Влияние объёмной плотности зерна пшеницы на точность измерения его влажности сверхвысокочастотным методом

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.

1. Ковалева 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/yirisj

2. Каландаров П. И. Термогравиметрический метод измерения влажности: оценка точности и эффективность применения в агропромышленном комплексе. Метрология, (2), 44–62 (2021). https://doi.org/10.32446/0132-4713.2021-2-44-62

3. Nelson 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/10.13031/2013.29637

4. Федоткин И. М., Клочков В. П. Физико-технические основы влагометрии в пищевой промышленности. Техника, Москва (1974).

5. Махмудов М. И. Микропроцессорный СВЧ прибор для измерения влажности зерна: автореферат дис. канд. техн. наук. Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Ташкент (2000).

6. 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/jbifvv

7. Iskandarovich 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/ICISCT52966.2021.9670425

8. Каландаров 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/oidrqc

9. Абдыкадыров 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).

10. Смирнова В. В., Сидельникова Н. А., Масловская Н. А., Перепелица Ю. С. Оценка технологических свойств зерна пшеницы. Главный агроном, (9) (2020).

11. Трухачев В. И., Кирюшин В. И. Методы и средства контроля качества зерна. Лань, С. Петербург (2011).

12. 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.2009.10.029

13. Atalay 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/10.1080/08327823.2004.11688507

14. Ковалёва А. А., Саитов Р. И., Запорожец А. С., Парфёнова Е. Г. Сверхвысокочастотный влагомер зерновых культур. Измерительная техника, (10), 24–27 (2016). https://elibrary.ru/wxgjft

15. Лисовский 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/2033

16. Саитов 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/10.24411/2076-4766-2017-10408

17. 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).

18. Лисовский В. В. Микроволновые методы и приборы для точного измерения влажности в свеклосахарном производстве. Stiinta Agricola, 26(2), 55–59 (2017). https://elibrary.ru/msolhh

19. Хаммуд Ф. М., Герасимов В. П., Гордиенко Ю. Е. СВЧ диэлектрическая проницаемость дисперсных влагосодержащих сред. Радиофизика и радиоэлектроника, 10(3), 334–340 (2005).

20. 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/mgomxk