关键词:人工气候箱;发展现状;存在问题;解决途径 中图分类号:S24 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(2012)06-182-04
众所周知自然气候是难以控制的,而所有生 物又是在自然环境中不断演绎与发展,无时无刻 不受自然气候的影响。过去,人们进行研究只能直 接在自然界中进行,这样研究受到自然界的影响 极大,费时费力,极不容易。一是研究中干扰因素太 多。在自然界中气候因素相互影响着,在研究过程 中人们无法实现在其他条件恒定,只有一个气候 条件改变的情况中来观察该气候条件对动植物的 影响;二是研究周期长。某些植物为一年生或多年 生,某些动物生长发育周期为一年或多年,要在自 然界直接进行研究,了解它们的生活规律,人们必 须等上几年才能收集到所需的较完整的数据;三 是研究受地域的影响。比如北方人要研究南方动 植物,要亲自到南方实地去进行研究;四是研究受 季节的影响。因为动植物只能在合适环境中才能 正常行为,所以只能在夏天研究夏天生长的动植 物,在冬天则研究冬天正常活动的动植物。因此研 究者一直想要找到一种不受时间和空间限制,随 时随地可以研究,且研究周期短的封闭环境来进 行实验。人工气候箱便是在这样的需求中应运而 生和不断发展起来的,它把无法控制的大自然环 境搬进了实验室。
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机电技术
2012 年 12 月
人工气候箱的研究现状综述
吴金华 陈仕国
(福建农林大学,福建 福州 350108)
摘 要: 首先简明阐述了人工气候箱的定义､分类及重要性;然后详细介绍了人工气候箱在国内外的发展现状;并提 出了当前人工气候箱存在的一些问题及相应的解决方案;最后对人工气候箱的发展进行了展望。
1 人工气候箱简介
人工气候箱是一种在人工条件下,实验者以 生物或工农业产品为供试对象,通过对气候的三 要素—温度､湿度､光照进行有目的的组合,模拟 出自然界可能出现的各种气候类型来研究气候因 素与研究对象的特性之间的关系,最后得到规律 性的结果来指导生产与研究的精密仪器。人工气 候箱的实体如图 1 所示。其结构主要包括实验箱 体､制冷系统､加热系统､加湿系统､光照系统及控 制器等。工作原理大致为在实验箱体内安装温度､
按 控 制 参 低温人工气候箱､高温人工气候箱､光照培养箱､恒
数分
温恒湿培养箱等
按 供 试 对 微生物培养箱､植物培养箱､防水材料人工气候老化
象分
箱等
按智能化 非智能型人工气候箱､智能型人工气候箱
程度分
各种类型的人工气候箱在农业､畜牧业､工
业､考古等各方面都发挥了重要的作用,成为了在
环境和控制领域中极其重要的设备之一。
在工业方面,特别是在材料科学的研究上。通 过人工气候箱模拟出可变的光照､温度､湿度等气 候条件,来研究材料性能的变化。如在人工气候箱 中进行建筑防水材料､纸张､涂料､油漆､橡胶､塑胶 及其制品等的老化实验。相比在自然环境中进行的 试验,采用人工气候箱则可以在较短的时间里得到 实 验 结 果 。 如 2006 年 高 瑾 等 [6] 在 美 国 ATLASUV2000TM 型荧光紫外/冷凝气候仪中模拟 自然中的紫外照射对热塑性弹性 SBS 进行了人工 加速老化实验,在较短的时间研究了 SBS 老化过程 中在表观形貌､显微结构和力学性能上行为变化。
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图 1 人工气候箱实体结构
1.实验箱体;2.制冷器;3.加热器;4.加湿器;5.光照灯组;6.控制器
湿度和光强传感器,用以检测温度､湿度和光强,然 后将所测数据送到控制器进行数据处理,根据处 理结果来控制制冷器､加热器､加湿器或光照灯组 等的工作状态,从而达到精确控制实验箱体的温 度､湿度和光强等参数,最终实现人工模拟自然界 可能出现的气候环境。
随着生产水平的发展,目前市场上存在各种 类型的人工气候箱,表 1 是人工气候箱的部分分类 情况。
表 1 人工气候箱部分分类
分类 按容积大 小分
名称
1000 L 以下的小型人工气候箱､1000～5000 L 的大 型人工气候箱､5000 L 或 5000 L 以上的人工气候室
按光源分
采用自然光源的人工气候箱､基于传统人工光源的 人工气候箱､基于新型人工光源的人工气候箱
2 人工气候箱的国内外发展状况
在农业､畜牧业方面,可以利用人工气候箱
作者简介:吴金华(1987-),女,硕士研究生,研究方向:农业电气化与自动化｡ 陈仕国(1986-),男,助理实验员,硕士研究生,研究方向:机械设计及理论｡
第6期
吴金的生长环境,摆脱对自然环境的 依赖性。如在植物的育种､育苗､组织细胞､微生 物的培养过程中使用人工气候箱,则大大提高了 科学实验和研究的效率,农作物的研究不再望天 兴叹,动植物的产量获得提高,品质得到保证。如 1981 年吴景科[1]利用人工气候箱进行小麦加代 试验,结果表明,应用人工气候箱进行加代,加速 了冬小麦遗传与育种研究进程,是一种实现一年 多代的有效途径。2004 年裴孝伯等[2]在智能人 工气候箱中研究连续弱光对黄瓜的生育及光合 速率的影响,得出连续弱光处理会导致黄瓜严重 化瓜的结论。2005 年谭垦等[3]将进入蛹期的西 方蜜蜂放入人工气候箱中,探讨不同恒定温度对 蜜蜂蛹翅膀形态特征的影响。2008 年蒯传化等 [4]在人工气候箱中进行不同湿度对红地球葡萄 影响的实验,实验表明当湿度越大,葡萄果实热 伤害程度越大。2011 年孟庆英[5]利用人工气候 箱模拟低温条件对 5 种水稻进行抗冷性的研究, 结果表明,空育 131 和龙梗 29 在芽期､苗期及孕 穗期耐冷性相对较强。
在考古方面的文物保护中,人工气候箱同样 起着重要作用。在考古学发展初期,大量文物特别 是彩绘类文物出土即毁,造成了大量的珍贵文物 的丧失。其原因大部分是由于文物出土后,所处的 气候环境改变了。因此利用人工气候箱对彩绘类 文物的彩绘颜料进行及时的保护尤为重要。如 2006 年赵静等[7]在人工气候箱中对所选择的 9 种 有机高分子文物保护涂层材料进行人工老化试验, 相比得出有机硅在彩绘文物保护上能起到较好的 效果。