ДАТЧИК СКАНИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА ПАСОКИ В РАДИАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ СТВОЛОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
SENSOR FOR SCANNING FLUX DENSITY OF EXUDATION SAP IN RADIAL DIRECTIONS OF PLANT TRUNKS

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области устройств, используемых в биологии, и служит для изучения закономерностей перемещения пасоки (воды и растворенных в ней минеральных веществ) в древесных растениях.
Уровень техники.
Для изучения закономерностей перемещения пасоки на различной глубине ствола дерева используются датчики, термочувствительные элементы которых включают в себя термопару [Жиренко Н.Г. Изучение сокодвижения в стволе дуба черешчатого термоэлетрическим методом // Лесоведение, 1994, №6, с.46-52; Жиренко Н.Г. Полевой переносной прибор для определения водопотребления растениями тепловым импульсным методом // Физиология растений, Т. 42, №5, 1995, с.715-717]. Место спая термопар является локализованной термочувствительной точкой датчика. Датчики вживляются в растение таким образом, чтобы термочувствительные точки термопар находились на той глубине, на которой исследуется поток пасоки. Для реализации эксперимента необходимо такое количество датчиков, на скольких глубинах необходимо провести исследование.
Например, для исследования 10 мм слоя заболони с шагом 1 мм необходимо вживить 10 датчиков. Подобная постановка опыта вызовет существенные повреждения исследуемого объекта, невозможность установки датчиков в строго локализованном месте, увеличит число промахов установки датчиков на заданную глубину вследствие неравномерности прироста ствола в радиальных направлениях, ограничит выбор экспериментальных растений (качественно реализовать такой эксперимент на деревьях с диаметром ствола менее 15 см становится проблематичным).
По функциональным возможностям наиболее близким к изобретению является датчик, предложенный [Jimenes M.S., Nadezhdina N., Cermak J., Morales D. Radial variation in sap flow in five laurel forest tree species in Tenerife, Canary Islands. Tree Physiology V.20, №17, 2000. P.1149-1156]. Термочувствительный элемент этого датчика представляет собой металлическую трубку с наружным диаметром 1,2 мм и длиной 50÷80 мм. В трубке размещено шесть термопар таким образом, чтобы их термочувствительные точки располагались с заданным расстоянием (шагом) друг от друга (в данном случае от 5 до 15 мм), см. фиг.1. Этот шаг определяет дискретность сканирования движения пасоки вдоль радиального направления ствола дерева.
Дискретность измерений в этом случае можно увеличить, размещая в трубке большее количество термопар. Однако такое решение влечет за собой увеличение диаметра датчика, чем ограничивается толщина изучаемых стеблей растений. Кроме этого, показания, фиксируемые каждой из термопар, не отображают действительные значения температур в конкретной точке изучаемого объекта вследствие значительной теплопроводности металлической трубки и проводников термопар. Это является причиной значительных погрешностей окончательных результатов.
Раскрытие изобретения.
Датчик сканирования интенсивности потока пасоки в радиальных направлениях стволов древесных растений состоит из интегрированного термочувствительного элемента (1), см. фиг.2, включенного по дифференциальной схеме, и нагревательного элемента (2). При измерениях термочувствительные элементы датчика располагаются выше и ниже нагревательного элемента.
Определение интенсивности потока пасоки основано на термоэлектрическом методе. Метод заключается в нагревании участка стебля растения и измерении градиента температуры относительно нагретого участка, вызываемого переносом теплоты посредством конвективного теплообмена и принудительной конвекции, осуществляемой за счет перемещения водных растворов по ксилеме.
Сущность изобретения заключается в конструкции термочувствительных элементов датчика. Принцип работы этих элементов основан на законе Зеебека. Элементы представляют собой многовыводную термопару, выполненную на общей подложке. Параметры подложки выбираются таким образом, чтобы в наименьшей степени уменьшить погрешность измерения, вызываемую ее теплопроводностью.
В качестве общей подложки термочувствительного элемента используется один из элементов термопары одинакового химического состава (3), см. фиг.2. На этом же чертеже представлен эскиз, поясняющий устройство такой термопары. В качестве общей подложки термопары используется константановая проволока диаметром 0,1 мм (3), а в качестве выводов - медные проводники диаметром 0,08 мм (4). Подобный прием позволяет реализовать интегральную термопару, позволяющую сканировать градиент температуры вдоль подложки с заданной дискретностью. Глубина сканирования зависит от количества и шага расположения элементов вторых сплавов термопар, образующих с общей подложкой рабочие (5) и холодные (6) спаи. Благодаря использованию общей подложки достигается возможность сканирования движения пасоки в растениях с высокой дискретностью, а также компактность датчика, что особенно важно при работе с биологическими объектами.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1. Термочувствительный элемент датчика, включающий в себя шесть отдельных термопар, располагающихся на определенном расстоянии друг от друга.
Фиг.2. Схема расположения элементов датчика в стволе растения, а также устройства термочувствительного элемента.
Осуществление изобретения.
Термочувствительные элементы датчика сканирования интенсивности потока пасоки в радиальных направлениях стволов древесных растений изготавливаются путем пайки или сварки идентичных составляющих термопар на общую подложку с заданным интервалом. Для создания механической прочности термочувствительные элементы обрабатываются эпоксидным компаундом, а затем им придается цилиндрическая форма.
Нагревательный элемент датчика выполняется из константановой или нихромовой эмалированной проволоки, намотанной в ряд виток к витку на основу в виде тонкого стержня. Параметры нагревательного элемента и его геометрические размеры задаются исходя из требований поставленного эксперимента.