CN1865960A - 平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法。技术方案为：在所述干燥机的底面或侧面上放置两平板电极，并使两平板电极平面齐平所置放的底面或侧面，两平板电极平面的相对边缘相互间隔开一定距离，一高频信号E串接一标准电阻R_H后施加在所述平板电极上，在所述谷物层内产生一非匀强电场，测量两平板电极间谷物的电压降U₁和标准电阻R_H的电压降U₂及上述两电压降的相位差α，通过与所述电压降U₁、U₂和相位差α相关联的电学公式得到谷物的阻抗R_m或容抗C_m，再由与谷物的阻抗R_m或容抗C_m相关联的拟合函数得到谷物的含水率ω。优点是：水分检测机构简单，成本低；可进行动态水分检测，并可用于控制搅龙的转速，达到所需的干燥效果。

Description

平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法

技术领域

本发明涉及谷物干燥机，尤其涉及平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法。

背景技术

现有的谷物干燥机，对于置于其内的谷物其水分检测方法一般是采用两平行置放的平板电极作为传感器，利用谷物在匀强电场中的电特性与谷物水分的关联性来测量谷物水分。这种水分检测方法主要用于流床式和塔式谷物干燥机中，却无法在平仓式谷物干燥机中使用。因为平仓式谷物干燥机是采用仓式逆流干燥方式进行谷物干燥的，谷物从干燥仓的上部喂入，在圆筒形粮仓的底部置有一扫仓搅龙，它一边绕自身的搅龙轴自转，一边在自转的带动下绕轴线OO公转。热风从底部不断向粮仓吹入，使得底部的谷物先干燥，并被扫仓搅龙将底部干燥的谷物由粮仓中心向周侧推出，并通过扫仓搅龙的公转向粮仓出口排出。而现有的平行平板电极需直立于底部之上，这势必与扫仓搅龙产生运动干涉，从而使平仓式谷物干燥机无法工作。所以现有的平仓式谷物干燥机都不能对其内的谷物进行现场的动态的水分检测，并根据谷物含水率的动态状况来控制扫仓搅龙的转速，从而控制干燥时间。而是在谷物出仓后再对其进行水分检量，扫仓搅龙在干燥过程中也基本是恒定的。因此，对谷物的干燥控制程度也较差。

发明内容

本发明的目的在于利用平面电极来设计一种平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法，它由以下技术方案来实现：

在所述干燥机中放置一定厚度的谷物层，其中在所述干燥机的底面或侧面上放置两平板电极，并使两平板电极平面齐平所置放的底面或侧面，两平板电极平面的相对边缘相互间隔开一定距离，一高频信号(E)串接一标准电阻(R_H)后施加在所述平板电极上，在所述谷物层内产生一非匀强电场，测量两平板电极间谷物的电压降(U₁)和标准电阻(R_H)的电压降(U₂)及上述两电压降的相位差(α)，通过与所述电压降(U₁、U₂)和相位差(α)相关联的电学公式得到谷物的阻抗R_m或容抗C_m，再由与谷物的阻抗R_m或容抗C_m相关联的拟合函数得到谷物的含水率ω。

所述两平板电极平面的相对边缘相互间隔开16cm。

所述谷物厚度不大于50cm。

所述高频信号(E)的频率9000或5000Hz。

所述函数关系包括

$\mathrm{Rm}=\frac{U_1{R}_H}{U_2\cos (180-\mathrm{\α})}$

$\mathrm{Cm}=\frac{U_2\sin (180-\mathrm{\α})}{2\mathrm{\πf}{U}_1{R}_H}$

其中f是电信号的频率；

所述拟合函数关系包括

                Rm＝a1ω³+b1ω²+c1ω+d1

                Cm＝a2ω³+b2ω²+c2ω+d2

其中a1、b1、c1、d1、和a2、b2、c2、d2是与谷物种类有关联的拟合参数。

本发明的有益效果是：1)将平面电极平置于底部或侧面，在谷物中产生一非匀强电场，利用谷物在非匀强电场的电特性与谷物水分的关联性测量谷物的含水率，这种传感装置既不会和扫仓搅龙产生运动干涉，影响谷物干燥机工作，又利用了平面电极作为传感器使其水分检测机构具有结构简单、制造安装方便、制作成本低的特点；2)对平仓式干燥机内的谷物可进行动态的水分检测，并可很容易地将动态检测结果用于控制扫仓搅龙的转速，使谷物的干燥程度得到控制，达到所需的干燥效果。

附图说明

图1是平板电极置于底面的本发明方法实施示意图。

图中，1是平仓式谷物干燥机，2是绝缘底板，3是平板电极，4是扫仓搅龙，5是谷物，6是粮仓出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本分明及其优点做进一步说明。

在平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内放置一定层厚的谷物，它的底面用一绝缘底板2制作，上面平置有两块平板电极3，其电极平面齐平于所置放的绝缘底板面，两电极平面相对的边缘相互间隔16cm，请参见图1。两平板电极3通过绝缘底板2也可置于圆筒形仓的侧面，其电极平面齐平与圆筒形仓的侧面，请参见图2。平板电极3由导线从绝缘底板2的下面引出，串接一阻值为90MΩ标准电阻R_H后与高频信号E连接。由此，在谷物层内形成一非匀强磁场。根据谷物电学模型在对应两平板电极3之间的谷物上产生阻抗R_m和容抗C_m及电压降U₁，并在标准电阻R_H上产生电压降U₂，两电压降U₁、U₂的相位角为α。

根据电学知识R_m和C_m分别与U₁、U₂及α的函数关系为：

$\mathrm{Rm}=\frac{U_1{R}_H}{U_2\cos (180-\mathrm{\α})}---\left(1\right)$

$\mathrm{Cm}=\frac{U_2\sin (180-\mathrm{\α})}{2\mathrm{\πf}{U}_1{R}_H}---\left(2\right)$

因而测得图1电路中两平板电极3间的电压降U₁和标准电阻上产生电压降U₂，及U₁、U₂的相位角为α，根据上述函数关系(1)或(2)可求得谷物的阻抗R_m或容抗C_m。

本案申请人通过实验得到谷物阻抗R_m、容抗C_m与谷物含水率ω相关联的大量数据从而得到以下拟合函数关系：

               Rm＝a1ω³+b1ω²+c1ω+d1(3)

               Cm＝a2ω³+b2ω²+c2ω+d2(4)

上述拟合函数(3)、(4)中的a1、b1、c1、d1、和a2、b2、c2、d2是与谷物种类相关联的拟合参数。当所采用的高频信号E为5000Hz时，其稻谷类具体表达为：

                R_m＝0.126ω³-1.5576ω²+4.987ω+240.42   (5)

                C_m＝-0.0017ω³+0.0132ω²-0.0108ω+1.33  (6)麦类具体表达为：

                R_m＝-0.19.4ω³+0.8537ω²+0.3723ω+241.4 (7)

                C_m＝-0.0123ω³+0.121ω²-0.3288ω+1.5951 (8)

上述拟合函数(5、(6)、(7)、(8)的拟合系数r²依次为：0.8838、0.9479、0.9234、0.9657其相关性较高。

当所采用的高频信号E为9000Hz时，其稻谷类具体表达为：

               R_m＝0.126ω³-1.5576ω²+4.987ω+240.42   (9)

               C_m＝-0.0017ω³+0.0132ω²-0.0108ω+1.33  (10)麦类具体表达为：

                 R_m＝-0.19.4ω³+0.8537ω²+0.3723ω+241.4 (11)

                 C_m＝-0.0123ω³+0.121ω²-0.3288ω+1.5951 (12)

上述拟合函数(9、(10)、(11)、(12)的拟合系数r²依次为：0.9080、0.9970、0.9225、0.9404其相关性高度更为显著。所以只要测得两平板电极3对应两端处谷物的电压降及U₁、标准电阻的压降U₂及及U₁、U₂相位角α，由函数关系(1)或(2)得到谷物阻抗R_m或容抗C_m，再通过与R_m或C_m对应的一拟合函数就能得到该种谷物的含水率ω。

实施例1

本实施例选用徐稻3号，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚50cm，平板电极3置于底面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝9000Hz，测得U₁＝2.47V，U₂＝0.93V，α＝169.34°。根据函数关系(1)、(2)得到徐稻3号的阻抗R_m＝243.230kΩ，容抗G_m＝1.34^-11F，由拟合函数(9)或(10)得到含水率ω＝14.47％。

实施例2

本实施例选用周麦15，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚45cm，平板电极3置于底面的绝缘底板2上，高频信E的频率f＝5000Hz，测得U₁＝2.52V，U₂＝0.88V，α＝166.46°。根据函数关系(1)、(2)得到周麦15的阻抗R_m＝265.095kΩ，容抗C_m＝2.89^-11F，由拟合函数(7)或(8)得到含水率ω＝10.36％。

实施例3

本实施例选用周麦15，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚40cm，平板电极3置于底面的绝缘底板2上，高频信号E频率f＝9000Hz，测得U₁＝2.43V，U₂＝0.92V，α＝169.47°。根据函数关系(1)、(2)得到周麦15的阻抗R_m＝241.789kΩ，容抗C_m＝1.36^-11F，由拟合函数(11)或(12)得到含水率ω＝10.36％。

实施例4

本实施例选用20912稻，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚35cm，平板电极3置于底面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝5000Hz，测得U₁＝2.56V，U₂＝0.90V，α＝166.40°。根据函数关系(1)、(2)得到20912稻的阻抗R_m＝264.208kΩ，容抗C_m＝2.90^-11F，由拟合函数(5)或(6)得到含水率ω＝13.90％。

实施例5

本实施例选用20912稻，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚38cm，平板电极3置于底面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝9000Hz，测得U₁＝2.50V，U₂＝0.94V，α＝169.30°。根据函数关系(1)、(2)得到20912稻的阻抗R_m＝244.02₄kΩ，容抗C_m＝1.33^-11F，由拟合函数(9)或(10)得到含水率ω＝13.90％。

实施例6

本实施例选用徐稻3号，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚30cm，平板电极3置于底面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝5000Hz，测得U₁＝2.52V，U₂＝0.89V，α＝166.46°。根据函数关系(1)、(2)得到徐稻3号的阻抗R_m＝262.117kΩ，容抗C_m＝2.92^-11F，由拟合函数(5)或(6)得到含水率ω＝14.47％。

实施例7

本实施例选用周麦15，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚48cm，平板电极3置于侧面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝1000Hz，测得U₁＝2.82V，U₂＝0.65V，α＝151.71°。根据函数关系(1)、(2)得到周麦15的阻抗R_m＝443.424kΩ，容抗C_m＝1.93^-10F，由拟合函数(7)或(8)得到含水率ω＝10.36％。

实施例8

本实施例选用周麦15，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚45cm，平板电极3置于侧面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝5000Hz，测得U₁＝2.52V，U₂＝0.88V，α＝166.46°。根据函数关系(1)、(2)得到周麦15的阻抗R_m＝265.095kΩ，容抗C_m＝2.89^-11F，由拟合函数(11)或(12)得到含水率ω＝10.36％。

实施例9

本实施例选用周麦15，将其放入平仓式谷物干燥机1的圆筒形仓内，层厚35cm，平板电极3置于侧面的绝缘底板2上，高频信号E的频率f＝9000Hz，测得U₁＝2.43V，U₂＝0.92V，α＝169.47°。根据函数关系(1)、(2)得到周麦15的阻抗R_m＝241.789kΩ，容抗C_m＝1.36^-11F，由拟合函数(15)或(16)得到含水率ω＝10.36％。

上述实施例中的阻抗R_m和容抗C_m是在线的动态数据，根据现有的计算机技术可以很容易将它们输入计算机，并将上述的函数和拟合函数编成相应的程序，由此得到谷物在每一阻抗R_m或容抗C_m状态下的含水率ω。并根据含水率ω的大小来控制扫仓搅龙4的自转转速，从而控制谷物的干燥程度，使粮仓中的谷物干燥均衡，达到所需的干燥要求。

Claims (5)

1、平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法，在所述干燥机中放置一定厚度的谷物层，其特征在于在所述干燥机的底面或侧面上放置两平板电极，并使两平板电极平面齐平所置放的底面或侧面，两平板电极平面的相对边缘相互间隔开一定距离，一高频信号(E)串接一标准电阻(R_H)后施加在所述平板电极上，在所述谷物层内产生一非匀强电场，测量两平板电极间谷物的电压降(U₁)和标准电阻(R_H)的电压降(U₂)及上述两电压降的相位差(α)，通过与所述电压降(U₁、U₂)和相位差(α)相关联的电学公式得到谷物的阻抗(R_m)或容抗(C_m)，再由与所述谷物的阻抗(R_m)或容抗(C_m)相关联的拟合函数得到谷物的含水率ω。

2、根据权利要求1所述的平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法，其特征在于所述两平板电极平面的相对边缘相互间隔开16cm。

3、根据权利要求1所述的平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法，其特征在于所述谷物厚度不大于50cm。

4、根据权利要求1所述的平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法，其特征在于所述高频信号(E)的频率1000～9000Hz。

5、根据权利要求1所述的平仓式谷物干燥机谷物水分检测方法，其特征在于所述电学公式包括

$\mathrm{Rm}=\frac{U_1{R}_H}{U_2\cos (180-\mathrm{\α})}$

$\mathrm{Cm}=\frac{U_2\sin (180-\mathrm{\α})}{2\mathrm{\πf}{U}_1{R}_H}$

其中f是电信号的频率；

所述拟合函数关系包括

Rm＝a1ω³+b1ω²+c1ω+d1；

Cm＝a2ω³+b2ω²+c2ω+d2；

其中a1、b1、c1、d1、和a2、b2、c2、d2是与谷物种类有关联的拟合参数。

Images