[发明专利]用于估计液体的张力、势和活度的二面体传感器

说明书

技术领域

根据液体在固定成二面体的两个板之间的聚集来测量水张力和水势的二面体传感器。原则上，该系统可用于水和其他液体。在测量水活度或水势时，该系统促进了蒸气－压力平衡所需的热平衡。与这不同，在水张力的测量中，由于通过被压靠样本的传感器边缘的液相的连续性而发生了水在样本和二面体传感器之间的移动，因为这个原因，在这种情况中，对于温度的控制很不关键。在土壤中，应当优选地通过测量多孔元件来操作该系统，该多孔元件过滤并促进水在土壤和二面体传感器之间的输送。在具有测微目镜的显微镜中进行植物中的高达3.0 MPa的水张力和水势的测量。用尺子或滑动计来直观地进行土壤中的零和0.3 MPa之间的水张力的测量。二面体传感器系统的定性和定量的应用包括操作田地和罐子中的灌溉以及生理学研究，并且可适用于全部的器官和部分。

背景技术

水活度和水势根据下面的公式1彼此相关：

Ψ=(RT/V_w)Ln(a_w)     [1]，

其中，Ψ是水势（Pa），R是气体常数（8.3145jK^-1mol^-1），T是开尔文温度，V_w（1.8 10^-5 m³）是水的偏摩尔体积并且a_w是水的活度，其可被当作是与样本的平衡的相对湿度的百分数。

水活度的估计是非常重要的，例如在食品技术中以及在存储谷物时。对于大量的这些产品，储存有效寿命和质量本身取决于水活度，水活度被用作控制参数。

然而，对于植物生理学以及对于操作土壤中的水，通常而言，水势及其细分分量的概念相比相对湿度和水活度的概念更加常用。水势被定义为水的化学势和偏摩尔体积之间的关系。结果，水势可被简单地处理为每单位面积的力，也就是说压力。因此，水势定位是压力分量的总和。在这些中间，在植物中，下面的是重要的：渗透分量（Ψs），在渗透分量的情况下，通过溶质的聚集，细胞将水吸入自身中；重力势（H），水为了在土壤中的根和叶子及其他空中的器官之间移动而要克服的高度；细胞中的肿胀压（Ps），由于渗透势以及细胞膜和壁导致的结果；以及木质部和植物质外体（apoplasma）中的水张力，在其基质中，由生长和蒸腾调节的压力差决定了流体在土壤和植物的每个器官之间输送的速度。

术语“张力计”可用于指示用于测量土壤或植物中的水张力分量的仪器。各种类型的张力计应用在诸如植物生理学、灌溉操作和地质学的分支中。另一方面，用于测量水活度、平衡相对湿度和水势（公式1）的仪器可被初步称为湿度计，并且它们的应用从纯粹的实践应用到涉及诸如植物生理学和食品技术领域中的科学的更加精细的应用。

Slavick修订了构造和使用张力计和湿度计以便研究植物的生态生理学的经典技术中的大多数（Methods of studying plant water relations, Springer, New York, Springer, 1974, ISBN 0-387-06686-1），并且关于食品中的水活度，Zapata等人简要介绍了几种常用方法（Bol. SBCTA, v30, n. 1, pp 91-96, 1996）。

用于灌溉操作的普通张力计（Soil Science, v. 53, pp 241-148, 1942）由多孔容器构成，该多孔容器具有填充有水的腔，被气密地连接到真空计。其工作范围从零压力到大气压力，但是在实践中，其主要用在零和70kPa之间。普通张力计的最广泛用途是作为灌溉操作中的参考仪器。进而，普通张力计的最大局限是栓塞的出现，也就是多孔容器的腔中容纳的水中的空气的聚集。空气的这种逐渐聚集导致张力计失去响应速度并且经历最大工作张力的相对降低，而空气的所聚集的体积在传感器腔中增加。为了使张力计再次工作而需要的维护是打开盖子，添加水，关闭它并且等待动态平衡的新响应。这看上去是容易的维护，但是考虑到传感器需要在低维护或无维护的情况下操作，该工作已经成为普通张力计用于自动化中的极大障碍。