Ренгарт И.И.

ВЛАГОМЕРЫ МИКРОРАРАДАР-
КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ОТ ПРИЕМКИ ЗЕРНА ДО ГОТОВОГО ПРОДУКТА

Контроль качества зерна всегда являлся для России стратегической задачей.

Особое место в показателях качества зерна занимает влажность,как параметр, изменяющийся в процессе хранения и переработки и,во-многом, определяющий потребительские свойства конечных продуктов питания.

Международная Организация Законодательной Метрологии (OIML) в документе International Recommendation OIML R59 “ВЛАГОМЕРЫ ДЛЯ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР И МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ СЕМЯН”дает максимально допустимые погрешности влагомеров для зерна хлебных злаков не более 3 % относительных.Большинство европейских стран уже изменили свои стандарты для приборов контроля влажности зерна в соответствии с этой рекомендацией.

В настоящее время при анализе зерна используются или образцовые методы, или емкостные и инфракрасные влагомеры.Как известно,образцовые методы трудоемки и требуют большого времени,емкостные влагомеры имеют неприемлемую для сегодняшних технологий и не соответствующую указанной рекомендации погрешность в 1-2 % абс..Инфракрасные влагомеры,под которыми мы понимаем приборы инфракрасной сушки (Сарториус,Метлер-Толедо,AD-4712-14 и т.д) не могут использоваться для контроля влажности в потоке.Кроме того,они достаточно дороги и требуют времени для анализа не менее 15 минут , не допуская одновременных параллельных измерений ,что делает их преимущество в быстродействии перед обычными гравиметрическими методами (например, сушкой в СЭШ-3М) сомнительным.Среди приборов для измерения влажности следует отметить и появившиеся в последние годы анализаторы ближней инфракрасной спектроскопии.Такие анализаторы как InfraALYZER-300 B, Trebor GT-90 ,Infratec -1255,InfraAlyzer 400 и др. обеспечивают требуемую погрешность в 0,5 % для муки и целого зерна,есть сообщения об использовании таких анализаторов в потоке.Однако анализаторы этого типа пока чрезвычайно дороги.Кроме того,заложенный в эти приборы чисто эмпирический метод поиска корреляционных зависимостей требует для их градуировки колоссального объема работы и ,даже в этом случае, не дает гарантий при использовании на том огромном разнообразии зерновых,которые выращиваются и перерабатываются в России.

В силу вышесказанного нами была предпринята попытка разработки и постановки на серийное производство микроволновых влагомеров,способных охватить все задачи контроля влажности от заготовки зерна до выпуска готовой продукции.Выбор микроволнового метода в качестве основного базировался на работах [ 1-4] , в которых убедительно доказано,что ослабление радиоволн во влажном зерне имеет чрезвычайно высокую чувствительность к влажности и практически не зависит от примесей,минерального состава и процентного соотношения белков ,жиров и углеводов. Технические возможности метода позволяют без особых трудностей строить на его базе лабораторные ,поточные и переносные влагомеры .[ 5-10]

На рис.1.показаны полученные нами зависимости ослабления микроволн на

частоте 10 ГГц от влажности зерна пшеницы,ржи и пшеничной муки .На рис.2 показаны зависимости показаний одного из первых лабораторных влагомеров МР-101,полученные при испытаниях во ВНИИЗе в 1998 г. .

Рис.1.Зависимость ослабления микроволн от влажности зерна пшпницы,зерна ржи и муки.

Рис 2. Одни из первых корреляционных кривых ,полученных во ВНИИЗе в 1998 г.

Из рис.2 легко видеть,что в пределах случайной ошибки зависимости практически совпадают.

На рис.3 показаны зависимости ослабления от влажности для семян гречихи,риса, пшена,пшеницы и ржи.Разброс содержания в этих материалах белков,

жиров,углеводов и крахмала достаточно велик,однако не оказывает значительного влияния на ослабление разных материалов при одной влажности.

Рис.3.Зависимость ослабления от влажности для семян гречихи,риса, пшена,пшеницы и ржи.Измерения проводились в прямоугольном волноводе 23*10 мм на частоте 10,5 ГГц, навеска 10 Г.,температура-20 гр.

Основываясь на имеющихся теоретических и экспериментальных результатах специалистами НПО МИКРОРАДАР был разработан лабораторный влагомер зерна и зернопродуктов МИКРОРАДАР-101.В 1998 г. влагомер прошел государственные испытания и внесен в Госреестр средств измерений РФ,Беларуси и Молдовы. Серийный выпуск начат с конца 1998 г.На рис.5 показаны результаты испытаний одного из серийных влагомеров МР-101 на целой пшенице.

Статитический анализ полученных результатов этих испытаний дает величину СКО=0,164 и коэффициент корреляции R=0,9989.Столь высокий коэффициент корреляции указывает на практически аналитическую зависимость ослабления микроволн от влажности зерна.Так как для измерения в датчик прибора помещается определенная навеска материала (для пшеницы- 10 г.),то можно ожидать отсутствия влияния натуры зерна на показания влагомера.Если учесть,что зависимости ослабления от влажности для зерна пшеницы,ржи и ячменя достаточно близки (см.рис 2),то можно считать ,что влияние минерального состава и процентного соотношения белков ,жиров и углеводов также невелико .

Проводились испытания влагомера и на пшеничной муке.Мука для эксперимента выбиралась случайным образом из белорусского и брянско-орловского регионов.

Результаты испытаний для пшеничной муки дали СКО=0,11 и R=0,986.

Следует отметить,что экспериментально определенное СКО стандартного метода в наших условиях составило величину 0,05 %,что дает расчетное значение СКО влагомера для муки 0,10 %.

Рис.4.Результаты испытаний влагомера МИКРОРАДАР-101 на зерне пшеницы.

Для реализации на основе микроволновых методов поточных и переносных влагомеров зерна были разработаны просыпные влагомеры,в которых зерно просыпалось через специально сконструированный небольшой самотек.

На рис .5 показаны результаты испытаний просыпного датчика.

Рис. 5. Зависимость ослабления от влажности в просыпном микроволновом датчике.

В настоящее время на белорусских и российских хлебокомбинатах установлены и успешно работают более 10 поточных влагомеров МИКРОРАДАР-113, обычно в самотеках сушки или доувлажнения,и около двадцати лабораторных влагомеров МИКРОРАДАР-101. Опыт промышленной эксплуатации влагомеров МИКРОРАДАР и накопленный экспериментальный и теоретический материал позволяют выбирать микроволновые методы.как основу при построении национальных систем контроля влажности зерна и зернопродуктов.

ЛИТЕРАТУРА :

1. Теория и практика экспрессного контроля влажности

твердых и жидких материалов .Под редакцией Е.С. Кричевского ,

М., ЭНЕРГИЯ , 1980

2.Бензарь В.К.,Ценципер Б.Л., Ренгарт И.И. Два пика диэлектрической релаксации воды в зерне . Известия АН БССР ,сер. Физико-энергетическая,

1984,4,с.72-76

3.Kraezewski A.Microwave aquametry - a reviem.-G.Microwave Power,1980,

vol.15, N4,p.209-220

4.Nelson S.O. Microwave dielectric properties of grain . Trans.ASAE,1973,vol.15

N 3 ,p 902-905 .

5.Ренгарт И.И. и др.Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов

А.св. СССР №1283665.

6. Ренгарт И.И. и др.Устройство для измерения влажности.А.св. СССР №1205004.

7.Ренгарт И.И. и др.Устройство для измерения влажности сыпучих материалов.А.св. СССР №1195231.

8. Ренгарт И.И. и др.Устройство для измерения влажности материалов. А. св. СССР №1283665.

9. Ренгарт И.И. и др.Влагомер. А.св. СССР №1337746

10. Ренгарт И.И. и др.Устройство для определения влажности. А.св. СССР №1587430.