Теоретические основы измерения влажности зерна диэлектрическими влагомерами

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
02/02/2020

На всех этапах, от созревания урожая, до закладки на многомесячное хранение в элеваторах, требуется периодический контроль влажности зерновых культур.

От каждого процента влажности зерна в сторону увеличения зависит:

  • энергетические затраты на сушку, вентилирование, в т.ч. с использованием аэраторов зерна. Следствие - возрастание расходов и уменьшение прибыли (если цена партии остается неизменной);
  • увеличение риска повреждение микроорганизмами, насекомыми, деятельность которых активизируется в условиях повышенной влажности. Это также влияет на показатели качества, определяемые в лаборатории - визуальными методами, а также с применением специализированного оборудования и приборов.

    Следствие 2 - химические реакции во влажном зерне приводят к возрастанию температуры. Это важный сигнальный признак, что в той или ином участке элеваторе существует проблемная зона и необходимо принятие экстренных мер. Для этого необходим постоянный контроль щуповыми термощупами, когда термоштанга погружается вглубь массы до 2 метров.

    Следствие 3 - прорастание зерна, что выявляется косвенным методом определения активности альфа-амилазы путем исследования клейстера из воды и муки на приборе ПЧП.

  • энергетические затраты на размол производственным мельничным оборудованием. Поскольку содержание влаги влияет на твердость и плотность, а следовательно на затраты энергии на работу электродвигателей мельниц. Например при лабораторном анализе, для чего пробоподготовка делается путем измельчения, на скорость измельчения, быстроту затупления ножей влияют размалываемые продукты: пшеница или например гранулированный комбикорм.

Стандартный метод подразумевает высокотемпературную сушку зерна в сушильных шкафах, а также экспресс методику с применением зерновых экспресс-влагомеров, функционирующих на основе СВЧ-влагометрии.

Отобранные пробы зерна должны быть репрезентативными и отбираться с глубины специальными щуповыми пробоотборниками.

Теоретические основы

Увлажненное зерно можно представить как диэлектрик, состоящий из воды и компонентов сухого материала.
Причем разные компоненты: оболочка, зародыш, алейроновый слой имеют разную диэлектрическую проницаемость.
На границах между сухим веществом и водой формируются заряды (происходит поляризация).

Как отдельная зерновка, так и совокупность зерновой массы характеризуются:

  1. Диэлектрической проницаемостью.
  2. Тангенсом угла диэлектрических потерь 

Последний параметр характеризует способность материала поглощать и рассеивать электромагнитную энергию. При поглощении энергия переходит в тепло, нагревая исследуемый образец. Диэлектрические характеристики зависят от целого ряда факторов: напряженность поля, плотность, частота сигнала, температура, влажность, сорт зерна, наличие примесей органической и неорганической природы, поврежденных зерен, воздушные промежутки, натура, количество анализируемого материала и т.д.

Пример. Исследуем влияние одного из показателей - натуры зерна.

Для значения насыпной плотности, равного 670 г/см2, в интервале влажности от 12 до 30 %, диэлектрические потери меняются от 0,19 до 0,43. При меньшей плотности - 430 г/см2: 0.07-0.15.

Поскольку диэлектрики не проводят постоянный ток, необходимо воздействовать на пробу токами высокой частоты, чтобы по степени затухания, определить исходную влажность.

Что такое калибровки и для чего они нужны

Рассмотренная выше графическая зависимость является общей, обезличенной. Для пшеницы, кукурузы, гороха, сои она будет иметь другие характеристики. В связи с этим для каждого вида культуры необходимо выводить свои, персональные калибровки. Это позволит добиться минимальной погрешности по сравнению с эталоном, в качестве которого выступают стандартные образцы зерна.

Для калибровки требуется несколько точек, распределенных равномерно по калибровочной линии, чтобы построить полином и при дальнейшей эксплуатации рассчитывать любое значение в пределах диапазона измерения.

 

Конструктивные особенности высокочастотных влагомеров

Чтобы обеспечить высокую повторяемость результата при измерении влажности зерна: 

Геометрические параметры зоны (объем камеры), куда засыпается образец, должны быть неизменными.
Степень заполнения должна точно отвечать требованиям производителя измерительного прибора

Недавнее