植物水分研究——水分在植物体内的运输与蒸腾耗水
植物的吸水和失水
植物的吸水和失水植物的生长和发育离不开水分的吸收和失去。
植物通过根系吸收土壤中的水分，并通过气孔散发水分，来维持自身的生命活动。
本文将从植物的吸水和失水两个方面进行介绍。
一、植物的吸水植物的吸水主要通过根系进行。
根系是植物的重要器官，其主要功能之一就是吸收水分和养分。
根系通过与土壤紧密接触的细小根毛，吸收土壤中的水分。
根毛的存在使植物根系的吸水面积大大增加，从而提高了水分吸收效率。
植物吸水的过程是一个被动的物理过程，主要是依靠土壤中的毛细作用。
当土壤中的水分浓度高于根毛内的水分浓度时，水分会被毛细力吸引向根毛方向移动。
水分通过根毛细胞壁的渗透作用进入根毛内部，并逐渐向上运输到植物体内。
植物的吸水还受到一些因素的影响。
温度、光照、土壤湿度和土壤质地等都会影响植物的吸水速率。
对于不同的植物，其吸水能力和吸水速率也会有所不同。
二、植物的失水植物的失水主要通过气孔进行。
气孔是植物表皮上的微小开口，连接着植物体内的气体和外界的空气。
气孔的主要功能是进行气体交换和调节植物体内的水分平衡。
植物体内的水分通过叶片的蒸腾作用散发到空气中。
蒸腾作用是植物体内水分被转化为水蒸气并释放到空气中的过程。
当植物体内的水分浓度高于空气中的水分浓度时，水分会通过气孔蒸腾作用释放到空气中。
植物的失水速率受到环境因素的影响。
高温、强光、低湿度和大风等都会加快植物的失水速率。
当植物体内的水分丧失过快，就会出现脱水现象，严重时会影响植物的生长和发育。
为了减少蒸腾作用带来的水分损失，植物还会通过调节气孔的开闭来控制水分的流失。
在干旱或高温天气下，植物会减少气孔的开放程度，以减少水分的流失。
而在湿润或低温天气下，植物会增加气孔的开放程度，以增加水分的蒸发和散发。
总结起来，植物的吸水和失水是植物生长和发育过程中不可或缺的重要环节。
植物通过根系吸收土壤中的水分，通过气孔散发水分，来维持自身的生命活动。
植物的吸水和失水过程受到多种因素的影响，包括温度、光照、土壤湿度和土壤质地等。
植物水分运输的机理
植物水分运输的机理植物是地球上最为重要的生物之一，它们通过光合作用将阳光转化为能量，从而支持着整个生态系统的运转。
然而，植物的生存不仅仅依赖于光合作用，还需要通过水分的吸收和运输来维持生命活动。
本文将介绍植物水分运输的机理，包括植物吸水的途径、水分在植物体内的运输方式以及水分运输的调节机制。
一、植物吸水的途径植物吸水的途径主要有两种，一种是通过根系吸收土壤中的水分，另一种是通过叶面吸收大气中的水分。
1. 根系吸水植物的根系是吸收水分的主要器官。
根系的末端有许多细小的毛状根，这些根能够扩大根系表面积，增加水分吸收的面积。
同时，根系还含有许多细小的根毛，根毛的表面积比根系本身还要大10倍以上，能够更好地吸收水分和养分。
根系吸收水分的过程主要依赖于两个因素，一个是根系内部的渗透压，另一个是土壤中的水分含量。
植物的根系内部含有许多离子和有机物质，这些物质的存在使得根系内部的渗透压比土壤中的渗透压要高，因此，根系能够通过渗透作用吸收土壤中的水分。
当土壤中的水分含量较高时，根系内部的渗透压相对较低，水分向根系内部移动，从而被植物吸收。
当土壤中的水分含量较低时，根系内部的渗透压相对较高，水分从植物体内向土壤中移动，从而保持了水分的平衡。
2. 叶面吸水叶面吸水是一种比较特殊的吸水方式，它通常发生在一些特殊的植物上，比如兰花、多肉植物等。
这些植物的叶面上有许多微小的气孔，这些气孔能够吸收大气中的水分。
叶面吸水的过程主要依赖于大气中的水分含量和植物叶面的渗透压。
当大气中的水分含量较高时，叶面的渗透压相对较低，水分向叶面移动，从而被植物吸收。
当大气中的水分含量较低时，叶面的渗透压相对较高，水分从植物体内向大气中移动，从而保持了水分的平衡。
二、水分在植物体内的运输方式植物体内的水分运输主要依靠两种方式，一种是根压力驱动的液流运输，另一种是蒸腾驱动的气流运输。
1. 根压力驱动的液流运输根压力驱动的液流运输是指植物体内的水分在根压力的作用下向上运输。
水分在植物体内的运输和蒸腾作用
水分在植物体内的运输和蒸腾作用一、植物体内水分的运输植物体内水分，凭借着根压和蒸腾拉力，主要在木质部中的导管、管胞等输导组织中进行运输。
水分的运输途径为：土壤中水分→根毛→根的皮层→根的中柱鞘→根、茎、叶的导管或管胞→叶肉细胞→叶细胞间隙→气室→气孔→空气中水汽。
除了这种向上运输之外，还有侧向运输，如沿着维管射线顺辐射方向运输，或围绕茎部顺导管或管胞的壁孔作切线方向运输。
但后者的运输速度都比前者要慢得多。
水分在植物体内运输的方式可分两种：第一种是渗透运输。
它发生在运输距离较短的两段活细胞之间，如自根毛到根导管，从叶脉导管到叶肉细胞，这种运输方式虽然距离短，但因为水分在活细胞间运输，故阻力大，速度慢，在1个大气压条件下，运输速度仅为10～3厘米/小时，它主要靠细胞间的水势差进行，故称为渗透运输。
第二种是液流运输。
它发生在长距离的死细胞之间，如根部导管或管胞经过茎干和枝条到叶脉的导管或管胞。
这种运输方式阻力小，速度快，运输速度可达3～45米／小时，故称液流运输。
在植物体内，这两种运输方式必须配合进行，才能完成水分运输的全过程。
二、蒸腾作用1．蒸腾作用的概念及其生理意义植物根系吸收的水分，除少量用于代谢外，绝大部分都散失到体外去。
水分从植物体内散失到体外的方式有两种：一种是以液体状态跑到体外的，即吐水现象；另一种是水分以气体状态通过植物表面（主要是叶子）从体内散失到体外，即蒸腾作用。
其中，蒸腾作用是水分散失的主要形式。
它基本上是一个蒸发过程。
但由于它与植物的形态解剖和生理特性有密切关系，所以受植物本身生理活动所调节，是一个复杂的生理过程。
蒸腾作用是植物对陆地生活的一种适应性，对植物有重要的生理意义。
主要表现在三方面：第一，它是植物吸收和运输水分和矿质养分的主要动力。
尤其是高大的乔木，如果没有蒸腾产生的拉力，较高部位的水分就得不到供应，矿质养分也不能随蒸腾液流而分布到植物的各个部分。
第二，蒸腾作用能降低植物体及叶面的温度。
植物的水分运输与蒸腾作用
植物的水分运输与蒸腾作用植物对水分的需求是生存的基本要求之一。
为了满足自身的生长和代谢需要，植物通过根系吸收土壤水分，并通过一系列复杂的水分运输方式将水分输送到整个植物体内。
同时，植物体内还存在一种被称为蒸腾作用的过程，这是维持水分平衡和帮助植物生活的重要机制之一。
一、植物水分运输的方式植物的水分运输主要通过根系、茎和叶片完成。
首先，根系通过根毛吸收土壤中的水分，并将其输送到茎部。
茎部的导管系统，包括木质部和韧皮部，起到了输送水分和养分的重要作用。
茎部的木质部主要负责输送水分，而韧皮部既可以输送水分，也可以输送养分。
最后，水分通过茎部进入到叶片，经过叶片表面的气孔排出。
二、根系吸收水分的机制根系吸收水分主要依靠根毛的存在。
根毛通过增大根系表面积，增加与土壤接触的面积，提高吸收效率。
同时，根毛释放出一种被称为吸水源的物质，这会引起一种渗透性相等的水分梯度，促使水分从土壤中向根毛移动。
根系内部的细胞则通过主动吸收机制将水分转运到茎部。
三、茎部输送水分的方式茎部主要通过导管系统来输送水分。
导管系统由木质部和韧皮部组成。
木质部主要由导管和木质纤维组成，导管负责输送水分，而木质纤维则起到支撑的作用。
韧皮部主要由韧皮细胞和伴胶管组成，韧皮细胞既可以输送水分，也可以输送养分。
茎部的导管系统形成了一个连续的管道网络，将从根部吸收的水分向上输送到叶片。
四、叶片的蒸腾作用叶片的蒸腾作用是植物体内水分运输的重要环节。
叶片的表面存在着许多微小的气孔，这些气孔是水分从植物体内流出的通道。
当气孔打开时，叶片表面的水分会发生蒸发，并形成一股水分上升的气流。
这种气流通过导管系统，将水分从根部输送到叶片。
同时，蒸腾作用还能够帮助植物降温、吸收养分和保护植物体内的正常代谢。
总结：植物的水分运输与蒸腾作用是植物生长和生存过程中不可或缺的重要环节。
根系通过吸收土壤中的水分，茎部通过导管系统输送水分，而叶片的蒸腾作用则促进了水分的运输和植物体内的正常代谢。
植物的水分与养分运输
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植物的水分运输
植物养分的吸收与运 输
植物的水分与养分运 输的关系
植物的水分与养分运 输的生理机制
植物的水分与养分运 输的生态学意义
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植物的水分运输
根部吸收水分
叶片进行光合作用时需要水分
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水分通过茎干向上运输
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水分与养分的运输：植物体内的导管和筛管负责运输水分和养分，其中导管主要负责 运输水分，而筛管则负责运输养分。
水分与养分的生理调控：植物通过调节根部对水分和养分的吸收量，以及运输速度， 来适应不同的环境条件和生长发育需求。
水分与养分的分配：植物通过调控水分和养分的分配，使得不同部位能够获得适量的 水分和养分，以满足其正常的生长发育需求。
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植物的水分和养分运输系统还可以使其在不同的生态环境中，有效地利用资源，提高 生存和竞争能力。
水分与养分影响植物生长和发育，从而影响植物的形态和结构
水分与养分是植物竞争和适应环境的关键因素，有助于植物在各种生境中生存和繁衍
不同植物对水分和养分的吸收和利用方式不同，这促进了植物的多样性和生态系统的稳定性 水分与养分的供应状况影响植物的生殖策略和繁殖方式，从而影响植物的遗传多样性和种群动态
水分与养分运输的协同作用：植物的水分和养分运输系统相互关联，共同协作，确保 植物的正常生长和发育。
水分与养分运输的限制因素：土壤湿度、温度、土壤养分供应等环境因素会影响植物 的水分和养分运输。
水分和养分在植物体内的运输途径是相互交织的。 水分的流动可以带动养分在植物体内的运输。 养分的吸收和运输需要水分参与，同时也能促进植物对水分的吸收。 水分和养分的协同作用对于植物的生长和发育至关重要。
植物的水分运输
植物的水分运输植物是地球上最为伟大的生物之一，它们通过吸收水分和养分来生长和存活。
其中，植物的水分运输是一个关键的生理过程，它在植物体内形成一条复杂的水分通道，使水分从植物根部通过茎、叶等器官输送到需要的地方。
1. 植物的根吸水机制植物的根是吸收水分和养分的主要器官。
植物的根毛通过与土壤颗粒紧密接触，极大地增加了根系与土壤之间的接触面积。
同时，根毛表面还分泌根毛分泌液，其中含有一些机械性粘合物质，能够帮助根毛贴附在土壤颗粒上。
这样一来，根毛就能更好地吸附土壤中的水分，并将其吸收到植物体内。
2. 茎部的水分传导茎是植物体内的主要水分传导器官。
茎内的导管系统由木质部和韧皮部构成。
木质部主要由导管和木质纤维组成，导管是输送水分的主要通道。
植物的茎会通过根系吸收的水分，并利用茎内的导管系统将水分向上输送。
水分通过毛细现象在导管内形成负压，促使水分上升。
同时，茎部的细胞也通过渗透压差使水分向上运输。
茎部还有一层叫做韧皮部的组织，它不仅起到保护茎部的作用，还能够防止水分过度蒸发。
3. 叶片的蒸腾作用植物的叶片是水分蒸腾的主要场所。
叶片上有大量的气孔，通过这些气孔，植物可以吸收二氧化碳，也会释放出水分。
当植物的根部吸收到水分后，这些水分会通过茎部的导管系统输送到叶片，然后由气孔释放出来。
在这个过程中，水分的蒸发产生的负压会拉动茎部的水分上升。
这种水分的上升现象被称为蒸腾拉力。
4. 植物适应水分运输植物在进化的过程中发展出了一些适应水分运输的特殊结构和机制。
例如，一些植物在干旱环境下会生长出较长的根系，以增加吸收水分的能力。
还有一些植物会在叶片表面形成一层叫做角质层的物质，以减少水分的蒸发。
此外，一些植物还具有可以调节气孔开闭的机制，以控制水分的释放速率。
总结起来，植物的水分运输是一个复杂而精细的生理过程，涉及根部的吸水机制、茎部的导管系统和叶片的蒸腾作用。
通过这些机制和结构的配合和作用，植物能够有效地从土壤中吸收水分，并将其输送到需要的地方，保证植物体内的水分和养分供应。
植物的水分运输与蒸腾
植物的水分运输与蒸腾植物是地球上最为复杂和多样化的生物之一，而水分是其生长和发展所必需的重要因素之一。
植物通过根系吸水，然后通过水分运输系统将水分输送到各个部分，同时通过蒸腾作用将多余的水分排出体外。
本文将详细探讨植物的水分运输与蒸腾机制。
一、水分吸收植物通过根系吸收地下水分，根系经过特殊的结构和适应性改进，能够最大程度地吸收水分和营养物质。
植物的根系主要由细胞膜、细胞壁和细胞质组成，细胞膜上分布着许多水分渗透的通道，促进水分进入细胞内部。
根绒毛是根系中非常重要的结构，它们增加了根系的吸收面积，从而提高了水分吸收的效率。
二、维管束系统维管束是植物体内的一种重要组织，主要负责植物内部的水分运输。
维管束系统分为两部分，一部分为xylem（木质部），主要负责向上输送水分和无机盐，另一部分为phloem（韧皮部），主要负责向下输送有机物。
维管束系统是由一系列相连的细胞组成的，细胞之间的壁有孔隙，从而形成了连续的管道。
三、蒸腾作用蒸腾是植物水分运输的重要机制之一。
植物通过维管束系统输送水分到叶子，然后通过叶片上的气孔释放多余的水分。
气孔是叶片上的微小开口，可以控制植物体内水分和气体的交换。
当气孔开放时，水分从植物体内蒸发出去，形成水分蒸腾；当气孔关闭时，水分蒸发减少。
蒸腾过程中，水分从植物的根部经过xylem向上运输，形成一根连续的水柱。
当这根水柱被蒸发掉一部分的时候，前面的水分能够通过表面的张力将后面的水分一并带上。
这种连续的水分运输方式称为毛细上升。
同时，由于水分的蒸发减少了液态水的体积，使得水柱受到负压的作用，使得水分能够向上运输。
四、蒸腾的影响因素植物的蒸腾受多种因素的影响，其中最主要的因素有以下几个方面：1. 光照：光照是激活植物气孔开闭的重要因素。
在光照充足的情况下，植物的气孔开放较多，蒸腾作用增加；而在光照不足的情况下，植物的气孔关闭，蒸腾作用减少。
2. 温度：温度对植物的蒸腾有重要影响。
温度升高会导致植物体温增加，从而加快水分蒸发的速度，增加蒸腾作用。
水分运输在植物体内的作用
影响因素：植物 激素、环境因素 等对茎部运输过 程的影响
生理意义：维持 植物体内水分平 衡，促进光合作 用和营养物质的 运输
叶片蒸腾作用是水分运输的重要途径 植物通过气孔进行蒸腾作用 蒸腾作用产生的水汽能够促进水分在植物体内的运输 叶片蒸腾作用对植物的生长和发育具有重要意义
定义：植物体内的水分通过叶片的气孔以水蒸气的形式散失到大气中的过程
维持植物形态和结构 调节植物体温和水分平衡
参与植物的光合作用和呼吸作 用
促进植物繁殖和生长
优化灌溉制度：根据植物需水规律，制定合理的灌溉制度，提高水分利用效率。
抗旱育种：利用水分运输的研究成果，培育抗旱性强的作物品种，提高干旱地区的农业产量。
节水农业：通过技术和管理手段，降低农业用水消耗，提高水分生产效率。
水分运输能够调节植物体内的物质运输，维持植物的正常生长和发育。 水分运输过程中，植物体内的水分和营养物质得以传递和交换，促进植物的生长和发育。 水分运输能够调节植物体内的水分平衡，防止植物因缺水而受到损伤。 水分运输能够调节植物体内的温度，使植物适应不同的气候和环境条件。
土壤干燥和湿润对植物水分 运输的限制
土壤湿度对植物水分运输的 影响
土壤湿度对植物生长和发育 的影响
土壤湿度对植物生理过程的 影响
不同植物的水分 运输机制存在差 异
植物的生理特性 影响水分运输
植物的遗传特性 对水分运输有重 要影响
不同植物的水分 运输能力存在差 异
温度：温度会影响植物体内水分运输的速度和效率 光照：光照强度和光质对植物体内水分运输有重要影响 土壤湿度：土壤湿度过低或过高都会影响植物体内水分运输 空气湿度：空气湿度过高会抑制植物体内水分运输，导致植物生长受阻
病虫害对植物水分 运输的干扰
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水分沿导管或管胞上升的动力
水分上升的动力：根压和蒸腾拉力 水分上升的原因：蒸腾—内聚力—张力学说 （1）水柱有张力，（0.5~3MPa） （2）水分子间有较大的内聚力（20 Mpa），内聚力>＞张力 （3）水分子对导管坒有很强的附着力
水分在土壤-植被 大气连续体中运输 水分在土壤 植被-大气连续体中运输 植被
木质部结构
(A) 外层树皮 (B) 里层树皮 (C) 形成层 (D) 边材 (E) 心材
•只有边材输送水分 只有边材输送水分 •只需测量边材截面积 只需测量边材截面积. 只需测量边材截面积
木质部面积计算
• 计算边材面积才能计算出体积茎流
• Grainer使用的方法 使用的方法 破坏性取样测量
• 从样树中取出干心 • 测量 DBH（胸径） （胸径） • 计算树木周长 ST • 确立统计关系
CH=径向散热热电偶电压（mV) 径向散热热电偶电压（ 径向散热热电偶电压
能量平衡方程式(3) 能量平衡方程式
最后： 最后： F=(Pin-Qv-Qr)/CpdT(g/s) Cp=水的比热（J/g ×℃） 水的比热（ 水的比热 dT=树液的温度增加（℃） 树液的温度增加（ 树液的温度增加 dT=(AH+BH)/2 (℃)
Granier报道，正午时V值为 报道，正午时 值为 值为10-80 cm/h 报道
Grainier, André (1985): Une nouvelle éthode pour la mesure du flux de sève brute dans le tronc des arbres, Ann.Sci.For., 1985, 42 (2), 193-200. Granier,A., R. Huc and S.T.Barigali(1996): Transpiration of nabural rain forest and its dependence on climatic factors, Agricultural and Frorest Meterology 78:19-29
植物水分研究——水分在植物体内 植物水分研究 水分在植物体内 的运输与蒸腾耗水
基因有限公司 农业环境科学部 北京力高泰科技有限公司 2009年03月16日 年 月 日
水 分 在 植 物 体 内 的 运 输
土壤水 根毛 根皮层 根 中柱鞘 根导管 茎导管 叶 柄导管 叶脉导管 叶肉细胞 叶细胞间隙 气孔下腔 气孔 大气
SA = -0.0039 + 0.59 ST • 生长锥取样
马履一，王华田， 马履一，王华田，北京地区几个造林树种耗水性 比较研究 . 北京林业大学学报, 北京林业大学学报 2003, 25(2): 661～667 ～
热平衡原理
测量计工作原理－ 测量计工作原理－热量平衡
Pin =Qr +Qv+Qf(W) Pin(热量输入） 热量输入） 热量输入 Qr: 径向散热 Qv: 竖向（轴向）茎杆导热 竖向（轴向） 包括Qu和 。 ，包括 和Qd。 Qf: 茎流携带的热量 计算Qf后 计算 后，可以得到质量茎 流速率 (1)
大气
leaves
植被
根系
土壤 水
水
Radiation
循
环
Atmospheric monitoring
Plant Properties Evaporation Transpiration Soil Water Surface runoff River
关注热点： 关注热点：蒸腾耗水
水资源紧缺已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈 农业是我国的用水大户，用水总量占全国总用水量的70%， 其中农田灌溉用水量占农业用水量的90%-95%。 农业用水中的浪费现象相当严重 近年来，国内外相继开展了对作物需水量计算方法的大量研究， 作物需水量计算方法的大量研究， 作物需水量计算方法的大量研究 但这些研究大多以单点的和单一作物的耗水估算为主，在此 基础上采用插值法和面积加权平均法确定的区域作物耗水量 的精度会受到气象等因素的空间变异性的影响。 目前的重点是将单点的单一作物耗水估算模型的研究扩展到区 域尺度多种作物组合下的耗水估算方法与模型研究上，根据 域尺度多种作物组合下的耗水估算方法与模型研究上 作物及其不同生育期的需水估算，使有限的水最优分配到作 物的不同生育期内，为研究适合不同地区的非充分灌溉制度 提供基础数据和支撑。
(2)
能量平衡方程式(2) 能量平衡方程式
Qr =2 (pi) Kco L(Ti –To)/ln(Ri/Ro) Qr=Ksh×CH × Ksh=鞘传导率 鞘传导率 Ksh通过在 茎流，Qf=0,时解方程 通过在0茎流 通过在 茎流， 时解方程 （1）得到： ）得到： Ksh=(Pin-Qv)/CH(W/mV) (4) (3)
TDP – 测量原理
根据茎流速度的不同在探针之间产生了温度差异。 根据茎流速度的不同在探针之间产生了温度差异。高速茎 流向上传送热量并显示一个较低的电压信号， 流向上传送热量并显示一个较低的电压信号，各种低速流 如在夜里）则会产生最高的温差（大约10-13℃）。这 量（如在夜里）则会产生最高的温差（大约 ℃）。这 年提出的。 种测量原理由 Dr. André Granier 于1985年提出的。 年提出的 Grainier, André (1985): Une nouvelle éthode pour la mesure du flux de sève brute dans le tronc des arbres, Ann.Sci.For., 1985, 42 (2), 193-200. Granier A (1987): Mesure du flux de sève brute dans le tronc du Douglas par une nouvelle méthode thermique. Ann.Sc.For., Seichamps, 44
如何测量植物蒸腾耗水
最直接和最准确的 方法是测定全株水 分利用量，而测定 全株水分利用的方 法是测量茎杆茎流 茎流测量可以告诉 我们任意时间和不 同管理条件下的全 株水分利用情况
Transpiration
Sap flow
Soil water
茎流测定方法
• 热扩散方法 • 能量平衡原理
热扩散测茎流速率原理
能量平衡方程式(1) 能量平衡方程式
Pin =V2/R Ohms定律 定律
竖向传导的热量部分： 竖向传导的热量部分： Qv =Qu+Qd Qu =Kst A dTu/dX Qd =Kst A dTd/dX
Kst=茎秆的热传导率 (W/m×K), 茎秆的热传导率 × A=茎秆横截面积 (m2)，温度梯 茎秆横截面积 ， 度是dTu/dX(K/m)和dTd/dX， 度是 和 ， dX是热电偶节点间距 (m) 是热电偶节点间距
TDP – 测量原理
• 计算无量纲变量 K
K=(dTm - dT)/dT
dT为温差，dTm一般在黎明前无茎流时测得 为温差， 为温差 一般在黎明前无茎流时测得
• 计算流速 V
V= 0.000119 * K ^ 1.231 (m/s) • 计算边材横截面积并与 相乘得到体积流量 计算边材横截面积并与V相乘得到体积流量 Sapflow =A * V
TDP – 测量原理
每套传感器包括两个带有铜-康 每套传感器包括两个带有铜 康 铜热电偶的探针（ 铜热电偶的探针（T-Type)和一 和一 条特殊的加热线。 条特殊的加热线。两个热电偶 用同样的方式连接， 用同样的方式连接，信号直接 对应传感器两个探针的温度差 安装时， 异。安装时，两个探针一个在 上一个在下插入边材。 上一个在下插入边材。上面的 探针使用恒定电流加热。 探针使用恒定电流加热。