Устройство для регулирования содержания углекислого газа в воздухе теплицы

(19) 111)151) 4 А 0 1 С 9/24,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВ МУ СВ К АВТО юл. Р 35ельскохоэяйственный т тяжкин,вная элект нта.-М.: К ЕГУЛИРОВАНИЯ ОГО ГАЗА В В я к сельс ости к прои цветовод 11 ель изоброцесса фотодиого газ и регукисло строистворации углеплицы соГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РКОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕКИСЛДУХЕ ТЕПЛИЦЫ(57) Изобретение относикому хозяйству, в частимыщленному овощеводствуству защищенного грунтаретения - оптимизация псинтеза и экономия прирпутем непрерывного контлирования концентрациигаза в воздухе теплицы,для регулирования концекислого газа в воздухе ержит датчик 1 концентрации углекислого газа, выполненный в виде гаэоанализатора с электрическим выходом. Да чик 2 облучения растений выполнен в виде фотогенератора. В качестве датчика 3 температуры внутреннего воздуха использована термопаря. Датчики установлены в теплице на высоте расположения растений и подключенык соответствующим входам вычислительного блока 4, Длительность выходных импульсов импульсного регулятора 5 пропорциональна величине входного сигнала, а полярность - полярности выхода вычислительного блока 4. Согласующий блок 6 связан с входом двухпоэиционного регулятора 7. В состав двухпозиционного регулятора 7 входит реверсивный привод 8,задатчик 9 концентрации углекислого газа,элемент 10 сравнения и фильтр 11. Выход согласующего блока 6 соединен с входом генератора 12 углекислого газа, Устройство позволяет сократить срок вегетации и повысить урожайность. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.999 3 1508Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к промышленному овощеводству и цветоводствузащищенного грунта,Цель изобретения - оптимизацияпроцесса фотосинтеза и экономия природного газа путем непрерывного контроля и регулирования концентрацииуглекислого газа в воздухе теплицы.Ва фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для регулирования концентрации углекислого газа ввоздухе теплицы; на фиг, 2 - функциональная схема генератора углекислогогаза; на Фиг, 3 - Функциональная схема согласующего блока, (первый вариант);Фиг.4 - то же, второй вариант;на фиг, 5 - структурная схема вычислительного блока; на фиг,6 - графическая зависимость фотосинтеза растений в функции от концентрации углекислого газа и .облучения; на фиг,7графическая зависимость Фотосинтезарастений в функции от концентрацииуглекислого газа и температуры воздуха в теплице.Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухетеплицы содержит цатчик 1 концентрации углекислого газа, выполненный ввиде газоанализатора с электрическимвьходом, датчик 2 облучения растений,выполненный в виде фотогенератора,датчик 3 температуры внутреннего воздуха, выполненный в виде термопарЬ,которые расположены в теплице на вы-.соте растений и выходы которых подключены к входам вычислительного блока 4. Выход вычислительного блока(положительной или отрицательной полярности) подключен к входу импульсного регулятора 5, длительность выходных импульсов которого пропорциональна величине входного сигнала, аполярность - полярности выхода вычислительного блока 4, Выход импульсного регулятора 5 через согласующийблок 6 подключен к входу двухпозиционного регулятора 7,включающего реверсивный привод 8, задатчик 9 концентрации углекислого газа, элемент10 сравнения и фильтр 11, включенныемежду собой последовательно, при этомвыход согласующего блока 6 подключенк входу реверсивного привода 8 регулятора 7 концентрации углекислого газа, выход - с, фильтра 11 подключен к+входу генератора углекислого газа, а второй вход элемента 10 сравненияк выходу датчика 1 концентрации углекислого газа.Фильтр 11 представляет собой двапараллельно включенных тиристора различной структуры, подключенных к источнику питания, управляющие элект"роды тиристоров подключены к выходам 1 О элемента 10 сравнения, а раздельныевыходы тиристоров подключены к входам генератора 12 углекислого газа.Генератор 12 углекислого газа содержит горелку 13 атмосферного типа, 5 помещенную внутри камеры коробчатогосечения. Внутри этой камеры содержатся запальный механизм 14 и термопара15. Горелка сообщается с источникомприродного газа трубопроводом, на ко 20 тором установлен электромагнитныйклапан 16. Схема управления генератором 12 содержит логическую схемуЗАЦЕРЖКА 17, вход которой подключенк выходу - Е Фильтра 11, а выходы -к входу электромагнитного клапана 16и запальному механизму 14, и логическую схему ЗАПРЕТ 18, выход которой подключен к вхоцу электромагнит-.ного клапана 16, один вход - к выхо ду термопары, а второй, запрещающий,- к выходу отрицательной полярности -фильтра 11, вход термопары 15; соединен с выходом горелки 13, Однимтехнологическим входом горелки является поток природного газа, вторым -выход запального механизма 14, вторым выходом горелки 13 является поток углекислого газа СО еСогласующий блок 6 содержит два 40 тиристорных ключа 19 и 20, катушки21 и 22 реверсивного магнитного пускателя и фильтра 23, содержащего двеемкости, каждая из которых включенапараллельно одной из катушек 21 и 22.45 Тиристорный ключ 19 с катушкой 21 итиристорный ключ 20 с катушкой 22образуют две параллельные цепи, подключенные к зажимам 24 и 25 источника переменного тока, Управляющий электрод тиристорного ключа 19 подключен к выходу положительной полярности импульсного регулятора 5, а управляющий электрод тиристорного ключа 20 - к выходу отрицательной полярности импульсного регулятора 5.Вычислительный блок 4 содержит канал 26 вычисления оптимального с точки зрения фотосинтеза значения концентрации углекислого газа в возду5 150 хе теплицы в функции от облучения Р, канал 27 вычисления оптимального сточки зрения фотосинтеза значения концентрации углекислого газа СОвв функции от температуры Т внутренВнего воздуха теплицы, канал 28 вычисления задаваемой (при которой фотосинтез будет иметь максимум) концентрации углекислого газа и канал29 вычисления разности +ДСО междутекущим значением концентрации СОв воздухе теплицы и задаваемым СО При этом входы каналбв 26 и 27 подключены к выходам датчиков 2 и 3 облучения Р растений и температуры а внутреннего воздуха теплицы, а.выходы - к входам канала 28 вычисления СО,2 э выход которого связан с входом канала 29 вычисления разности фДСО, второй вход которого подключен к выходу датчика 1 концентрации углекислого газа в воздухе теплицы, а выход канала 29 - к входу импульсного регулятора 5, Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы работает следующим образом. 8999 6где СО- оптимальное значениеконцентрации углекислого газа в воздухе тепли 5цы. при текущем значении облучения Р растений;СО- максимальное значениеконцентрации углекисло О го газа, при облученииР - р ооТ - постоянная, определяемая экспериментальнымпутем, зависящая.от ви-,да и стадии развитиярастений (фиг.6).В канале 27 аналогично вычисляет 15 ся значение концентрации углекислого газа, при которой достигается мак 20 симум фотосинтеза при текущем значении температуры С внутреннего воздуха по зависимоститСО = СО(1 - е ),Текущее значение концентрации углекислого газа СО(1 контролируется датчиком 1, облучение Р растений - датчиком 2, температура с внутреннего воздуха - датчиком 3, Информация от датчиков 1 - 3 поступает на вход вычислительного блока 4, где на основании алгоритмаСО , = й (Р, ) 25где СО - оптимальное значение концентрации углекислого газа;СО- максимальное значениеЯ,кконцентрации углекислого газа при температуре ,-+ до 1Т- постоянная, определяемаявэкспериментально, зависящая от вида и стадии раз вития растений (фиг.7).В канале 28 вычисляется среднееарифметическое значение концентрацииСОна основании алгоритмагде СО- задаваемая (оптимальная)концентрация углекислогогаза в воздухе теплицы,при которой имеет местомаксимум фотосинтеза растений;С а - текущее значение температуры внутреннего воздухатеплицы;Р - текущее значение облучения растений,вырабатывается сигнал+ Д СО положительной или отрицательной полярности,величина которого пропорциональна разности текущего и задаваемого значений концентрации углекислого газа, азнак знаку отклонения текущего зна-чения от оптимального СО э . При этомканал 26 вычисляет значение функцииСО ю г = СОи (1 -е ),СО ар + СО 2 в 40 СО2Эв канале 29 - разность +ЬСО междутекущим значением концентрации углекислого газа СО и вычисленным СО 45 Сигнал 1 Д СО поступает на вход импульсного регулятора 5, что приводитк появлению сигнала на выходе в видеимпульсов, длительность которых зависит от значения входного сигнала, 50 а полярность пропорциональна полярности выхода импульсного регулятора.В результате на входе тиристорногоключа 19 (20) согласующего блока 6появляется управляющий сигнал. Приположительном знаке Д СО открывается тиристорный ключ 19 и по цепи зажим 25 источника питания - катушка 21реверсивного магнитного пускателя -катод тиристора 19 - зажим 24 источ 150899930 ника питания протекает ток положительной полуволны переменного напряжения, и привод 8 включается, обеспечивая настройку.задатчика 9 в со 5 ответствии с выходом +6 СО . Надежное удержание контактов магнитного пускателя при включении катушки 21 в отсутствующий отрицательный полупериод достигается включением фильтра 23 параллельно катушке 21. При смене знака выхода АСО на отрицательный аналогично открывается цепь зажим 24 источника переменного напряжения - тиристорный ключ 20 - катушка 22 и вторая емкость фильтра 23 - зажим 25 источника питания, При этом привод 8 реверсируется и.переводит задатчик 9 концентрации углекислого газа в положение, предписанное вычислительным 20 блоком 4, Так как привод 8 задатчика 9 концентрации углекислого газа в воздухе теплицы включается импульсами, которые имеют тенденцию и к снижению длительности по мере при ближения текущего значения концентрации углекислого газа к предписанному, перерегулирование исключается. Заданное задатчиком 9 значение концентрации углекислого газа непрерывно сравнивается элементом 10 с текущим значением, измеряемым датчиком 1, и при их несоответствии на входе фильтра 11 появляется сигнал положительной или отрицательной полярности, который 35 поступает на управляющие электроды тиристоров фильтра 11, В зависимости от полярности сигнала на входе элемента 10 сравнения на генераторе 12 углекислого газа появляется один из 40 двух сигналов на входах + Я . Если заданное значение концентрации углекис-лого газа СОь превьппает текущее эначение СО, имеет место сигнал на входе положительной полярности, который 45 , включает логическую схему ЗАДЕРЖКА 17 Один ее выходной сигнал включает электромагнитный клапан 16, второй - запальное устройство 14, Природный газ через открытый клапан 16 поступает к запальному механизму 14 и воспламеняется. Факел запального меха-.низма омывает горячий спай термопары 15, на выходе которой появляется термоэлектродвижущая сила. После полного прогрева термопары 15 ее выходной сигнал, поступающий через логическую схему ЗАПРЕТ на вход катушки электромагнитного клапана 16, удерживает клапан в среднем положении после исчезновения входного сигнала от логичес" кой схемы ЗАДЕРЖКА. Длительность этого входного сигнала настраивается равной или более времени прогрева термопары. В таком положении электромагнитный клапан 16 направляет природный газ к горелке 13 и запальному механизму 14, что обеспечивает нормальное функционирование генератора 12 углекислого газа.По мере насьпцения воздуха теплицы углекислым газом концентрация его приближается к заданной, а эатемпревьппает ее. В этом случае исчезает сигнал на входе положительной полярности генератора 12 углекислого газа и появляется отрицательный, который является запрещающим для термопары. Выходной сигнал термопары 15 через логическую схему ЗАПРЕТ не проходит, электромагнитный клапан 16 закрывается, перекрывая поток природного газа от источника к горелке 13, и генератор 12 углекислого газа отключается. Повторный его запуск осуществляется аналогично рассмотренному.Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы позволяет экономить природный гаэ и интенсифицировать фотосинтез растений, что в свою очередь ведет к сокращению сроков вегетации и повьппению урожайности.Формула изобретения1. Устройство для регулирования концентрации углекислого газа в воздухе теплицы, содержащее датчик концентрации углекислого газа, двухпоэиционный регулятор с задатчиком концентрации углекислого газа и генератор углекислого газа, включающий камеру сгорания с термопарой, запальным механизмом и горелкой, последние из которых сообщены с электромагнитным клапаном, установленным на трубопроводе подачи природного газа в теплицу, связаны с источником природного газа, а выход горелки соединен с входами термопары и датчика концентрации углекислого газа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью оптимизации процесса фотосинтеза растений и экономии природного газа путем непрерывного контроля и регулирования9 1508999 10 11 концентрации углекислого газа в воздухе теплицы, оно снабжено датчиками облучения растений и температуры внутреннего воздуха теплицы, вычислительным блоком, импульсным регулятором, согласующим блоком, причем выходы датчиков концентрации угле кислого газа, облучения растений и температуры внутреннего воздуха теплицы соединены с соответствующими входами вычислительного блока, выход которого через импульсный регулятор связан с входом согласующего блока, при этом выход последнего подключен к входу двухпозиционного регулятора, выход которого соединен с входом генератора углекислого газа. 2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что двухпозиционный регулятор снабжен последовательно соединенными задатчиком концентрации углекислого газа, элементом сравнения и фильтром, а задатчик концентрации углекислого газа оснащенприводом, вход которого являетсявходом двухпозиционного регулятора,а выходом последнего служит выходфильтра, при этом второй вход элемента сравнения связан с соответствующимвыходом датчика концентрации углекислого газа.3. Устройство по п. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что генераторуглекислого газа снабжен логическимисхемами ЗАДЕРЖКА и ЗАПРЕТ, при этомзапрещающий вход последней соединен 15 с выходом отрицательной полярностидвухпозиционного регулятора, другойвход связан с выходом термопары, авыход схемы ЗАПРЕТ - с первым выводом катушки реле электромагнитного 20 клапана, второй вывод которой соедйнен с первым выводом логической схемы ЗАДЕРЖКА, причем второй выход последней связан с входом запальногомеханизма, а вход подключен к выходу 25 положительной полярности двухпозиционного регулятора..Лаз д И,Верес ко аказ 5744/2 Тираж 621 Подписное ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., д. 4/5 ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари