植物叶片表面温度的热电偶测量

1 引言

精确农业是现代农业的发展方向。作物的环境因子调控应尽可能准确地反映植物体本身的温度，如低温时是否发生冷害。用植物体温为指标势必比用群体内空气温度更直接，所以有必要对植物进行体温测量。作物不同部位的温度与环境温度的差异是不同的，并且在一天中的不同时间作物的不同部位的温度也是变化的[1]。

植物叶片是植物的主体部分，通常为一很薄的扁平体，有利于光穿透叶的组织以及最大面积的吸收光、二氧化碳进行光合作用，是植物制造有机物质的主要场所。植物叶片表面温度是其暴露于大气中的叶面的表面温度。由于受到太阳辐射、大气温度、风等气象因子影响，也受到植物体本身构造和特性的影响，造成了植物表面温度的差异[2]。而植物叶片的生理参数如叶气温差、叶片含水量、叶片气孔开度等与植物的健康生长都有着密切的联系。

目前，针对如何测量植物叶片表面温度，许多学者都做过研究。例如，杜宝华等[3]在冬小麦冠层内二氧化碳浓度的变化规律研究中用TL系列玻璃热敏电阻测温；王秉昆等[4]通风干湿表测温，研究热平衡与玉米高产高效关系。林业上也有类似研究，如刘和平等[5]确定森林林冠层空气动力学参数时，用通风干湿表测定林木群体内空气温度。这些测温仪器由于传感器体积大，无法直接测定植物体温。罗卫红等[6]研究南方温室黄瓜冬季蒸腾时，使用热电偶测定温度，但将热电偶安装于群体冠层高度上。另一种测定温度的方法是红外线测温仪，如刘学著等[7]在测定冬小麦水分胁迫系数时，用红外测温仪测定群体温度。这种方法属于温度的间接测量，必然会影响测温精度，从而导致研究结果偏差。袁国富等[8]估算冬小麦不同生育期最小冠层阻力时，用手持式红外测温仪测定冠层温度，预测冠气温差与实际冠气温差有±0. 7℃的波动，这说明红外法间接测量群体温度具有较大的不准确性。

2 植物叶片表面温度测量装置的开发

2.1 植物叶片表面温度测量装置的工作原理

热电偶是一种热电型的温度传感器，它将温度信号转换成电势（mV级）信号，配以测量信号的仪表或变换器，便可以实现温度的测量和温度信号的转换。本文设计并实现了一种微型化、便携式、低功耗的植物叶片表面温度测量装置。

为了克服目前红外测温法在植物温度检测中的不足，本文采用热电偶作为传感器来测量植物叶片表面温度。传感器采集到的物理信号经放大电路放大后，通过A/D转换器件转化为数字信号。单片机作为数据处理单元，将采集到的数字信号运算处理，送到显示单元输出。图1为植物叶片表面温度测量装置框图。