0引言从粮食研究和生产实践经验表明,粮食水分与粮食成熟度、收获的最佳时间、安全包装、人工 干燥的合理性、人为和自然伤害(热伤、霜冻、病虫危害)及机械损伤等因素有密切关系<1>, 所以测定粮食含水率、控制粮食水分是保证粮食质量的关键。随着农业现代化的发展,将普遍采用 机械收获技术。为了避免收获时伤害种子,收获前应先测定种子水分。当种子水分降低、硬度增加 、对机械抗性提高时,才能确定种子的最佳收获时间。在人工干燥种子前,应先测定种子的水分, 再确定种子干燥的温度、时间和分次干燥方法。在加工后也要测定种子的水分,检查水分是否达到 标准。种子包装和贮藏前也要了解种子水分,确保种子的安全包装和安全贮藏,以确定保存时间的 长短。在贮藏期间和调运前也要测定种子水分,以确保种子贮藏期间和运输期间的安全。对绝大多 数种子而言,种子的含水率影响着种子的寿命和活力<2>。1现有含水率检测方法及其原理1. 1卡尔·费休法卡尔·费休法是非水溶液中氧化还原滴定法之一,主要用于测试微量水分。其原理 是:碘将二氧化硫氧化为三氧化硫时需要一定量的水参加反应,从碘的消耗量即可计算出水分含量 。基于此原理研制的水分测试仪由KF试剂滴定装置、稳定电源、微机等组成,是化学法水分测试 仪的代表产品,如德国伯郎罗伯公司研制的连续式微量水分仪。1.2传统的烘干减重法应用设备 有:恒温烘箱、粉碎机、干燥器、干燥剂、天平、样品盒、玻璃瓶、坩埚钳等。恒温烘箱由恒温调 节器或导电表控制,绝缘良好,整个烘箱内各部分温度均匀一致,并使烘箱平台上保持规定的温度 。烘箱内还装有可移动的、多孔的铁丝架及一支精确的温度计,待烘箱预热后,把样品盒放入(样 品需要预先粉碎)。干燥箱内放入干燥剂,以便使样品迅速冷却至大约恒重为止。为了达到精确, 应多次进行试验。1.3电子水分测定方法1.3.1电阻水分测定电阻法亦称电导法,是利用粮 食物料中含水量不同和导电率不同的原理测量粮食水分的方法。电阻法有两种应用形式,即直流电 阻法和交流电阻法。粮食中含水分越高,其导电性越大。当把粮食作为电阻接入电路中时,粮食水 分越低,电阻越大,而电流的强度就越小;反之,则电流的强度就越大。因此,粮食水分与电流强 度呈正相关的线性关系。这样,只要有不同水分的标准样品,就可以得到标准水分与电流量变化的 对应关系,即把电表的刻度转变为相应的水分刻度,或者经门电路转换、数码管显示,就可以直接 读出水分的百分率。国内外研制该型水分测试仪的厂家很多,如欧洲控制公司的CM—4在线木材 水分计,我国国家建材局咸阳陶瓷研究设计院的电导水分快速测定仪,2006年4月农机化研究 第4期-202-1.3.2电容式水分测定电容法是根据不同含水量的粮食其介电常数不同的原 理来检测粮食水分。其优点是结构相对简单、价格便宜;缺点是受温度影响大,且无法在线检测高 水分冷冻粮食(如玉米的水分)。国内该类型检测仪多为在线取样测量,而非在线直接测量。电容 法测量水分是根据传感器结构形式不同分为两种类型,即量筒或量杯取样传感器和平板式电容传感 器。以量筒或量杯取样传感器为例,电容量的变化正比于被测样品介电常数的变化,但介电常数的 变化与水分含量的变化并非线性关系,即电容量与水分含量的关系为非线性:另一方面,电容量也 受温度变化的影响,温度升高,电容变大。因此,在采用电容法测量水分时,非线性补偿和温度补 偿十分重要。在前苏联的谷物水分计中,此类仪器约占43%。此外,美国、德国、日本、荷兰等 国都研制出了各种优良的电容式水分检测仪。我国也有多家单位进行这方面的研究,如上海同济大 学早已鉴定了电容式砂含水率测定仪,成都仪器厂有UHY—21原油水分仪,吉林工业大学、哈 尔滨工业大学、重庆大学、华中理工大学等单位制成了带微机的电容式粮食谷物水分测试仪。1. 4中子法检测中子法水分测试仪是根据水分子里的氢原子对高速中子的减速原理制成的,是一种较 先进的在线水分测试仪。它具有不破坏物料结构和不影响物料正常运行状态等优点,因此引起世界 各国的重视。美国早在20世纪40年代就研制成了中子水分仪;日本于20世纪50年代开始引 进,60年代开始开发这种产品;前苏联、英国等国也相继开发了各种用途的中子水分测试仪并已 商品化,有些产品实现了系列化、智能化;我国在20世纪世纪60年代开始起步,并有近20家 单位进行研制,如南京大学研制了测定玉米水分的中子仪。粮食水分测试仪必须由人工进行标定, 精度受密度、测量体的影响较大。1.5蒸馏法测量蒸馏法是将样品(固液体粉末)与蒸馏液(甲 苯、二甲苯)组成沸点较低的二元共沸体系,将试样中的水分蒸馏出来。基于此所研制的水分测试 仪,其测量结果比一般干燥法略高,但分离出来的水分易粘管壁,产生误差。1.6红外线快速烘 干法红外线和远红外线干燥是利用辐射传热干燥的一种方法。红外线或远红外线辐射器所产生的电 磁波,以光的速度直线传播到被测物料,当红外线或远红外线的发射频率使被测物料中的分子产生 强烈振动时,在物料的内部将发生激烈摩擦产生热而达到干燥的目的。利用红外线灯泡发射的红外 线具有强烈的辐射热和强烈的穿透性,使样品表层和下层的水分同时蒸发,短期时间内就可以测得 其所含有的水分。1.7核磁共振法在一定条件下,由于原子核自旋重新取向的结果是物质在某一 确定的频率上吸收电磁场的能量。该共振频率与原子核的性质以及作用到物质上的外磁场强度大小 有关。改变磁场强度大小可以得到核磁共振的频谱,并能测出在试样中的某种原子核。吸收能量的 多少与试样中所含其它质子的物质有关,并可以按照能量吸收的强度来判断物质的湿度。情况复杂 时,先用信号加以区分,再用核磁共振法对湿度进行测量,最后用荧光屏通过信号强度直接测定其 含水量。1.8在线测量声学方法粮食籽粒的弹性和振动特性取决于粮食含水量。当粮食籽粒碰撞 物体表面而产生振动、发出声音时,不同水分的籽粒在流动过程中碰撞物体表面时产生的声压级不 同。采用声学信号处理方法,对流动谷物碰撞噪声信号的频谱分析和数据处理,建立声压和谷物含 水率之间的数学模型,以统计谷物流动碰撞噪声声压与谷物水分之间的线性关系为基础,来测定谷 物水分。2各种方法优缺点(1)卡尔费休法需要很多的试剂来完成试验,并只能测量含水率在1 %以上的水分样品。用这种方法测量后,种子将无法再使用,但其准确率还是值得信服的。(2) 烘干减重法是检测的基准,正式报告都是采用此种方法。但是其检测时间长,过高的温度会使种子 出现烘焦的现象,种子粉碎过程中也会使种子不可再用。(3)电容法测量物料的含水率的成本低 ,具有灵敏度高、结构简单以及不需破碎物料等优点;缺点是影响测量精度的因素较多,其中物料 的堆积密度、温度及季节性等因素是影响其测量精度的重要因素。(4)电阻值法在测量过程中随 温度的变化而变化,因此在不同的温度条件下测定种子水分,就需要进行温度校正。这种仪器在种 子水分与仪器读数之间没有良好的线性关系。同时在测量的过程中,要求把谷物破碎,否则所测水 分只能简单地反映物料的表面水分。所以,这种水分速测仪不够理想,但是用于粗略估计种子水分 含量,仍然是很有用的。电阻法具有机构简单、价格低廉、测定方便等特点。(5)核磁共振法具 有较高的测量精度,但成本昂贵,不适合在我国农业生产中推广。(6)其他测量方法如微波法、 红外法、声学法补充电阻方法的不足之处,因为电容量与种子水分呈线性关系,测定结果比较准确 ,如果再加上热敏电阻进行补偿,消除温度的影响,将使仪器的测量精度大大提高。随着科学技术的发展,自动化程度会越来越高。粮食含水率检测方法也会随着社会的汽进步,逐渐走向自动化、高精度、无损、快捷的新时代。快速检测粮食含水率的方法@杨玉芬$沈阳农业大学工程学院!沈阳110161
@佟玲$沈阳农业大学工程学院!沈阳110161
@张本华$沈阳农业大学工程学院!沈阳110161快速检测粮食含水率在农业工程中具有十分重 要的意义。迄今为止,国内外对含水率的测量方法和技术已进行了大量的研究和探索。通过参考大 量的文献,对各种方法进行了综合分析,找出了各自的优缺点,以便对粮食含水率的检测方法进行 改进,为粮食含水率快速无损检测提供了新的意见,最后对粮食无损检测的前景进行了展望。
农学 ;;粮食含水率检测;;
论述;;
无损检测<1>杨悦乾,王剑平,王成智.谷物含水率种子法在线测量的可行性研究
.农业工程学报,2000,16(5):99-101.
<2>颜启传.种子学.北京:中国农业出版社,2001.
<3>黄昌勇.土壤学.北京:中国农业出版社,2001.
<4>滕召胜,叶传剑,王大故.新型蔬菜种子水分快速测定仪的研究.农业工程学报,19 99,15(1):90-94.使样品表层和下层的水分同时蒸发,短期时间内就可以测得其所 含有的水分。1.7核磁共振法在一定条件下,由于原子核自旋重新取向的结果是物质在某一确定 的频率上吸收电磁场的能量。该共振频率与原子核的性质以及作用到物质上的外磁场强度大小有关 。改变磁场强度大小可以得到核磁共振的频谱,并能测出在试样中的某种原子核。吸收能量的多少 与试样中所含其它质子的物质有关,并可以按照能量吸收的强度来判断物质的湿度。情况复杂时, 先用信号加以区分,再用核磁共振法对湿度进行测量,最后用荧光屏通过信号强度直接测定其含水 量。1.8在线测量声学方法粮食籽粒的弹性和振动特性取决于粮食含水量。当粮食籽粒碰撞物体 表面而产生振动、发出声音时,不同水分的籽粒在流动过程中碰撞物体表面时产生的声压级不同。 采用声学信号处理方法,对流动谷物碰撞噪声信号的频谱分析和数据处理,建立声压和谷物含水率 之间的数学模型,以统计谷物流动碰撞噪声声压与谷物水分之间的线性关系为基础,来测定谷物水分。2各种方法优缺点(1)卡尔费休
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