新型粮食水分快速测定仪的研究

　　粮食水分检测是粮食收购入库过程中必不可少的常规检验,由于影响因素复杂、难以实现快速准确测量.长期以来粮食与种子收购现场的水分测定一直不能摆脱手搓嘴咬的感官判断方法[1].难以保证国家粮食的征购质量.传统的将含水粮食按照干燥粮食特性与水的物理性质折中考虑的研究方法,不能揭示含水粮食的本质,很难实现对粮食水分的快速准确测量.笔者研究了粮食在无线电频率范围内的导电特性[2]和品种因素对测量准确性与重复性的影响,研制了一种利于快速采样的插杆式水分传感器[3],在此基础上设计了一种现场水分快速测定仪器,其测量误差≤0.5 %,重复性优于0.2 %.

　　1　粮食的导电特性

　　1.1　粮食的阻抗-频率特性

　　对粮食试料在无线电频率范围内施加幅值不变的各种频率信号,其导电能力随激励频率的变化而变化.图1为粮食的阻抗-频率特性,试料为稻谷、小麦、大米.玉米、大豆、菜籽等其它粮食均有类似特性.

　　由图1可见:粮食的阻抗-频率有以下特性:

　　1)当激励信号的频率较低时,粮食的阻抗随频率增加急剧降低;在某一频带,阻抗值最小,随频率的变化极小;之后,随着频率的再升高,阻抗值随之缓慢增加.在无线电频率范围内,粮食的阻抗-频率关系呈浴盆曲线状,本文称之为粮食的导电浴盆效应.

　　2)试料的品种不同,浴盆效应的边沿频率不同,但各种粮食在100～250 kHz频率范围内基本呈最小阻抗状态.施加这一频带的激励信号,粮食水分有最灵敏的反应.这一频带为粮食水分的敏感频带.

　　3)粮食的阻抗与籽粒结构有关,籽粒有壳体的粮食阻抗较大.稻谷有纤维素和矿物质构成的结构坚硬、高度木质化的谷壳,因而阻抗值较大.小麦有纤维素和半纤维组成的皮层,其阻抗值较稻谷小,但比只有果实的大米的阻抗要大.

　　1.2　粮食的阻抗-水分特性

　　图2是依据粮食导电浴盆效应,通过大量试验测量出的粮食的水分含量与其阻抗的关系曲线,试料为稻谷.小麦、玉米、大豆等其他粮食试料的阻抗-水分特性与稻谷类似.由图2可见,粮食的阻抗-水分有以下特性:

　　1)粮食在主要水分含量范围(10 %～20 %),其阻抗-水分特性基本呈对数关系

　　式中a,b均为常数,且0

　　2)阻抗-水分特性受温度影响较大.同一试样,温度越高,阻抗越小.在常温(0～40℃)条件下,温度每升高1℃,对阻抗Zx的影响相当于粮食的水分增加了0.1 %.

　　3)当水分含量较高(>25 %)时,粮食的阻抗趋于自由水阻抗,此时的粮食导电特性基本取决于水的导电特性.