农作物种子烘干处理含水率测量系统
发布时间：2022-04-26
摘 要： 本文论述了农作物种子烘干处理后含水率测量在种子烘干处理中的重要性，介绍了一种精确测量方法及对应系统组成，总结了本系统的实用情况及应用价值。
关键词： 种子烘干;电容传感器;含水率;介质损失角
农作物种子烘干处理是对种子进行热处理以提高其发芽率的一种重要手段，其中许多问题尚处于研究之中，但通过长期研究表明，不同作物及同一作物不同系列种子烘干处理后发芽率的高低，与其在一定时间内烘干恒定温度值近似呈正态分布，即对应于不同最佳烘干温控值，温差越大，发芽率下降越多。因此，探讨对应的最佳烘干温度及最佳烘干时间成为种子烘干处理的核心问题，取得最佳参数的依据是种子的烘干程度。
衡量种子烘干程度的指标无疑是烘干后的种子含水率，其精确测量结果可帮助研究者获得对应种子的上述两个最佳参数，从而为科学温控提供前提，大大提高烘干效果。 目前种子烘干处理研究主要集中于烘干后发芽率试验，以及无滞后恒温烘干设备的研制上，而忽视了连接二者重要环节的烘干后含水率的测量，因此试验带有一定随意性。 重复次数多，种子浪费大，而恒温控制设备几乎都着重于温度控制、忽视了烘干对象，故难免影响其应用结果。
1 系统设计
1.1 传感器选择及改进
本系统采用电容传感器检测烘干种子，电容传感器测量物质含水率已较普遍，但多用于液体的含水率测量，而对固体含水率测量首先须解决测量对象在电容传感器两极板间均匀填满问题。
如果电容传感器填满种子颗粒后，其导电特性不单纯是容性，还要受电阻的影响，故当此时在其两端施加交流激励时，其阻抗不再为纯电容，而可等效为电阻与电容并联组成，其结构及等效电路如图1所示。
在理想情况下，传感器激励电压与选频放大输出电压成正交关系，也即与信号发生器输出余弦信号同相，但由于传感器填入种子后介质损失角的存在，使二者出现一个偏离相位，相位计则可以检测这一偏离 ( 即 θ) 后，经放大、 调节、 输入 A/D 转换，由数显显示被测种子含水率百分数。选频放大器又是一个阻抗/电压变换器，可以防止谐波及一些杂散信号的干扰，使要求的信号能正常通过。
1.3 测量时注意问题因种子烘干后初始态为热状态，仍有可能处于水分挥发期，故应等种子表面冷却接近室温时再充入传感器。
为保证种子填满后均匀性，填入种子时一定要加脉动电压于振动电磁铁，从而边振动边填入，直到填满为止。
电容传感器施加交流激励电压不可过高亦不可过低，取5～8V ( 有效值) 为宜，过低影响测量灵敏低，过高则电容漏电流会影响实测结果的真实性。
2 实测结果及应用分析
2.1 实测结果应用
上述系统对不同烘干程度种子测出其含水率 Mc 后进行培养试验，确定对应不同含水率条件下种子发芽率 F ( 百分数) 关系，即 F=f ( Mc) 。 表1是对 “皖麦18” 的实验数据。
由表1的 tgθ与 Mc 两行实测数据可知，本测量系统实测 结果趋势一致，其回归方程为： tgθ=0.0136Mc- 0.1755。 分析上述结果，可见系统测量时重复性好，最大偏差小于0.5%。
相关知识推荐：核心期刊投稿论文检测严格吗
表1中后两行数据是在取200粒对应含水率种子培养后发芽情况，由此数据可知，“皖表18” 对应最高发芽率的最佳含水率约为8.0%，而且由表中数据可以看出，过烘干比欠烘干引起的发芽率下降多。 表1所对应的曲线如图5 所示。
2.2 应用分析
农作物种子烘干处理是在种子投入使用前进行的，其机理是打破种子休眠期以提高发芽率，传统试验过程如下：
首先取对应种子做恒定时间下不同烘干温度 ( T ) 后种子发芽试验，即求 F = f ( T ) |当t恒定时，从而大体上确定其最佳烘干温度 T0。
再在恒温 T0 条件下较小范围改变烘干时间做对应发芽率试验，即求 F =f ( t) |T=T0时，以求得对应 T0 时最佳烘干试验时间 t0。
这种方法需要种子培养试验重复次数多，种子浪费大，而且试验周期长，准确性也不高。
如果在确定其最佳参数时加入本系统则大大减化试验的复杂性，少做种子培养发芽试验，节省种子，降低成本，方法如下：
首先确定不同含水率 ( 烘干后) 种子发芽率与含水率关系，以求出最佳含水率 Mco ( 表1) 。
然后做烘干试验： 对应恒定时间下不同温度烘干后测出种子含水率，即 Mc = f ( T ) |当t恒定时，求出最佳烘干温度 T0;或者在恒温 T0 条件下经不同烘干时间后测出种子对应含水率，从而得 Mc = f ( t) |T=T0，以求得对应恒温 ( 即为 T0) 时最佳烘干时间 t0。
用后一种方法只需做1次培养试验即可确定对应于恒温条件下最佳烘干时间及恒定时间条件下最佳烘干温度 T0，二者确定1个即可，无须做种子发芽试验，只要测出对应 Mc，从而缩短了试验周期，节省了材料。
3 结论
精确测量是准确控制的前提，精确测量在控制系统中表现为测量对象参数选择的科学性和测量结果的精确性。
对农作物种子烘干处理而言，如将本系统用于在线测量，则由种子烘干时含水率测定值作为控制输入和被控对象所组成的闭环系统，比传统控温闭环系统更加科学、 经济、 实用。 同时，本系统还可作为其他小颗粒固体含水率测量仪器使用，具有较广的应用范围和较高的应用价值。——论文作者：朱张青1，杨青树2，孔 卫2
参考文献：
[1] 李光 .微米、 毫米级传感器及非电量控制 [M ] .北京： 电子工业出版社，1991.20～28
[2] 杨渝钦 .控制电机 [M ] .北京： 机械工业出版社，1990.177～179
[3] 朱德泉 .“皖麦18” 种子烘干处理后发芽率研究 [D] .合肥： 安徽农业大学，1997
