浮地式粮食水分在线检测装置设计与试验

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．032*浮地式粮食水分在线检测装置设计与试验麦智炜李长友徐凤英方壮东(华南农业大学工程学院，广州510642)摘要:基于非接触式平行极板浮地电容测量原理，设计了一种适用于恶劣环境的电容式粮食水分检测装置，结合静态批次测量法，以提高测量的重复精度;设计了定位充料器，消除了因堆积方式不同引起空隙率变化对测量造成的误差。采用无线通信技术，实现传感器与计算机客户端的实时数据传输，克服了干燥现场恶劣工况对数据信号传输

2、的影响，适用于干燥机干燥过程中的粮食水分在线实时检测。在连续式干燥机上，在线检测玉米的试验结果显示，温度在15～50℃，相对湿度在80%～100%，玉米含水率范围在14%～21%动态变化的条件下，在线检测结果与国标规定的烘箱法测量相比，最大偏差小于±0.4%。采用定位充料，批次稳态测量，无线通讯保证了在线检测的精度和可靠性，为实现粮食干燥过程自适应控制提供了含水率在线检测技术手段。关键词:粮食水分在线检测设计试验中图分类号:S237文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0207-07动、含杂率变动都给

3、检测精度及可靠性造成很大困引言难。针对电容方式在线测量特定的技术问题，如建［13］我国在粮食干燥模型解析理论及控制技术领域立定流量条件下传感器震荡频率，探索介电损耗［21－22］［23－28］的研究，揭示了粮食水分结合能及干燥系统热能结因数，改进极板结构，检测与控制进行了［1－3］［29－31］构，指明了利用客观干燥势实现高效节能的技系统的研究，至今作为可靠技术产品在线应用［4－6］［7－8］术途径，开发了粮食干燥自适应控制系统，的范例极缺，检测精度及可靠性受粮食流态波动影但可靠的水分在线检测仍是实现技术应用的难点之响极大

4、。为此，本文设计一种非接触平行极板浮地一。水分含量关系到粮食的物理与化学性质，是评电容式粮食水分在线测量装置，采用定位充料，批次价产品质量的一个重要指标，也是实现干燥过程调稳态测量，无线通讯确保在线检测精度及仪器检测控，节能降耗工艺设计必不可少的关键参数之一，但的可靠性，并进行生产应用试验验证。目前仍然缺少准确度高、稳定性好的在线水分检测1系统硬件构成装置和技术。围绕微波法、红外法、电学法、压力法［9－12］等开发在线检测仪已进行大量的尝试。微波、粮食电容式水分在线检测系统构成如图1所红外和电容法共同的缺点是受粮食的形状、

5、厚度、密示。［13－18］度以及粒体内部的水分分布影响较大，在高粉尘环境及谷物水分波动较大时的检测精度较低，中子法测量的最大的问题是氢的散射特性不稳，中子计数比与谷物容积含水率关系的变化规律因粮食的［19］品种而异，不同时期、不同品种的粮食也不相同。采用中子法测量粮食含水率时必须对每一批物料作图1系统构成Fig．1Compositionofsystem相应的预处理工作，技术尚不成熟。基于电阻法开［20］发了高精度的粮食含水率单粒在线检测仪，但可定位充料器安装在干燥机出粮口附近，出粮口靠的在线采样问题困扰着技术的应用。粮食干

6、燥系的一部分粮食会落入并填满定位充料器，定位充料统存在诸多不确定因素，高温、高湿、高粉尘、流态波器的排料滚轮把粮食匀速稳定地送进电容传感器，收稿日期:2014-02-08修回日期:2014-05-17*高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20114404110021、20060564003)作者简介:麦智炜，博士生，主要从事农产品物性检测研究，E-mail:m060401819@163．com通讯作者:李长友，教授，博士生导师，主要从事农业装备技术研究，E-mail:lichyx@scau．edu．cn208农业机械学

7、报2014年保证传感器内粮食在同一含水率下的空隙率保持一致。电容传感器顶部有电容式接近开关，当粮食装满传感器后，接近开关向单片机(MCU)输出信号，此时MCU通过电容数字转换电路(CDC)和温度数字转换电路(TDC)记录被测粮食的电容值和温度值并计算出对应的含水率。测量结束后MCU启动排粮电磁铁，打开排粮侧板，把已测粮食排出传感器，系统进入下一次测量。测量过程中传感器测量结果通过无线模块实时发送至计算机，实现用户远程监控。2水分在线检测装置设计2.1电容传感器结构在电场形式确定后，影响测量电容的主要因素是被测粮食的介电常数

8、，介电常数是被测粮食分子在电场中发生极化现象的宏观表现。假设电容的测量容腔内均匀装满粮食，容腔内电场线均匀分布，则可以把电容测量容腔内的粮食视为干空气、水、碳水图2电容粮食在线检测传感器结构化合物3种物质的混合物。空气和碳水化合物为低Fig．2Structureofcapacitivesensor损耗介