二氧化碳气肥范文

二氧化碳气肥范文（精选3篇）

二氧化碳气肥 第1篇

二氧化碳传感器能够检测出大气环境中二氧化碳气体含量,常常用于农业气肥的自动控制上。目前,国际上成熟的二氧化碳传感器有电化学式、半导体陶瓷式、固体电解质式、红外吸收式等四种原理产品。半导体陶瓷式二氧化碳传感器以其制作简单、成本低廉、抗恶劣环境等特点,受到业内人士的重视。

用于农业气肥监控的二氧化碳传感器由于使用的环境十分恶劣,如:喷水灌溉产生的高湿,喷洒农药产生的环境污染,阳光直射产生的高温,风产生的砂土影响都会对传感器产生危害,影响传感器性能,甚至影响农业气肥监控系统的控制效果。因此,了解和掌握二氧化碳传感器的适应环境能力,对产品的实际应用具有重要意义,可靠性环境试验的目的可以模拟传感器贮存、运输、使用等环境条件,尽可能暴露出传感器的质量问题并客观地评价传感器适应环境能力。为产品的失效分析,设计更改及制造工艺改进提供依据。依据传感器环境试验结果数据,采用了经典法,信赖法,贝叶斯方法,推断出二氧化碳传感器的环境可靠度。对产品失效进行了分析,指出了改进措施。

1 环境试验条件及失效判据

1.1 失效判据

二氧化碳传感器工作原理:陶瓷材料的晶格的振动和对电子运动产生阻碍作用,温度变高,晶格振动加强、振幅加大,阻碍电子作用增强。宏观反映出铂电阻随时温度变化而变化,通过测定阻值变化即可反映出温度变化,达到对温度测量的目的。

二氧化碳传感器一般以精度为特征参数,传感器无论任何失效模式,如引线松动、敏感体断裂、敏感材料老化、加热器性能漂移等都可以反映在测量精度变化上。故将二氧化碳传感器的失效判据为传感器精度,按照企业标准要求及行业标准要求,测量精度±5%。若经试验后传感器精度超出±5%,即可判定传感器失效。二氧化碳传感器结构示意图如图1所示,传感器精度测试系统示意图如图2所示。

1.2 环境试验

根据二氧化碳传感器规范要求,参考GB2423-81《电工电子环境试验方法》等标准,确定对二氧化碳传感器进行低温、高温、高低温冲击、稳态湿热、耐湿、冲击、振动、盐雾、沙尘9项试验,具体如下:

1.2.1 低温试验。

低温试验的目的是在试验室内模拟传感器在低温条件下使用和贮存对元件性能的影响,并考核其适应性,试验参数如下:温度:(0±3)℃;降温速度:1℃/min;保温时间:2h;相对湿度:(48±4)%RH。1.2.2高温试验。高温试验的目的是在试验室内模拟在高温条件下使用和贮存对产品的影响,并考核其适应性,试验参数如下:温度:(55±3)℃;保温:96h。1.2.3温度冲击试验。试验的目的是在试验室内模拟产品在运输和使用过程中,确定产品抵御高低温极值交替冲击能力,试验采用两箱法,其试验参数如下:温度:(0~3)℃,(55+3)℃;转换时间:2~3min;保温时间:各0.5h;循环次数:5次。1.2.4稳态湿热试验。试验目的在试验室内模拟高温高湿条件下产品使用和贮存的适应性,其试验参数如下:温度:(40±3)℃;相对湿度:90~95%RH;保湿时间:96h。1.2.5耐湿试验。试验目的用加速方法评价产品在高湿条件下耐潮湿劣化影响的能力,试验参数如下:温度:(25±2)℃;(55±2)℃;相对湿度:80~100%RH;90~100%RH;转换时间:2.5h;3h;2.5h;24h。1.2.6随机振动试验。试验目的确定产品经受用随机振动环境应力的适应性及结构的完整性,试验参数如下:加速度谱密度:2(m/s2)2/Hz;总均方根加速度值:53.5m/s2;持续时间:30min。1.2.7冲击试验。用于模拟和重视实际环境对传感器的影响,用以确定传感器在运输、粗鲁搬运及军用操作中可能经受强的非重复性冲击作用时的适应能力:半正弦波冲击:10g;持续时间:11ms;方向:三方向;冲击次数:每方向2次。1.2.8盐雾试验。试验目的确定产品耐盐雾腐蚀能力,评定产品防护质量和均匀性。盐溶液的浓度:氯化钠水溶液度5±1%(重量百分比);盐溶液的PH值:6~7;试验温度:35±2℃;试验时间:96h;试验后用35(±3)℃的自来水轻轻洗去试样表面沉积的盐,擦干净后用试验室空气吹干表面。1.2.9沙尘试验。试验目的用吹尘试验确定产品在飞扬尘埃的干燥大气中抵抗尘埃威力渗透的能力。试验条件如下:尘埃为棱角的硅石粉、二氧化硅含量97~99%;吹尘浓度:10.6±7g/m3;试验温度:23±2℃;试验湿度:22%RH;试验风速:8.9±1.2 m/s;试验时间:6h;试验后,在试验的标准大气条件下恢复2h,测量其精度。

2 试验结果

气肥二氧化碳传感器经九种环境试验后,按照企业标准要求及行业标准要求,在气肥传感器精度测试系统上测试了精度,结构如表1所示。

3 环境可靠度评估及失效分析

3.1 经典法环境可靠度下限评估

式中:S-合格项目件数;K-不合格项目件数;N-总的项目件数;α-选择的置信概率取α=0.90;F1-α-自由度为(2K+2,2S)的F分布下侧百分数。

3.2 信赖法环境可靠度下限评估

3.3 贝叶斯法环境可靠度下限评估

3.4 失效分析

分析环境试验结果,有1只产品在振动条件下发生失效,说明此种结构的二氧化碳传感器产品耐环境振动能力较弱。再进一步失效分析发现,由于二氧化碳传感器结构设计成悬浮式,因敏感体质量相对焊点强度较大,故而环境震动引起引线焊点开裂导致传感器失效。在下一步结构设计改进中,增加玻璃纤维丝包围敏感元件使其成为半固态结构,这样可大大提高传感器的抗振性。

4 结论

气肥二氧化碳传感器依据产品技术规范,进行了九种环境试验,试验结果发现有1只产品在振动试验下发生失效,说明气肥二氧化碳传感器耐环境振动能力较弱。对试验结果采用了经典法、信赖法及贝叶斯方法进行了环境可靠度评估,在置信概率为0.90时,传感器环境可靠度为0.97~0.98,环境试验证明气肥二氧化碳传感器具有较好的耐环境能力。下一步可靠性增长试验,重点是优化传感器的结构设计,提高传感器抗振性。

参考文献

[1]王天荣.SnO2半导体气敏器件环境可靠度评估[J].传感器技术,1993(3).

[2]茆诗松.可靠性统计[M].上海:华东师范大学出版社,1984.

[3]刘明治.可靠性试验[M].北京:电子出版社,2004,8.

二氧化碳气肥 第2篇

关键词： 温室；二氧化碳；模糊控制；PLC

中图分类号：TP273+ 4；S625 5 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）08-0388-03

现有的温室大棚主要通过控制温度、湿度和光照来达到增产目的，二氧化碳作为植物生长光合作用的必要原料，合理适时施用CO2气肥是提高设施农业产量和品质的重要手段 [1]。目前市场上电加热型二氧化碳气肥发生器多采用开环定时控制，不具备闭环控制功能，不能实时准确控制CO2施肥量，无法达到对CO2浓度的准确控制，尤其是在日出后光合作用旺盛期间经常处在亏缺状态，影响温室作物产量。因此，本研究拟设计一种基于PLC的智能日光温室环境监控系统，实现对CO2气肥补施、温湿度、光照度等温室环境因子的综合调控。

1 系统硬件设计

系统下位机采用PLC为控制中心，通过温湿度、光强、CO2浓度、土壤湿度等多路传感器将温室环境数据实时传到数据采集模块，再通过RS485总线传给PLC，系统根据温室环境参数综合判断，控制执行机构进行CO2气肥补施。MCGS触摸屏作为系统的上位机，通过RS232实现与PLC通信，具有实时显示、储存数据及对历史数据统计等功能。系统有自动/手动2种工作状态，自动模式下系统依据检测环境参数和相关设定自动调控气肥发生器，手动模式用于手动调节控制。系统组成结构如图1所示 [2]。

1 1 PLC的选择

目前市场上PLC的种类很多，如三菱、欧姆龙、西门子等，根据设计要求，选择国产海微Hw-36MT-3DA型PLC，具有可靠性高、抗干扰能力强及价格低廉等特点。该PLC可以直接驱动大功率电磁阀，通信接口有RS232C、RS485、SPI_MS，36路I/O输入输出，程序空间为256K步，不用电池记忆，无需维护，编程语言采用梯形图，支持高级语言（C，C+ +）混合。

[ （W11][TPSHY11 TIF]

1 2 传感器的选择

1 2 1 CO2传感器 CO2传感器选用CM1101，该传感器模块采用NDIR红外测量原理，即CO2在红外线波长区域具有吸收光谱，当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，测量范围0～5 000 mg/kg，供电电压DC 5 V±5%，电压线性输出DC 0 8～4 V。

1 2 2 温湿度传感器 采用LM-300智能温湿度采集模块，它是一种具有广泛前景的全数字化温湿度采集模块，采集温度范围-40 ℃～+85 ℃，精确度±0 1 ℃，相对湿度范围0～100%， 精度为±10%。该模块可通过隔离的RS485通信接口与RS485现场总线连接，采用MODBUS RTU协议，有操作简单、实用性强、传输距离远、精度高、受环境影响小等特点。

1 2 3 光照度传感器 光照度传感器为KZD系统的光照度变送器，由对弱光也有较高灵敏度的硅蓝光伏探测器组成，具有测量范围宽、线性度好、防水性能好、便于安装、传送距离远等特点。适用于各种场合，尤其是温室大棚。该传感器暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强呈线性变化；能输出较大的电流和范围较宽的工作电压，温度稳定性好，测量范围较广，范围为0～105 lx。该传感器的供电电源为DC 12～30 V，可采用二线制4～20 mA电流输出或三线制0～5 V电压输出。

1 2 4 土壤湿度传感器 采用FDS100土壤水分传感器，具有测量精度高、响应速度快、土质影响较小、密封性好、价格低廉等特点。该传感器输出为DC 0～5 V，在饱和含水量范围内具有良好的线性特征。

1 3 人机接口

选用北京昆仑通态自动化科技有限公司型号为TPC1062K的触摸屏。触摸屏与PLC联机能实时显示传感器所测数据，设计与实际系统相近的组态界面，使系统在控制、功能、显示上更为具体直观。

2 系统的软件设计

2 1 模糊控制设计

2 1 1 模糊控制基本结构 日光温室环境具有时变性、非线性和时滞性的特点，很难用准确的数学模型去描述。模糊控制从本质上来说是一种非线性智能控制技术，它无须知道被控对象的精确数学模型，而是根据经验控制行为，遵循反馈及反馈控制思想，总结成一系列控制规则，并运用软件程序加以实现。因此采用模糊控制技术可以较好地实现温室CO2的灵活调节。

系统首先通过模糊控制器对输入变量e和ec的精确量分别模糊量化成模糊量，再由e、ec和模糊控制规则R根据推理合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量，最后将模糊控制量解模糊成精确量输出。控制器结构如图2所示 [3]。

[ （W9][TPSHY22 TIF]

2 1 2 输入输出变量模糊化

系统采用双输入单输出的模型，将CO2浓度偏差e及其变化率ec（ec=de/dt）作为模糊控制的2个输入变量，控制二氧化碳发生器加热装置的继电器开启时长作为输出变量T。根据温室CO2浓度变化的历史数据进行分析，温室的CO2浓度偏差变化范围为-6%～6%，是农作物最佳的生长环境。设置CO2浓度偏差e的变化范围为[-6，6]，模糊论域取值为[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]，则偏差的量化因子K1=1；CO2浓度偏差变化率ec变化范围为[-1，1]，模糊论域取值为[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]，则偏差变化率的量化因子K2=6。CO2浓度的模糊语言变量设置为正大（PL）、正中（PM）、正小（PS）、零（Z）、负小（NS）、负中（NM）、负大（NL）。隶属度函数选用三角形函数，输入变量隶属度函数如图3所示。

二氧化碳气肥 第3篇

试验2010年深秋在靖远东湾大坝日光温室育苗棚内进行, 共选择2个结构、面积大小、生产方式、管理水平尽量相同的育苗棚做为试验棚。

㈠试验处理一是应用外置式 (棚内) 秸秆生物反应堆技术;二是普通工厂化育苗技术 (CK) 。

㈡供试蔬菜辣椒, 品种为凯旋。穴盘均采用72孔塑料穴盘。2009年9月30日经温汤浸泡后播种, 定植前每处理随机取样30株, 分别调查花芽分化数、株高、茎粗。

外置式秸秆生物反应堆要坚持每天开机抽气, 不论阴天、晴天都要开机补气, 一般要求在作物见光时段均保持开机, 每天保证5小时~6小时。供气浓度控制在1000ppm~2000ppm。其它管理水平同普通工厂化育苗棚。

二、结果与分析

㈠不同处理对几种蔬菜幼苗生长的影响 从表1可看出, 工厂化育苗中利用秸秆生物反应堆技术补充二氧化碳后, 辣椒的花芽分化株数、株高、茎粗等性状指标都有明显改善, 其中有花芽株数提高最显著, 调查的30株中增多4个, 增26.7%;株高提高了0.5厘米, 增幅2.6%;茎粗增加0.3毫米, 增幅11.5%。这些性状指标的提高, 特别是花芽数的增加, 为后期产品的提早上市和高产增收打下了坚实基础。

注:30株平均数。

㈡不同处理定植后对采收期的影响 应用外置式秸秆生物反应堆技术补充二氧化碳育出的苗, 经生产定植后, 由于花芽分化提前, 蔬菜的采收期明显提前, 与对照未能补充二氧化碳的苗相比, 辣椒采收时间提前了10天 (见表2) , 而拉秧期与对照一样。采收期的提早为抢占市场提高产品收益提供了保障。

㈢不同处理对产量及效益的影响 从产量结果分析 (见表3) , 应用外置式秸秆生物反应堆技术补充二氧化碳育出的苗, 在生产上应用后, 辣椒产量也显著提高, 增产幅度7.2%。亩产值明显增加。

注:辣椒平均单价2.8元/千克。

三、结论与讨论

应用外置式秸秆生物反应堆技术补充二氧化碳育苗, 辣椒的花芽数、株高、茎粗等性状指标都有明显改善, 特别是花芽数的增多, 使结果时间明显提前。同时定植后采收期明显提早, 普遍提早10天左右, 为定植后产品提早上市和高产增收打下了坚实基础, 具有很好的应用价值。

摘要：秸秆生物反应堆技术是2008年引进的新技术, 主要解决日光温室内冬季地温偏低和二氧化碳浓度不足的问题, 对提高作物的光合效率、促进花芽分化、加快果实生长速度、提前上市、增加前期产量从而提高收益具有重要作用。为此, 项目组在工厂化育苗中利用外置式秸秆生物反应堆技术, 为育苗棚内补充二氧化碳, 来提高育苗棚内二氧化碳浓度, 探索秸秆生物反应堆技术补充二氧化碳对工厂化育苗的实际效果, 为生产应用提供理论依据。