Исследования измерения температуры в двухблочном улье с технологической перегородкой

ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ДВУХБЛОЧНОМ УЛЬЕ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ

Сложная организация общественной жизни пчелиной семьи во многих случаях требует от исследователей изучать ее биологию косвенными методами. Термоконтроль пчелиной семьи служит одним из косвенных методов, применяющихся как при изучении жизнедеятельности семьи пчел, так и при решении многих вопросов практического пчеловодства. Первые шаги в изучении температурного режима семьи пчел относятся ко времени изобретения Р. А. Реомюром спиртового термометра. При этом уровне точности измерительной техники исследования не могли сколько-нибудь существенно приблизить исследователей к пониманию процессов теплообразования и терморегулирования в теле пчелы и гнезде семьи. Малая точность термоконтроля в прошлом привела к появлению некоторых неправильных представлений о температурном режиме пчелиной семьи.

Прогресс в области термометрии, использование термопар и термосопротивлений позволило проводить исследования по термометрии в пчеловодстве на более высоком уровне. В частности, применение миниатюрных термопар дало возможность измерять температуру различных частей тела пчелы. Миниатюрность электротермодатчиков и возможность дистанционного термоконтроля позволили вести наблюдения за изменениями температуры различных частей гнезда пчел в разные периоды года. Особенно важно то, что измерения температуры при любой их частоте не сопровождаются вмешательством в жизнь семьи [1].

Анализ источников

Измерение температуры в процессе исследований по пчеловодству обычно носит вспомогательный характер. Однако изменение многих биологических процессов предполагает устойчивый и обратимый характер связи с изменением температуры. В связи с этим наряду с другими факторами температура является показателем состояния не только отдельных особей пчелиной семьи, но и всей семьи в целом.

В работах Ф. П. Бахметьева, К. Брюниха, К. Л. Фаррара, А. С. Михайлова, Х. Эша, Т. С. Ждановой и других ученых отражены многочисленные исследования в области изучения температуры тела отдельных пчел и терморежима семьи в различные периоды сезона. Однако несмотря на большое количество работ интерес к вопросу термоконтроля в пчеловодстве не ослабевает. В связи с новыми задачами в этом направлении ставятся все более строгие требования к точности измерения температуры. Большим количеством исследований показана роль температуры в индивидуальной и общественной жизни пчел. Но влияние различных температур на жизнедеятельность пчел и вопросы теплообразования в зависимости от биологического состояния остаются до настоящего времени малоизученными [1].

Методы исследования

В процессе исследований применялись стандартные методики с внесением необходимых уточнений и дополнений. Опыты проводились в трехкратной повторности с применением изготовленных в натуральную величину двухблочных пчелиных ульев. Результаты эксперимента обработаны методами математической статистики. Исследования двухблочного пчелиного улья проводились на территориях учебно-опытного хозяйства УО БГСХА.

Основная часть

Специфика термоконтроля в биологических исследованиях пчелиных семей при содержании их в двухблочном улье требует разработки оригинальных методов и специальной техники, в нашем случае термометрии. Приборы, применяемые для измерения температуры окружающей среды, подразделяются на следующие группы: термометры расширения, манометрические термометры, термопары и термометры сопротивления.

Термометры расширения. Принцип действия этих приборов основан на свойстве тел увеличивать свой объем при нагревании. К этой группе термометров относятся:

• — биметаллические термометры — приборы, имеющие пружину, состоящую из двух пластинок, изготовленных из разных металлов. При нагревании пластины изгибаются. По изменению пластины определяется величина, до которой она нагрета;
• — стержневые термометры состоят из двух стержней разных металлов. При нагревании стержни удлиняются на различную величину при одной и той же температуре.
• — жидкостно-стеклянные термометры, их действие основано на расширении жидкости под действием тепла.

Манометрические термометры. Действие этих приборов основано на использовании зависимости давления газа, паров или жидкости, наполняющих термометр, в зависимости от температуры. Приборы этой системы представляют из себя замкнутую систему, которая состоит из термобаллона, соединенного капилляром с манометром, на шкале которого нанесена градуировка. Различные пределы измерения температуры зависят от рода рабочей жидкости или газа. При заполнении ртутью термометры работают в интервале температур от — 30 °C до 500 °C, при заполнении ксилолом от — 40 °C до + 400 °C и т. д. Погрешность измерений данных приборов не превышает 1,5%. Газовые термометры заполняются инертным газом как правило это — азот. Их характеристика схожа с жидкостными термометрами. Предел измерения таких термометров — от 0 °C до +300 °С. Достоинство манометрических термометров состоит в возможности передачи их показаний на значительные расстояния от места измерения [1].

Приборы, датчики которых представляют два проводника из электродов разных металлов, соединенных между собой, являются термопарами. Принцип действия термопары основан на работе электродвижущей силы. Основной недостаток данных приборов — недостаточная для проведения наших измерений точность.

Особенности образа жизни, специфика пчелиной семьи и конструкция ее жилища ограничивают возможность применения вышерассмотренных приборов. Их ограничение связано в первую очередь с тем, что измерительные приборы нельзя установить в непосредственной близости от места регистрации показаний, потому, что это может повлиять на тепловой режим самого объекта исследований, пчелиного гнезда. С ограниченными размерами конструкции пчелиного гнезда связаны габаритные ограничения и форма датчиков.

Из существующих приборов для проведения измерений температурного режима зимующего клуба пчел и температурного режима гнезда наиболее современные, исключающие возникновение магнитных полей нам представляются термометры сопротивления.

Их принцип действия основан на изменении электрического сопротивления металлов при разной температуре: с ее повышением сопротивление металла увеличивается. В соответствии с этим температурный коэффициент сопротивления у металлов положительный. У металлов, применяемых для изготовления термосопротивлений, температурный коэффициент составляет 0,4−0,5% [2]. Термометры сопротивления состоят из тонкой металлической проволоки диаметром 0,02−0,06 мм и длиной от 5 до 50 мм, намотанной на каркас из изоляционного материала.

Рис. 1. Датчики термометров сопротивления:

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что если отношение длинны проволоки к ее диаметру около 500 и выше, то потерями через теплопроводность проволоки можно пренебречь. Материал проволоки должен быть устойчивым и в период работы не менять свои физические свойства. Такими материалами являются: платина, медь, никель и вольфрам. От механических повреждений и воздействия окружающей среды рабочая часть термометра защищена арматурой [1]. В зависимости от области применения датчики имеют различные форморазмеры (рис. 1).1 — датчик термометра сопротивления марки ТСП;

• 2 — гнездовая рамка двухблочного пчелиного улья;
• 3 — датчик термометра сопротивления марки ТСМ

Полный перечень приборов, необходимых и достаточных, используемых нами, для проведения контроля и измерения температурного режима зимующего клуба пчел и микроклимата гнезда представлен на рис. 2.

Рис. 2. Приборы, применяемые для измерения температурного режима зимующего клуба пчел двухблочного пчелиного улья:

• 1 — датчики сопротивления; 2 — следящее устройство;
• 3 — блок питания; 4 — реле переключения; 5 — переключатель

Основные данные, которыми обладают термометры сопротивления приведены в табл. 1 [1].

Таблица 1. Характеристики термометров сопротивления

В пределах диапазона температур, применяемых для изучения биологических систем, сопротивление металлического проводника линейно зависит от его температуры. При измерении температур такими методами наиболее широкое распространение получили такие приборы, как неуравновешенные мосты и уравновешенные мосты.

Для неуравновешенного моста сопротивление трех плеч R1, R2, и R3 постоянны в соответствии с рис. 3 [4].

Рис. 3. Схема прибора неуравновешенного моста

Для уравновешенного моста (рис. 4 а, б) сопротивление R1, и R2 постоянны, а Rр переменно. Вместо четвертого плеча включен термометр сопротивления Rt. Сопротивление термометра определяется по формуле:

Rt. = Rр х -2 R [4].

Рис. 4. Схема прибора уравновешенного моста

Таким образом, измерение температуры сводится к уравновешиванию моста. При работе с предложенными типами приборов шкала измерений градуирована в градусах. Правильность работы моста непосредственно зависит от величины напряжения питания. Поэтому мы использовали блок питания, выдающий постоянную величину напряжения (рис. 2).

Измерения проводили по оригинальной методике Н. Эша [5, 9]. Однако учитывая, что в гнездовом корпусе двухблочного пчелиного улья применяются узковысокие рамки, расположение датчиков сопротивления (3) (рис.1) изменено (рис. 5). температура термометрия пчелиный улей.

Рис. 5. Размещение датчиков сопротивления в центральной улочке гнездового корпуса двухблочного пчелиного улья:

1 — рамка гнездового корпуса; 2 — место установки датчиков Осенью и в первую половину зимовки, когда в пчелиной семье нет расплода, в клубе пчел существуют вполне определенные границы температур. Ядро клуба с температурой в пределах 27−32 °С условно является центром клуба, оно как правило располагается на центральной улочке. Следующий, условно опоясывающий слой пчелиного ядра является толщей клуба, в которой концентрически распределяется температура от 25 °C до 10−12 °С. Периферию клуба создают плотно сидящие друг около друга пчелы, образующие оболочку клуба, температурный режим которой понижается до +6 °С. [6] Для регистрации этих температур используются датчики (3) (рис. 1). Датчик температуры (1) (рис. 1) используется для контроля и получения более полной картины температурного режима перемещения пчелиного клуба. Для наглядности распределения температур пчелиного клуба в прохладное время года на рис. 6 представлены изотермы центральной улочки пчелиного гнезда [7].

Рис. 6. Изотермы центральной улочки пчелиного гнезда в прохладное время года при внешней температуре от 9−10 оС:

а — сот с расплодом, б — сот без расплода.

Заключение

Таким образом, зная температурный режим пчелиной семьи в тот или иной промежуток времени, с высокой точностью можно утверждать о стадии ее развития и о тех биологических процессах, которые происходят в ней. Для проведения контроля, регистрации и изучения жизнедеятельности пчелиной семьи в наиболее сложные периоды ее жизни с успехом можно применять термометры сопротивления. Однако необходимо учитывать, что датчики типа ТСП нужно использовать для определения температуры в заданной области улочки, в то время как датчики типа ТСМ для постоянного контроля температурного режима всей прилегающей к центральной улочке. Измерение температуры в дальних улочках гнезда не имеет смысла, потому что клуб не обогревает в гнезде пространство, расположенное за его пределами [8].

• 1. Еськов, Е. К. Термометрия в исследованиях по пчеловодству: ученые записки / Е. К. Еськов // Вестник М. — 1967. — № 17. — С. 156.
• 2. Еськов, Е. К. Микроклимат пчелиного жилища / Е. К. Еськов. — М.: Россельхозиздат, 1983. — C. 191.
• 3. Касаткин, А. С. Электротехника: учебник для вузов / А. С. Касаткин. — М.: Академия, 2005. С. 544.

4. Вейник, А. И. Термодинамика: учеб. пособ. / А. И. Вейник. — Минск: Вышэйш. шк., 1968. — С. 463.

• 5. Esch, H. Uber Korpertemperaturen und Warmehaushalt von Apismellifica / H. Esch // Z. vergl. Physiol. — 1964. 43. — № 1. — s. 203.
• 6. Жданова, Т. С. Температурный режим пчелиного гнезда и его изменения в течение года: автореферат диссертации канд. биол. наук / Т. С. Жданова; Горьковский гос. ун-т им. Н. И. Лобачевского. — Казань, 1963. — С. 24.
• 7. Таранов, Т. Ф. Биология пчелиной семьи / Т. Ф. Таранов. — М., Сельхозтиз, 1961.— С. 336.
• 8. Котова, Г. Н. Биология пчелиной семьи / Т. Ф. Таранов, Г. Н. Котова — М.: Россельхозиздат, 1974 — С. 35
• 9. Esch, H. Uber den Zusammenhang zwischen Temperatur, Aktionspotentialen und Fhoraxbewegungen bei der Honigbiene (Apis mellifica L.) H. Esch // Z. vergl. Phisiol. — 1964. 48. — s. 322.