农业生产过程参数检测技术parameter measuring technique for agricultural production process

在农业生产过程中，利用现代测量、控制和自动化技术，检测过程的物理量，将这些非电量转换为电信号，研究其接收、放大、加工变换、显示及数据处理的方法。利用所得结果，以创造适合农业生物所需的环境，提高农产品的质量与数量，实现农业生产过程工厂化，改善劳动条件及劳动生产率。现代技术的发展为研究环境与生物的特性，实现农业生产工厂化的自动检测与控制，达到各种最优的技术经济指标，节约能源等创造了条件。各种新技术、新工艺的实施应用和研究开发，特别是电子技术的应用，促进了生物环境传感器的发展，使生物环境检测仪器日趋小型化、集成化、数字化和综合自动化。
农业生产过程参数包括生物环境参数和农业生产过程工厂化参数。生物环境参数主要是空气的温、湿度、土壤温度、叶面温度、生物体(植物、动物)温度、土壤水分、空气中的CO₂浓度等参数；农业生产工厂化参数主要是温度、压力、流量、液面和成分分析等参数。
检测实验过程的步骤：❶拟定所要解决问题的具体规划。首先需要明确目标、手段和环境等三个因素，在此基础上，选定检测实验所依据的准则，要回答要求达到的检测精度与检测重复的次数两个问题。然后拟定检测实验计划。
❷对所检测的数据进行误差分析。
❸选择适合的仪器。其中有：选择主传感器，将主传感器的信号转换为可测量的耦合电路，选择输出设备，对选定的系统进行校准。
检测仪器及装置主要有以下几种。
温度检测仪器 有：❶热电偶温度计，是一种比较简单的温度传感器。高温可达2800℃，低温可达-269℃。为了消除冷端温度变化对检测精度的影响，采用冷端温度补偿。
❷热电阻温度计，检测范围为-200～+500℃。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而改变的特性检测温度的。其中铂电阻的精度最高。
❸热敏电阻温度计，用于检测-100～+300℃之间变化比较快的温度。
❹红外温度计，为非接触式测温，其原理是利用全辐射或积分辐射，以及比色测量原理。适用于野外考察及农田测量作物群体温度、土壤温度、叶面温度。
空气湿度检测仪器 有：❶干湿球温度计；
❷氯化锂电阻式湿度计，是利用电阻率随空气相对湿度变化的特性制成的湿度计。优点是结构简单、体积小、反应速度快、灵敏度高；缺点是单片测头的感湿范围较窄，一般只有15～20%，互换性差，使用时间长将会老化，在农田使用需注意防辐射。
土壤水分检测仪器 有：❶中子水分仪，测量范围较广、精度比较高(1%)，是现代较好的定点测量土壤水分的仪器，由于中子源环形放射，所以表层土壤水分测量误差较大，需要订正。另外，该仪器需有一套防中子辐射的设施，以保证安全。
❷张力计，以陶瓷传感器为其传感元件，显示仪表有真空压力计、水银气压计和数字显示。测量简便，价格低，高湿区灵敏度较高，低湿区不灵敏，不宜在干旱地区使用。
❸电阻式土壤湿度计，传感元件有石膏传感器、玻璃纤维传感器和尼龙传感器。测量范围一般在田间持水量与凋萎湿度之间，低湿区灵敏度高。这类仪器易受土壤温度、土壤含盐量、紧实度、颗粒大小的影响，需进行温度修正。
压力测量仪器 有：❶液柱式测压仪表，这类仪表结构简单，使用方便，测量精度高，常用的有U型管液柱式压力计，测压范围适宜小于133千帕的压力、差压和负压。
❷弹性式压力计，其结构简单，价格便宜，测压范围宽，测量精度较高，在生产过程中得到广泛应用。
❸电气式压力计，将压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。这种压力计反应较快，测量范围广，可测(7×10^-10～5×10³×9.8焦/厘米²，精度可达0.2%，便于远距离传送，在生产过程中可以实现自动检测、自动控制和报警。电气式压力计可分为电位器式压力计、应变片式压力计、霍尔元件式压力计和压电式压力计。
流量测量仪器 用以测量生产过程中各种流动介质的流量，在工程上，流量是在单位时间内通过某一截面的物料数量。
常用的仪器有：❶差压流量计，是目前应用最广泛的一种流量计，它是以伯努利方程和连续性方程为理论依据，通过测量流体在流动过程中产生的差压来测量流量的。差压流量计主要由节流装置（如孔板）和差压计两部分组成。
❷转子流量计，适用于测量直径在100毫米以下管道的小流量。它具有压力损失小，测量范围大(量程比为10:1)，结构简单，使用方便等优点。也可以用于测量液体或气体的流量，测量精度为±1～2%。
❸椭圆齿轮流量计，是容积式流量计中的一种，其工作原理是根据体积进行流量累计的。这种仪表精确度高，可达±0.25%～0.5%，主要用于测量不含固体杂质的流体流量，如油类、液态食品等。
❹电磁流量计，是用于测量管道中导电性液体体积流量的仪表。电磁流量计在使用中容易消毒，可用于有特殊卫生要求的流量测量，如牛奶、酒类等，也可用于测量自来水以及大型污水处理管道的流量。
成分分析仪表 红外线气体分析仪是一种利用某些气体对红外线的选择吸收特性进行气体成分分析的仪表。用于测量空气中CO₂浓度，在环境监测、粮食贮存等方面都得到广泛的应用。热磁式氧气分析仪表可测量混合气体的含氧量。
电动显示调节仪表 广泛用于工厂化生产过程中各种参数的检测和控制。有：❶动圈式调节仪表，由动圈式的指示仪表附加简单的电子线路，组成具有指示和调节功能的仪表，也可用于上、下限报警及连锁保护系统中。动圈式仪表与各种敏感元件或传感器配合，广泛用于测量温度、压力、流量、物位等非电量。这种仪表的结构简单，易于维护，价格低廉，且有相当高的精度。
❷电动单元组合仪表，是根据检测和调节系统中各环节的功能，将整套仪表分为若干个可以独立完成某项功能的典型单元，各单元之间的联系，都采用统一规格的电信号。单元的品种为数不多，但可按照生产工艺的需要加以组合，构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测或自动调节系统。电动单元组合仪表不仅可以灵活地组成各种调节系统，还可以和气动单元组合仪表、巡向检测、数据处理装置以及工业控制机等配合。电动单元组合仪表经历了DDZ-Ⅰ、DDZ-Ⅱ、DDZ-Ⅲ系列四个发展阶段。DDZ-Ⅰ系列为电子管式，已被淘汰；DDZ-Ⅱ系列以晶体管为主要元件，由变送单元(差值变送器、温度变送器等)、调节单元(PID调节器、PI调节器等)、执行单元（角行程及直行程电动执行器）、显示单元(指示仪表、记录仪表、比例积分器、开方积分器等)、计算单元(加减器、乘除器、开方器等)、给定单元(恒流给定器、分流器等)、转换单元(频率转换器、气-电转换器等)、辅助单元(操作器、阻尼器等)组成。DDZ-Ⅲ系列仪表主要由线性运算放大器或逻辑组件组成，能够构成安全火花防爆系统。