Работа датчика определения влажности зерна при хранении основана на явлении
Обновлено: 15.09.2024
Правильное и эффективное ведение технологических процессов невозможно без измерения влажности на каждом этапе производства. В современных экономических условиях измерение массы сырья и продукта при взаимных расчетах продавца и покупателя также строится на точном измерении и учете его влажности.
Различают следующие методы определения влажности: прямой и косвенный.
Прямой метод основан на удалении из образца каким-либо способом влаги и измерения массы образца до и после ее удаления.
Наибольшее распространение получили измерители влажности, в основе работы которых лежит прямой термогравиметрический метод, но отличающиеся способом удаления из образца влаги: вакуумно-тепловой; воздушно-тепловой и прямого нагрева.
Из прямых методов определения влажности зерна и зерновых продуктов стандартизированными являются вакуумно-тепловой (ГОСТ 8.432) как образцовый и воздушно-тепловой (ГОСТ 13586.5-93) как лабораторный.
Так, установка вакуумно-тепловая образцовая (УВТО) предназначена для точного измерения влажности зерна и зернопродуктов, а также для поверки и градуировки различных измерителей влажности. Диапазон измерения влажности 5. 45%; предел допускаемой абсолютной погрешности ±0,1%.; диапазон изменения температуры сушки 90. 140 о С. Время выхода установки на рабочий режим не более 20 мин, мощность 1500 Вт; масса 125 кг.
Воздушно-тепловой метод положен в основу работы сушильных электрических шкафов, сушильных камер, предназначенных для сушки зернопродуктов при определении влажности в лабораторных условиях.
Метод выполнения измерения (МВИ) влажности регламентирован ГОСТ, которыми предусматриваются измельчение продукта до определенного гранулометрического состава; высушивание навески определенной массы в специальных бюксах при заданных температуре и времени сушки, охлаждение с использованием влагопоглощающих веществ, взвешивание и вычисление влажности.
Абсолютная погрешность результатов определения влажности воздушно-тепловым методом по сравнению с образцовым вакуумно-тепловым для различных культур составляет ±0,5. 0,8%.
Определение влажности воздушно-тепловым методом с использованием сушильных шкафов имеет ряд недостатков:
- требуется большое количество поверенных приборов и устройств, отвечающих требованиям МВИ (лабораторные весы, мельница, секундомер, часы с сигнальным устройством, электроконтактный термометр);
- возможно внесение дополнительной погрешности оператором;
- длительное проведение анализа;
- требуются лабораторные условия, невозможно проведение анализов в поле, на производственных участках, станциях отгрузки и т.д. В таких случаях оптимально использование приборов-измерителей и индикаторов, использующих термогравиметрический способ прямого нагрева.
С 90-х годов XX в. в России предлагаются импортные лабораторные влагомеры со встроенными весами и инфракрасным источником излучения. В результате объединения сушильного шкафа и весов отпадает необходимость предварительного взвешивания и охлаждения продукта в эксикаторе. Встроенный микропроцессор управляет режимом сушки и вычислительными операциями. Все это позволяет производить измерения в течение 5-20 мин, повысить сходимость результатов измерения и обеспечивает возможный предел допускаемой погрешности анализатора ±0,2. 0,35%.
В качестве ИК-излучателя используются ТЭНы или галогеновые лампы общей мощностью порядка 300 Вт. Температура в камере измеряется датчиком и поддерживается в заданном значении микропроцессором. Встроенная взвешивающая система автоматически определяет начальную массу образца, в процессе сушки непрерывно контролирует во времени его текущую массу и передает это значение микропроцессору для сравнения с предыдущим показателем.
Однако для использования этих приборов в лаборатории требуется адаптация их режимов работы под российские требования. Для этого необходимо провести метрологическую проверку соответствия результатов измерения на влагомере и на стандартизованном оборудовании. Обязательным условием их применения для взаиморасчетов является наличие утвержденных в Госстандарте РФ МВИ для анализируемых продуктов, а также методик ежегодной поверки, контролирующих воспроизводимость кривой высушивания стандартных образцов в заданных пределах.
При использовании приборов для оперативного контроля влажности поверка может производиться методом сравнения результатов измерения влажности продукта на анализаторе и стандартизированным методом.
Косвенные методы измерения влажности основаны на изменении физических, электрических, химических, механических свойств зерна и зернопродуктов в зависимости от их влажности.
Более широкое распространение получили электрические способы определения влажности: кондуктометрические (или резистивные), основанные на измерении электрического сопротивления образца при прохождении постоянного тока, и диэлькометрические (или емкостные и микроволновые), основанные на измерении диэлектрических свойств влажного зерна в электромагнитном высокочастотном поле. Диэлькометрические и резистивные влагомеры преобразуют электрический параметр продукта, функционально связанный с влажностью, в выходной сигнал.
Влагомеры состоят из первичного и при необходимости промежуточного преобразователя (датчика) влажности и измерительного устройства.
Погрешность измерений влажности диэлькометрическими и резистивными влагомерами не должна превышать значений, указанных в ГОСТ 8.434-81.
Помимо перечисленных, есть влагомеры, в основу работы которых положены такие косвенные методы измерения, как ядерно-магнитный резонанс ЯМР). В основе ЯМР лежит резонансное поглощение радиочастотной энергии, или энергии гамма-лучей, ядрами атомов водорода воды при нахождении влажного продукта в магнитном поле. По степени поглощения энергии можно судить о влагосодержании исследуемой пробы продукта. Имеется ряд универсальных приборов, использующих спектрометрический метод в ближнем ИК-диапазоне волн, определяющих наряду с влажностью, и другие характеристики (стекловидность, зольность, белок).
В приборах, основанных на косвенных методах измерения, время анализа сокращено до 1-5 мин, но результаты определения влажности получаются более грубые. Эти приборы выпускаются со специализированным назначением для отдельных видов продуктов.
Наиболее точные, надежные, отвечающие современным требованиям влагомеры конструктивно должны включать: микропроцессор; запоминающее устройство; клавиатурный ввод информации и команд; цифровой дисплей, отражающий промежуточную информацию и результаты вычислений. Засыпное устройство, в которое помещается образец, должно обеспечивать нормализованную повторяемость условий засыпки, объемное количество образца и его уплотнение.
Влагомер должен иметь возможность измерять температуру и объемную массу (натуру) образца и передавать информацию в микропроцессор с целью внесения градуировочных корректировок, а также вносить в память прибора градуировочные характеристики для новых продуктов.
К числу основных причин снижения качества зерна и роста его потерь можно отнести нарушение технологий его послеуборочной обработки и хранения. В течение этого времени зерно постоянно подвергается опасностям, которые обусловлены активностью насекомых и плесени, миграцией влаги, а также развитием токсинов. Одними из основных параметров, которыми определяется состояние зерновой массы и происходящих в ней процессов, являются температура и влажность зерна.
Вентилирование – одно из основных условий сохранения качества зерна
Особое внимание следует обратить на то, что всхожесть семенного зерна теряется значительно быстрее, чем фуражного либо продовольственного. Учитывая, что изменение влажности является более технологически сложным и дорогостоящим процессом, нежели изменение температуры, чтобы снизить потери часто прибегают к вентилированию.
В застойных зонах температура зерна, как правило, выше, нежели в остальном зерне, поэтому в них контролировать температуру нужно обязательно. Чтобы эффективно управлять вентиляторами, стоит использовать термометры для измерения температуры воздуха окружающей среды и отработанного воздуха.
Для поддержания постоянной температуры применяют электроконтактный термометр ТПК, имеющий погружаемую нижнюю часть. Прибор действует в диапазоне от – 35 до + 350 градусов.
Когда появляются проблемы при хранении зерновой массы, в ее критической области всегда повышается температура. До появления потерь эти проблемы выявляют путём проведения мониторинга температуры зерна.
У термометра имеется вложенная стеклянная пластина молочного цвета, на которую нанесены две шкалы. Чтобы настроить термометр на заданную температуру, применяется верхняя шкала. Настраивают прибор, вращая магнитное приспособление, что позволяет установить на отметке задаваемой температуры конец вольфрамовой нити.
Отметим, что без вентилирования зерновой массы не удастся избежать её перегрузки из одного бункера в другой. А ведь при однократной перегрузке теряется порядка 0.5 процента зерна: часть потерь – незаметные внутренние повреждения, другая часть – дробленое зерно. Помимо этого, отсутствие вентилирования способствует износу оборудования.
Методы и приборы для контроля температуры зерна
Контролировать температуру зерна можно ручным, дистанционным методом, а также дистанционным методом с использованием централизованного пульта контроля. Каждый из них предусматривает применение различных приборов и устройств. Их выбор зависит от того, где будет использоваться техника: в лабораторных условиях либо на предприятиях пищевой промышленности.
При ручном управлении используются погружаемые в зерновую массу термоштанги. Их измерительный блок оснащен двумя цифровыми табло. Верхнее табло показывает температуру, которую измеряет датчик, расположенный в измерительной головке, а нижнее – температуру окружающей среды.
Зонд погружается в зерновую массу на пять минут, потом измерительный блок при помощи штекера подключается к зонду. Далее включается питание, и с цифровых индикаторов снимаются показания. Как правило, используя термоштанги, измеряют температуру при глубине зерновой насыпи до 3.5 метра.
Довольно часто применяют цифровую термоштангу ТЦ. Прибор состоит из самой штанги и рукояти с крышкой, которая с торца закрыта красным прозрачным светофильтром. У нижнего конца штанги расположен температурный датчик. Под крышкой рукояти находится электронный блок, имеющий трехразрядный цифровой индикатор и батарейный отсек с элементами питания.
Второй способ контроля температуры – дистанционный, предусматривающий наличие переносного измерительного прибора. В этом случае температура измеряется путем непосредственного подключения прибора к термоподвеске. Устанавливать термоподвески с термодатчиками лучше всего в бункерах, объем которых составляет 500 тонн и более. В бункерах, где нет подвесок, нужно устанавливать термометрические зонды.
Третий способ также является дистанционным, но при этом используется централизованный пульт температурного контроля. По причине низкой теплопроводности зерновой массы на ее отдельных участках накапливается тепло. Это провоцирует развитие процессов, которые приводят к качественным и количественным потерям продукта, возможному возгоранию и даже взрыву образующейся смеси пыли и газов. Периодичность температурного контроля хранящегося сухого зерна – один раз в две недели (не реже).
Технологии и оборудование
Сушильная печь
Самый распространённый метод анализа влажности зерна – сушильная печь (шкаф). По принципу действия и конструкции она очень напоминает промышленную хлебопекарную печь. Это обычный металлический корпус со встроенными спиралями, нагревающими воздух внутри печи. Нагретый воздух распределяется вентилятором по всему объёму сушильной камеры.
Что касается размеров сушильных печей, то они могут быть разными: есть портативные модели, которые применяются в лабораториях, и шкафы такой вместимости, что в них одновременно можно высушивать сотни образцов.
В сушильных печах влажность определяют, основываясь на принципе конвекционного нагревания. Воздух в них нагревается до температуры 103 – 107 градусов, и влага сначала начинает испаряться с верхних слоёв проб. Внутри проб образуется градиент влажности, который приводит к диффузии влаги на поверхность из более глубоких слоёв. Чтобы просушить пробы, которые подгорают при температуре 103 градуса, а также в целях сокращения времени, затрачиваемого на сушку, в ряде сушильных печей предусмотрена возможность создания вакуума. Проводимая в вакууме сушка позволяет быстро и осторожно высушивать теплочувствительную продукцию при низких температурах, поскольку понижение давления воздуха приводит к падению температуры кипения жидкости.
Сегодня активно используется сушильный шкаф модели СЭШ-3МУ. Принцип его действия основывается на равномерном высушивании проб воздушным потоком, создаваемым нагревательными элементами и центробежным вентилятором, а также вращающимся столом с пробами. Главное преимущество этого шкафа заключается в том, что при закладке в рабочей камере температура падает лишь на два градуса и всего через пару минут возобновляется. Поэтому перед закладкой нет необходимости прогревать шкаф до 140 градусов, что существенно упрощает работу лаборанта.
На предприятиях хлебопекарной, молочной, кондитерской и мясообрабатывающей промышленности и в лабораторных условиях в целях контроля влажности образцов сырья, полуфабрикатов, а также готовой продукции широко используется прибор Чижова. В основе принципа его работы лежит обезвоживание путем выпаривания образца продукта за счет его прогревания при необходимой температуре в течение заданного времени. Для обезвоживания используют специальные пакеты, при изготовлении которых применяют слабо приклеенную бумагу (ротаторную либо газетную).
Микроволновый влагомер
Осуществлять контроль влажности зерна, а также зерновых продуктов можно с помощью микроволновых влагомеров. Их наиболее заметное преимущество заключается в коротком времени проведения измерений (2 – 6 минут). Однако оно лучше проявляется при проведении тестирования пастообразных либо жидких проб. Если же материал содержит менее 4 процентов влаги, то метод микроволнового измерения влажности неприемлем.
Сердцем микроволнового влагомера является магнетрон. Генерируемые им электромагнитные волны поступают по волноводу в сушильную камеру, обычно имеющую кубическую форму. В более ранних моделях магнетрон соединялся с одной из сторон сушильной камеры, создавая неоднородное электромагнитное поле со сверхвысокой частотой. В результате этого с одной стороны пробы перегревались, а с другой нагревались слабо. Современные микроволновые влагомеры не имеют этого недостатка, поскольку оборудуются вращающейся тарелкой для помещения проб.
В настоящее время достаточно востребован экспресс-влагомер для зерна модели РМ-410(Aquasearch). Этот прибор очень точный, имеет значительное количество заложенных в память градуировок зерновых культур, а также большой набор функций, так:
- В его памяти может храниться до 99 калибровок различных зерновых культур;
- Его функционал дает возможность усреднения результатов проводимых измерений;
- Прибор позволяет автоматически вводить поправки по температуре;
- Есть возможность смещать градуировки (диапазон составляет от -6 до +6 процентов);
- К нему можно подключать принтер.
Инфракрасная спектроскопия
Влажность зерна можно контролировать, используя метод инфракрасной спектроскопии. Он основан на спектрах отражения и поглощения в инфракрасном диапазоне, которые различны для каждого вещества. Проба облучается монохроматическим светом, то есть, светом одной длины волны. Одну часть этого излучения поглощает материал пробы, другая же часть от поверхности пробы отражается. Чтобы количественно замерить отражённый пучок света и преобразовать его в электрический сигнал, применяется фотодатчик.
Значение показателя влажности может выводиться при помощи калибровочной кривой. Метод даёт оперативные результаты, на которые не влияют контактные явления на электродах, поэтому погрешность измерений сведена к минимуму. По этой причине метод инфракрасной спектроскопии часто применяют для проведения онлайнового мониторинга производственных процессов, к примеру, на конвейерных лентах.
Выводы
Качественная обработка и хранение зерна и зерновых продуктов невозможны без систематического контроля его температуры и влажности. Существует несколько методов, а также целый ряд приборов для определения данных параметров. Выбор метода и техники для контроля температуры и влажности зерна во многом зависит от того, где проводятся исследования: на производстве или в лабораторных условиях.
В сельском хозяйстве и пищевой промышленности широко используются такие приборы, как анализаторы влажности зерна. Они красиво выглядят и быстро работают. Но, действительно ли так уж сильно необходимы эти влагомеры зерна, или их применение – всего лишь дань технологической моде?
Влажность зерна
Среди различных показателей качества собранного зерна, влажность является одним из важнейших. Причина заключается в том, что вода напрямую влияет на интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов – как тех, которые составляют сам растительный плод, так и находящихся на его поверхности. Поэтому данную характеристику определяют сразу же, в процессе приемки.
От уровня влажности зависит, сколько в зерне содержится питательных веществ. А также – насколько оно подходит для переработки или хранения. Чем этот показатель выше, тем больше в нем воды и меньше полезных компонентов. И тем хуже оно будет храниться и перерабатываться. Избыточное наличие влаги является катализатором, активирующим физиологические и физико-химические процессы, такие как прорастание, дыхание, набухание, активизация ферментов, расщепление биополимеров.
Если зерно убрано с поля с повышенной влажностью, то микроорганизмы на его поверхности развиваются ускоренными темпами. В общем объеме такой зерновой массы значительно возрастает количество клещей и различных вредителей из класса насекомых. Это тоже отрицательно влияет на качество крупы и семян, увеличивает вероятность их порчи при хранении.
Анализатор влажности ЭЛВИЗ-2С
Влагонатуромер WILE 200 для зерна
Влагомер опилок и древесных пеллет WILE Bio Moisture Wood
Анализатор влажности АВГ-60
Влагомер A&D ML-50
Влагомер зерна HE Lite
Влагомер сена, силоса, сенажа WILE 25
Анализатор влажности Radwag MAC 50
Еще один важный фактор заключается в том, что у влажного зерна изменяются в худшую сторону физические свойства. Снижается натура (то есть, вес какого-либо объема, например, 1 тн. зерна, в отличие от распространенного показателя веса 1000 шт. зерен) и сопротивление раздавливанию, ухудшается сыпучесть. Оболочки становятся гладкими и более эластичными. В результате, на механическое дробление приходится расходовать больше энергии, чем для сухого материала. Бывает и так, что переработка оказывается просто невозможной.
В период уборки различных зерновых культур, влажность урожая колеблется в значительном диапазоне – от 10% до 30% и более. По указанным выше причинам, определение данного параметра является важным этапом производственного процесса. В зависимости от его результатов, принимается решение о необходимости повышении качества посредством сушки.
Виды влаги в зерне
Определенное количество влаги в зерне есть всегда. Точное его значение зависит от множества факторов: климатических условий, вида культуры, особенностей ее анатомии, степени спелости, наличия гидрофильных коллоидов, условий уборки и последующего хранения.
Вода в зерне может находиться в трех состояниях:
Химически связанная. В этом случае молекулы Н2О, в строго определенных соотношениях, входят в состав молекул компонентов зерна. Чтобы удалить такую воду, надо прокалить материал, или провести химическую реакцию. В обоих случаях, структура входящих в зерно веществ окажется разрушенной.
Физически связанная. Сюда относится вода структурная, осмотически поглощенная и адсорбционная. Соотношения молекул Н2О могут варьироваться в некоторых пределах. Если они сорбированы присутствующими в зерне гидрофильными коллоидами, то выступать в качестве растворителя уже не могут. Перемещение таких молекул Н2О в теле зерна затруднено, как и участие в химических реакциях. В результате физиологические процессы с их участием почти не происходят. При высушивании такая влага, с трудом, но все же удаляется.
Механически связанная. Она располагается в имеющихся в теле зерна макро- и микрокапиллярах. Эта вода называется свободной. Она сохраняет все свои свойства и принимает участие в происходящих в зерне микробиологических, биохимических и физиологических процессах. Легко убирается высушиванием.
Физически и механически связанную воду, которую можно удалить из зерна в процессе сушки, называют гигроскопической.
Оценка влажности и ее критическое значение
По уровню влажности зерно может быть сухое, средней сухости, влажное или сырое. По каждой группе определены показатели в процентах, разные для различных культур. Например, для ячменя, ржи или пшеницы они составляют, соответственно: до 14% включительно; 14,1% - 15,5%; 15,6% - 17,0%; 17,1% и более. У некоторых бобовых эти цифры выше, у масличных – ниже. В частности, в сухом семени подсолнечника присутствует не более 7% влаги.
Лучше всего хранить сухое зерно. Свободная влага в нем практически отсутствует. А связанная, в основном, удерживается гидрофильными коллоидами. Влажность, при которой в зерне появляется свободная вода, после чего резко интенсифицируются дыхание, прорастание и прочие физиологические процессы, вследствие которых начинают активно развиваться микроорганизмы, называют критической.
По основным злакам нормальной для хранения считается влажность ниже 14%, то есть, меньше критической. В этом случае зерно можно относительно долго держать в насыпях высотой до 30 м и более. Если влажность на грани критической (зерно средней сухости), то интенсивность дыхания возрастает в 2 – 4 раза. Но, поскольку газообмен небольшой, то сроки хранения тоже достаточно долгие. У влажного зерна данный показатель увеличивается в 4 – 8 раз, у сырого – в 20 – 30 раз. При этом, с активным развитием микроорганизмов, наблюдается процесс выделения тепла – самосогревание, в процессе которого температура зерновой массы иногда поднимается до 75 град С.
Нормативные документы
Важность получения своевременной и точной информации о наличии влаги в зерне подтверждается тем, что по данной операции на государственном уровне приняты соответствующие нормативные документы:
Есть и другие, например, ГОСТ 29305-92. В первом стандарте прописан метод измерения влажности зерна злаковых, включая кукурузу, и зернобобовых культур, по технологии воздушно-тепловой сушки. Данный способ считается эталонным и наиболее точным. Используется на перерабатывающих и хлебоприемных заводах, во время проведения контрольных замеров и в спорных ситуациях. Второй ГОСТ распространяется на влагомеры твердых и сыпучих веществ, принцип действия которых основан на использовании косвенных (электрических) методов: диэлькометрическом (объемном), кондуктометрическом, инфракрасном и сверхвысокочастотном. Приборы, работающие по прямым методам измерения, к сфере действия этого документа не относятся.
Методы определения влажности
Все методы измерения влажности твердых и сыпучих веществ делятся на две категории:
Прямые. Количество влаги в материале определяется непосредственно, путем его разделения на воду и сухое вещество.
Косвенные. Наличие влаги узнается путем измерения какой-либо физической величины, числовое значение которой связано с количеством воды в материале.
Прямые методы
В первую категорию измерения влажности твердых и сыпучих материалов входят способы: высушивание, дистилляционные, экстракционные и химические.
Наиболее распространенным является метод воздушно-тепловой сушки (термогравиметрический), описанный в ГОСТ 13586.5-2015. Суть его заключается в том, что навеску измельченного зерна взвешивают, а затем высушивают в специальном шкафу при температуре 130 град С в течение 40 мин. После этого – охлаждают в эксикаторе (без доступа влаги из атмосферы) и снова взвешивают. Влажность зерна определяют по формулам, исходя из полученных значений масс, и выражают в процентах. Достоинство метода заключается в его высокой точности. Недостатки – длительный процесс, необходимость наличия сушильного шкафа и вспомогательного оборудования, а также квалифицированного лаборанта.
Для ускорения сушки материала, могут применяться инфракрасные лучи или токи высокой частоты.
При дистилляционном методе материал нагревают в сосуде с жидкостью, которая с водой не смешивается (минеральное масло и др.). В процессе нагрева, из сосуда выделяются пары этой жидкости с парами воды, содержащейся в исследуемом материале. Их отводят через холодильник в мерный сосуд, где пары воды конденсируются, после чего остается измерить их вес или объем. Эта технология не слишком точная, допускаются ошибки, в том числе, систематические.
В экстракционных методах влага из исследуемого материала извлекается с помощью водопоглощающей жидкости (например, спирта). После этого надо определить числовые значения физических характеристик полученного экстракта, таких как температуры замерзания или кипения, показателя преломления, плотности или других, зависящих от содержания в нем воды.
В основу химических методов положена обработка исследуемого образца таким реагентом, который вступает в реакцию только с содержащейся в материале влагой. Процентное содержание воды определяется по количеству образовавшегося в результате реакции конечного продукта. Самыми популярными в данной категории являются газометрический (карбидный) способ и технология с использованием реактива Фишера.
Косвенные методы
К косвенным методам относятся механические, физические и другие. В ходе механических измеряют характеристики, которые зависят от количества влаги в материале. Например, определяют сопротивление пшеничного зерна раздавливанию. Или усадку материала под давлением поршня, сопротивление деформации или вдавливанию конуса и прочие. Механические технологии отличаются простотой исполнения и низкой точностью результатов, поэтому большого распространения они не получили.
Намного шире используются физические методы. В ходе их проведения, влажность материала преобразуется в другую величину, более удобную для измерения. Все они относятся к двум категориям: электрические и неэлектрические. В первом случае измеряются электрические параметры образца, зависящие от количественного содержания влаги. Во втором – другие характеристики.
Среди неэлектрических технологий наиболее популярными являются способы, в основу которых положено применение или изучение:
Теплофизических характеристик вещества.
Акустических свойств материала.
Нейтронов и гамма-лучей (радиометрические методы), рентгеновского излучения.
Магнитного ядерного резонанса.
Инфракрасного излучения и видимого света (спектральные способы).
В группе электрических методов самыми популярными являются кондуктометрический и диэлькометрический (емкостный). Кроме них, есть и другие, основанные на изучении прочих характеристик влагосодержащих веществ – электростатического заряда, ЭДС гальванический пары и т.д. Но их распространенность крайне низкая.
При определении влажности кондуктометрическим методом , меряется электрическое сопротивление исследуемого вещества, которое зависит от содержания в нем воды. Пробу материала 1 располагают между электродами 2 преобразователя. Амперметр 3 показывает силу проходящего через образец тока. Резистор R0 нужен для того, чтобы точно выставить аппарат на нулевую отметку. Первые приборы, работающие по этому способу, определяли влажность сыпучих веществ в диапазоне от 2% до 20%. Выше было проблематично, так как, с ростом влажности, снижается чувствительность. Ниже – тоже, по причине трудности измерения значительных сопротивлений.
При диэлькометрическом методе емкостный влагомер служит для измерения в большом диапазоне частот диэлектрических свойств материала. При этом, работа на сверхвысоких частотах имеет некоторые существенные отличия, из-за чего ее иногда рассматривают, как отдельный способ.
Основные компоненты сухого зерна – слабо полярные или неполярные. Их диэлектрическая проницаемость невысокая. Например, у жиров она составляет 3,5, у клетчатки – 6,5, у крахмала – 10. Вода, наоборот, является веществом сильно поляризованным, у нее данный параметр равен 81 (при 18 град С). Поэтому, наличие в зерне влаги значительно изменяет его диэлектрическую проницаемость – когда зерно сухое, оно диэлектрик, когда влажное, оно проводник. Для определения содержания воды, достаточно измерить емкость конденсатора, между пластинами которого размещен исследуемый материал.
Резонансный контур влагомера состоит из конденсатора переменной емкости СХ и катушки индуктивности L. Для получения резонанса, настраивается конденсатор С0. С помощью такого контура, определяется емкость преобразователя и, соответственно, диэлектрические потери. Вольтметр 2 служит для индикации резонанса. От генератора 1 колебательный контур отделен конденсатором СР.
Если влажность исследуемого материала 3 увеличивается, то, соответственно, изменяется емкость преобразователя. Чтобы восстановить симметричное положение, следует емкость конденсатора С0 изменить на такую величину, чтобы общая емкость контура вновь стала равна первоначальной. Разница между начальным и конечным положением ручки конденсатора С0 покажет содержание влаги в зерне.
Современные анализаторы влажности
В настоящее время анализаторы влажности отечественного и зарубежного производства представляют собой намного более совершенные приборы, чем те, которые выпускались в конце прошлого столетия. Все они делятся на две группы: лабораторные и портативные. Первые предназначены для стационарного применения. Они используют гравиметрическую технологию (высушивание образцов, с измерением массы навески). Работают быстро. Например, влагомер серии РМ (Kett, Япония), выдает результаты через 15 секунд после начала измерений.
Большинство портативных устройств работает по кондуктометрическому либо диэлькометрическому методу. Во втором случае, к прибору прилагается несколько (от 5 до 20) различных шкал для разных видов зерна. Есть возможность сделать индивидуальную градуировку. Диапазон измерений максимально широкий, от 0% до 100%. (Здесь надо отметить, что, при покупке влагомера для зерна, не обязательно выбирать аппарат с самыми большими возможностями, поскольку это увеличивает его цену. Вполне достаточно от 0% до 50%, или даже меньше, потому что содержание воды практически никогда не выходит за эти пределы).
На рынке предлагаются анализаторы влажности универсальные и специализированные. Первые могут определить содержание воды практически в любом материале, или в очень большом перечне веществ разных типов. Они способны работать, как с твердыми и сыпучими образцами, так и с жидкими либо газообразными. Вторые предназначены для одного или нескольких материалов одной группы, например, для зерновых, для древесины и т.д.
Ниже, в качестве примера, описано несколько марок наиболее популярных влагомеров для зерна.
Анализатор влажности Эвлас
Анализатор влажности Эвлас – это универсальный прибор, с помощью которого можно определить содержание воды в более чем 300 видов пищевых продуктов и других материалов в отраслях сельского хозяйства, химической, фармацевтической, строительной и прочих.
Влагомер состоит из двух основных узлов: сушильной камеры с нагревателем и блока управления (микропроцессора) со взвешивающим устройством. Программное обеспечение позволяет работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Результаты выводятся на индикатор с точностью до 0,01%.
Влагомер зерна Фауна
Влагомер зерна Фауна – это специализированный портативный аппарат с автоматической термокомпенсацией температуры, предназначенный для определения влажности до двух десятков зерновых, зернобобовых и масличных культур. При необходимости, после выполнения индивидуальной градуировки, можно работать и с наименованиями, не входящими в базовый перечень. Анализатор компактный (помещается на ладони), весит всего 330 г., имеет автономное питание от батареи 9В, поэтому применяется в полевых условиях, на токах, в хранилищах и во всех других случаях, когда надо быстро определить влажность зерна на месте взятия пробы.
Аппарат работает по диэлькометрическому методу. Диапазон влажности составляет от 4,5% до 35,0% для зерновых и зернобобовых, от 6,5% до 20,0% для масличных культур. Время непосредственного измерения – 12 секунд.
Не смотря на большое число разнообразных методов определения влажности, в настоящее время на производстве все большее распространение получают анализаторы двух видов – универсальные лабораторные, работающие по гравиметрической технологии, и специализированные портативные, в которые реализованы кондуктометрический или емкостный способы. Эти приборы просты в обслуживании, выдают довольно точные результаты в течение короткого времени и могут работать автономно, что чрезвычайно важно в промышленных условиях.
Влажность зерна необходимо как можно скорее после уборки привести к кондиционной. В зерне с избыточной влажностью развиваются болезнетворные бактерии и вредные насекомые.
Как понять, что влажность зерна опасна для урожая, и как определить, достаточно ли сухое зерно получено после обработки в зерносушилке? На помощь зернопроизводителям в этих вопросах приходят специальные приборы для измерения уровня влажности.
Влажность зерна: почему это важно?
- Во-первых, влажное зерно способно к самосогреванию. Оно может привести к сгоранию зерна.
- Во-вторых, влажность создаёт комфортные условия для размножения болезнетворных бактерий и насекомых-вредителей.
- В-третьих, чем больше влажность зерна, тем меньше срок его хранения, и тем хуже оно сохраняет качество.
Всё это влияет на стоимость зерна, поэтому важно как можно быстрее и точнее оценить степень влажности урожая.
Виды измерителей влажности зерна
По способу измерения влагомеры могут быть:
погружными, или поточными,
Первые работают при погружении чувствительного элемента в зерновую массу, а вторые имеют контрольную ёмкость, в которую засыпается зерно для анализа.
По принципу действия различают следующие виды измерителей влажности.
Гравиметрические влагомеры для зерна
Очень простой вариант измерителя влажности, не требующий сложных настроек и не зависящий от вида и сорта зерна.
Точность измерения такого прибора максимальна; погрешность составляет всего 0,0005-0,5 %. Единственный недостаток – скорость. Замер влажности занимает несколько часов, поэтому такой влагомер подходит не всем. Его не получится встроить в автоматизированную систему управления зерносушилки. Такие приборы используют в лабораториях.
Кондуктометрические влагомеры для зерна
Влагомеры такого типа определяют влажность по степени электропроводности зерновой массы. Это бюджетный вариант влагомера, который быстро выдаёт результат, однако на этом его достоинства заканчиваются. Погрешность измерения такого датчика достигает 2 %, а в некоторых случаях, когда появляются дополнительные факторы, она может быть и выше. Такие влагомеры не устанавливают в зерносушилках.
Диэлькометрические измерители влажности зерна
Принцип работы диэлькометрических датчиков для зерна также основан на электрических явлениях. Влагомеры такого типа обладают небольшой погрешностью: от 0,3 до 1 %. Диэлькометрические измерители используют в зерносушилках, но и у них есть недостаток. Они зависят от сорта зерна, что не очень удобно, если вы работаете с разными культурами. К тому же, показания таких влагомеров сильно зависят от температуры, поэтому требуется дополнительная обработка результатов.
СВЧ-измерители влажности зерна
СВЧ-влагомеры анализируют изменение характеристик электромагнитных волн в массе зерна. Они имеют небольшую погрешность: от 0,1 до 0,3 %. СВЧ-датчики не зависят от вида зерна. Такие измерители чаще всего устанавливаются в зерносушилках. По сравнению с другими влагомерами они более дорогостоящие и имеют более жёсткие требования к условиям работы.
Измерители влажности зерна: как выбрать?
Выбирая поточный измеритель влажности, обязательно обратите внимание на следующие характеристики.
Диапазон измерения
Оптимальным является диапазон от 5 до 40 %. В этом диапазоне находятся рекомендуемые значения влажности для закладываемого на хранение зерна различных культур. Собранное с полей зерно также обычно имеет уровень влажности в этом диапазоне.
Погрешность
Как у любого датчика, у измерителя влажности есть погрешность. Чем она меньше, тем лучше, но тем и дороже оборудование. Приемлемым для использования сельхозпроизводителями считается значение погрешности, равное 1 %.
Универсальность
Лучше выбирать измеритель, который может переключаться между разными типами культур, либо вообще не имеет привязки к этой характеристике.
В конвейерных зерносушилках ASM-AGRO устанавливаются влагомеры непрерывного действия, которые позволяют следить за влажностью в режиме реального времени на дисплее пульта управления. Это экономит время и силы оператора зерносушилки, так как ему не нужно вручную производить забор зерна и измерение влажности. Обычно влагомеры устанавливаются в месте выгрузки зерна из сушилки. Дополнительно можно установить датчик для измерения уровня влажности зерна на загрузке.
Читайте также: