izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-5-105-113izmertech-2436Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯPHYSICOCHEMICAL MEASUREMENTSВлияние объёмной плотности зерна пшеницы на точность измерения его влажности сверхвысокочастотным методомThe infl uence of bulk density of wheat grain on the accuracy of moisture measuring by the microwave methodhttps://orcid.org/0000-0002-8199-7484КаландаровП. И.KalandarovP. I.

Палван Искандарович Каландаров

Ташкент

Palvan I. Kalandarov

Tashkent

eest_uz@mail.ruСаидориповЛ. Ф.SaidoripovL. F.

Лазизбек Фуркатжанович Саидорипов

Ташкент

Lazizbek F. Saidoripov

Tashkent

iskandarov822@bk.ruИскандаровБ. П.IskandarovB. P.

Ботирбек Палванович Искандаров

Ташкент

Botirbek P. Iskandarov

Tashkent

iskandarov822@bk.ruНациональный исследовательский университет «Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства»УзбекистанNational Research University “Tashkent Institute of Irrigation and Agricultural Mechanization Engineers”UzbekistanУзбекский национальный институт метрологииУзбекистанUzbek National Institute of MetrologyUzbekistan202514112025745105113Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2436

Рассмотрено влияние объёмной плотности зерна пшеницы (плотности зернового материала) на точность измерения его влажности сверхвысокочастотным методом. Сверхвысокочастотный метод измерения влажности основан на амплитудной диэлькометрии, при которой анализируется ослабление электромагнитной волны, проходящей через зерновой материал. Разработан однопараметрический влагомер, работающий на сверхвысоких частотах и предназначенный для применения на зерноперерабатывающем производстве. Приведена структурная схема влагомера и описаны принципы его функционирования. В конструкции прибора реализована математическая модель, учитывающая электрофизические свойства зернового материала и особенности его взаимодействия со сверхвысокочастотным излучением на фиксированной частоте. Изготовлен опытный образец прибора, который испытан в реальных производственных условиях. Исследован зерновой материал различной плотности: 87, 116 и 145 кг/м3. Экспериментально установлено, что с уменьшением плотности зернового материала увеличивается относительная погрешность измерений его влажности, особенно при влажности более 14 %: при влажности 18 % и плотности зерна 145 и 87 кг/м3 относительная погрешность измерения составила 9,8 и 44,7 % соответственно. Рассчитанные частные производные амплитуды измерительного сигнала влагомера по плотности значительно выше в условиях высокой влажности, что указывает на сильную зависимость показаний влагомера от плотности материала в этих условиях: при высокой влажности даже небольшое изменение плотности может существенно увеличить погрешность измерения. Представлены графики зависимостей амплитуды сигнала влагомера от влажности при различных значениях плотности и результаты регрессионного анализа, подтверждающие необходимость учёта плотности при градуировке прибора. Оценены абсолютные и относительные погрешности измерения влажности в зависимости от плотности зернового материала. По итогам исследований подтверждена эффективность и сверхвысокочастотного метода экспресс-оценки влажности, и разработанного влагомера при условии корректировки влияния плотности.

The effect of the density of wheat grain on the accuracy of measuring its moisture content by the ultra-high frequency method is considered. The method is based on amplitude dielectric metrology, in which the attenuation of an electromagnetic wave passing through the grain is analyzed. A single-parameter moisture meter operating at ultra-high frequencies and intended for use in grain processing production has been developed. The structural diagram of the moisture meter and the principles of its operation are presented The device's design incorporates a mathematical model that takes into account the electrophysical properties of grain material and its interaction with ultra-high frequency radiation at a fixed frequency. A prototype of the device has been manufactured and tested in real production conditions. Grain with different densities, such as 87, 116, and 145 kg/m3, has been investigated. It has been experimentally established that as the grain density decreases, the relative error in measuring its moisture content increases, especially at high moisture contents exceeding 14 %. At a moisture content of 18 % and a grain density of 145 and 87 kg/m3, the relative error in measurement was 9.8 % and 44.7 %, respectively. The calculated partial derivatives of the signal amplitude with respect to density are significantly higher in conditions of high humidity, which indicates a strong dependence of the moisture meter readings on the density of the material in these conditions: even a small change in density can significantly increase the measurement error at high humidity. Graphs of the moisture meter signal amplitude dependence on humidity at different values of density and the results of regression analysis confirming the need to take into account the density during the instrument calibration are presented. The absolute and relative errors of moisture measurement are estimated depending on the sample density. The results of the studies confirm the effectiveness of the ultra-high frequency method of rapid moisture assessment and the developed moisture meter, provided that the infl uence of density is corrected.

зерновлажностьконтрольдиэлькометрический методсверхвысокочастотный метод однопараметрический влагомерgrainmoisturecontroldielectric methodultra-high frequency methodsingle-parameter moisture meterReferencesКовалева А. А., Саитов Р. И., Запорожец А. С., Парфенова Е. Г. Методика градуировки серийных СВЧ-влагомеров. Измерительная техника, (3), 72–76 (2017). https://elibrary.ru/yirisjKovaleva A. A., Saitov R. I., Zaporozhets A. S., Parfenova E. G. Calibration methods for serial microwave moisture meters. Measurement Techniques, 60(3), 305–308 (2017). https://doi.org/10.1007/s11018-017-1191-6Каландаров П. И. Термогравиметрический метод измерения влажности: оценка точности и эффективность применения в агропромышленном комплексе. Метрология, (2), 44–62 (2021). https://doi.org/10.32446/0132-4713.2021-2-44-62Kalandarov P. I. Estimate of precision of thermogravimetric method of measuring moisture content: estimate of precision and effectiveness gained with the use of the method in the agro-industrial complex. Measurement Techniques, 64(6), 522–528 (2021). https://doi.org/10.1007/s11018-021-01963-9Nelson S. O., Trabelsi S. Grain and seed moisture and density measurement through sensing of dielectric properties. Transactions of the ASAE, 53(2), 405–412 (2010). https://doi.org/10.13031/2013.29637Nelson S . O., Trabelsi S. Grain and seed moisture and density measurement through sensing of dielectric properties. Transactions of the ASAE, 53(2), 405–412 (2010). https://doi.org/10.13031/2013.29637Федоткин И. М., Клочков В. П. Физико-технические основы влагометрии в пищевой промышленности. Техника, Москва (1974).Fedotkin I. M., Klochkov V. P. Physico-technical fundamentals of moisture measurement in the food industry. Technika, Moscow (1974). (In Russ.)Махмудов М. И. Микропроцессорный СВЧ прибор для измерения влажности зерна: автореферат дис. канд. техн. наук. Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Ташкент (2000).Makhmudov M. I. Microprocessor-based microwave device for measuring grain moisture: abstract of the dissertation of the Candidate of Technical Sciences. Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Tashkent (2000).Каландаров П. И., Икрамов Г. И. Оценка эффективности примен ения информационно-измерительной системы контроля температуры и влажности зернопродуктов. Измерительная техника, (4), 23–30 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-4-23-30 ; https://elibrary.ru/jbifvvKalandarov P. I., Ikramov G. I. Evaluation of the effi ciency of an information and measuring system for monitoring the temperature and humidity of grain products. Measurement Techniques, 66(4), 237–243 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02216-7Iskandarovich K. P., Mamurovich M. Z., Egambergonovich A. N., Ugli A. H. H. Information and measurement control systems for technological processes in the grain processing industry. International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT 2021), pp. 500–504 (2021). https://doi.org/10.1109/ICISCT52966.2021.9670425Iskandarovich K. P., Mamurovich M. Z., Egambergonovich A. N., Ugli A. H. H. Information and measurement control systems for technological processes in the grain processing industry. International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT 2021), pp. 500–504. https://doi.org/10.1109/ICISCT52966.2021.9670425Каландаров П. И. Высокочастотный влагомер для измерения влажности зерна и зернопродуктов. Измерительная техника, (4), 65–71 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-65-71 ; https://elibrary.ru/oidrqcKalandarov P. I. High-frequency moisture meter for measuring the moisture content of grain and grain products. Measurem ent Techniques, 65(4), 297–303 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-022-02082-9Абдыкадыров А. А., Каландаров П. И., Икрамов Г. И., Куттыбаева А. Е. Автоматический сверхвысокочастотный влагомер для твердых дисперсных материалов: пат. Республики Казахстан на полезную модель KZ 9179 (2021).Abdykadyrov A. A., Kalandarov P. I., Ikramov G. I., Kuttybaeva A. Y. Automatic ultra-high frequency moisture meter for solid dispersed materials. Utility model KZ 9170 (2024).Смирнова В. В., Сидельникова Н. А., Масловская Н. А., Перепелица Ю. С. Оценка технологических свойств зерна пшеницы. Главный агроном, (9) (2020).Smirnova V. V., Sidelnikova N. A., Maslovskaya N. A., Perepelitsa Yu. S. Assessment of the technological properties of wheat grain. Chief Agronomist, (9) (2020). (In Russ.)Трухачев В. И., Кирюшин В. И. Методы и средства контроля качества зерна. Лань, С. Петербург (2011).Trukhachev V. I., Kiryushin V. I. Methods and means of grain quality control. Lan, St. Petersburg (2011). (In Russ.)Issa S., Boussetta N. Infl uence of bulk density and moisture on the dielectric properties of cereals in RF and microwave ranges. Journal of Food Engineering, 97(3), 404–413 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.10.029Issa S., Boussetta N. Infl uence of bulk density and moisture on the dielectric properties of cereals in RF and microwave ranges. Journal of Food Engineering, 97(3), 404–413 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.10.029Atalay Kocakusak, Bektas Colak, Selcuk Helhel. Frequency dependent complex dielectric permittivity of rubber and magnolia leaves and leaf water content relation. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, 50(4), 294–307 (2016). https://doi.org/10.1080/08327823.2004.11688507Atalay Kocakusak, Bektas Colak, Selcuk Helhel. Frequency dependent complex dielectric permittivity of rubber and magnolia leaves and leaf water content relation. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, 50(4), 294–307 (2016). https://doi.org/10.1080/08327823.2004.11688507Ковалёва А. А., Саитов Р. И., Запорожец А. С., Парфёнова Е. Г. Сверхвысокочастотный влагомер зерновых культур. Измерительная техника, (10), 24–27 (2016). https://elibrary.ru/wxgjftKovaleva A. A., Saitov R. I., Zaporozhets A. S., et al. Microwave moisture meter for cereal grains. Measurement Techniques, 59(10), 1056–1060 (2017). https://doi.org/10.1007/s11018-017-1091-9Лисовский В. В., Булко М. И. Автоматический контроль влажности сельскохозяйственных материалов СВЧ-акустическим методом. Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 23–24 ноября 2017 г., БГАТУ, Минск, с. 330–334 (2017). https://rep.bsatu.by/handle/doc/2033Lisovsky V. V., Bulko M. I. Automatic moisture control of agricultural materials by the microwave acoustic method. Energy saving is the most important condition for the innovative development of agriculture: materials of the International Scientifi c and Technical Conference, Minsk, November 23–24, 2017, BGATU, Minsk, p. 330–334 (2017). (In Russ.) https://rep.bsatu.by/handle/doc/2033Саитов Р. И., Абдеев Р. Г., Швецов М. В., Хасанова А. Ф. Абдеев Э. Р, Рукомойников А. А. Математическая модель процесса электромагнитного нагрева многофазного многокомпонентного пласта тяжелой нефти. Вестник академии наук РБ, 29(4(92)), 73–79 (2018). https://doi.org/10.24411/2076-4766-2017-10408Saitov R.I., Abdeev R.G., Shvetsov M. V., Khasanova A.F., Abdeev E.R., Handmoynikov A.A. Mathematical model of the electromagnetic heating process of a multiphase multicomponent heavy oil reservoir. Bulletin of the Academy of Sciences of the Republic of Belarus, 29(4(92)), 73–79 (2018). (In Russ .) https://doi.org/10.24411/2076-4766-2017-10408Tiwari G., Wang S. Design and modeling of radio frequency (RF) heating systems for food processing. Food Science and Technology International, 15(5), 437–448 (2009).Tiwari G., Wang S. Design and modeling of radio frequency (RF) heating systems for food processing. Food Science and Technology International, 15(5), 437–448 (2009).Лисовский В. В. Микроволновые методы и приборы для точного измерения влажности в свеклосахарном производстве. Stiinta Agricola, 26(2), 55–59 (2017). https://elibrary.ru/msolhhLisovsky V. V. Microwave methods and devices for accurate moisture measurement in sugar beet production. Stiinta Agricola, 26(2), 55–59 (2017). (In Russ.) https://elibrary.ru/msolhhХаммуд Ф. М., Герасимов В. П., Гордиенко Ю. Е. СВЧ диэлектрическая проницаемость дисперсных влагосодержащих сред. Радиофизика и радиоэлектроника, 10(3), 334–340 (2005).Hammud F. M., Gerasimov V. P., Gordienko Yu. E. Microwave dielectric constant of dispersed moisture-containing media. Radiophysics and Radio Electronics, 10(3), 334–340 (2005). (In Russ.)Икрамов Г. И.., Каландаров П. И. Измерение влажности зерна и зернопродуктов сверхвысокочастотным методом: влияние неоднородности по плотности зерна на массовое отношение влаги. Измерительная техника, (9), 71–76 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-9-71-76 ; https://elibrary.ru/mgomxkIkramov G. I., Kalandarov P. I. Measurement of grain and grain products moisture content by ultrahigh-frequency method: infl uence of grain density inhomogeneity on the mass ratio of moisture. Measurement Techniques, 65(9), 695–701 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02141-9

The authors declare that there are no conflicts of interest present.