，用于固定聚碳酸酯板14于下框架 11上。上框架12如圖4A所示，結(jié)構(gòu)基本也由不銹鋼圓棒彎曲并焊接成一個(gè)圓環(huán)狀，在此圓環(huán)上無縫焊接有多個(gè)固定片121，固定片121的結(jié)構(gòu)如圖4B所示，無縫焊接于上框架12 上，在每個(gè)固定片121上都有一圓角矩形孔1211用于固定聚碳酸酯板14于下框架12上。 支撐棱13如圖5A和圖5B所示，是一根折成“U”形的不銹鋼條，條上均布有多個(gè)圓角矩形孔131，也用來固定聚碳酸酯板14。聚碳酸酯板14的外形如圖6所示，呈扇面狀，上面有與下框架11、上框架12及支撐棱配套的固定孔141。圖2顯示的是連接后的氣室主構(gòu)架10的正視圖，其組裝實(shí)施方式是用四個(gè)支撐棱 13將上框架12和下框架11拼接起來，并在相應(yīng)部位用螺釘15鎖固，形成一個(gè)上面小下面大的錐形框架，將聚碳酸酯板14沿此框架圍封，在圍封的同時(shí)通過上框架12上的固定孔 1211、下框架11上的固定孔1121及支撐棱13上的固定孔131用螺釘15鎖固，形成一個(gè)封閉的錐臺面，然后通過固定腳111上的固定孔1111將固定樁16釘入土中，將氣室主構(gòu)架固定于地上。如圖1所示，換氣裝置20包含一釋放管21、多個(gè)固定管卡22、“T”形接頭23、連接管M和換氣風(fēng)扇25。所述釋放管21是一根塑料軟管，在管的下部間隔一定的距離鉆有一排釋放孔211，如圖8所示，均勻分布的釋放孔可使氣體均勻釋放到開頂式氣室內(nèi)部。圖7 顯示的是固定管卡22示意圖，所述固定管卡22通過螺釘鎖固于聚碳酸酯板14上。以下結(jié)合圖1說明換氣裝置20的具體組裝方式，首先將換氣風(fēng)扇25以螺釘及強(qiáng)力膠(圖中未示) 固定于連接管M的一端內(nèi)，安裝時(shí)在聚碳酸酯板14上打一圓孔，使“Τ”型管接頭23的直角端從聚碳酸酯板14上穿出，連接管M的另一端與“Τ”型管接頭23的直角端套接，然后將釋放管21的首端與尾端分別套接于Τ”型管接頭23直通的兩端，并使釋放管21上的釋放孔211朝下，最后將釋放管21卡入固定管卡22中。氣室控制裝置30包含一太陽能電池板33、一蓄電池32、一控制器31、一氣室內(nèi)溫探頭35和一氣室外溫探頭34，均通過各自的安裝支架固定于地上(圖中未示)，各部件連接方式如圖1所示，太陽能電池板33與蓄電池32相連，為蓄電池32充電，蓄電池32與控制器31相連，為控制器31提供電能，氣室外溫探頭34及氣室內(nèi)溫探頭35分別與控制器相連，向控制器31提供氣室外部氣溫和氣室內(nèi)部氣溫，氣室外溫探頭34及氣室內(nèi)溫探頭35 分別有一氣室外溫防輻射罩341和氣室內(nèi)溫防輻射罩351，用于減小太陽輻射對氣溫的影響。換氣風(fēng)扇25也與控制器31相連，控制器31可以發(fā)送指令讓換氣風(fēng)扇25啟動(dòng)或關(guān)閉?，F(xiàn)結(jié)合圖1、圖10和圖11說明本實(shí)用新型的田間安裝及具體動(dòng)作方式。開頂式氣室主體構(gòu)架10依上述說明在試驗(yàn)地組裝好，并連接好換氣裝置20及控制裝置30。當(dāng)晴天太陽照射太陽能電池板33時(shí)，太陽能電池板33吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于蓄電池32中，由蓄電池32供電啟動(dòng)控制器31，太陽輻射會(huì)使開頂式氣室內(nèi)外的氣溫增加，由于開頂式氣室的半封閉特性，氣室內(nèi)部的氣溫高于氣室外部的氣溫，控制器31實(shí)時(shí)讀取氣室內(nèi)溫探頭35及氣室外溫探頭34的氣溫值，并比較兩者的溫度差，如圖11所示的流程圖，當(dāng)溫度差大于設(shè)定的溫度閾值時(shí)，控制器31發(fā)送指令打開換氣風(fēng)扇25，換氣風(fēng)扇25抽取開頂式氣室外的低溫氣體通過連接管M及“廣型管接頭23進(jìn)入釋入管21，氣體再通過釋入管21下部密布的釋放孔211均勻進(jìn)入氣室內(nèi)，釋放的低溫氣體將氣室內(nèi)的氣溫降低，當(dāng)降低到設(shè)定的溫差閾值時(shí)，控制器31發(fā)送指令關(guān)閉換氣風(fēng)扇25，停止換氣降溫?？刂破?1 — 直實(shí)時(shí)讀取氣室內(nèi)溫探頭35及氣室外溫探頭34的氣溫值并比較兩者的溫度差，當(dāng)兩者的溫差大于設(shè)定的閾值時(shí)，再次啟動(dòng)換氣風(fēng)扇25，實(shí)現(xiàn)新一輪的降溫，實(shí)現(xiàn)開頂式氣室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)天氣為陰雨天或在夜間情況下，太陽輻射弱或沒有太陽輻射，氣室內(nèi)外的氣溫差很小，不會(huì)啟動(dòng)降溫流程，控制器31依靠太陽能電池板33蓄積到蓄電池32中電能維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種可自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，包含一氣室主體構(gòu)架，包括一上框架、一下框架、四支撐棱、二聚碳酸酯板、八固定腳及多個(gè)固定螺釘；一換氣裝置，包括一設(shè)置于連接管內(nèi)的換氣風(fēng)扇，所述連接管與一 “T”型管接頭相連， “T”型管接頭兩直通端再與一釋放管兩端相連，所述釋放管通過多個(gè)固定管卡固定于所述氣室主體構(gòu)架內(nèi)部；一控制裝置，包括一太陽能電池板、一蓄電池、一控制器、一氣室內(nèi)溫探頭和一氣室外溫探頭，所述控制器通過太陽能電池板及蓄電池供電，所述控制器能讀取氣室內(nèi)溫探頭和氣室外溫探頭的值，并能發(fā)送打開與關(guān)閉指令到所述換氣風(fēng)扇。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，所述上框架、下框架和支撐棱組成氣室主框架，所述兩聚碳酸酯板通過螺釘鎖固于主框架上形成氣室主體構(gòu)架，并由多個(gè)固定樁固定于地上。
3.如權(quán)利要求1和2所述的自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，所述的聚碳酸酯板經(jīng)過加硬防刮和防結(jié)露處理，能有效防止植物葉片對聚碳酸酯板的劃傷，同時(shí)降低水汽凝結(jié)對氣室透光率的影響。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，所述釋放管上均勻分布有一排小孔，所述換氣風(fēng)扇從外部抽取較低溫度空氣通過連接管及“T”型管接頭，均勻釋放到氣室內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求1和2所述的自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，所述氣室外溫探頭及氣室內(nèi)溫探頭均有一防輻射罩，減少太陽輻射直接照射溫度探頭導(dǎo)致其測定值的異常升高。
6.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，使用太陽能電池板和蓄電池為系統(tǒng)供電，使太陽輻射強(qiáng)弱與系統(tǒng)能量需求自動(dòng)動(dòng)態(tài)匹配，可在野外長期獨(dú)立運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)降溫開頂式氣室，其特征在于，使用所述控制器實(shí)時(shí)比較氣室內(nèi)溫探頭與外溫探頭的差值，并以此差值與設(shè)定的閾值比較，確定換氣風(fēng)扇的啟動(dòng)或關(guān)閉。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可自動(dòng)降溫開頂式氣室，屬于大氣模擬增溫控制領(lǐng)域，包括氣室主構(gòu)架、換氣裝置及控制裝置三大部分。其中氣室主構(gòu)架由圓環(huán)形的上框架、圓環(huán)形的下框架、四條支撐棱及聚碳酸酯板圍成一個(gè)圓錐臺面的氣室；換氣裝置在氣室內(nèi)外溫差過高時(shí)通過風(fēng)扇抽取氣室外低溫氣體到氣室內(nèi)部降溫來控制氣室內(nèi)部溫度的升高；氣室控制裝置通過實(shí)時(shí)比較和監(jiān)控氣室內(nèi)外溫差來啟動(dòng)或關(guān)閉換氣裝置達(dá)到自動(dòng)控制降溫的目的。本實(shí)用新型可用于農(nóng)業(yè)、草地或林業(yè)系統(tǒng)利用開頂式氣室的自然增溫模擬，能起到自動(dòng)控制氣室內(nèi)升溫幅度的作用。
文檔編號F24F7/06GK202195556SQ20112030200
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者萬運(yùn)帆, 劉碩, 干珠扎布, 李玉娥, 秦曉波, 郭亞奇, 馬欣, 高清竹 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所