專利名稱：一種能控制co的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置。
背景技術：
當今，大氣CO2的濃度升高導致全球氣候變化已成為人們關注的焦點；因此，有關CO2濃度升高對植物生長的影響也成為目前的研究熱點，對植物生長過程的CO2濃度進行精確控制是開展這方面研究的關鍵。然而，目前市場上現(xiàn)有的適用于植物生長的CO2培養(yǎng)箱品種很少，不但價格昂貴(質量較好的每臺價格達數(shù)十萬元)，而且CO2濃度控制精度并不高(±75ppm)，難以滿足某些對試驗處理精度高的要求。而且，當系統(tǒng)中CO2濃度要求低于大氣CO2濃度時，現(xiàn)有的CO2培養(yǎng)箱是無法實現(xiàn)的。此外，現(xiàn)有的CO2培養(yǎng)箱還經常出現(xiàn)因光照強度不足導致植物生長不良等現(xiàn)象。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，使用該裝置能提高對CO2濃度的精確控制，還能解決自然光照不足的問題。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，包括密封的并設有開啟裝置的植物生長室組件，還包括三通轉接閥I、帶有出氣管的氣泵、CO2氣體平衡組件、氣體緩沖罐、CO2檢測組件和三通轉接閥II，植物生長室組件由透明材料制成；出管的一端與植物生長室組件的內腔相通、另一端依次通過三通轉接閥I、管I、氣泵和出氣管與CO2氣體平衡組件相連，CO2氣體平衡組件依次通過管II、氣體緩沖罐、管IV、CO2檢測組件、管III、三通轉接閥II和進管與植物生長室組件的內腔相連；連接管的兩端分別與三通轉接閥I和三通轉接閥II相連。
作為本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的改進CO2氣體平衡組件包括密封的氣體平衡槽、pH計、調堿瓶和調酸瓶，氣體平衡槽內設有充氣頭和pH電極；調堿瓶和調酸瓶分別與氣體平衡槽的內腔相連通，pH計與pH電極相連；出氣管與充氣頭相連，管II與氣體平衡槽的內腔相連通。
作為本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的進一步改進CO2檢測組件包括依次相連的CO2檢測儀、CO2感應器和CO2濃度檢測室，CO2濃度檢測室分別與管III和管IV相連通。
作為本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的進一步改進植物生長室組件包括生長室底座和底部設有開口的植物生長室，在生長室底座上設有“回”型的水封槽，植物生長室的開口與水封槽相吻合。
作為本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的進一步改進植物生長室內設有溫度計。
作為本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的進一步改進氣體緩沖罐內設有氣體攪拌器。
作為本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的進一步改進氣體緩沖罐與植物生長室的內腔體積比≥10。
本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，是根據(jù)在固定pH和溫度條件下，碳酸氫鈉溶液與空氣中CO2分壓存在平衡關系的原理；并采用緩沖裝置的方法，經多次反復研究試驗所得。其能有效控制植物生長過程中所需的CO2濃度，使CO2濃度的控制精度明顯提高(在±50ppm以內)。而且由于植物生長室組件由透明材料制成，因此植物的生長能直接采用自然光源，即解決了光照強度不足影響植物生長的問題。本發(fā)明的優(yōu)點具體如下1)、只要通過調節(jié)氣體平衡槽中碳酸氫鈉溶液的pH，即可達到控制系統(tǒng)中CO2濃度之目的，是一種全新的CO2濃度控制方法。
本發(fā)明中CO2氣體平衡組件的設計可謂是一種全新的CO2濃度控制方法?，F(xiàn)有技術中，調節(jié)控制生長箱中CO2濃度的方法主要通過直接施加CO2氣體來實現(xiàn)，該方法不但CO2濃度不易控制(波動大)，而且無法實現(xiàn)當試驗要求CO2濃度低于大氣CO2濃度的要求。而本發(fā)明的調節(jié)方法采用了CO2氣體平衡液的pH控制方法，不但控制方法簡單、CO2濃度波動小，而且可滿足實現(xiàn)系統(tǒng)中CO2濃度低于大氣CO2濃度試驗處理的要求。
2)、本發(fā)明設置了用于存儲CO2的氣體緩沖罐，由于氣體緩沖罐的體積比植物生長室的體積大得多，對整個系統(tǒng)的CO2濃度變化可起到較好的緩沖作用，從而可大大提高對整個系統(tǒng)CO2濃度的控制精度。
由于本發(fā)明的CO2氣體平衡調節(jié)濃度波動小，再加上氣體緩沖罐的設置，從而使CO2濃度的控制精度顯著提高，目前商品化CO2生長箱的控制精度為±75ppm，而本發(fā)明的控制精度可達±50ppm以內。
3)、植物生長室采用透明材料制作，因此可采用自然光源進行植物培養(yǎng)，既解決了人工氣候箱常因光照強度不足出現(xiàn)植物生長不良的缺陷，又可使培養(yǎng)條件更接近田間實際情況。所設計的“回”型的水封槽，既保證了整個系統(tǒng)的密封性，又能非常方便打開植物生長室組件對植物進行澆水、取樣、測定等作業(yè)。
本發(fā)明的植物生長室可根據(jù)試驗要求隨意設計其尺寸大小，可滿足個體差異很大的不同植物的培養(yǎng)要求。而現(xiàn)有的商品化CO2生長箱的內膽空間是固定的，無法滿足上述要求。
4)、本發(fā)明制作成本低廉，整套裝置只需5000元人民幣；而現(xiàn)有的質量較好的商品化CO2生長箱每臺售價高達數(shù)十萬元人民幣。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
圖1給出了一種能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，包括密封的并設有開啟裝置的植物生長室組件2、三通轉接閥I 5、帶有出氣管71的氣泵7、CO2氣體平衡組件8、氣體緩沖罐10、CO2檢測組件12和三通轉接閥II13。
該密封的并設有開啟裝置的植物生長室組件2包括生長室底座21和植物生長室22。植物生長室22是一個底面敞開(即沒有底部)的長方體盒，因此底面敞開處即形成開口221。植物生長室22可用3mm透明有機玻璃板制作，尺寸可根據(jù)供試植物的大小來確定。溫度計3的一端穿過植物生長室22的頂面，位于植物生長室22的內腔；用于檢測植物生長室22內腔的溫度。為了保證整個裝置的密封性，溫度計3與植物生長室22的頂面之間應該保持無間隙地接觸。生長室底座21可用5mm厚PVC板制作，其長和寬分別比植物生長室22橫截面的長與寬各大15mm。在生長室底座21上焊接兩個均為5mm厚的PVC板制作、且高度相等的大方框和小方框，小方框套在大方框內，且小方框與大方框的中心相重疊；因此形成了一個“回”型的水封槽23，水封槽23的深度為8cm(即大方框和小方框的高度均為8cm)。
植物生長室22的開口221能自如地插入此水封槽23內；此時，植物生長室22的外表面與大方框的內表面之間留有1-2mm的空隙，植物生長室22的內表面與小方框的外表面之間也留有1-2mm的間隙。
在植物生長室22的右側面靠近頂面5cm的高度處設置出氣口，出管4的一端與此出氣口密封相連；因此，出管4通過此出氣口與植物生長室22的內腔相連通。在植物生長室22的左側面靠近底部10cm的高度處設置入氣口，此入氣口位于出氣口的斜對角方向，進管1的一端與此入氣口密封相連；因此，進管1通過此入氣口與植物生長室22的內腔相連通。
CO2氣體平衡組件8包括密封的氣體平衡槽82、pH計84、調堿瓶85和調酸瓶86，pH計84可選用小數(shù)點兩位讀數(shù)的普通pH計。氣體平衡槽82可采用10升左右的可密封容器(如玻璃瓶、桶裝水水桶等)加上作為密封塞的橡皮塞組成。在氣體平衡槽82內設有充氣頭81和pH電極83；pH電極83的連線穿過橡皮塞后與位于氣體平衡槽82外部的pH計84相連。調堿瓶85的輸液管的一端和調酸瓶86的輸液管的一端分別穿過橡皮塞后位于氣體平衡槽82的內腔。pH電極83的連線、調堿瓶85的輸液管以及調酸瓶86的輸液管與橡皮塞之間均為無間隙的接觸。
CO2檢測組件12包括相連的CO2檢測儀121和CO2感應器122；CO2感應器122的一端位于CO2濃度檢測室123內。CO2檢測儀121可選用普通便攜式CO2檢測儀。
出管4的另一端依次通過三通轉接閥I5、管I6、氣泵7和出氣管71相連，出氣管71的另一端穿過氣體平衡槽82上的橡皮塞后與充氣頭81相連。管II9的一端穿過氣體平衡槽82上的橡皮塞后位于氣體平衡槽82的內腔，另一端與氣體緩沖罐10的內腔的上部相連通。同樣，出氣管71和管II9與橡皮塞之間均為無間隙的接觸。
在氣體緩沖罐10內腔的頂部固定有氣體攪拌器15，此氣體攪拌器15具體為一個小吊扇，此小吊扇附帶的電線穿過氣體緩沖罐10的頂部后位于氣體緩沖罐10的外部；為了保持密封性，此電線必須與氣體緩沖罐10的頂部無間隙的接觸。小吊扇起氣體攪拌器的作用，以充分均勻混合氣體緩沖罐10內的氣體。氣體緩沖罐10可選用民用屋頂不銹鋼貯水罐。在條件允許情況下，氣體緩沖罐10的體積越大，控制CO2濃度的精度就越高；因此氣體緩沖罐10與植物生長室22的內腔體積比最好≥10。
管IV16的一端與氣體緩沖罐10的內腔的下部相連通，另一端則依次通過CO2濃度檢測室123、管III11與三通轉接閥II13相連通。三通轉接閥II13與進管1相連通，且三通轉接閥II 13還通過連接管14與三通轉接閥I 5相連通。
本發(fā)明的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，具體工作過程如下1、在調堿瓶85內裝入1mol的NaOH溶液，在調酸瓶86內裝入1mol的HCl溶液。
2、在氣體平衡槽82內裝入5升0.5mol NaHCO3溶液，使pH電極83的電極頭剛好浸入NaHCO3溶液。使充氣頭81能沉入氣體平衡槽82中的NaHCO3溶液的底部。
3、將供試植物放入生長室底座21上的小方框內，然后將植物生長室22的開口221插入水封槽23內；用0.01mol HCl溶液灌滿水封槽23。由于0.01mol HCl溶液能夠防止水溶解吸收CO2，因此可使整個裝置形成一個密閉的氣體可循環(huán)系統(tǒng)。
4、CO2濃度的調試先分別轉動三通轉接閥I5和三通轉接閥II13，使管I6、連接管14和管III11連通；此時，三通轉接閥I5與出管4不相通，三通轉接閥II13與進管1不相通。
再分別打開pH計84(此pH計84需事先用pH標準液進行標定)、小吊扇(即氣體攪拌器15)和CO2檢測儀121的電源；并開啟氣泵7，控制氣泵7的氣體流量約為20L/分鐘。
此時，氣體將依次通過出氣管71和充氣頭81進入氣體平衡槽82內的NaHCO3溶液進行CO2平衡；pH計84能通過pH電極83對氣體平衡槽82內的NaHCO3溶液進行檢測。氣體平衡槽82內的氣體再經過管II 9進入氣體緩沖罐10，在小吊扇的均勻混合的作用下，氣體接著通過管IV16、CO2濃度檢測室123和管III11進入三通轉接閥II13，再依次通過連接管14、三通轉接閥I5、管I6，最后回入氣泵7，形成一個密閉的氣體回路。從管IV16進入CO2濃度檢測室123的氣體，由CO2感應器122感應，即可由CO2檢測儀121檢測出其CO2濃度。
當CO2檢測儀121和pH計84讀數(shù)穩(wěn)定時，說明整個系統(tǒng)中的濃度已達到平衡。然后根據(jù)植物生長處理所需的CO2設定濃度進行系統(tǒng)CO2濃度的調節(jié)。若此時系統(tǒng)的CO2濃度低于設定濃度，可打開調酸瓶86的滴液開關，使調酸瓶86中的HCl溶液緩慢滴入氣體平衡槽82內的NaHCO3溶液中；這樣系統(tǒng)中的CO2濃度開始逐漸上升，當快達到設定的CO2濃度時減緩或間歇加酸，直至系統(tǒng)CO2濃度到達設定濃度為止。若此時系統(tǒng)的CO2濃度高于設定濃度時，則啟用調堿瓶85，方法類同于使用調酸瓶86；目的是使CO2濃度逐漸下降。在整個調試過程最好能紀錄系統(tǒng)在不同CO2濃度條件下達到平衡時的CO2濃度、pH值和溫度數(shù)據(jù)，可利用這些數(shù)據(jù)作一條該溫度下NaHCO3溶液pH與系統(tǒng)CO2濃度的關系曲線，從該曲線可查出系統(tǒng)達到某一CO2濃度值時所對應的NaHCO3溶液pH值，可作為CO2濃度設定值調試的參考。
注意調酸瓶86和調堿瓶85掛的位置需有足夠高度，否則會因系統(tǒng)有一小壓差而導致瓶中酸或堿無法滴出，甚至發(fā)生酸、堿液從調酸瓶86和調堿瓶85的相應進氣小管噴出的危險。
5、植物生長培養(yǎng)與CO2濃度控制轉動三通轉接閥I5，使出管4與管I6連通；此時，三通轉接閥I5與連接管14不相通。轉動三通轉接閥II13，使管III11與進管1連通；此時，三通轉接閥II13與連接管14不相通。使調試好的氣體通過植物生長室22進行循環(huán)，實現(xiàn)對植物生長室22的CO2濃度進行控制。氣體的流動具體如下氣體緩沖罐10內的氣體依次通過管IV16、CO2濃度檢測室123、管III11、三通轉接閥II13和進管1進入植物生長室22內；然后再依次通過出管4、三通轉接閥I5、管I6、氣泵7、出氣管71和充氣頭81進入氣體平衡槽82內的NaHCO3溶液進行CO2平衡，氣體平衡槽82內的氣體再通過管II9進入氣體緩沖罐10，從而形成一個密閉的氣體回路。
6、在培養(yǎng)過程中，每天早晨需對系統(tǒng)CO2濃度進行一次調校，即進行上述步驟4的工作。若植物生長量較大而氣體緩沖罐10的體積較小時，最好能在中午也進行一次步驟4的調校工作。
氣體平衡槽82內的NaHCO3溶液需每周更換一次。
如果將調堿瓶85以及調酸瓶86的滴液開關均設定為自動滴定裝置，再將上述2個自動滴定裝置通過信號線分別與CO2檢測儀121或pH計84相連，則可實現(xiàn)本發(fā)明的完全自動控制之目的。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，包括密封的并設有開啟裝置的植物生長室組件(2)，其特征是還包括三通轉接閥I(5)、帶有出氣管(71)的氣泵(7)、CO2氣體平衡組件(8)、氣體緩沖罐(10)、CO2檢測組件(12)和三通轉接閥II(13)，所述植物生長室組件(2)由透明材料制成；出管(4)的一端與植物生長室組件(2)的內腔相通、另一端依次通過三通轉接閥I(5)、管I(6)、氣泵(7)和出氣管(71)與CO2氣體平衡組件(8)相連，所述CO2氣體平衡組件(8)依次通過管II(9)、氣體緩沖罐(10)、管IV(16)、CO2檢測組件(12)、管III(11)、三通轉接閥II(13)和進管(1)與植物生長室組件(2)的內腔相連；連接管(14)的兩端分別與三通轉接閥I(5)和三通轉接閥II(13)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，其特征是所述CO2氣體平衡組件(8)包括密封的氣體平衡槽(82)、pH計(84)、調堿瓶(85)和調酸瓶(86)，所述氣體平衡槽(82)內設有充氣頭(81)和pH電極(83)；調堿瓶(85)和調酸瓶(86)分別與氣體平衡槽(82)的內腔相連通，pH計(84)與pH電極(83)相連；出氣管(71)與充氣頭(81)相連，管II(9)與氣體平衡槽(82)的內腔相連通。
3.根據(jù)權利要求2所述的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，其特征是所述CO2檢測組件(12)包括依次相連的CO2檢測儀(121)、CO2感應器(122)和CO2濃度檢測室(123)，所述CO2濃度檢測室(123)分別與管III(11)和管IV(16)相連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，其特征是所述植物生長室組件(2)包括生長室底座(21)和底部設有開口(221)的植物生長室(22)，在生長室底座(21)上設有“回”型的水封槽(23)，植物生長室(22)的開口(221)與水封槽(22)相吻合。
5.根據(jù)權利要求4所述的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，其特征是所述植物生長室(22)內設有溫度計(3)。
6.根據(jù)權利要求5所述的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，其特征是所述氣體緩沖罐(10)內設有氣體攪拌器(15)。
7.根據(jù)權利要求6所述的能控制CO2濃度的植物生長培養(yǎng)裝置，其特征是所述氣體緩沖罐(10)與植物生長室(22)的內腔體積比≥10。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能控制CO
文檔編號C01B31/00GK101091444SQ200710070100
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權日2007年7月20日
發(fā)明者都韶婷, 章永松, 樊琳 申請人:浙江大學