Краткий обзор методов определения влажности зерна

Определение влажности зерна имеет большое значение для его закупки, переработки, хранения и транспортировки. В Китае несовершенные методы определения приводят к тому, что ежегодно десятки миллиардов цзиней зерна плесневеют и портятся при хранении и транспортировке из-за избыточной влажности — это огромные потери. Поэтому влажность зерна является важнейшим показателем качества, контролируемым зерновыми ведомствами в стране и за рубежом. Сегодня мы кратко рассмотрим методы определения влажности зерна, которые применялись:~

Понимание влажности зерна

По физической природе вода в зерне делится на свободную(несвязанную) воду и связанную воду (кристаллизационную). Свободная вода удерживается физической адсорбцией в капиллярах и молекулярных промежутках внутри зёрен; связанная вода химически адсорбирована в клетках и молекулярных структурах зерна. Свободная вода ведёт себя как обычная вода и сильно влияет на качество зерна — под влажностью зерна понимают содержание свободной воды.

Методы определения влажности зерна

За последние20 лет технология определения влажности зерна развивалась быстро, постоянно появлялись новые методы и идеи. Основные методы перечислены ниже.

Прямые методы удаляют воду из зерна непосредственно высушиванием или химическими средствами для определения абсолютного содержания влаги. Они обладают высокой точностью, но требуют много времени и непригодны для онлайн-испытаний.

Косвенные методы определяют влажность путём измерения связанных физических величин(таких как электропроводность или диэлектрическая проницаемость). Как правило, они быстры, легко реализуются в онлайн-режиме и имеют хорошие перспективы развития и применения.

Технологии косвенного измерения влажности зерна

Кондуктометрические влагомеры построены на принципе, согласно которому проводимость или сопротивление постоянному току объекта изменяется в зависимости от содержания влаги, а влажность определяется по изменению проводимости. Преимущества — простая конструкция, быстрый отклик и низкая стоимость; недостатки — обычно требуется размолоть зерно и спрессовать его в форму и размер заданной величины, непригодность для следовой или очень высокой влажности, а также чувствительность к условиям контакта электродов с образцом, что влияет на точность.

Ёмкостный метод использует различия диэлектрической проницаемости веществ. При комнатной температуре диэлектрическая проницаемость воды значительно выше, чем у других веществ(вода: 81; зерно: около 2–5). С ростом влажности диэлектрическая проницаемость соответственно увеличивается, поэтому измерение диэлектрической проницаемости даёт содержание влаги. Конструкция электродов зависит от измеряемого материала — в основном плоские и цилиндрические. Ёмкостное измерение является бесконтактным, надёжным, простым, экономичным, удобным в обслуживании, пригодно для онлайн-испытаний и хорошо подходит для материалов с высокой влажностью. Его недостатки — множество влияющих факторов и сложная обработка данных. В бывшем Советском Союзе 43 % влагомеров зерна использовали ёмкостный метод; современная точность достигает 0,5 % при времени измерения менее 5 минут.

Инфракрасный абсорбционный влагомер основан на законе Бера: вода сильно поглощает инфракрасное излучение на длинах волн1,64 мкм или 1,94 мкм. Поскольку материалы с различным содержанием влаги поглощают разное количество энергии на определённых длинах волн, измерение поглощения позволяет определить влажность. Конкретные реализации включают отражение, пропускание и комбинированное отражение-пропускание; отражательный тип в основном применяется для зерна. Он обеспечивает бесконтактную работу, быстроту, непрерывное измерение, широкий диапазон, высокую точность и хорошую стабильность, позволяет измерять проводящие материалы и достигает точности до 0,1 %. Его недостатки — чувствительность к форме, плотности и толщине образца, сложность определения внутренней влаги и относительно высокая стоимость оборудования.

Микроволновый метод рассчитывает влажность по изменению потерь энергии при прохождении сверхвысокочастотной энергии через образец. Диэлектрическая проницаемость воды исключительно высока по сравнению с зерном, а максимум диэлектрических потерь приходится на диапазон УВЧ. Преимущества: бесконтактное измерение, определение абсолютного содержания влаги и непрерывный онлайн-контроль. Недостатки: чувствительность к форме, плотности и толщине, сложная конструкция прибора и высокая цена.

Нейтронный влагомер работает по принципу рассеяния нейтронов. Источник испускает быстрые нейтроны, которые сталкиваются с ядрами водорода в материале и замедляются до тепловых (медленных) нейтронов; измерение плотности медленных нейтронов выявляет общее содержание водорода, а значит и содержание влаги. Это относительно современный онлайн-влагомер, который измеряет точно, не разрушая структуру материала и не влияя на его поток. Его недостатки — необходимость ручной калибровки и нестабильность рассеяния водорода.