В данном разделе раскрыты закономерности формирования микроклимата пчелиного жилища в зависимости от состояния их обитателей и условий внешней среды. Определены оптимальные и экстремальные условия для жизни и развития членов пчелиной семьи. Изложены способы искусственного регулирования микроклимата.
Совершенствование технологии ухода за пчелами с целью повышения их продуктивности и эффективности использования для опыления энтомофильных сельскохозяйственных растений предусматривает обеспечение оптимальных условий содержания. Среди многообразия этих условий важная роль принадлежит микроклимату пчелиного улья, оптимизация которого позволяет полнее реализовать потенциальные возможности пчелиной семьи, обусловленные ее наследственными свойствами.
В отличие от сельскохозяйственных животных пчелы сами регулируют микроклимат своего жилища. Однако затраты их энергии увеличиваются при отклонении условий среды от оптимальных, что связано с дополнительным расходованием меда и ускорением процесса старения пчел. Много энергии тратят они также на поддержание микроклимата, необходимого для развития пчелиной семьи. В тех же случаях, когда пчелы не в состоянии обеспечить для них нормальные условия, развивающиеся особи погибают или их жизнеспособность и хозяйственно полезные качества резко ухудшаются.
В настоящем разделе изложены механизмы регулирования пчелами микроклимата своего жилища. Определены оптимальные и экстремальные условия для жизни и развития членов пчелиной семьи. Даны способы и проанализирована эффективность искусственной регуляции микроклимата пчелиного жилища. Перечисленные сведения необходимы для разработки и совершенствования приемов ухода за пчелами.
Методы контроля микроклимата пчелиного улья
Для контроля температуры в пчелином улье требуются преимущественно малоинерционные небольшие по размерам датчики, показания которых можно регистрировать дистантно. Это ограничивает применение жидкостно-стеклянных термометров расширения. В качестве датчиков внутриульевой температуры наиболее приемлемы термосопротивления (особенно терморезисторы) и термопары.
Разработаны различные способы и приборы для измерения влажности воздуха. Особое внимание следует обращать на то, чтобы датчики влажности не оказывали влияния на микроклимат пчелиного жилища.
Приборы контроля температуры в пчелином улье
Для измерения внутриульевой температуры обычно используют медь-копелевые, реже хромель-копелевые и железо-копелевые термопары. Термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с), развиваемая перечисленными термопарами на 100°С, составляет соответственно 4,75; 6,90; 5,75 мВ.
В качестве приборов для измерения э.д.с. термопар служат потенциометры постоянного тока. Некоторыми исследователями, изучающими терморежим улья, был рекомендован потенциометр ПП. Однако он имеет низкую точность измерений. Цена наименьшего деления шкалы этого прибора равняется 0,1 мВ, что соответствует 1,5°С при использовании хромель-копелевых термопар, обеспечивающих сравнительно высокую термо-э.д.с. Достаточно высокую точность измерения обеспечивают потенциометры типа Р-2/1, Р-307 и Р-307Т.
При контроле микроклимата улья температуру измеряют через некоторые интервалы времени (от минут до суток) с помощью нескольких термодатчиков, установленных в контролируемых зонах. Для сокращения проводов, идущих от улья к измерительному прибору, при применении, например, медь-копелевых термопар концы медной проволоки приваривают в различных участках копелевого провода. Образованные таким способом термопары размещают в улье. Свободные концы медных проводов подключают к измерительному прибору через многопозиционный переключатель.
На вторую клемму прибора также подсоединяют медный провод, отходящий от «холодного спая». При таком способе исключается возникновение термо-э.д.с. в местах подключения термоэлектродных проводов к переключателю и измерительному прибору. Важно то, что всего одна термопара является общим для всех других термопар «холодным спаем».
Достоинство термопар - небольшие размеры, благодаря чему они обладают низкой тепловой инерционностью и быстро приходят в состояние теплового равновесия с окружающей средой. Это позволяет использовать их для узколокального измерения температуры. Однако термопарам свойственны и недостатки, которые в значительной мере сдерживают их применение. В частности, для точных измерений термо-э.д.с., развиваемой термопарами, требуются высокочувствительные потенциометры, а иногда усилители постоянного тока. Значительную трудность представляет термостатирование «холодного спая».
Термометры сопротивления. Различают два типа термосопротивлений - проволочные и полупроводниковые (термисторы, терморезисторы). Использование проволочных термосопротивлений основано на свойстве проводников менять свое сопротивление в зависимости от температуры. У большинства металлов нагрев увеличивает электрическое сопротивление, у полупроводников его уменьшает.
Выпускаемые промышленностью проволочные термосопротивления имеют большие габариты (10 см и более), поэтому их не следует применять для контроля температуры в пчелином гнезде. При установке их в улье за пределами гнезда необходимо стремиться к тому, чтобы середина датчика находилась в центре зоны, где требуется измерить температуру.
Достоинством термометра сопротивления является то, что, однажды проградуированный, он позволяет надежно и точно измерять абсолютную величину температуры в отличие от термопар, регистрирующих разность температур. Температурный коэффициент большинства металлов, используемых для изготовления термосопротивлений, равен 0,4-0,6% на 1°С. С помощью такого термометра достигается точность измерений до 0,01 Ом, что позволяет контролировать изменение температуры на 0,025°С.
Наибольшую точность измерений (при использовании измерительных приборов одного и того же класса точности) обеспечивают полупроводниковые терморезисторы. Температурный коэффициент сопротивления у них 3-6% на 1°C. Широкое применение при измерениях терморежима пчелиного жилища получили терморезисторы типа ТОС, КМТ и ММТ. Особый интерес представляет терморезистор типа МКМТ-16, МТ-54, выполненный в виде стеклянного баллона диаметром около 1 мм.
Номинальное сопротивление этого датчика при 20°С составляет 3900 Ом ±30%. Он обладает низкой тепловой инерционностью и рекомендуется для регистрации быстроменяющихся температурных процессов.
Для измерения температуры с помощью термосопротивлений применяют уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты. Контроль температуры с помощью уравновешенного измерительного моста сводится практически к определению положения движка переменного сопротивления, при котором мост находится в равновесии. Шкала реохорда градуируется в омах или при работе с известным типом термосопротивления непосредственно в градусах. Измерение температуры с помощью неуравновешенного моста производится по величине отклонения стрелки милливольтметра.
Полупроводниковые триоды. Применение в качестве термодатчиков полупроводниковых триодов основано на их свойстве изменять некоторые свои параметры в зависимости от температуры. Например, разработана схема термометра ТЭТ-2, принцип действия которого основан на изменении напряжения перехода «эмиттер-база» триода МГТ-108Г с изменением температуры среды. Прибор имеет автономное питание (элемент 373) и рассчитан на определение температуры от -10 до +50°С с точностью ±0,5°С. Измерительное устройство и датчики прибора сохраняют работоспособность при температуре от -40 до +65°С, относительной влажности до 95±3%.
Калибровка термодатчиков. Технология изготовления материалов, применяемых для монтажа термодатчиков, в том числе термопар из неблагородных металлов, не обеспечивает необходимой стабильности их физических свойств. В связи с этим необходимо проводить калибровку термодатчиков.
Термодатчики калибруют обычно по ртутному термометру. Для получения чувствительности в 0,01°С вся шкала измерительного прибора должна соответствовать 1°С.
Если же требуется измерить значения температуры в 20-30°С и для начала отсчета используется температура тающего льда, то показания прибора не могут дать точность, превышающую 0,02-0,03°С. По мере расширения диапазона измеряемых температур чувствительность прибора будет снижаться.
Важно помнить, что у отдельных экземпляров одного и того же типа полупроводниковых терморезисторов и триодов, как правило, имеют место несовпадения характеристик. Поэтому при замене вышедшего из строя термодатчика необходимо регулировать измерительный мост или подбирать подходящий экземпляр, характеристика которого не отличается от заменяемого.
Приборы измерения влажности воздуха в пчелином улье
Широкое распространение получило измерение относительной влажности воздуха с помощью смачиваемого термодатчика (терморезистора, термопары и т. п.), охлаждаемого за счет испарения воды. Для этого на него надевают фитиль, опущенный в сосуд с дистиллированной водой. Приближение пчел к смачиваемому датчику и фитилю ограничивается металлической сеткой. Сухой термодатчик располагают рядом со смачиваемым. Обдув термодатчиков при измерении влажности внутри улья обеспечивается пчелами, занятыми аэрированием своего жилища.
Измерение сопротивления терморезисторов (сухого и смачиваемого) производят с помощью соответствующих приборов. Относительную влажность определяют по психрометрическим таблицам.
В качестве чувствительных элементов датчиков часто для измерения влажности используют материалы, изменяющие свои свойства (размеры, электропроводность и др.) в зависимости от количества поглощенной воды. Например, длина обезжиренного волоса увеличивается с повышением влажности от 0 до 100% на 2-2,5%. При монтаже таких датчиков необходимо помнить, что во избежание остаточной деформации нагрузка на волос (нередко чувствительный элемент имеет их несколько) не должна превышать 1-2 г.
В датчике прибора ИТВ-1, позволяющего дистантно контролировать влажность воздуха, чувствительным элементом служит животная пленка. Изменение длины пленки регистрируется по величине переменного резистора, ползунок которого перемещается при ее сжатии и расширении.
Существенным недостатком волосяных и пленочных датчиков является то, что их свойства со временем меняются. Это обусловливает необходимость частых калибровок датчиков. К недостаткам датчика измерителя влажности (ИТВ-1) следует отнести также его большие габаритные размеры.
В некоторых случаях для измерения влажности воздуха в улье применяют датчики, принцип действия которых основан на регистрации температуры конденсации водяных паров. Они включают охлаждаемое зеркало и прибор, контролирующий его температуру; индикатор появления и исчезновения росы; датчик окружающей температуры. На таком же принципе работает гигрометр ГГО, используемый для измерения влажности при отрицательных температурах, а также конденсационный термогигрометр ДКТГ.
Приборы измерения концентрации углекислого газа и кислорода в пчелином улье
Отбор проб воздуха для измерения содержания кислорода и углекислого газа производят через трубки с диаметром отверстия 0,5-5,0 мм, которые в зависимости от задачи исследований монтируют в различных частях улья. Минимальный объем отбираемой пробы газа зависит от системы газоанализатора.
К наиболее простым способам газового анализа относят те, принцип которых основан на избирательном поглощении кислорода и углекислого газа специальными химическими веществами. Вычисление процентного содержания компонентов анализируемого газа осуществляется путем измерения сокращения объема анализируемой пробы газа при последовательно проводимых операциях поглощения. Изменение объема анализируемой смеси определяется по разности отсчетов с помощью измерительной бюретки. К серийным приборам этого типа относится переносный химический газоанализатор ГХП-3М.
Значительно быстрее анализ концентрации кислорода и углекислого газа можно провести с помощью переносного интерференционного газоанализатора (ИГА), действие которого основано на смещении интерференционной картины при изменении состава исследуемой пробы воздуха. Прибор измеряет содержание кислорода в диапазоне от 5 до 20,9% и углекислого газа от 0,03 до 6% с точностью не ниже ±0,3%.
Высокую точность анализа содержания углекислого газа (в приборе с пределами измерения от 0 до 1 % углекислого газа погрешность составляет 0,025%) обеспечивает оптико-акустический газоанализатор ОА-2209. Принцип его действия основан на поглощении углекислым газом тепловой энергии в определенной области инфракрасного диапазона. Поглощая же инфракрасную энергию, газ нагревается, и давление повышается. Изменение давления, определяемое концентрацией углекислого газа, воспринимается микрофоном, а электрические колебания регистрируются измерительным устройством прибора.
Газоанализатор снабжен самопишущим устройством для непрерывной регистрации динамики изменений концентрации углекислого газа в улье. Он работает также в статическом режиме, для чего отключается система автоматической подачи анализируемого воздуха. Его вдувают через фильтр непосредственно в измерительную камеру прибора, используя, например, шприц объемом 150-200 мм3.
Из стационарных приборов для измерения концентрации кислорода применяют газоанализаторы, основанные на использовании парамагнитных свойств кислорода (притяжению магнитным полем) и явлении термомагнитной конвенции, имеющей место при наличии разности температур с двух сторон магнитного поля. К числу таких газоанализаторов относятся приборы МГК-2 и МН-5121.
Первый определяет концентрацию кислорода в диапазоне от 0 до 21% при погрешности, не превышающей 2,6% от верхнего предела измерений. Второй обеспечивает погрешность не более 0,5%, измеряя концентрацию кислорода в диапазоне от 15 до 30%.