Как выбрать влагомер зерна

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
09/09/2018

В измерении влажности зерна экспресс методом при помощи портативных приборов заинтересованы как сельхозпроизводители, так и зернотрейдеры, порты, элеваторы, а также перевозчики зерна всеми видами транспорта.

Как среди многообразия брендов на рынке измерительного оборудования для зерновой промышленности, выбрать влагомер зерна, с точностью, достаточной для принятий решений, набором калибровок, скоростью измерений, чтобы устройство максимально близко соответствовал требованиями конкретного покупателя ?

Как выбрать влагомер зерна

 

Для чего необходим постоянный контроль влажности

 

Цифровые переносные измерительные приборы позволяют своевременно проинформировать о повышенной влажности зерновых культур, что может привести к ухудшению качества зерна, понижению класса, со значительным снижением цены и потери прибыли по всей цепочке – от поля до производителей хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий.

При излишней влажности уменьшается количество клейковины, приборы ПЧП покажут, что велик риск прорастания, а измеритель деформации клейковины, что мука слабая.

Возрастает вероятность развития болезнетворных микроорганизмов и насекомых-вредителей.

Высокая температура хранения в сочетании с увеличенным содержанием влаги приведет к согреванию.

Как следствие – вероятность воспламенения и повреждение огнем основных фондов.
Не говоря уже про потерю самой партии зерновых с соответствующими финансовыми "минусами".
Что касается пожара при транспортировке морским путем, то это и вовсе катастрофа.

С другой стороны, чтобы довести влажное зерно до необходимых кондиций, например, для пшеницы до 13-15 %, необходимо затратить энергетические ресурсы на вентилирование, просушку, что отрицательно влияет на себестоимость.
Возрастут отпускные цены на зерновые.
А учитывая, что хлеб относится к социальным продуктам питания, это негативно повлияет на самые малообеспеченные слои населения.

  1. Основные требования, предъявляемые к измерителям влажности зерна
  2. Диэлектрические без размольной камеры
  3. Со встроенным измельчителем
  4. Портативно-лабораторные
  5. Лабораторные анализаторы влажности
  6. Дополнительные функции
Лабораторный метод или "измерение в поле" ?

Сразу отметим, что речь идёт о переносных или портативных измерителях влажности.


Прямой (термогравиметрический) способ определения влажности в стационарных условиях требует серьезного оснащения лаборатории комплектом оборудования:

  • лабораторная мельница для размола;
  • сушильный шкаф для извлечения влаги;
  • эксикатор стеклянный (лабораторный);
  • весы;
  • инвентарь и принадлежности, лабораторный стол.

 

 

Сам процесс длится не менее часа

Персонал лаборатории должен обладать высокой квалификацией и опытом.

Измерение влажности при помощи воздушно-тепловых установок бесспорно самый точный метод, регламентированный ГОСТ 13586.5-2015.

Однако если сопоставить одновременно несколько факторов: время, затраты электричества (и само наличие розетки – в поле ее нет), расстояние до лаборатории, стоимость одного исследования, то для экспресс анализа влагомер зерна безальтернативный.

Чтобы в полевых условиях провести тест образца зерновых буквально за несколько минут и получить результат для принятия дальнейших решений.

 


Также влажность может определить и инфракрасный анализатор, до этого откалиброванный по стандартным образцам зерна, жмыха, шрота (экспресс исследование методом анализа отраженных или поглощенных ИК спектров), но опять же это возможно только в лабораторных условиях.

К тому же подобный высокотехнологичный измерительный прибор предназначен для многофакторного анализа качества и по стоимости превышает цену измерителя влажности зерна в десятки раз.

 

Основные требования, предъявляемые к измерителям влажности
  1. Диапазон, перекрывающий весь возможный интервал влажности для конкретной измеряемой культуры.

    Например для пшеницы, чтобы охватить все пробы с запасом, достаточно 5-40%.

  2. Широкий выбор калибровок.

    Фермерские хозяйства, многопрофильные агропромышленные холдинги засевают десятки гектар разными культурами.
    Здесь и пшеница и овес, и соя и кукуруза, и горох и рапс – все что пользуется спросом на отечественном и зарубежном рынках.
    Если выбранный прибор измеряет влажность только одного вида зерновых, то для других культур понадобятся немалые финансовые ресурсы для закупки измерительной техники.

    Поэтому все современные устройства для определения влажности зерна спроектированы на несколько калибровок.




    Востребованные на рынке оборудования для зерновой промышленности измерители влажности от компаний Supertech (Дания) или Farmcomp (Финляндия - торговая марка Wile) рассчитаны на 16 калибровок.

    Это в принципе полностью перекрывает все потребности.

     

  3. Переносной прибор должен быть полностью энергонезависимым, питаясь от батареек.

    Конечно всегда нужно с собой брать в поле запасной комплект элементов питания.

    Длительность бесперебойной работы определяется количеством измерений в течение дня.

    Сам факт замера влажности зерна в десятках километров от лаборатории без дорогостоящего комплекта измерительных приборов  - это главный ответ почему есть и будут востребованы в будущем портативные влагомеры зерновых, бобовых и некоторых масличных культур.

     

  4. Достоверность анализа.

    Необходимо чтобы измеритель влажности выдавал результат, отличающийся не больше чем на 0,2-0,5 % максимум (в зависимости от модели).

    Иначе сама идея удалённого измерения влажности зерна себя дискредитирует.

    Более того, даже при контрольном методе (ГОСТ 13586.5-2015), предусмотрено использование электрических измерителей в качестве вспомогательных лабораторных инструментов для принятия решения – как будет производиться анализ влажности: с предварительным подсушиванием или без него (при исходном содержании влаги зерна: до 17% или выше).

  5. Измерительный прибор должен обладать небольшими габаритами и весом.

    Это необходимо при переноске любым специалистом в руках и не потребовало физических усилий.

    Обычно устройства составляют по массе от 1 до 2 кг - всё зависит от разновидности измерителя влажности, с функцией измельчения зерна или без него, торговой марки и конструктивных отличий.

 

Диэлектрические без размольной камеры

 

Это группа устройств использует диэлектрический метод, при котором совокупность зерновок, помещаемых в измерительную камеру, представляется условно как конденсатор, обладающий емкостным сопротивлением и проницаемостью.

А эти величины в свою очередь пропорциональны исходной влажности.

Если измеряемое зерно это конденсатор, то что является обкладками, к которым прикладывается напряжение ?


“Обкладками” выступают стенки измерительной ёмкости, а также центральный электрод.

Между этими двумя электродами подаётся переменное электрическое поле, пронзая слой зерновок.

 

В зависимости от характеристик поля, которое меняется в зависимости от диэлектрической проницаемости, прибор производит пересчет электрической величины в отображаемое на дисплее значение влажности зерновых на основании внутренних калибровок.

Для того чтобы диэлектрический измеритель влажности выдавал результат с погрешностью, не превышающей паспортные данные, необходимо выполнение следующих условий:

  1. Камера должна быть полностью заполнена.

    Эту задачу производители решили с помощью особой конструкции крышки.

    После засыпания в емкость выбранной зерновой культуры и выравнивания слоя, начинается процесс закручивания крышки, которая содержит пружину и индикатор в верхней части.

    При каждом обороте возрастает давление на массу, а индикатор поднимается вверх.
    Как только индикатор усилия станет вровень с верхней поверхностью, это значит, что процесс закручивания завершён.
    Для чего это делается ?

    Чтобы при каждом измерении в емкости находилось одно и то же количество зерен.

    Конечно с небольшими отклонениями плюс-минус несколько зернышек. Что учитывается в погрешности измерительного прибора.



    Если закрутить нормально крышку в одном случае, а в другом “не докрутить” до того как индикатор покажет, что процесс завершён, даже для одной и той же партии, можно наблюдать разные показатели, что абсолютно недопустимо.

     

    Причина в том, что должны быть одновременно соблюдены 2 условия :

    • одно и тоже количество зерен;
    • неизменная плотность сжатой массы.

     

    Фактически это натура зерна для объема измерительной камеры

     

  2. Не должно быть поврежденных зерен.

    В свою очередь это требует визуального анализа образцов, отбираемых пробоотборниками зерна из кузова автомобиля, элеватора или просто с поля.

    Поврежденные зерна значительно различаются по органолептическим, физическим и химическим свойствам.
    В них другое количество белка, клейковины, но в нашем случае самое главное, что пониженный процент влажности.

    Причина в том, что разрушенная плодовая оболочка приводит к быстрому обезвоживанию.
    Влага из внутренних слоев испаряется.

    Если в измерительную камеру попадет одно испорченное зерно, еще не так страшно.
    А если таких зерновок много, это “украдет” от верного результата несколько сотых или десятых долей процента.

    В этой связи очень важно подобрать качественный пробоотборник зерна, без острых выступов в заборных отверстиях копьевидных щупов, без заусениц, которые могут запросто перерезать несколько зерновок.

    А это десятки и сотни тонн.

     

    При отборе образцов, следует руководствоваться нормами ГОСТ 1386.3-83 (“Отбор и приемка зерна”)

     

  3. Отсутствие мусора и насекомых.

    И то и другое относится к инородным объектам.

    С точки зрения измерений, емкостной измеритель влажности никак не сможет их идентифицировать, считает, что это зерна для выбранной калибровки.

    Но любые посторонние включения обладают совершенно другой и непредсказуемой диэлектрической проницаемостью.
    Что также не способствует точным замерам.

  4. Прибор не откалиброван по данным сушильного лабораторного шкафа.

    Наука не стоит на месте. Чтобы даже в неблагоприятных климатических условиях (дожди, морозы, засуха), получать высокий урожай, селекционерами выводятся и поступают сельхозпроизводителям новые сорта зерновых.
    Но изначально, с завода, влагомер зерна калибруется по стандартным образцам, которые имеют усредненные показатели и на новых сортах зерновых может показываться погрешность, превышающая расчетную.

    Чтобы этого избежать, в приборах предусмотрен режим корректировки калибровок по данным лабораторного метода.

К диэлектрическим относятся:

Производитель Supertech: Farmpoint, Superpoint

Производитель Farmcomp: Wile 55.

 

Со встроенным измельчителем

 

По внешнему виду измерительные приборы этой группы похожи на предыдущие, но перед непосредственным тестом зерна на влажность включают еще режим дробления.

Возникает вопрос – а что это дает ?

Если проанализировать технические характеристики, то такие аппараты более точны – пусть всего лишь на десятые доли процента.

Пример.

Модель Точность
Диэлектрический без измельчения Farmpoint ±0,5%
С измельчителем образцов Farmpro ±0,25%

 

Уменьшенная погрешность во многих случаях может иметь решающее значение.

Рассмотрим особенности конструкции приборов с размольной камерой.

Это своеобразный аналог мельницы для зерна, только в “ручном” исполнении.


Зернодробилка состоит из пары металлических жерновов, каждый из которых представляет собой плоский диск с ромбовидными насечками.

При навинчивании крышки, постепенно увеличивается усилие сжатия.
 

Но при этом одновременно, измельчители создают мелкодисперсная массу, что приводит к извлечению влаги.

Стираются наружные оболочки и через влажную “кашицу”, представляющую собой однородную массу, состоящую из отрубей, эндосперма, алейронового слоя, зародыша, влага начинает активно испаряться.

Через размолотую пробу пропускается электрический ток в соответствии с выбранной калибровкой.
Сопротивление гомогенизированного образца пропорционально исходному содержанию влаги.

Как и в измерителях влажности зерна без размола, остро стоит вопрос сохранения исходной влажности.
 


Если опять обратиться к референтному методу, то перед помещением образца в сушильную печь, зерна размалываются лабораторными электрическими мельницами, для того чтобы при нагреве в кювете происходило равномерное испарение.

 

Для этого, необходимо как можно быстрее, поместить измельченное зерно в сушильный шкаф.

Конечно при этом большое значение имеет зерновая мельница, желательно с охлаждением, чтобы дополнительно не нагревать пробу.

А как эта проблема решается, если выбрать переносной зерновой влагомер ?

  • В отличие от воздушно-теплового метода, требующего нескольких этапов и набора оборудования, в приборе с измельчителем, и размол и измерение происходит в одной камере.
  • После завинчивания емкость становится герметичной и ни одна десятая процента влажности “не уйдет наружу”, а воздушное пространство лаборатории.
  • Время замера не превышает одной минуты, что никак не успеет повлиять на результат.

 

К моделям с измельчителем относятся:

Supertech: Farmpro, Superpro

Pfeuffer: He Lite.

 

Портативно-лабораторные

Это интересные, комбинированные модели измерителей влажности, которые могут использоваться как в полевых условиях, так и в лаборатории.

Сразу отметим: конечно как по габаритам, так по конструкции, приборы отличаются, какой бы не решили выбрать из рассмотренных выше – диэлектрических и с размолом зерна.

Но с другой стороны функционал у них шире.

Как правило эти устройства оснащены альтернативным сетевым/батарейным питанием.

Что общего с портативными измерителями влажности ?
Тоже присутствует емкость для помещения анализируемой пробы зерна.
Только значительно больше по размеру.


Если для переносных устройств вместительность камеры составляет 50 см3, то для стационарных – 250 см3.

И крышки здесь нет.

Как тогда производится дозирование ?

В комплект поставки лабораторного прибора входит мерная посуда - пластмассовый стакан калиброванного объема.

Туда засыпается зерно, а потом в измерительную емкость.

Таким образом стакан мерный - дозатор не позволит насыпать больше или меньше.

Метод измерения влажности – емкостной (диэлектрический).

В центре присутствует центральный электрод, между которым и стенками во время замеров подается электрическое поле.

Анализируется цельное зерно, а также сыпучие продукты.

Особенности:

  1. Встроенные весы.

    Это позволяет вместе с содержанием влаги рассчитывать и отображать на дисплее вес образца.

    А также можно купить влагомер для зерна PM-650 со встроенным модулем определения натуры, такие аппараты тоже популярны в Украине - достойное качество по приемлемой цене.

  2. Раширенный перечень калибровок.


    В модификации PM-450 японской компании KETT их 28 (включая довольно редкие продукты – черный перец, кофе, фундук, сорго), а в более "продвинутом" измерительном приборе PM-650 – более 100 !

    Весы подразумевают расположение измерительного прибора на ровной горизонтальной поверхности.

    Конечно недопустимы удары и толчки.

    Поэтому портативно-лабораторные разновидности все-таки разумнее использовать в пределах лаборатории.

    Или быть аккуратными за пределами помещения.

    Для переноски между лабораторными столами предназначена рукоятка.

 

Лабораторные анализаторы влажности

 

Выше мы упомянули про сушильные шкафы для извлечения влаги из зерновых образцов.
Термогравиметрический лабораторный метод подвержен влиянию человеческого фактора на каждом из этапов исследования, хотя и остается эталонным как при выдаче паспорта на стандартные образцы зерна, так и в ходе ежедневных анализов влажности.

А как сделать чтобы выбранный прибор мог самостоятельно и нагревать пробы, автоматически взвешивать и выдавать сразу готовый результат ?

Эта задача уже решена, для чего разработаны весы для термогравиметрического анализа

 

В них уже встроена сушильная печь.

Нагреватель может быть галогенным или инфракрасным.

Также внутри вмонтированы электронные весы.

Лабораторные анализаторы влажности выгодны по целому ряду причин:

  • работают с малыми объемами пробы – буквально несколько граммов;
  • высокая точность и повторяемость;
  • могут определять содержание влаги в любых образцах – не только в зерне, но и любых пищевых продуктах, включая сыпучие (например муку) и вообще в любых веществах органической и неорганической природы;
  • подключаются к компьютеру;
  • позволяют задавать температуру нагрева и оснащены таймером.

 

Образец зерна помещается на металлическую тарелочку.
Прибор закрывается крышкой, в которой и находится ТЭН.
В ходе нагрева влага удаляется.

Можно настроить весы таким образом, что как только потеря влажности за единицу времени составит меньше заданной величины, процесс измерения прекращается.

Как видим, влияние человеческого фактора сводится до минимума.

Отметим еще 3 важных момента.

Анализатор влажности занимает в несколько раз меньше места на поверхности лабораторной мебели, чем сушильная печь, весы и эксикатор
 Минимальные затраты энергии
Легко переносится в пределах помещения или в другой кабинет

Справедливости ради отметим и недостатки, хотя они в большей степени условны – то что для одного измерителя влажности зерна достоинство, для другого недостаток.

➜ Аппарат подключается к электрической сети, а значит в поле его использовать нельзя

➜ Требуется понимание процессов, теоретическая подготовка, строгое соблюдение температурных и временных режимов.

Дополнительные функции

 

Усреднение показаний

Чтобы не высчитывать вручную среднее значение ряда последовательных замеров, большинство приборов может автоматически усреднять показания.

В некоторых устройствах это может быть как 5 последних значений, по которым высчитывается среднее арифметическое, а в других значительно больше - если выбрать wile 55, то он может усреднить целых 99 результатов.

Повторяемость

Это разница между двумя последовательными измерениями.

Это значение не так часто фигурирует в техническими характеристиках.
Но от этого не становится менее важным.

Повторяемость актуальна и для анализаторов цельного и размолотого зерна и продуктов.

Если из одной партии пробоотборниками извлекается два образца, то разница теоретически должна быть нулевой.

Но на практике так происходит не всегда. Почему ?

  1. Пробы могут быть отобраны с разной глубины – с различной температурой и влажностью.
  2. В образец могут попасть, как мы писали выше, поврежденные зерна, мусор.
  3. Крышка переносного измерителя влажности может быть чуть-чуть недокручена и давление на зерна в емкости может быть немного меньше.

 

Разница конечно будет небольшая – 0,1-0,2 %. Но все таки она есть.

 

Функция усреднения позволяет “сгладить” результаты

 

Справочно ! При подготовке стандартных образцов перед отправкой в сертифицированную лабораторию по анализу качества зерна, вся масса тщательно перемешивается для достижения однородности и повторяемости.

Температурная компенсация

Для этих целей в измерительную камеру встраивается терморезистор, по показания которого электронная схема вносит поправку в конечный результат.

Еще со школьной программы известно, что температура влияет на сопротивление. И если измерительные алгоритмы (калибровки) рассчитаны на комнатную температуру образцов – 20°, то например при 15°, значение влажности зерна будет иным.

Вот для этого и нужна температурная компенсация.


Поставки для сельхозпредприятий, трейдеров, элеваторов технологического и измерительного оборудования осуществляет компания Технотест.
Порекомендуем как выбрать влагомер зерна, сориентируем по ценам, функционалу, какой купить, сфере применения для различных зерновых культур.
Также осуществляем ремонт, калибровку, настройку инфракрасных анализаторов, измерителей деформации клейковины, приборов ПЧП, мельниц и другого лабораторного оборудования по анализу качества зерна.