CN103323295B - 一种定量检测粮仓储粮中二氧化碳浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定量检测粮仓储粮中二氧化碳浓度的方法,所述方法是在粮仓气体采样中应用管道阻力平衡、二次流量调节、流量显示和气体分流的控制方法,将粮仓内粮堆各个监测部位的气体样品以相等和确定的气体采集量,稳定的流速,微小的流量送入气体传感器,实现粮堆二氧化碳浓度的精确检测。

Description

一种定量检测粮仓储粮中二氧化碳浓度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及粮食储藏安全监测的技术领域,具体说是涉及一种精确测定粮仓中粮堆各监测点二氧化碳浓度的方法,利用粮堆中二氧化碳浓度变化的检测数据,可了解粮堆中有生命介质的代谢状况,为粮食仓储安全的监测和判断提供依据。
背景技术
[0002] 我国的粮食储备规模庞大,储藏期间的虫霉防控的最重要的工作。因为虫霉的生长和代谢活动不仅消耗粮食的数量,引起粮食品质的劣变,还可能导致严重的食品安全问题。具有强烈毒性和致癌性的黄曲霉毒素就是由黄曲霉等霉菌在粮食中的生长代谢而产生的。因此,只有对虫霉活动进行早期的预测和预警,及时采取有效的控制措施,才能防止粮食品质的劣变和毒素污染的发生。
[0003] 近几年,人们针对粮食中虫霉活动可以产生二氧化碳气体,同时二氧化碳气体在粮堆中具有较好的扩散性的特点,通过检测粮堆的二氧化碳浓度变化,可以实现对储粮虫霉活动的监测。但二氧化碳浓度检测属于储粮虫霉的间接检测方法,必须建立在准确、可靠的基础上才能与虫霉的活动产生联系,现有的对粮堆二氧化碳浓度的检测方法存在一些明显的不足,可能导致对于储粮安全的错误分析。
[0004] 现有的粮堆二氧化碳检测方法主要有两类,一类属于粮面随机检测型。采用便携式的二氧化碳检测仪和气体采集系统,由操作人员现场将气体取样管插入粮堆,对粮堆表层进行气体探查。方法操作比较方便,但检测的深度受人工在粮堆中插管的限制,一般只有
0.5米左右。由于粮堆表层与外界的气体交换量较大,加上二氧化碳的比重大于空气,即使在粮面表层有虫霉活动,其产生的二氧化碳气体部分将会外泄,另一部分将沉降到粮堆内部,因此,影响表层二氧化碳气体浓度的因素较多,使得该方法的检测存在一些不确定性。
[0005] 另一类是在粮堆中预埋不同深度和部位的输气管道,对粮堆中的二氧化碳气体进行检测,但现有方法没有对储粮虫霉监测的特殊要求进行检测系统的设置和优化,尤其是对于输气管道的材质、直径、吸气泵的性能、总吸气量等没有作出针对性的规定,使得检测的结果难以进行准确比较,从而无法用检测数据推断粮堆中虫霉活动的部位和危害严重程度。
[0006] 粮堆二氧化碳浓度的变化受很多因素的影响。在常规储粮的粮堆中,某一个部位的生物介质所产生的二氧化碳气体大部分通过气体的交换释放到大气中,也有一部分在粮堆中通过扩散转移到其它部位。要检测到虫霉活动初始阶段的二氧化碳气体浓度变化,实现对储粮安全的灵敏监测,首先必须做到粮堆气体采集的“定量”和“微量”。“定量”是指在每一个监测点采集的气体样品总量必须准确、相等。如果抽气量有偏差,就会人为地导致各监测点二氧化碳浓度的变化。现有的方法没有限定输气管道的特性,不能对气体流量进行精确控制,当抽气管道插入到粮堆不同深度的部位时,由于抽气期间的管道阻力不相同,仅以抽气时间计算抽气量,各监测点实际的抽气量将会有非常大的差异,从而使得检测值不能代表监测点的二氧化碳浓度。“微量”是指从监测点抽气量要小到不影响该点的实际二氧化碳浓度。因为粮堆中的孔隙度在50%左右,采集I升气体相当于将2 kg左右粮食所占体积的气体完全置换出,实际气体取样过程是一个原有部位气体逐渐被其它部位气体稀释的过程,其二氧化碳浓度受影响的范围可能大大超过抽气所占的体积。根据理论计算和试验检测,必须将检测抽气量控制在500 ml以内才能满足粮堆监测处理虫霉变化的检测准确度要求。现有方法没有限定输气管道的长度、内径及与检测时所需抽气量有关的材料和参数,虽然也能检测到粮堆某一部位或各个部位的二氧化碳气体浓度,但在检测中受不确定的影响较多,导致误差偏大,要从这些检测的浓度变化值的差异中分析断出储粮中的虫霉活动状态是非常困难的。
发明内容
[0007] 本发明的目的正是针对粮仓虫霉危害活动监测对二氧化碳浓度检测的特殊要求而提供一种定量检测粮仓储粮中二氧化碳浓度的方法。该方法通过对检测所用的材料、设备的选型和限定,保证每一个监测点按照一定时间间隔测定得到的检测值能够反映该点位的二氧化碳浓度变化,保证粮仓各监测点的测定条件和检测影响程度相等,便于根据各监测点的二氧化碳浓度的变化,准确判断粮堆储藏的安全性,以及可能发生虫霉危害活动的状况。
[0008] 本发明的目的可通过下述技术措施来实现:
[0009] 所述方法是在粮仓气体采样中应用管道阻力平衡、二次流量调节、流量显示和气体分流的控制方法,将粮仓内粮堆各个监测部位的气体样品以相等和确定的气体采集量,稳定的流速,微小的流量送入气体传感器,实现粮堆二氧化碳浓度的精确检测;具体措施如下:
[0010] a、选择输气管道的内径为不超过3 mm,壁厚不小于1.5 mm,比较粮仓各气体取样点到气体检测仪检测点的距离,以距离最长的点作为基准,将所有输气管道按照该基准长度裁切,以相同的抽气时间对每一粮仓各检测点进行气体取样,保证粮堆各气体检测点的气体采集量相同,使检测结果精确反映粮堆各部位气体浓度的差异性;
[0011] b、利用一个串联在粮堆监测点输气管道和真空吸气泵的吸气端的微量浮子流量计显示管道中的气流状态,以微量浮子流量计气体上的调节阀调节输气管道的流量为50ml/min - 300 ml/min ;
[0012] C、选用能够产生>10 kpa真空度的真空吸气泵作为气体采集抽气装置,气体压出端与气体分流装置的进气口连接,根据传感器出气口检测到的气体流动速度,用气体分流调节阀精确调节进入二氧化碳传感器的气体流量为10 ml/min - 50 ml/min,其余的气体排入大气中;
[0013] d、各监测点二氧化碳气体检测设定相同的时间,根据管道的直径和长度确定为3min-10 min。
[0014] 更具体讲,为了保证在粮堆中各监测点采集气体进行二氧化碳浓度检测的结果反映原位的实际浓度值,要在有效置换管道中原存气体的前提下,避免监测点原位气体浓度受到其它部位气体的影响,因此,采用的方案是:
[0015] (I)设置等长输气管道,仓内管道的长度以检测部位最远端的距离为依据进行裁切,使仓内的所有管道长度一致,在输气时需要置换的管道内原存气体量相同,通过控制检测时间和流量,可达到相同的气体置换效果和对检测结果的影响,可以准确比较各监测点的差异,找到粮仓中受虫霉活动威胁的部位;
[0016] (2)选用小内径、高强度的输气管道,本方案中选用内径不超过3 mm、壁厚不小于
1.5 mm的硅胶管作为输气管道,硅胶材质的管道可以保证强度和弹性,避免埋设管道和使用的操作过程中发生断裂、漏气,更重要的是可保证在吸气期间不会发生变形,因为管道的内径小、管路长,气流阻力本来就比较大,加上吸气端口常有粮粒堵塞,普通管道会因为阻力增大产生负压而变形。
[0017] 为了保证气体采样的可靠性,采取以下必要的技术:
[0018] (I)选用真空吸气泵作为气体采样泵。吸气泵的种类很多,针对本发明“微量”和“定量”采集气体的要求,所用的输气管道口径小和管道长,增加了气流的阻力,因此选用可产生10 kpa或更大负压的真空吸气泵作为气体采样泵;
[0019] (2)气体采样通道中加入流量显示和控制装置。埋入粮堆中的软管会因为粮粒堵塞、管道弯曲或打折等因素的影响而不能正常吸出监测点的气体样品,如果没有可靠的输气管流量显示,就不能确定传感器是针对何处的气体得出的检测值,没有流量控制会使不同粮堆深度(吸气阻力不同)气体吸出量产生偏差,导致检测误差。本发明利用一个串联在输气管道出口端和吸气泵吸入端的微量浮子流量计显示管道中的气流状态,以微量浮子流量计气体入口端的截止阀根据流量计的显示数值改变输气管道的气流阻力,准确调节管道中的气体流量为50 ml/min - 300 ml/min。
[0020] 为了提高二氧化碳浓度检测的准确性和检测效率,采用以下技术方案:
[0021] (I)在气体通路中加入气体分流控制装置。由于输气管道较长,要检测粮堆监测点的二氧化碳气体浓度,必须尽可能完全地置换管道中的存留气体,但通过输气进行远端检测的二氧化碳传感器严格限定检测的气体流量,过大的流量将影响检测结果或导致传感器的故障;另一方面,如果以小流量进行粮堆气体取样,置换管道中原存气体需要的时间过长,因此,加入气体分流控制系统可使输气管道的前端流量大于进入传感器的气体流量,保证完成一个监测点检测的过程在3 min-10 min内完成;
[0022] (2)设置进入传感器微量气流量的显示装置,根据现有二氧化碳传感器的特性,进入传感器的气体流速要小于50 ml/min,因此在传感器的检测室出气口端连接一条输气管,通入到一个装有清水的容器中,根据预先计量的每分钟气泡数与气体流量的关系,调节气体分流装置使进入传感器的气流速度为10 ml/min - 50 ml/min。
[0023] 本发明的有益效果如下:
[0024] (I)通过限定输气管道的材质和直径以及吸气泵的匹配,使气体样品采集可靠,准确。在本发明中要求不改变监测点原位气体浓度,要尽可能少量地采集气体,但为了使得每一个监测点有相同的气体取样特性,输气管道的长度要以整仓最远端的管道长度为基准,综合考虑,吸气泵需要真空度不小于10 kpa,输气管道必须采用硅胶管。硅胶管的强度高,在没有锐器切割的情况下不会断裂、变形或漏气,可以使输气管道内径不超过3 _,置换管道内原存气体的抽气量不超过500 ml。
[0025] (2)本发明加入两套气流调节和显示装置,一套在吸气泵的吸气端与仓内输气管道之间,可保证气体样品的准确来源和每一个不同气流阻力监测点吸出等量的气体(通过控制流速和吸气时间实现);另一套在气泵的出气口端和传感器中,通过气体分流的方法,在保证稳定和准确的气体流量进入传感器的前提下,可提高细长输气管道中的流速,缩短置换输气管道中存留气体的时间,加快了对每一监测点检测二氧化碳浓度的速度,保证了二氧化碳传感器的使用稳定性和检测准确性。
附图说明
[0026] 图1是本发明的粮仓二氧化碳气体浓度检测示意图。
具体实施方式
[0027] 本发明以下将结合实施例(附图)作进一步描述:
[0028] 如图1所示,本发明以下将结合一个24 mX30 m平房仓,粮堆高度为6 m的储粮二氧化碳浓度监测作进一步详细的描述:
[0029] 在长度为30 m宽度为24 m的粮仓I的粮堆2中,选择长度方向5个点、宽度方向4排共计20个部位均匀布点,将20条2 mmX 3 mm的硅胶输气管道3裁切成30 m长,输气管道3的一端按照设定位点埋入粮堆3米深度,另一端集中到粮仓中部;每次检测二氧化碳气体浓度时将其中一条输气管道3与微型浮子流量计5的流量计进气口 4连接,气体流量可以在微型浮子流量计5上明确显示,流量的大小可由微型浮子流量计5上的调节阀6调控,微型浮子流量计5的出气口端连接到真空吸气泵8的吸气端9上,真空吸气泵8的气体压出端10连接到气体分流装置11中,通过气体分流调节阀12调节气体分流排出口 13和传感器进气口 14的气体流量,进入二氧化碳传感器15的气体流量根据传感器出气口 17连接到水瓶18中产生的气泡计量,检测结果在与二氧化碳传感器15连接的显示器16中显示。
[0030] 检测操作时,先将粮堆2中的一条输气管道3与流量计进气口 4连接,启动真空吸气泵8,通过调节阀6调节微型流量计5显示的管道气体流量为100 ml/min,用气体分流调节阀12调节水瓶18显示的气泡速度为120个/min,对应进入二氧化碳传感器15的气体流量为30 ml/min,保持该气体流速5 min后读出显示器16中的数值为2.306,表示粮堆2 —个监测部位的二氧化碳浓度值为2.306%。

Claims (1)

1.一种定量检测粮仓储粮中二氧化碳浓度的方法,其特征在于:所述方法是在粮仓气体采样中应用管道阻力平衡、二次流量调节、流量显示和气体分流的控制方法,将粮仓内粮堆各个监测部位的气体样品以相等和确定的气体采集量,稳定的流速,微小的流量送入气体传感器,实现粮堆二氧化碳浓度的精确检测;具体措施如下: a、选择输气管道的内径为不超过3 _,壁厚不小于1.5 _,比较粮仓各气体取样点到气体检测仪检测点的距离,以距离最长的点作为基准,将所有输气管道按照该基准长度裁切,以相同的抽气时间对每一粮仓各检测点进行气体取样,保证粮堆各气体检测点的气体采集量相同,使检测结果精确反映粮堆各部位气体浓度的差异性; b、利用一个串联在粮堆监测点输气管道和真空吸气泵的吸气端之间的微量浮子流量计显示管道中的气流状态,以微量浮子流量计上的气体调节阀调节输气管道的流量为50ml/min - 300 ml/min ; C、选用能够产生> 10 kpa真空度的真空吸气泵作为气体采集抽气装置,气体压出端与气体分流装置的进气口连接,根据传感器出气口检测到的气体流量,用气体分流调节阀精确调节进入二氧化碳传感器的气体流量为10 ml/min - 50 ml/min,其余的气体排入大气中; d、各监测点二氧化碳气体检测设定相同的时间,根据管道的直径和长度确定为3min-10 min。
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