Стационарные измерители влажности зерновых культур

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
11/06/2019

С увеличением посевных площадей, ростом объемов реализации зерновой продукции, у зернопроизводителей появляются свободные финансовые ресурсы для оснащения лабораторий современным оборудованием для анализа качества зерна, в том числе высокоточного измерения влажности.

для производителей зерна - широкий выбор влагомеров от Технотест

Альтернативные измерительные приборы - портативные экспресс влагомеры, с которыми можно работать прямо в поле, всем хороши, но имеют ограниченную функциональность, например нет модуля определения натуры зерна и небольшое количество калибровок.

Своевременный контроль влажности позволяет:

  • упредить негативные процессы в зерновой массе – развитие микроорганизмов, насекомых, повышение температуры (контролируется термощупами), ухудшение качества зерна, что влияет на цену, сроки хранения и качество-хлебобулочных, макаронных, кондитерских изделий;
  • обнаружить неявные причины, например если в стенке элеватора будет обнаружена трещина и микроклимат внутри зернохранилища выйдет за предельно допустимые нормы. Отбор для проверки содержания влаги в зерне производится копьевидными пробоотборниками;
  • на этапе сбора урожая, особенно если сезон выдался дождливым, определить идеальное время для вывода сельхозтехники и обмолота.

стационарные влагонатуромеры - многофункциональный инструмент для лабораторного измерения влажности и натуры зерна
Переносные измерители относительной влажности образцов зерна в широком разнообразии представлены в Украине на рынке специализированных влагомеров для зерновой промышленности, но сегодня мы остановимся о так называемых "гибридных" видах оборудования – особых приборах, одинаково успешно "несущих службу" как в лабораториях, так и на полях, c хорошим балансом "цена - функционал".


Среди таких устройств наиболее популярны, и к этому есть все основании, качественные аппараты от японской компании Kett.

 

И портативный и лабораторный влагомер для зерна

На первый взгляд сочетание противоречивое.

Любое стационарное оборудование для лабораторий представляется как нечто громоздкое, потребляющее сотни Ватт и даже киловатты электричества, занимающее много пространства на поверхности лабораторной мебели (столах) и как правило это утверждение не далеко от истины.

Приведем несколько примеров: дистилятор, лабораторный термостат, суховоздушный стерилизатор, центрифуга, муфельная печь, мешалка магнитная и др.

Если ближе к зерновой теме, то это прибор определения числа падения, мельница лабораторная и конечно сушильный шкаф – ключевой элемент при стационарном определении влажности термогравиметрическим методом.

сушильный термогравиметрический шкаф с цифровой системой управления

С другой стороны, сушильная печь для зерна, особенно, современных модификаций, например лабораторный шкаф MO-212, с электроникой, цифровыми дисплеями, отсутствием вращающих элементов, в отличие от предшественника СЕШ-3М и множеством ячеек для бюкс имеет неоспоримые преимущества:


 

  1. Это лабораторная техника “всеядная”. От зерна до комбикорма, от дерева до стройматериалов – десятки и сотни разнородных образцов будут качественно высушены, при этом не сгорят, не обугляться - будет удалена только влага.
    А для этого необходимо строго соблюдать температурные режимы и временные интервалы. Для чего привлекают опытный, квалифицированный персонал, не только следующий требованиям ГОСТа, но и глубоко понимающий, что происходит например с зерном на каждом из последовательных этапов – от предварительного размола лабораторной мельницей до охлаждения в эксикаторе и взвешивания на весах.
  2. Шкафы сушильные – оборудование для калибровки на влажность всех приборов, функционирующих на основе непрямых методов измерений: как стационарных, лабораторных инфракрасных анализаторов зерна, так и переносных цифровых влагомеров (бренд Farmcomp – wile 55, торговая марка Supertech – farmpro, superpro и др.).

 

Отличия последних перечисленных моделей: минимизация количества всех производимых операций и почти полное отсутствие вспомогательных приспособлений. О чем идет речь ?

Представим себе фермера. Точнее скорее всего уполномоченное им лицо, которому нужно за день сделать несколько десятков замеров на участках, расположенных за километры друг от друга.

высокоточный полевой влагомер для 16 видов зерна Фармпро
Все что нужно, чтобы “запустить” измерительный процесс, необходимо отмерять нужное количество зерна мерной емкостью, встроенной в крышку, зысыпать, закрутить крышку и выбрать калибровку.

Как видим никакое количество дополнительной посуды, как в условиях лаборатории – разные мерные стаканы, воронки, мензурки, пробирки не нужны.

 

И это очень хорошо - при перемещениях между объектами, они бы запросто потерялись. Или разбились. Условия работы и измерений на земле всегда более "суровые", чем в кабинете, оснащенным всем необходимым оборудованием для лабораторий и мебелью.

Так что по сути, весь комплект измерителя влажности за пределами лаборатории, сводится к двум составляющим – крышке и самому цифровому блоку. Ну и конечно батарейки внутри.
Меньше некуда. Тем более что крышка выполняет еще и роль уплотнителя, а также (farmpro) – измельчителя. Как в поговорке - "все свое ношу с собой".

 

востребованный в Украине - натуромер + влагомер с весами KETT pm-650

Портативно-лабораторные устройства (PM-450, PM-650) работают по непрямому методу и могут включать модуль определения натуры и веса (PM-650).

 

 

Пробоподготовка

Образцы отбираются автоматическими или ручными зерновыми пробоотборниками, обеспечивающими быстрый забор проб с глубины до 2,5 метров, и важно, чтобы щупы были изготовлены без заусениц и острых элементов, чтобы не повредить засыпаемые во внутреннюю емкость зерна.
Чем еще удобно измерять влажность в лаборатории, в отличие от поля – возможно по максимуму визуально отследить, применяя лупу и удалить все примеси, а их может быть немало:

  • частички земли;
  • камешки;
  • части стеблей;
  • металлические и неметаллические включения;
  • органические остатки;
  • насекомые, в т.ч. мелкие, плохо различимые не вооруженным глазом.

 

Справочно: компания Технотест Плюс приглашает начальников лабораторий на семинары по анализу качества зерна, где Вы сможете как пополнить свой запас теоретических знаний, так и пройти практикум от ведущих экспертов сюрвейрских лабораторий и онакомиться с современными видами оборудования

 

Особенности конструкции

Как перемещать и располагать ?
ручка для переноски измерительного прибора
В передней части можно заметить вертикальную ручку. За нее можно взять измеритель влажности зерна и переместить например с одного лабораторного стола на другой.
Отличие от переносных устройств – в руке удерживать аппарат не нужно.
Все замеры выполняются при установке на горизонтальную поверхность, для чего в нижней части корпуса размещена плоская площадка.

Для управления и индикации служат кнопки и дисплей, эргономично расположенные под углом, чтобы удобнее было нажимать клавиши и наблюдать цифры.

 

Метод измерения

Влагоанализаторы делятся на:

  • резистивные (зависимость от сопротивления);
  • диэлькометрические (зависимость от емкости).

Второй способ предпочтительней, поскольку зерновки по своим физическим свойствам ближе к полупроводникам, а последние лучше пропускают переменный электрический ток.

Масса зерна имеет такую характеристику как диэлектрическая проницаемость, зависящую от:

  1. Веса и объема.
  2. Вида и сорта зерновой культуры.
  3. Формы.
  4. Внутренней структуры (эндосперм, плодовые оболочки, зародыш, алейроновый слой и т.д.).
  5. Твердости и плотности.
  6. Температуры.
  7. Влажности.

 

особенности конструкции диэлектрических влагомеров зерна - камера
Если представить зерновую совокупность как конденсатор, то должны быть обкладки, к которым и подводится переменное напряжение, чтобы электрический ток прошел через образец сыпучего продукта.

Такой парой электродов являются:

  • стенки цилиндической камеры;
  • вертикально стоящий "столбик" по центру.
При подаче напряжения каждое зерно “пронзает” переменный ток, параметры которого пропорциональны влажности

цифровой дисплей со значением влажности зерна
Теперь предположим, что у нас есть 2 образца: пщеницы и кукурузы, с одинаковой влажностью 10,2 %.

Если засыпать сначала одну пробу зерна, а потом другую, в камеру диэлькометрического стационарного электронного влагомера, при одних и тех же характеристиках напряжения: амплитуде, частоте, фазе, то значения влажности мы получим разные ! Что совершенно недопустимо.

Причина в том, что как выше мы отметили, физические, химические, электрические особенности зерен разных культур существенно различаются.
Нужен "персонализированный" подход и для этого потребуются…

 

Калибровки – что это такое и зачем они нужны

Воьзьмем например горох, диапазон которого измеряется например в пределах 4-20 %. Если сопоставить влажности логарифмический тангенс угла потерь, получим зависимость в графическом или табличном виде.

график зависимости тангенса угла потерь от влажности зерна

 

Таблица зависимостей тангенса угла потерь от влажности
Lg Tg -1,25 -1,0 -0,75
Влажность, % 12 17 20

 

Для простоты пояснения мы взяли всего 3 точки, но если взять к примеру влагонатуромер PM-650, то это устройство измеряет влажность гороха с погрешностью ±0,5 %.

Подсчитаем минимальное количество точек для установления зависимости: (20-4)/0,5%=32 точки.

Промежуточные точки, при необходимости, можно расчитать методом интерполяции.
Такую процедуру необходимо провести для каждой зерновой культуры.
А если сформирован цифровой массив данных, он уже записывается в ячейки микросхемы памяти ПЗУ и извлекается при выборе соответствующей калибровки.

 

Электрическое питание

Влагомеры зерна моделей PM-450 и PM-650 получают питание от 4-х батареек и достаточно экономичны. Потребляемый ток составляет 40 мА.

Максимум энергии тратится в момент измерения, когда генератор просвечивает образец в камере электрическими волнами.

В остальное время напряжение расходуется на питание дисплея, электронных схем и подсветку.

 

Одновременное определение натуры

В лабораторном измерителе влажности зерновых PM-650 встроены весы, соединенные с камерой, поэтому эта разновидность оборудования требует достаточно бережного обращения и аккуратной установки на столешнице стола.

В комплект поставки измерительного прибора входит:

  • мерный пластмассовый стакан;
  • воронка (для удаления остатков зерна, если оно насыпано с горкой).

как отмерить количество зерна в лабораторном измерителе влаги

Эти принадлежности необходимы, чтобы при каждом измерении в камеру засыпался один и тот же объем, вне зависимости от вида зерна.

Для кукурузы, ячменя или пшеницы при одинаковом объеме в стаканчик поместится разное количество отдельных зерновок. Разным будет и вес.

удобно когда диэлектрический влагомер для лаборатории показывает и натуру
Таким образом, после заполнения зерном измерительной емкости диэлектрического лабораторного прибора, есть все данные для расчета натуры зерна: объем известен, вес измерен.

При нажатии на g/l на дисплее высвечивается текущее значение натуры зерна.

Другое наименование этого показателя – насыпная плотность, которая косвенно определяет (без лабораторного анализа), какое количество зерна может быть загружено в зернохранилище, трюмы кораблей или при транспортировке ж/д транспортом.


для его расчитыается натура зерна ? определение загрузки зерновозовВопрос в том, что автомобили-зерновозы перевозят урожай в тоннах, а необходимо знать значение в литрах, м3 и больших производных единицах.

Интерес представлет и обратная задача.

Натура кстати связана и с влажностью. Если зерновки впитали много воды, их объем увеличивается. С другой стороны, они становятся более мягкими.

В новом стандарте ДСТУ 3768: 2019 «Пшеница. Технические условия», который вступил в силу 10 июня 2019 года:

  • для мягкой пшеницы предусмотрено 4 класса, и для 1,2 и 3 класа определено соответствующее значение натуры (не меньше): 775, 740, 730 г/л.
  • для твердой пшеницы предусмотрено 5 класса, и для 1,2,3 и 4 класа определено соответствующее значение натуры (не меньше): 750, 750, 730, 710 г/л.


Пример. Пусть натура зерна пшеницы составляет 710 г/л. Допустим, в силосе сберегается 1000 тонн зерна и отгрузка будет производится автомобилями с объемом кузова 7 м3.

1 Переводим вес зерна в объем 1000т×1000кг/0,71кг=1408451л
2 Переводим литры в кубы 1408451л/1000л=1408 м3
3 Считаем количество зерновозов 1408 м3/7 м3=201

Таким образом, рассчитанный лабораторным анализатором влажности показатель натуры позволяет просчитать логистику при транспортировке зерна, а соответственно затраты на аренду машин, топливо и т.д.

металлическая пурка литровая

Справочно: другой способ для определения натуры подразумевает применение специального механического оборудования - пурки лабораторной на 1 литр.


 

Усреднение

При увеличении числа измерений, показания измерителя влажности зерновых и других измерительных приборов становятся более достоверными. Также например, делается 2 измерения числа падения зерна лабораторными приборами ПЧП, чтобы получить среднюю величину.

Например, в первом образе попадется несколько зернышек, на внешний вид соответствующее нормативам, но с повышенным уровнем фермента альфа-амилазы – увеличен риск прорастания, что пусть на 0,1%, но повлияет на общий результат, поскольку диэлектричества проницаемость испорченного зерна будет другая.
А в другой пробе таких зерен не будет.
Делаем последовательно несколько замеров и при нажатии на кнопку AVE производится расчет среднего арифметического.

Автоматическая компенсация разниц температур

Вывезен ли прибор для измерения влажносии зерна на поле, или наоборот, образцы могут быть транспортированы в лабораторию, не исключена разница температур между влагонатурометром и засыпаемым зерном.
А температура, как мы отмечали, влияет на электропроводность и влажность.
Для компенсации этого не соответствия и предназначен терморезистор, выдающий корректирущее значение, которое автоматически учитывается в итоговом результате.

Подстройка калибровок

Программное обеспечение имеет такую опцию. Для этого необходимо иметь данные эталонного метода (потребуется сушильный шкаф, зерновая лабораторная мельница и т.д.) и текущие результаты замеров влагомера. Разница показаний это есть значение смещения, которое вводится в память прибора и плюсуется или отнимается во всем диапазоне.

Хранение

Стационарные измерители содержания влаги занимают немного места, например PM-650 имеет габариты 125×205×215 мм, весят не более 2 кг, поэтому могут располагаться на полках лабораторного шкафа или оставаться на пристенном или островном столе.

Недавнее

Лабораторное и технологическое оборудование, материалы.