Стационарные влагомеры зерна

С увеличением посевных площадей, ростом объемов реализации зерновой продукции, у зернопроизводителей появляются свободные финансовые ресурсы для оснащения лабораторий современным оборудованием для анализа качества зерна, в том числе высокоточного измерения влажности.

Альтернативный измерительный прибор - портативный экспресс влагомер зерна, с которым можно работать прямо в поле, всем хороши, но имеют ограниченную функциональность, например нет модуля определения натуры и небольшое количество калибровок.

Своевременный контроль влажности позволяет:

• упредить негативные процессы в зерновой массе – развитие микроорганизмов, насекомых, повышение температуры (контролируется термощупами), ухудшение качества зерна, что влияет на цену, сроки хранения и качество-хлебобулочных, макаронных, кондитерских изделий;
• обнаружить неявные причины, например если в стенке элеватора будет обнаружена трещина и микроклимат внутри зернохранилища выйдет за предельно допустимые нормы. Отбор для проверки содержания влаги в зерне производится копьевидными пробоотборниками;
• на этапе сбора урожая, особенно если сезон выдался дождливым, определить идеальное время для вывода сельхозтехники и обмолота.

Переносные влагомеры зерна в широком разнообразии представлены в Украине на рынке специализированных приборов для зерновой промышленности, но сегодня мы остановимся о так называемых "гибридных" видах оборудования – особых приборах, одинаково успешно "несущих службу" как в лабораториях, так и на полях, c хорошим балансом "цена - функционал".

Среди таких устройств наиболее популярны, и к этому есть все основании, качественные измерители влажности от японской компании Kett. Страна восходящего солнца от нас далеко, но проблемы зернопроизводителей с точными замерами решает успешно !

И портативный и лабораторный влагомер зерна

На первый взгляд сочетание противоречивое.
Любое стационарное оборудование для лабораторий представляется как нечто громоздкое, потребляющее сотни Ватт и даже киловатты электричества, занимающее много пространства на поверхности лабораторной мебели (столах) и как правило это утверждение не далеко от истины.

Приведем несколько примеров: дистиллятор, лабораторный термостат, суховоздушный стерилизатор, центрифуга, муфельная печь, мешалка магнитная и др.

Если ближе к зерновой теме, то это прибор определения числа падения, мельница лабораторная и конечно сушильный шкаф – ключевой элемент при стационарном определении влажности термогравиметрическим методом.

С другой стороны, этот стационарный высокоточный влагомер зерна, особенно, современных модификаций, с электроникой, цифровыми дисплеями, отсутствием вращающих элементов, в отличие от предшественника СЕШ-3М и множеством ячеек для бюкс имеет неоспоримые преимущества:

1. Это лабораторная техника “всеядная”. От зерна до комбикорма, от дерева до стройматериалов – десятки и сотни разнородных образцов будут качественно высушены, при этом не сгорят, не обугляться - будет удалена только влага.
   А для этого необходимо строго соблюдать температурные режимы и временные интервалы. Для чего привлекают опытный, квалифицированный персонал, не только следующий требованиям ГОСТа, но и глубоко понимающий, что происходит например с зерном на каждом из последовательных этапов – от предварительного размола лабораторной мельницей до охлаждения в эксикаторе и взвешивания на весах.
2. Шкафы сушильные – оборудование для калибровки на влажность всех приборов, функционирующих на основе непрямых методов измерений: как инфракрасных анализаторов, так и переносных цифровых влагомеров зерна (бренд Farmcomp – wile 55, Supertech – farmpro, superpro и др.).

Отличия последних перечисленных моделей: минимизация количества всех производимых операций и почти полное отсутствие вспомогательных приспособлений. О чем идет речь ?

Представим себе фермера. Точнее скорее всего уполномоченное им лицо, которому нужно за день сделать несколько десятков замеров на участках, расположенных за километры друг от друга.

Все что нужно, чтобы “запустить” измерительный процесс, необходимо отмерять нужное количество зерна мерной емкостью, встроенной в крышку, зысыпать, закрутить и выбрать калибровку.

Как видим никакое количество дополнительной посуды, как в условиях лаборатории – разные мерные стаканы, воронки, мензурки, пробирки не нужны.

И это очень хорошо - при перемещениях между объектами, они бы запросто потерялись. Или разбились. Условия работы и измерений на земле всегда более "суровые", чем в кабинете, оснащенным всем необходимым оборудованием для лабораторий и мебелью.

Так что по сути, весь комплект зернового влагомера за пределами лаборатории, сводится к двум составляющим – крышке и самому цифровому блоку. Ну и конечно батарейки внутри.
Меньше некуда. Тем более что крышка выполняет еще и роль уплотнителя, а также (farmpro) – измельчителя. Как в поговорке - "все свое ношу с собой".

Портативно-лабораторные влагомеры зерна работают по непрямому методу и могут включать модуль определения натуры и веса (PM-650).

 

Образцы отбираются автоматическими или ручными зерновыми пробоотборниками, обеспечивающими быстрый забор проб с глубины до 2,5 метров, и важно, чтобы щупы были изготовлены без заусениц и острых элементов, чтобы не повредить засыпаемые во внутреннюю емкость зерна.
Чем еще удобно измерять влажность в лаборатории, в отличие от поля – возможно по максимуму визуально отследить, применяя лупу и удалить все примеси, а их может быть немало:

Как перемещать и располагать стационарный влагомер для зерна ?

В передней части можно заметить вертикальную ручку. За нее можно взять измеритель влажности зерна и переместить например с одного лабораторного стола на другой.
Отличие от переносных приборов, в руке удерживать не нужно.
Все замеры выполняются при установке на горизонтальную поверхность, для чего в нижней части корпуса размещена плоская площадка.

Для управления и индикации служат кнопки и дисплей, эргономично расположенные под углом, чтобы удобнее было нажимать клавиши и наблюдать цифры.

Влагомеры зерна делятся на:

Второй способ предпочтительней, поскольку зерновки по своим физическим свойствам ближе к полупроводникам, а последние лучше пропускают переменный электрический ток.

Масса зерна имеет такую характеристику как диэлектрическая проницаемость, зависящую от:

1. Веса и объема.
2. Вида и сорта зерновой культуры.
3. Формы.
4. Внутренней структуры (эндосперм, плодовые оболочки, зародыш, алейроновый слой и т.д.).
5. Твердости и плотности.
6. Температуры.
7. Влажности.

Если представить зерновую совокупность как конденсатор, то должны быть обкладки, к которым и подводится переменное напряжение, чтобы электрический ток прошел через образец сыпучего продукта.

Такой парой электродов являются: стенки цилиндической камеры, вертикально стоящий "столбик" по центру.

Теперь предположим, что у нас есть 2 образца: пщеницы и кукурузы, с одинаковой влажностью 10,2 %.

Если в камеру диэлькометрического влагомера засыпать сначала одну пробу зерна, а потом другую, то при одних и тех же характеристиках напряжения: амплитуде, частоте, фазе, то значения мы получим разные ! Что совершенно недопустимо.

Причина в том, что как выше мы отметили, физические, химические, электрические особенности зерен разных культур существенно различаются.
Нужен "персонализированный" подход и для этого потребуются…

Возьмем например горох, диапазон которого измеряется например в пределах 4-20 %. Если сопоставить влажности логарифмический тангенс угла потерь, получим зависимость в графическом или табличном виде.

Для простоты пояснения мы взяли всего 3 точки, но если взять к примеру лабораторный влагомер зерна PM-650, то это устройство измеряет влажность гороха с погрешностью ±0,5 %.

Подсчитаем минимальное количество точек для установления зависимости: (20-4)/0,5%=32 точки.

Промежуточные точки, при необходимости, можно расчитать методом интерполяции.
Такую процедуру необходимо провести для каждой зерновой культуры.
А если сформирован цифровой массив данных, он уже записывается в ячейки микросхемы памяти ПЗУ и извлекается при выборе соответствующей калибровки.

Влагомеры зерна получают питание от 4-х батареек и достаточно экономичны. Потребляемый ток составляет 40 мА.
Максимум энергии тратится в момент измерения, когда генератор просвечивает образец в камере электрическими волнами. В остальное время напряжение расходуется на питание дисплея, электронных схем и подсветку.

В лабораторном измерителе влажности зерновых PM-650 встроены весы, соединенные с камерой, поэтому эта разновидность требует достаточно бережного обращения и аккуратной установки на столешнице стола.

В комплект поставки измерительного прибора входит: мерный пластмассовый стакан, воронка (для удаления остатков зерна, если оно насыпано с горкой).

Эти принадлежности необходимы, чтобы при каждом измерении в камеру засыпался один и тот же объем, вне зависимости от вида зерна.

Для кукурузы, ячменя или пшеницы при одинаковом объеме в стаканчик поместится разное количество отдельных зерновок. Разным будет и вес.

Таким образом, после заполнения зерном измерительной емкости лабораторного влагомера, есть все данные для расчета натуры зерна: объем известен, вес измерен.

При нажатии на g/l на дисплее высвечивается текущее значение натуры зерна.

Другое наименование этого показателя – насыпная плотность, которая косвенно определяет (без лабораторного анализа), какое количество зерна может быть загружено в зернохранилище, трюмы кораблей или при транспортировке ж/д транспортом.

Вопрос в том, что автомобили-зерновозы перевозят урожай в тоннах, а необходимо знать значение в литрах, м³ и больших производных единицах.

Интерес представляет и обратная задача.

Натура кстати связана и с влажностью. Если зерновки впитали много воды, их объем увеличивается. С другой стороны, они становятся более мягкими. Это одна из причин купить влагомер зерна с модулем измерения натуры.

В новом стандарте ДСТУ 3768: 2019 «Пшеница. Технические условия», который вступил в силу 10 июня 2019 года:

• для мягкой пшеницы предусмотрено 4 класса, и для 1,2 и 3 класа определено соответствующее значение натуры (не меньше): 775, 740, 730 г/л.
• для твердой пшеницы предусмотрено 5 класса, и для 1,2,3 и 4 класа определено соответствующее значение натуры (не меньше): 750, 750, 730, 710 г/л.

Пример. Пусть натура зерна пшеницы составляет 710 г/л. Допустим, в силосе сберегается 1000 тонн зерна и отгрузка будет производится автомобилями с объемом кузова 7 м³.

Таким образом, рассчитанный показатель натуры позволяет просчитать логистику при транспортировке зерна, а соответственно затраты на аренду машин, топливо и т.д.

Справочно: другой способ для определения натуры подразумевает применение специального механического оборудования - пурки лабораторной на 1 литр.

При увеличении числа измерений, показания измерителя влажности зерновых и других измерительных приборов становятся более достоверными. Также например, делается 2 измерения числа падения зерна лабораторными приборами ПЧП, чтобы получить среднюю величину.

Например, в первом образе попадется несколько зернышек, на внешний вид соответствующее нормативам, но с повышенным уровнем фермента альфа-амилазы – увеличен риск прорастания, что пусть на 0,1%, но повлияет на общий результат, поскольку диэлектричества проницаемость испорченного зерна будет другая.
А в другой пробе таких зерен не будет.
Делаем последовательно несколько замеров и при нажатии на кнопку AVE производится расчет среднего арифметического.

Вывезен ли влагомер для зерна на поле, или наоборот, образцы могут быть транспортированы в лабораторию, не исключена разница температур между влагонатурометром и засыпаемым зерном.
А температура, как мы отмечали, влияет на электропроводность и влажность.
Для компенсации этого не соответствия и предназначен терморезистор, выдающий корректирущее значение, которое автоматически учитывается в итоговом результате.

Программное обеспечение имеет такую опцию. Для этого необходимо иметь данные эталонного метода (потребуется сушильный шкаф, зерновая лабораторная мельница и т.д.) и текущие результаты замеров. Разница показаний это есть значение смещения, которое вводится в память прибора и плюсуется или отнимается во всем диапазоне.

Стационарные измерители влажности занимают немного места, например влагомер зерна PM-650 имеет габариты 125×205×215 мм, весят не более 2 кг, поэтому может располагаться на полках лабораторного шкафа или оставаться на пристенном или островном столе.