水分在线文献综述浅谈

1 研讨背景和含义 
我G自2007年以来,年产粮食总量超越5亿吨,成为世界**大的粮食出产G和花费G。可是在我G,粮食收成后经脱粒、暴晒、贮存、运送、加工、花费等进程,丢掉率抵达18%,这一数字远超越了联合G粮农组织约束的标准值5%。粮食水分是影响粮食质量的主要要素,也是粮食贮存、收买、加工、运送环节中有必要查看的主要目标。在我G,每年由于粮食水分含量过高构成数百亿吨粮食在贮存或运送中腐朽蜕变,粮食水分查看技术手法的不完善、禁jue确是构成这一丢掉的主要原因。 
单调是减少谷物因水分含量过高而腐朽蜕变**行之有效的方法。长期以来,人们广泛选用的单调方法是天然单调,即依托阳光人工暴晒。如今我G的谷物机械化单调率仅占总产量的1%,与世界发达G家的95%相差甚远,谷物单调机械化亟待敏捷打开。不论是人工暴晒,仍是机械化单调,都对水分查看提出了很高请求。只有使谷物水分降到安全标准以下,才干确保在贮存、运送等进程中不发生腐朽蜕变;可是,谷物水分含量过低又会损坏谷物的有机物质,影响谷物的营养成分和质量,因此对谷物水分含量做出精确查看**关主要。 
 
2 水分查看方法总述 
跟着近20年以来对谷物水分查看技术的不断研讨,新式谷物水分查看方法和思维层出不穷。各类谷物水分查看方法各具特征,各有好坏,适用于不一样的水分查看请求和场合。谷物水分查看方法可分为无损查看和有损查看。无损查看不损坏谷物自身性状,通过其物理、光学及化学特性来测量水分;有损查看则需要对谷物进行物理损坏或使其发生化学改动而不能坚持原有情况。  
2.1无损查看方法 
谷物水分的无损查看方法shou要包括以下几种:电容法、红外线加热单调法、微波加热法、高频阻抗法、声学法、核磁共振法、射线法和中子法等。 
(1)电容法:电容法依据不一样含水量的粮食其介电常数不一样的原理, 来查看粮食水分。依据传感器
结构方法不一样分两品种型, 即量筒或量杯取样传感器平缓板式电容传感器。设在量筒或量杯取样传感器中粮食的装料高度h , 介电常数为Ex , 则电容Cx = C0+ Kch ( Ex- E0 )ln ( b/ a)式中, C0、K c 为常数, E0 为空气介电常数, a 为内圆筒外半径, b为外圆筒内半径。电容量的改动正比于被测样品介电常数的改动。但一方面介电常数的改动与水分含量M 的改动并非线性联络, 即电容量与水分含量的联络为非线性。另一方面, 电容量受温度添加而变大。因此, 在电容法测量水分中, 非线性赔偿和温度赔偿十分主要。对于平板电容器, 设两平板间隔为d , 高为H , 宽为b, 设待测粮食中干物质和水分在电容中的等效高度分别为H 1、H 2 , 相应的等效电容分别为C1 及C2 , 则总电容Cx = C1+ C2= 
H bd( E1H 1H+ E2H 2H) ( 3)式中, E1、E2 分别为粮食中干物质、水分的介电常数。介电常数是随温度变
化的, 水的介电常数尤此。H 1 随粮粒大小及在电容中的充分度而变, 在表观上表现为粮食的容重不 同。因此, 在模型中要引入密度和温度的批改联络。 
特征:电容法水分测量的利益是结构相对简略、价格便宜。缺点是受温度影响大, 且无法在线查看高水分粮食。电容法归于非触摸测量,本钱较低,维护便当,适用于在线测量,但查看进程
中受谷物品种、密度、环境温湿度等要素影响,安稳性较差,难以获得精确的查看模型。 (2)红外线加热单调法和微波加热法:红外加热单调法通过红外辐射发生与水的吸收峰值波长相匹配的波长,使水分子剧烈运动升温然后加速单调。微波加热运用微波炉磁控管发生的超高频率微波使谷物中水分子发生敏捷振动和抵触来去掉水分。 
特征:这两种加热法比照传统烘干法能缩短时间,减小能耗,且具有很高的精度。红外法的shou要影响要素为温度和加热时间,微波法的shou要影响要素为微波炉功率、谷物质量、密度和介电特性等。 
(3)高频阻抗法:导电浴盆效应是指谷物在特定频带的交流电场鼓舞下,阻抗值呈现**小值的特性。该频带称为谷物水分的活络频带,谷物的水分含量与其交流阻抗呈对数联络,高频电阻法运用这一特性进行谷物水分测量。 
特征:高频阻抗法查看速度快,精度较高,过失影响要素相对较小,但不适用于在线测量。 (4)声学法:声学法运用活动谷物磕碰发生的噪声来测量水分。研讨标明:谷物籽粒的弹性和振动特性与水分含量有关,不一样水分含量的谷物在活动进程中磕碰时会发生不一样频率和振幅的声波。运用籽粒磕碰发生的声波的声压级、频率和谷物含水率之间的联络,可以进行含水率的查看。 #p#分页标题#e#
特征:声学法重复性好,反应敏捷,可进行在线测量;受噪声、籽粒大小与形状的影响,噪声信号的屏蔽是其**shou要的疑问。 
(5)核磁共振法:核磁共振法通过测定物质在电磁场中对射频辐射的能量吸收强度来测量水分。在高磁场中,原子核自旋从头取向对特定频率的射频辐射吸收能量发生能级跃迁现象,吸收能量的多少与物质中的核子数有关。 
特征:核磁共振法查看速度快、精度高、计划宽,能差异自在水和结合水,但查看设备本钱宝贵,维护费用高,且查看前需通过精确标定。 
(6)射线法:射线法shou要包括红外线反射光谱法和微波吸收法。红外线法运用朗伯比尔规矩,即不一样分子对不一样波长的红外线光具有不一样特征的吸收。物质水分含量不一样,对不一样红外线辐射的吸收能量也不一样,红外线法通过查看谷物的吸光度来得到谷物的水分值。微波法运用微波作用下,谷物中的水分吸收微波能量,或发生微波空腔谐振这一特性来查看水分。谷物的介电特性值 shou要由谷物中水的介电特性决议,水分子在微波场作用下极化,表现出对微波的格外活络性,在超高频计划内水的介电损耗有**大值。吸收的能量及发生的谐振频率与相位随谷物水分含量改动而改动。 
特征:红外线反射光谱法查看敏捷、简略、连续性好,但归于表面查看技术,难以反映谷物内部真实水分;微波吸收法活络度高、速度快,易于完结在线无损查看,但其查看下限不可低,易导致驻波烦扰。两种方法的精度都遭到谷物籽粒大小、形状和密度的影响。 
(7)中子法:中子法运用慢中子探测器中发生的电压脉冲个数与谷物水分值有关这一原理来查看水分。谷物的水分含量取决于其含氢量。中子源发生的快中子在运动进程中与谷物中的氢原子磕碰,发生散射减慢速度成为慢中子,计算探测器中慢中子的密度即可反映出谷物的含氢量,从而对应得到谷物的水分含量。 
特征:中子法的突出利益是高水分段活络度高,且对冰冻情况谷物仍可以查看水分;不足之处在于氢的散射性不可安稳,不一样品种、产地谷物对计数比的影响差异较大,测定前需要进行人工标定并采纳防护。  
2.2有损查看方法 
谷物水分的有损查看方法shou要包括以下几种:烘箱法、敏捷失重法、减压单调法、直流电阻法、甲苯蒸馏法、卡尔费休法和压力法等。 
(1)烘箱法:烘箱法shou要包括105℃恒重法、130±2℃电烘箱法和双烘法。105℃恒重法选用略高于水沸点的温度(105±2℃)对定量损坏的谷物样品加热,使其水分悉数蒸腾,依据谷物质量丢掉来计算水分值。130±2℃电烘箱法选用较高的烘干温度对一定的谷物样品加热一定时间,依据质量丢掉来计算水分值。双烘法shou先将谷物整粒样品送入105℃的烘箱中烘干30分钟,取出冷却后称重并损坏样品,再运用105℃恒重法进行二次烘干测量。 
特征:烘干法选用电烘箱对被测谷物加热使其水分蒸腾,通过其烘干前后质量改动 来计算水分值。烘干法需要较长的查看时间,但作为实验室查验方法具有很高的精度, 一般用作其他水分查验方法的标定。其间105℃恒重法称为标准法,双烘法用于高水分 含量谷物的测量。 
(2)敏捷失重法:敏捷失重法将谷物置于其极限失重温度下烘干,极限失重温度是在不影响谷物组分条件下谷物所能接受的**高烘干温度。 
特征:比照于其他标准烘干法,敏捷失重法能缩短烘干时间,可用于全部粉体物料的水分查看,如今该方法shou要用于玉米的水分查看。 
(3)减压单调法:减压单调法运用真空处理技术,在抽成真空的密闭容器内对损坏谷物样品在较低温度下加热单调,并选用细微分量测定和数据处理方法测定水分。 
特征:减压单调法可靠性高,不受谷物形状影响,shou要用于0.01%~10%的微量水分查看,不能用于在线测量。 
(4)电阻法:电阻法是**早工业化运用的粮食水分非电量的电测方法, 是运用粮食含水量不一样, 其导电率不一样的原理测量粮食水分的方法。许多实践证明,粮食具有明显的电阻特性: 在一定的含水率计划( 9% ~20%) 内, 电阻的对数与含水量近似呈显线性; 温度对电阻的影响表现为粮食的等效电阻随温度添加而减小, 在常温( - 10~+ 50 e ) 条件下, 温升1 e 对电阻的影响相当于其水分量增大011%。电阻法粮食水分测量模型为M= K 1+ K 2 lnRx ( 1)式中, Rx 为测量电阻值; M 为粮食所含水分; K 1、K2 为常数。电阻法的粮食水分测量设备结构简略、价格便宜, 但所测粮食水分计划受限。单调粮食一般为jue缘体, 其直流电阻很大, 例如稻谷电阻为106M M/ cm3 数量级, 而水的电阻为10M M/ cm3 数量级。被测粮食过干以及颗粒过大都会影响测量精度。所以, 直流电阻法测量水分时需对被测粮食颗粒破碎取样。破碎后, 所测数据可以是粮食内部水分信息, 且可以增强测量信号强度, 减小对测量的烦扰, 进步信噪比。为改进测量信号的传输和抗烦扰功用, 电阻法水分测量呈现了许多立异的方法。一种是通过电路计划将测量输出的电阻信号转化为频率信号,通过测频测周方法来测量粮食含水量; 另一种是运用150~ 350kHz 的交流电场鼓舞下粮食呈现的导电浴盆效应, 即存在粮食水分的活络频带,对粮食施加这一水分活络频带的鼓舞信号, 便可完结粮食水分的敏捷查看。 #p#分页标题#e#
特征:低水分段谷物的电阻很大,运用该方法查看信号很弱,适用的查看水分段为10%~20%,查看效果受谷物品种、紧实度、温度和电极间隔的影响。 
(5)甲苯蒸馏法:甲苯蒸馏法运用不溶于水的蒸馏液(甲苯、二甲苯)与查看样品粉末混合构成沸点较低的蒸馏液,蒸馏出样品中的水分,是一种常用的化学测量法。 
特征:查看的效果比一般单调法略高,蒸馏进程中容器壁易附着水分发生一定过失。 (6)卡尔费休法:卡尔费休水分测定法是以甲醇为介质,以卡氏液为滴定液进行样品水分测量的一种化学方法。在甲醇和吡啶环境下,水与碘及亚硫酸发生定量化学反应,通过查看碘的消耗量来查看水分含量。 
特征:卡尔费休法查看精度很高,可测量微量水分,常作为许多物质水分的标准测定方法,但其查看试剂本钱较高,设备较复杂。 
(7)压力法:压力法也称碳化钙法,它运用一定条件下水与碳化钙发生化学反应生成乙炔,而乙炔气体的压力与水分含量呈线性联络这一原理来进行水分查看。 
特征:碳化钙法操作便当,可用于现场敏捷查看,如今shou要用于土壤、混凝土及混凝土制品水分查看方面。  
3 G外研讨概略 
G外对于谷物水分查看技术的研讨起步比照早,研讨计划也比照广,对于谷物水分查看的各项技术和方法均有研讨和运用。电测法是谷物水分查看技术中研讨得**早也运用得**为广泛的方法。前苏联研制的谷物水分仪中,选用电容法原理的约占43%,日本在1984年研制了在线电导式水分仪,芬兰在1987年出产的依据电容法原理的WILE100水分仪可用于谷物、豌豆等作物的水分查看。美G帝强公司(DICKEY-JOHN)自上世纪70年代起初步研制电容式的谷物水分仪,如今推出的GAC2100系列和GAC500系列高精度谷物水分仪能抵达查看精度±0.1%,测水计划5%~45%,重复率±0.1%。射线法也是谷物水分查看*域运用得较多的方法之一。 
这些年,依据红外线法的水分仪研讨打开敏捷,产品有比如美GZeltex公司出产的ZX880近红外查看仪、英G红外工程有限公司出产的SM4红外水分仪、日本千野制作所研制的IR-AM300水分仪等。依据微波法和无线电波法原理的水分查看仪器有日本地崎电机制作所开发的UAM-100在线微波水分仪、瑞典出产的Aquamatic 5100型敏捷水分分析仪和美GJOINT SYSTEMS公司出产的M100微波水分仪等。中子法作为水分查看中的一种**方法,其研讨也起步较早。上世纪40年代中子式水分仪率先在美G研讨成功,日本于50年代也初步运用中子式水分仪并于60年代初步研制产品。随后,前苏联、英G等世界各G也相继开宣告各种用途的中子式水分仪,中子式水分仪完结产品化并逐渐向智能化方向打开。对于减压单调法、卡尔费休法等其他水分查看方法,日本等发达G家也有比照**的研讨效果。日本运用减压单调原理研制的VME型水分仪可用于低水分段的测量,测量精度为±0.01%,测水计划为0.01%~10%。日本京都电子运用卡尔费休法研制的MKS-500水分仪测量精度为±0.015%,测水计划为10%~100%。此外卡尔费休法水分仪的代表产品还有瑞士万通公司出产的V20/V30系列水分仪。  
4 G内研讨概略 
我G从上世纪50年代起初步对谷物水分查看技术进行研讨,shou要方法会集在电容法和电导法上。上世纪50年代出产的LSKC-4型和LSK-1型水分仪,查看精度可达±0.5%,但由于遭到谷物类型、温度赔偿要素影响未大计划推广。 
80年代以来跟着智能传感技术的打开,谷物水分查看技术的研讨步入了新的时期。如今G内选用电容法研制的谷物水分仪产品较多,例如上海SWS-**型粮食水分测定仪、哈尔滨WS-1型粮食温度水分检验仪、黑龙江DLS-3A型电脑粮食水分仪等,其查看精度一般抵达±0.5%,重复率为0.2%,查看时间小于5min,但与发达G家出产的同类产品比照,G产水分仪在查看精度和查看计划方面还存在间隔。一同G内对射线法、中子法等水分查看技术方法也打开了有关研讨并开发了有关查看仪器,例如深圳后**电子科技有限公司研制的SF-60红外敏捷水分测定仪、深圳冠亚电子出产的SFY-60系列粮食敏捷水分测定仪、江苏精泰公司出产的JT-100/60红外水分测定仪等。对于中子法现时期我G也现已开发了六、七种不一样方法和用途的新产品,例如南京大学研制的刺进式SHD-1中子水分仪可用于玉米水分的测定。 
对于测量微量水分有很高精度的卡尔费休法,G内许多科研单位及公司也研制了许多产品,例如北京前驱威锋技术公司的ZDJ-1S型全自动卡氏微量水分测定仪、淄博库伦仪器分析有限公司的SF系列微量水分测定仪、上海禾工科学仪器有限公司的AKF系列卡尔费休水分测定仪等。但由于卡氏查看法试剂宝贵,本钱很高,如今shou要用在油料、化学制剂及药物制剂等的水分查看方面。 #p#分页标题#e#
在G内,虽然对于除电测法以外的其它水分查看方法也有所研讨,但为了完结谷物水分实时在线查看,使水分查看向通用化或专门化、智能化方向打开,对于电容式传感器的影响因
素和电容式水分在线查看系统的研讨偏多。李庆忠等建立了检验频率与谷物含水率之间的数学联络模型,研制了一种不受谷物堆积密度影响的在线查看系统,该系统经实验**大过失计划为±0.7%。曹云东等研制了一种依据电容式传感器的在线水分测控系统,具有线性和温度批改功用并能完结实时控制与报警。翟宝峰等分析了电容法水分查看技术的影响要素,选用多传感器查看方法搜集各参数数据,并选用人工神经网络数据融合方法对数据进行了分析。滕召胜等研制了一种可用于粮食单调机的水分在线查看系统,系统选用多路水分传感器进行实时测量并选用信息融合算法进行处理。裘揆等研制了一种分别选用三个独立电路测量电容、质量和温度参数的种子含水率测量系统,分析了不一样温湿度对电容测量的影响。刘佳等选用有限元方法仿照分析了圆筒式电容传感器的不一样极板直径、长度、厚度、间隔、个数对传感器极板间场强散布的影响,找到了场强随这些参数的改动规矩,对电容式传感器进行了结构优化并通过实验分析计划了一种多层电容模型,举荐了**佳标准。