Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в измерительной технике, например, для определения биологической активности исследуемого материала в биологии, почвоведении, физиологии растений. Сущность изобретения: устройство кроме рабочих 2 и 3 и контрольного 4 сосудов варбурга и дифманометра 7 дополнительно снабжено уравнительным сосудом 6, многопозиционным переключателем и вычеслительным блоком. Это позволяет более эффективно проводить исследования благодаря высокой организации измерительной системы и применения современных средств измерения, т. е. автоматически действующего дифманометра и вычислительного блока, позволяющего быстро и точно выполнять расчеты. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2012194
Класс(ы) патента: A01G7/00, G01D1/00
Номер заявки: 4933915/15
Дата подачи заявки: 05.05.1991
Дата публикации: 15.05.1994
Заявитель(и): Московская сельскохозяйственная академия им.К.А.Тимирязева
Автор(ы): Кобяков А.А.; Суша А.Н.; Нмадзуру Ибрахим Бадегги[NG]
Патентообладатель(и): Кобяков Антон Анатольевич
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано в биологии, почвоведении, физиологии растений для определения биологической активности исследуемого материала.
Известно устройство для определения скорости поглощения кислорода почвой с корнями нетравмированного растения [1] . Работа устройства основана на манометрическом методе. Однако этому устройству присущи недостатки, наиболее крупный недостаток обусловлен трудностью герметизации сосуда Лииса.
Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для определения интенсивности дыхания [2] , работа которого также основана на манометрическом методе. В термостатируемую ванну помещают требуемое количество модифицированных сосудиков Варбурга [3] , каждый из которых соединен со стеклянным U-образным дифманометром. Модифицированный сосудик Варбурга отличается от немодифицированного наличием дополнительных боковых отростков и съемного дна сосудика. В каждый сосудик помещают стаканчик с исследуемым материалом, например систему почва-корни растения. В отростки сосудика наливают щелочной раствор при определении поглощения исследуемым материалом кислорода, а при определении выделения углекислого газа исследуемым материалом наливают воду в том же объеме, что и щелочь. Здесь же находится модифицированный сосудик Варбурга со стаканчиком, наполненным селикагелем и соединенным с U-образным стеклянным манометром. Последний используется для внесения поправки в показания дифманометров рабочих модифицированных сосудиков для учета колебаний атмосферного давления.
Через заданный промежуток времени после начала опыта снимают показания дифманометров и рассчитывают количество поглощенного кислорода или выделившегося углекислого газа по следующим формулам:
XO2 = (ΔHp - ΔHк) KO2, (1) где XO2 - количество поглощенного кислорода, мл;
ΔНр, ΔНк - показания дифманометров соответственно для рабочего и контрольного сосудиков Варбурга;
KO2 - константа сосудика по кислороду.
X= (ΔHp-ΔHk)- K, (2) где ХСO2 - количество выделившегося углекислого газа, мл;
КСO2 - константа сосудика по углекислому газу.
В формулах (1), (2) величины КO2и КСO2 равны:
K= ,
K= , где Vg - объем газового пространства в измерительной системе, мл;
α1 , α2 - растворимость кислорода и углекислого газа соответственно в мл на 1 мл жидкости (при парциальном давлении газа 1 атм - 101,3 кПа и температуре);
Vf - объем жидкости, налитой в сосудик, мл;
t - температура термостатирования.
По значениям ХO2 и ХСO2 рассчитывают интенсивность дыхания для исследуемого материала. Интенсивность дыхания равна:
по кислороду YO2 = XO2/(Pc T) (3)
по углекислому газу YCO2 = XCO2/(Pc T), (4) где Рс - вес абсолютно сухой почвы, кг;
Т - длительность опыта, ч.
Известному устройству присущи следующие недостатки:
- низкая точность вследствие ошибок визуального отсчета показаний дифманометров;
- трудоемкость и большие затраты времени на получение результатов;
- малая надежность устройства из-за стеклянного исполнения U-образных приборов.
Цель изобретения - повышение точности и эксплуатационной надежности устройства.
Достигается это тем, что устройство снабжено уравнительным сосудом, многопозиционным переключателем и вычислительным блоком, подключенным к выходу дифманометра, первая камера которого соединена с контрольным сосудиком Варбурга, а вторая - с выходом многопозиционного переключателя, при этом соответствующие входы последнего связаны с уравнительным сосудом и рабочими сосудиками Варбурга. Многопозиционный переключатель состоит из герметичного полого цилиндрического корпуса, внутри которого с зазором относительно внутренней поверхности и соосно с возможностью вращения вокруг этой оси установлен цилиндр с сообщенными между собой осевым и радиальными отверстиями, при этом в боковой стенке полого цилиндрического корпуса выполнены пары сквозных отверстий по числу рабочих сосудиков Варбурга, со штуцерами, причем первый штуцер каждой пары соединен с уравнительным сосудом, а второй - с соответствующим сосудиком Варбурга, а в осевом отверстии цилиндра с зазором размещен выходной штуцер, проходящий через торцовую стенку цилиндрического корпуса, при этом зазоры между цилиндром, выходным штуцером и цилиндрическим корпусом заполнены герметиком.
По сравнению с прототипом данное устройство позволяет повысить точность определения интенсивности дыхания и более надежно в эксплуатации.
Более высокая точность устройства обеспечивается за счет автоматического снятия показаний с дифманометра и ввода этих показаний в вычислительный блок взамен ручного.
Замена большого числа дифманометров на один является источником, во-первых, повышения точности измерений ввиду того, что во все расчеты будет вносится одна и также систематическая погрешность, присущая используемому дифманометру, в отличие от систематических погрешностей, присущих каждому из дифманометров в прототипе; во-вторых, повышение надежности устройства обеспечивается за счет того, что уменьшение числа элементов сложного устройства ведет к повышению его эксплуатационной надежности, а именно безаварийной работоспособности.
Другим фактором повышения надежности является использование автоматического дифманометра с дистанционной передачей информации взамен стеклянных U-образных дифманометров с визуальным отсчетом показаний.
На фиг. 1 схематично представлен общий вид устройства; на фиг. 2 - конструкция многопозиционного переключателя; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1 (многопозиционного переключателя).
Устройство содержит термостатируемую ванну 1 с рабочими 2, 3 и контрольным 4 сосудиками Варбурга, многопозиционный переключатель 5, уравнительный сосуд 6, дифманометр 7 и вычислительный блок 8. Для простоты описания показаны только два рабочих сосудика 2, 3; в общем случае их может быть любое число. В рабочие сосудики 2, 3 помещены стаканчики с исследуемым материалом, а в контрольный сосудик 4 - стаканчик с селикагелем.
Многопозиционный переключатель 5 представляет собой неподвижный герметичный полый цилиндрический корпус 9, внутри которого размещен вращающийся цилиндр 10. В одной из торцовых стенок корпуса 9 переключателя 5 по оси вращающегося цилиндра 10 закреплен штуцер 11, который герметично входит в осевое отверстие 12 вращающегося цилиндра 10. Это осевое отверстие 12 сообщено с радиальным отверстием 13 в теле вращающегося цилиндра 10. На корпусе 9 по окружности боковой поверхности размещены нары сквозных отверстий со штуцерами 14, 15 по числу рабочих сосудиков 2, 3. Первый штуцер 14 каждой пары соединен с одним из рабочих сосудиков, например с сосудиком 2. Вторые штуцера 15 каждой пары объединены между собой и соединены с уравнительным сосудом 6.
Первая (плюсовая) и вторая (минусовая) камеры дифманометра 7 соединены соответственно с контрольным 4 сосудиком Варбурга и с штуцером 11, т. е. с выходом многопозиционного переключателя 5. Минусовая камера дифманометра 7 при позиционировании вращающегося цилиндра 10 относительно штуцеров 14 и 15 оказывается соединенной соответственно с одним из рабочих сосудиков 2, 3 Варбурга, либо с уравнительным сосудом 6. Такая связь обеспечивается посредством штуцера 11, осевого 12 и радиального 13 отверстий в теле цилиндра 10 и штуцеров 14 и 15 корпуса переключателя 5.
Уравнительный сосуд 6 заполнен жидкостью (нейтральной), например дистиллированной водой, и связан с атмосферой. Обе камеры дифманометра 7 также заполнены этой жидкостью. Уравнительный сосуд 6, переключатель 5 и дифманометр 7 должны быть размещены по вертикали ниже термостатируемой ванны с сосудиками 2, 3, 4. При этом взаимное расположение уравнительного сосуда 6, переключателя 5 и дифманометра 7 должно быть таким, чтобы абсолютное давление в минусовой камере при ее соединении с уравнительным сосудом 6 не превосходило атмосферного давления. Вычислительный блок 8 соединен с выходом дифманометра 7.
Подготовка к работе. Уравнительный сосуд 6 и обе камеры дифманометра 7 заливаются дистиллированной водой. При этом переключатель 5 находится в таком положении, когда цилиндр 10 позиционирован так, что его радиальное отверстие 13 совмещено с выходным отверстием штуцера 15. Контрольный сосудик 4 со стаканчиком с селикагелем подключен к дифманометру 7. Давление Рбк в контрольном сосудике 4 выравнивается с атмосферным, после чего сосудик 4 отсекается от атмосферы. Признаком правильности установки уравнительного сосуда 6, переключателя 5 и дифманометра 7, тем самым готовности измерительной системы к работе, является равенство нулю выходного сигнала дифманометра 7. Для герметизации переключателя 5 зазор между внутренней поверхностью корпуса 9 и внешней поверхностью вращающегося цилиндра 10 смазывается, например, вазелином. Последний вносится в зазор между штуцером 11 и осевым отверстием 12 вращающегося цилиндра 10.
Работа устройства. В рабочие сосудики 2, 3 Варбурга устанавливают стаканчики с исследуемым материалом. В соответствии с экспозицией опыта начинают процесс измерения. В момент начала опыта включают в работу таймер вычислительного блока 8. Процесс измерения осуществляют в следующей последовательности. Позиционируют цилиндр 10 переключателя 5 так, чтобы радиальное отверстие 13 совместилось с выходным отверстие штуцера 14, к которому подсоединен первый рабочий сосудик 2 Варбурга. В результате дифманометр 7 и рабочий сосудик 2 соединены. На выходе дифманометра 7 под действием разности давлений Рбк и Ра соответственно в рабочем 2 и контрольном 4 сосудиках Варбурга формируется электрический сигнал, пропорциональный величине ΔНр - ΔНк из формулы (1). Покажем это.
Для устройства [1] ΔНр = Рб - Ра, а ΔНк = Рб - Рбк, где Рб - атмосферное давление в момент измерения, Ра, Рбк - абсолютное давление соответственно в рабочем 2 и контрольном 4 сосудиках Варбурга. Легко видеть, что ΔНр -ΔНк = Рбк - Ра. Из описания вытекает и чертеж это поясняет, что в плюсовой камере дифманометра 7 действует давление Рбк, а в минусовой - Ра.
В вычислительном блоке 8 по значениям сигналов от дифманометра и таймера рассчитываются по формулам (1) и (3) либо (2) и (4) искомые показатели. В вычислительный блок 8 перед началом измерений вводятся данные, необходимые для расчетов по формулам (1). . . (4).
Далее приступают к измерению давления во втором рабочем сосудике 3 Варбурга. Предварительно дифманометр 7 приводят к исходному состоянию. Для этого цилиндр 10 переводят в положение, в котором радиальное отверстие 13 совмещается с выходным отверстием штуцера 15. В результате минусовая камера дифманометра 7 соединяется с уравнительным сосудом 6. После этого цилиндр 10 переключателя 5 позиционируют относительно штуцера 14, к которому подключен второй рабочий сосудик 3. Описанная выше процедура измерений повторяется.
В такой последовательности осуществляется измерение для всех рабочих сосудиков 2, 3 Варбурга, используемых в опыте. После этого цикл измерений может быть многократно повторен через требуемые промежутки времени. Позиционирование переключателя 5 относительно рабочих сосудиков 2, 3 Варбура и уравнительного сосуда 6 может осуществляться как вручную, так и с помощью шагового двигателя.
Использование устройства позволяет более эффективно проводить исследования. Это достигается за счет более высокой организации измерительной системы и использования современных средств измерения, а именно автоматически действующего дифманометра, а также вычислительного блока, обеспечивающего быстрое и точное выполнение расчетов.
Кроме того, такая измерительная система позволяет с несравненно малыми затратами труда по сравнению с прототипом осуществлять контроль за динамикой процессов в исследуемом материале (поглощение кислорода и выделение углекислого газа). (56) Игнатьев Н. Н. , Шуваев В. А. Прибор для измерения скорости поглощения кислорода почвой с корнями нетравмированного растения. А. с. N 1309347.
Практикум по физиологии растений. Под ред. Н. Н. Третьякова. - М. : Колос, 1982. - С. 146-155.
Игнатьев Н. Н. Модификация метода Варбурга с целью определения интенсивности поглощения кислорода почвой с ненарушенной структурой. - Доклады ТСХА, 1972, вып. 176, с. 51-55.
Формула изобретения: 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ, содержащее дифманометр и рабочие и контрольный сосудики Варбурга, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и эксплуатационной надежности устройства, оно снабжено уравнительным сосудом, многопозиционным переключателем и вычислительным блоком, подключенным к выходу дифманометра, первая камера которого соединена с контрольным сосудиком Варбурга, а вторая - с выходом многопозиционного переключателя, при этом соответствующие входы последнего связаны с уравнительным сосудом и рабочими сосудиками Варбурга.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что многопозиционный переключатель состоит из герметичного полого цилиндрического корпуса, внутри которого с зазором относительно внутренней поверхности и соосно с возможностью вращения вокруг этой оси установлен цилиндр с сообщенными между собой осевым и радиальными отверстиями, при этом в боковой стенке полого цилиндрического корпуса выполнены пары сквозных отверстий по числу рабочих сосудиков Варбурга со штуцерами, причем первый штуцер каждой пары соединен с уравнительным сосудом, а второй - с соответствующим сосудиком Варбурга, а в осевом отверстии цилиндра с зазором размещен выходной штуцер, проходящий через торцевую стенку цилиндрического корпуса, при этом зазоры между цилиндром, выходным штуцером и цилиндрическим корпусом заполнены герметиком.