автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка гигротермического и радиометрическог методов определения влажности зерна

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ШСТИОТ ЛИЦЕВОЙ ПРОМЩШШОСГИ

На правах рукописи

ДМИТРИЕВА Валентина Феофановна

УДК 663.1.530.93

РАЗРАБОТКА ГИГРОТЕРМИЧЕСКОГО И РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДОВ ОПРЕДЕИЕНШ ВЛАЖНОСТИ ЗЕШ

Специальность 05.18.12 - процессы,

шшины и агрегаты пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

а4псква 19У2

. ' /' V у*

Работа выполнена во Всероссийском заочном институте пищевой промышленности

кандидат технических наук, профессор, Прокофьев Владимир Леонидович

кандидат технических наук Гельфанд Марат Ефимович

доктор технических наук, профессор Бабенко Вячеслав Емэльянович

доктор технических наук, профессор. Новокшенов Юрий Иванович

Ведущее предприятие: Московский Мелькомбинат № I

им. А.Д. Цорупы

Защита состоится " 15 " октября 1992 г. в " II" часов и заседании специализированного Совета К 063.03 при Всероссийском заочном института пищевой промышленности.

Ваш отзыв (в двух экземплярах), заверенный печатью, просим направлять по адресу: 109803, г. Москва, ул. Земляной вал, 73, специализированный Совет ВЗИШ1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1992 г.

Научный руководитель:

Научный консультант: Официальны» оппоненты:

Ученый секретарь специализированного Совета, ь.т.н., доцент

И. Д. Сапрыкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных технологических параметров, определяющих качество зарна и продуктов его переработки является влаяшость. Измерение или регулирование этого параштра необходимо осуществлять на разннх стадиях технологических процессов, т,к. от него зависят качество продукции, эффективность и знэргоетсость 1роиэводства, длительность и режимы хранения как самого зерна, так 1 прод/ктов его переработки.

В настоящее время из-за недостатка автоматических средств контроля влажности зерна преобладает контроль с отбором проб и проведете лабораторного анализа, что не может быть использовано для ^правления быстропрогекавдими технологическими процессами. Поэтому ¡э обходимы такие методы измерения влажности, которые являются дараз-1ушащи&ш, экспрессными, точными, Использование приборов, рзализую-1их эти методы, позволит оптитзировать ход технологических производ-ивенных процессов, повысить качество продукции и эффективность про-1зводства.

Целью диссертационной работы являлось теоретические и комплексно экспериментальные исследования соврвшшзыш физико-хицичеашми етодаш некоторых свойств зерна, уточнение механизма и кинетики даления влаги для обоснования, разработки и создания наразрушающих кспрессных методов и штодик: определения блакности зерна га устула-цих по точности прямим дачодан измерения.

Основные задачи диссертационной работы включают: теоретическое и экспериментальное обоснование применения радиошт-рического и гигротормичоског о штодоа для определения влакности зерна пщеницы;

комплексные экспериментальниз исследования на молекулярном уропка влияния ьлааности и температуры на биологическую структуру зерна, уточнение механизма и кинетики вдагосъоыа;

зкешрршот'альнке исследования по изучении законошрностей взаимодействия ^-излучения с зерном при различные шгаяшосгях зерна и геометриях измерения;

зкеперименгалыщо и теоретические исследования по изучению закономерностей взаимодействия влажного воздуха с зерном при различных вдакиосат ¡л 'гемиературах зерна и воздуха;

разработку и создание ютодвде определения влажности зерна -методом и методом по дефициту точки росы;

: разработку структурных схем влагомеров реализующих радиоматричас-кий и гнгротаршческий методы определения влажности зерна и создание экспериментальных установок.

Научная новизна работа. Впервые проведено комплексное исследование зерна пшеницы различных сортов на молекулярной и атомном уровнях. Дано научное обоснование понятию "сухое вещество"; установлено минимальное количество физико-хиьически связанной влаги; определена темпераоура, при которой может быть зарегистрирована химически связанная влага в зерда. Выявлена зависимость сорбционного гистерезиса от химического состава и структуры зерна.

Рассчитаны шссовыа коэффициенты ослабления гамма-излучения зерном и получена зависимость этих коэффициентов от анергии излучения и влагосодераания зерна. Исследованы дифференциальные и интегральные характеристики ползя гамма-излучения различных изотопов в зерна в зависимости от влажности, сорта оерна и геометрических условий измерения. Разработали математические модели системы контроля влажности зерна по объемной, масса й массово^ коэффициенту ослабления. Разработаны структура схемы двухлучевого радиоизотопного влагомера.

Получены эширичвские зависимости изотерм сорбции-десорбции для твердой и мягкой пшеницы. Установлена эмпирическая зависимость иекду равновесной влажностью зерна и дефицитом точки росы. Разработана математическая модель определения влажности зерна по дефициту точки росы. Предложена структурная схема влагомера, реализующего эту модель.

Практическая ценность работы. Разработаны неразрушающий экспрес сный радиоизотопный метод и методика контроля влажности зерна как в закрытых бункерах, так и в потоке. Теоретически и экспериментально выбраны оптимальные условия измерения влажности зерна двухлуче-вым методом по вторичному излучению и разработаны структурные схемы двухлучевого радиоизотопного влагомера. Разработаны церазрушаю-щий метод и методика определения влажности зерна по дефициту точки росы. Теоретически и экспериментально выбраны оптимальные условия измерения. На базе конденсационного термоэлектрического гигрометра изготовлен микропрорз ссоринй влагомер по дефициту точки росы.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на Всесоюзном семинаре В/О "Изотоп", "Ташкент, 1987 г.; научно-техническом Совете В/О "Изотоп", Москва, М>1 г.; Республиканском се-

минарв 'Качество готовой продукции комбикормовых предприятий", Фрунзе, 1&8& г.; лЬждународном симпозиуме "Человек и питание", Москва, 1990 г. на научных конференциях Всесоюзного заочного института пищевой промышленности, Москва, 1978-92 г.г.

Реализация в промышленности и учебном процессе. Микропроцессорный влагомер и методика определения влажности по дефициту точки росы прошли производственные испытания и внедрены: на хлебоприемном предприятии Красноярского Краевого Объединения "Хлебопродукт", на предприятиях ПО "Ростов-хлебопродукт"; Калининском комбинате хлебопродуктов г. Кара-Балта, Кыргызстан; на кафедра физики ВЗИПП.

Публикации. По результатам работы опубликовано одиннадцать статей.

Объем работы и ее структура. Диссертация состоит из введения, пяти глав и основных выводов, изложенных на 189 страницах машинописного текста, иллюстрируется 45 рисунками, содержит 19 таблиц, список литературы содержит 146 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, даны краткое описание работы, научная новизна полученных результатов и их практическая ценность.

В первой главе проведен анализ современных методов определения влажности зерна и продуктов его переработки. Обзор литературы показал, что в основе работы серийно-выпускаемых влагомеров лежат электрические методы - кондуктометрический и диэлькометрический, включающие ВЧ и СВЧ методы. Сложная зависимость сопротивления, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от влажности, температуры, сгруктуры зерна и других факторов делает эти методы пригодными в тех случаях, где не требуется высокой точности. Наиболее перспективными являются такие физические метода определения влажности зерна как ИК, ЯМР, масс-спектрометрия. Применение ЯМР и масс-спентрометрического методов для автоматизации и контроля бнстропротенающих технологических процессов, несмотря на их преимущества, затруднено в' свжи с тем, что аппаратура является сложной, дорогостоящей, требует высококвалифицированного обслуживания.

Подробно рассмотрено более 30 радиоиэотопных методов и устройств, используемых для определения плотности, объемной массы и влажности грунтов, строительных материалов и др. Известные методы и

устройства обладают следующими недостатками: на результаты измерений влияют форма засылки материала, толщина экрана относительно пучка излучения и т.п. В связи с втим, одной из задач настоящей работы было обоснование и разрботка двухлучевого радиоизотопного мзтода устраняющего влияние вышеуказанных факторов и позволяющего надежно и точно измерять влажность зерна в потоке.

Проведен анализ более 40 способов и устройств реализующих метод точки росы, используемых для измерения влажности газов, для контроля влажности материалов и изделий. Преимуществом этого метода является точ, что он неразрушающий, быстрый, экологически чистый. На точность измерения не оказывает влияние размеры и форма материала, его химический состав, внешняя и внутренняя неоднородность структуры и т.п.

Основной физической предпосылкой использования гаша-излучения для измерения влажности зерна является пропорциональность линейного коэффициента ослабления плотности или объемной массе зернового материала. В работо реализован способ, основанный на регистрации рассеянного излучения. Определение интенсивности однократно рассеянного излучения сводится к численной оценке интеграла: ((( А<Г(в) •«*<»(-■*««> Л1

„ «« к» н

В качестве основной зависимости рассеянного гамма-излучения, получинной после тождественных преобразований общей формулы в диффузионном приближении использовалось выражение:

В основе гигроштричаског о метода определения влажности зерна лежит зависимость равновесной влажности зерна от относительной влажности воздуха и его температуры. От влажности воздуха при донной температуре Т зависит его точка росы - Т0 температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насьщенньш. Таким образом, влажность исследуемого вещества может быть определена по значениям температуры и точки росы воздуха, находяцегося в состоянии термодинамического равновесия с веществом.

Для установления теоретической зависимости между влажностью вещества, температурой воздуха и точкой росы использовался закон Вольц-мана, связывающий концентрацию водяного пара в воздухе п(т) с концентрацией влаги в веществе л/^ при данной температуре.

Впервые била получена аналитическая зависимость, имеющая вид:

<♦£ С{ ог^-^лт) ' (2)

•дг С^.» ¿у максимальная концентрация влаги в веществе

энергия связи влаги в веществе, к - постоянная Водьцмана.

В конце главы сфорцулированы рель и задача исследований.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям некото-ых свойств зерна пшеницы физико-химическими методами.

В качестве объектов исследований использовалось зерно пшеницы рбий (озимая мягкая), Безостая I (озимая мягкая), Новомичуринка озимая твердая). Следует отштить, что комплексное исследование эскольких сортов зерна современными физико-химическими методами про эдено впервые.

Выполнено параллельное исследование сорбциокного гистерезиса зрна твердой и мягкой пшеницы тензоштрическиш и динамическими ме-здами. При исследовании сорбционного гистерезиса тензомэтрическим подои было обеспечено стационарное поле вланности, колебания темпе-1туры в термостате не превышали + 0,05° С. Дня получения изотерм [сорбции динамически« методом использовалась гслшатическая кашра та 3001 фирмы "Фейтрок" с приставкой а виде стационарного солевого дростата ГСГ-510, постоянство температуры по врэмэнм - 0,02° С, пространстве - 0,05° С, Взвешивание образцов аерна проводилось на сах №А"35 о точностью 10~® кг, Елаяность зерна опродолплась при-ром КР АН АаЦДМЕТей с точность*) 0,01 % (штод Фшера). Экспзри-нтальшо данные обработаны ЭВ;1. Текзоштричзскии штодом исследо-н сорбцаонный гистерезис цуки. 11э результатоз исследования следу, что наибольшего значения гистерезис достигает в области (50-70) % носительноЯ влажности воздуха, у твердого сорта пшеницы гистерезис : является силыио, чем у мягкого, у иуки гистерезис вирами сла-з, чом у соответствующего горна; гистерезис определится гндрофиль-.п веществами, сходщши в состав зерновки, величина гистерезиса )лсит от структуры зернобки.

Исследование с^к/кхуры и химикаского состава гзх ее сор-юэ проводилось ш цастровои электронном микроскопа 35И-0-10, :йщим разрешение 4 им, увеличение 2.10^. Приставкой слукила ршэта-ская шкроа^тлиоациошая сиетеиа ДгПЦ(-860 с да та кто у ом ЬЗ -5 с порсиеП по эноргнга, позволяющая анализировать алехгэкт с ;арамя от 5 до 92, минимальное количество детскшруемого аие;.:зкта

от 0,1 до 0,5 % весовых. Мзтодом электронной микроскопии исследовано изменение микроструктуры зерна в зависимости от влажности при сорбции и десорбции. Установлено, что при одной и той ке влажности: а) размеры клеток аЛайронового слоя при десорбции больше, чем при сорбции; б) размеры крахмальных гранул эндосперма при сорбции больше, чем при десорбции. Общее поведение зерновки при сорбции и десорбции определяют поведение крахмальных грацул андосперма..

Зерно имеет сложный химический состав. С учетом процентного содержания органических и неорганических компонентов зерна и их химического строения с помощью ЭВМ были установлены зависимости содержания кислорода, водорода, углерода, азота;, калия, фосфора, магния, серы, кальция, кремния и натрия от вида пшеницы (мягкая или твердая) в процентах от сухой массы. Из полученных результатов следует, что при переходе от мягких сортов к твердым содержание всех элементов за исключением кислорода увеличивается в сой или иной степени. Выполнены расчеты по определению процентного содержания различных химических элементов в зависимости от влажности для мягкой пшеницы. Распределение химических элементов по зерновке изучалось методом рентге-носпектрального химического анализа. Содержание химических элементов при различных влажностях определялось как на поверхности, так и ь'областях продольного и поперечного срезов зерновки. Экспериментальные данные подтвердили ранее выполненные расчеты.

Исследование продуктов массо- и влагообмена в диапазоне температур 293 - 613 К проводилось на масс-спектромэтрэ HP 1985 А (ионный источник с электронным ударом, ионизирующее напряжение 70 эВ, 30 эВ, регистрирует ионы I 800 а.е.м., интегратор ИЦ-26) и на хроматографе ЛХМ-80 с хромасорбентом - 103 (Газ - носитель гелий, температура колонии 393 К, температура испарителя 513 К, температура детектора 563 К). Изучалась газовая смэсь, состоящая из продуктов массо- и влагообмена зерна с окружающей средой и изменение состава этой смеси при различных влакностгс зерна и температурах окружающей среды. Газовая смзсь представляет собой сложную многокомпонентную систему с изменяющимся .составом. На рис. I представлены спектры зерна пшеницы "Безостая-I" исходная влажность 13,8 % при температуре 603 К. На рис. 2 представлена зависимость интенсивности иона 18 от температуры того же зерна.

Изучение и анализ масс-спектров и хромотограмм позволило сделать следующие выводы: а) деструкция зерна начинается при температу-

». 1

(?i 5ci. е.4?г «» оАт^ыадг о /

/

kU

se toQ iso геа г;в ш jsj «es «se wd

_И.../С1..,|._____

K»cc-cnewp Mptu "Ббэоста! - I" («CXSftWII »X.KMOCtb 13,8 1) ni* твтвратур. 603 К

Pw. 2 .. Зимс(ыюс«ь «тксмност» мгн* la от

(мрно "Ьиостм - 1*, асяодмя нмыосгк 13,в X)

ре 310-320 К, эти процессы активизируются при температурах выше 353363 К; б) нагревать зерно выше температуры 378 К не целесообразно, т. и убыль массы зерна при этих температурах происходит за счет продуктов распада; в) "сухое вещество" может быть получено путем сушки образца зерна при температуре 378 К до постоянной массы; г) химически звязання вода может быть зарегистрирована при температуре (601-603Ж.

Кинетика влагосъема исследовалась термогравиметричэским методом, 1ри анализе использовался дереватограф û -1500 Д. Точность аналитических весов дереватографа 1.10~'кг. Исследовалось изменение веса образцов различной влажности при высушивании до постояшой «ассы а зависимости от времени при нагревании его: а) от комнатной температуры цо заданной; б) при заданной. При исследованиях было установлено, что изменение веса образца при нагревании его до температуры 373-378 К нэ зависит от способа нагревания; изменение веса образца при температурах выше 373-378 К будет больше, если образец сразу помещать в горячую печь. За временной критерий обезвоживания образцов одинаковой массы можно выбрать время, в течение которого обезвоживается образец влажностью 32 %.

Исследование водородосодержащего состава зерна пшеницы проводилось методом ЯМР. Анализ проводился на универсальном радиоспектрометре СХР-ЮО, рабочая частота РнеК)0 мГЦ. Сигнал протонного резонанса в зерне представляет собой узкую линию протонов сорбцированной воды, которая наложена на широкий сигнал от протонов основного вод.?родосо-деркащего вещества зерна. Исследовались образцы, высушенные до посто-

янной массы при температуре 303 К, 333 К, 353 К, 373. К, 378 К, 383 К, 403 К и их спектры сравнивались со спектром ЯдР исходного образца.При исследоаниях было установлено, что площадь широкого сигнала зависит от температуры, при которой происходило высушивание образца до постоянной массы. При температуре выше 338 К происходило уменьшение площади широкого сигнала. Это умэнышкиа площади, согласно данных масс-спектрометрии и хромотографии можно объяснить убылью массы сухого вещее, тва за счет деструктивных процессов. Эти процессы, судя по спектру широкого сигнала, активизируются при температуре выше 378 К. На широком сигнале сохраняется узкая линия практически постоянной площади, которая, вероятно, соответствует мономолекулярноыу слов воды, наиболее сильно связанному с молекулами сухого вещества зерна. Эта линия наблюдается и от образца зерна, высушенного при температуре 403 К до постоянной массы . На основании комплексных исследований уточнено и обосновано понятие "сухое вещество".

В третьей главе изложены результаты теоретических и вксперимонталь-ных исследований зависимости параметров взаимодействия гамма-излучения с зерном от его влажности.

В начале главы излагаются исследования и выбор оптимальной геоштрии "источник-среда-детектор".

На основании исследований и анализа полученных данных бш сделан вывод, что дзухлучовой способ по вторич ноцу излучении с расположением детекторов на прямой, параллельной пучку излучения и находящихся по одну сторону от исследуемого материала за екраном когачлой толщина (рис. 3) является наиболее выгод:ид,1 с точки зрэшя исклкчсжп £л::.1!ШЯ мзиаэщих факторов.

Дня определений условий выбора оптимальной геокэтрик измерения для двухлучевого способа бьиа разрешена задача нахсэдсшу* числа однократно рассеянных гшг.а-квантов.

Анализ полученной зависимости показывает, что в области реальных значений величины насыпки зерна - материала рассеиватолз, функция на июет максимума ни для расстояния от экрана до детектора , ни для расстояния по перпендикуляру от детектора до оси пучка.

На основании теоретических и экспериментальных исследовшшй моено

сделать выводы: I) для получения однозначности измерений при двухлу-чевом способе контроля первый детектор следует располагать от края мо дели вдоль пучка излучения на расстоянии, равном длине свободного пробега первичных гамма-квантов в зерне с минимальным массовым коэффициентом ослабления; 2) расстояние меклу детекторами выбирается из конструктивных соображений и условия обеспечения минимальной статистичос кой погрешности. Экспериментально исследовано влияние влажности зерна на параметры завимодействия гамма-излучения с зерном. На основании функциональной зависимости между химическим составом зерна и влажностью были рассчитаны массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения зерном а построены графические зависимости массовых коэффициентов от анергии излучения, влагосодержания. Из атих зависимостей следует, что для уменьшения влияния влажности на результаты измерения объемной мае см следует применять источники излучения с энергией больше 0,1 UsB.

Проведены экслеримэнтальныэ исследования спектральных и интегральных характеристик полей гамма-излучения в зерне при различной владности зерна и различных геометриях измерения для изотопов Со^ и С4 Было установлено, что характер зависимости спектрального состава поля излучения от влажности для всех геометрий измерения один и тот же. Кривая зависимости скорости счета от влажности имеет вкстрецум в диапазоне 18-20 %. Проведенные исследования позволили правильно выбрать источник излучения Cj . Разработаны математические модели системы контроля влажности зерна:

1. По объемной массе р. const'

2. По массовому коэффициенту ослабления рассеянного излучения

На основами математической модели разработаны и предложены структурой схемы двухлучового радиоизотопного устройства для измерения объемной массы зерна и радиоизотопного влагомера зерна по массовоцу коэффициенту ослабления рассеянного излучения.

В четвертой главе проведены теоретические и экспериментальные обоснования измерения влажности зерна гигротермическим методом.

Для определения влажности зерна по равновесной влажности воздуха над ним в герметичном объеме проведена оценка влияния следующих факторов на точность определения влажности: I) различив равновесного вла-госодержания зерна в зависимости от направления масообмена с окружающим во.чдухом; 2) различи .о швду исходной относительной влажностью зерна н относительной влажностью после установлеым динамического рав-

новасия; 3) степень эаверэшнности процесса массообмена зерна с окружающим воздухом; 4) степень завершенности процесса установления равновесного распределения паров влаги в окружающем зерно воздухе; 5) н однородность распределения влаги в зерне; 6) различие исходной темпе ратуры зерна и воздуха.

Анализ влияния выше перечисленных факторов проводили с привлече нием методов численного моделирования. Экспериментальные исследовани осуществляли с целью получения недостающей входной информции и подтверждения основных выводов теоретического анализа.

Для исследования влияния гистерезиса, путем обработки экспериме тальных данных на ПЭВМ методом наименьших квадратов были получены эм пирические уравнения изотерм сорбции и десорбции мягкой и твердой пш ницы. Для мягкой пшеницы V,- 0,178</?0'1503

и- о,18б«р8:1в4 (5)

для твердой пшеницы 1Г5- 0,196^0

Т7А- 0,203^ ' <6)

Для уменьшения аддитивного вклада в методическую погрешность, о! ределдамого отличиам между изотермами сорбции и десорбции, можно использовать микропроцессорный гигрометр. Измеряя влажность воздуха в герметичном объеме непосредственно после герметизации и перед определением влажности зерна, сравнивая результаты, делается вывод о том, какой процесс протекает, сорбция или десорбция и соответственно выбирается уравнение, по которое вычисляется влажность зерна.

Проведено численное моделирование массообменных процессов в герметичном объема, при этом полагали, что происходит влагообмен при постоянной температуре между зерновкой, зерновой массой и воздухом. При моделировании учитывалось, что коэффициент диффузии зернового слоя зависит от влагосодержания и эта зависимость имеет сложный хара! тер. Кроме этого, учитывалось явление гистерезиса. Считали, что в пр( цессе массообмена плотность зерна, плотность воздуха, разшры зерновг коэффициент диффузии зерновки, зернового слоя и воздуха остаются постоянными. В результате моделирования было установлено, что максимальный объем зерна в зависимости от упаковки составляет 0,65 * 0,7 герме тичного объема, состояние близкое к равновесии может установиться в системе при максимальном объеме зерна за время от 240 до 360 секунд в зависимости от начальных значений влажности зерна и воздуха. Учитывая что критерий Лыкова для зерна приблизительно равен 0,001, какого-либо заметного влияния неоднородности теплового состояния ; . . • систем»«

на погрешность определения влажности рассматриваемым методом не ожидается.

На основании экспериментальныхданньк была установлена эмпирическая зависимость между елейность» зерна, температурой воздуха и температурой точки росы. При обработке результатов измерений считали, что случайные погрешности подчиняются нормальноку закону распределения случайной величины. Результаты эксперишнта представлены на рис.4. Путем обработки экспериментальных данных по твердой и мягкой пшенице на ПЭВМ методом наименьших квадратов было получено эмпирическое уравнение зависимости влаяшости от дефицита точки росы.

42

V 2а

<а

^ V/ = <хр(2,г/5 - 0,6 а.Т) +ехр (2,80 - 0,033 лТ) (7)

В » 1Э « -М 25 ^"АГ,«

Рис.л Зависимость "Нежности. ишеници от точка росц.

Из уравнения (7) следует, что гигроскопическая влажность зерна, соответствующая дефициту точки росы равном нулю, равна 32,0У %. На основании функциональной связи между температурой воздуха, точки росы и влажностью зерна разработана математическая модель определения влав-ности зерна го дефициту точки росы и структурная схема влагомера.

При анализе различных гигрометров был выбран в качестве базог то - конденсационный термоэлектрический гигрометр. Конструктивные изменения, внесенные в прибор, позволили: I) повысить точность измерения температуры до - 0,1° С; 2) расширить диапазон измерения температуры от -40° С до +100° С; 3) добиться высокой чувствительности, позволяющей проводить измерения в объемах от 5 см^. Дня обеспечения инвариантности результатов измерения относительно влияющих факторов, упрощения аналоговой части гигрометра, введения самоконтроля и диагностики ошибок, формирование управляющих воздействий использовались микропроцессор. Теоретически и экспериментально осуществлен выбор обхема пробы.

Работа микропроцессорного влагомера осуществляется согласно специальной методики и по программе, разработанной для измерения влажности по дефициту точки росы. При этом устраняются погрешности, источниками которых могут являться следующие факторы: а) адсорбц"я влаги на стенках датчика и конденсационной пластины; б) неполнота насыщения газа в момент измерения точки росы. Кроме того, устраняются погреш-

ности, связанные как с обработкой результатов измерения, так и со сложностью зависимости влажности зерна от дефицита точки росы. На печатающее устройство вводятся следующие данные: I) номер измз рения; 2) отно-- сительная влажность воздуха, %; 3) влажность зерна, %Ч 4) температура воздуха, °С; 5) температура точки росы, °С; 6)время измерения, с.

Микропроцессорный влагомер производит самоконтроль и диагностику семи ошибок, которые могут быть допущены при измерения. Прибор производит как разовые измерения, так и может работать в цикле. Минимальное время измерения с,отбором проб 4 шш, максимальное - 6 мин в зависимости от влажности зерна.

Пятая глава посвящена практиче 'ской реализации результатов исследований. В начале главы проведен анализ чувствительности и погрешностей методов. Анализ показал, что чувствительность гамма-метода при двухлучевом способе контроля по вторичному излучению при расстоянии между детекторами 0,4 м равна 3,3,20"^ ы^/кг. Суммарная погрешность метода составляет 10 кг/ы^. Средняя абсолютная погрешность измерения влажности гигромотрическим методом зависит от дефицита точки росы и составляет 0,14 % при дефиците точки росы 20 К и более и 0,62 % при дефиците точки росы 0,5 К.

Для практической реализации результатов исследований разработана CTt уктурная схема системы стабилизации режима работы увлажнительной машины перед первой дранной системой в размольном отделении мельницы; даны схемы использования гамма-влагомера аа различных объектах контроля: на ленте транспортера, в бунхере, в трубопроводах.

На основании опыта внедрения микропроцессорного влагомера и методики измерения влажности зерна по дефициту точки росы на хлебоприемная предприятия даны рекомендации по его использованию при приеме, хранении и переработка зерна.

Показано, что микропроцессорный влагомер является перспективны;.! прибором, т.к. реализация данного метода не ограничена только опредо-лением влажности зерна пгзницн. При внесении незначительных изшданг.й в разработанную методику данный методн мокст быть использован для определения влакнорти зерновых и бобовых культур и иуодуктоь их rapopaSoï-ки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ I. На молекулярном уровне комплексно, совремзжшмн физико-хкмичоскк^: методами, исследованы влияние влажности и температуры на биологическую структуру зерна, изменение микроструктуры зерна в зависимости ст влажности при сорбции и десорбции, изучаю распределение химических елалзн-

тов по зерновке.

2. В диапазоне температур 293-613 К рассмотрен механизм и кинетика удаления влаги из зерна, температура максимальной скорости влагосъема

323 К. При температуре 601-603 К зарегистрировано появление "химически связанной воды". Уточнено-и обосновано понятие "сухое вещество".

3. Теоретически рассчитаны массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения в зависимости от энергии излучения и влагосодержания зерна. Выбраны источники излучения с энергией больше 0,1 МэВ.

4. Теоретически и экспериментально изучено лространственно-энергети-ческое распределение гамма-квантов различных изотопов в зерне в зависимости от влажности, объемной массы, химического состава при различных геометриях измерения. Экспериментально исследован спектральный состав и интегральные характеристики полей излучения изотопов 0,- 137 и Со-60 при различной влажности и геометрии измерения.

5. Разработаны математические модели и структурные схемы радиоизотопных влагомеров, разработаны методики измерения влажности зерна гамма-методом. Чувствительность 3,3. 1СГ^м^/кг, суммарная погрешность метода Юкг/м?

6. Теоретически обоснована и практически реализована возможность определения влажности зерна гигроцермическим методом по равновесной влажности воздуха над ним. Получены эмпирические уравнения изотерм сорбции и десорбции мягкой и твердой пшеницы. Проведено чиссленное моделирование массо-обменных процессов в герметичном объеме. Установлено, что состояние близкое к равновесно^ устанавливается при значении числа фуров 0,6.

7. Установлена функциональная связь между температурой воздуха, точкой росы и влажностью зерна. Разработана математическая модель определения влажности зерна по дефициту точки росы. Предложена структурная схема влагомера и разработана методика измерения влажности зерна по дефициту точки росы. Время измерения не более 4 мин. Погрешность определения

± 0,2Ь% в диапазоне влажности зерна 5-18^ и - 0,5% в диапазоне влажности 19-30 %.

8. Разработаны и изготовлены опытные образцы микропроцессорного, влагомера, разработана -методика измерения влажности зерна. Приборы и методика измерения внедрены на хлеСоприемных предприятиях

9. Показана возможность использования микропроцессорного влагомера для определения влажности цуки, крупы, комбикормов и влажности воздуха в производственных помещениях.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ jJt jJ _ скорость счета у-.-квантов при отсутствии и наличии поглощающей среды, сГ1;^.^,- линейный коэффициент ослабления первичного и рассе-

янного излучения, м" ; JÜ4 - массовый коэффициент рассеянного излучения м/кг; р - плотность, кг/м3; W - влажность, Йги^Ц^-влагосодержание при сорбции и десорбции; кг/кг;д'Г - дефицит точки росы, К; -^О-дифференциальное сечение рассеяния гамма-квантов в объеме i\J в направлении угла Ö в единице телесного угла Л .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Прокофьев В.Д., Невская H.H., Дмитриева В.Ф. Опыт применения новых методов анализа для оценки качества растительного сырья. ЦНИИТЭП М., 1981, вып. 25 - 10 с.

2. Прокофьев В.Л., Дмитриева В.Ф. Применение метода рассеянного гамма-излучения дня контроля влажности сыпучих материалов. Новости ИАИ, Варшава, № I, 1986 - 3 с.

3. Дмитриева В.Ф., Гладской В.М., Прокофьев B.J1. О возможности применения метода радиоактивных индикаторов в технологическом контроле производства растительного масла. Новости ИАИ, Варшава, № 3, 1986 - 2 с.

4. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Опыт применения радиоактивных приборов в лицевой промышленности. Материалы Всесоюзного семинара В/О "Изотоп", г. Ташкент, 1987 - 10 с.

5. Прокофьев В.Л., Дмитриева В.Ф. Радиоизотопный метод контроля влажности зерна, ifereриалы Всесоюзного семинара В/О "Изотоп", г. Ташкент, К87 - 3 с.

6. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Выбор оптимальной геометрии измерения объемной массы сыпучих материалов при двухлучевом способе контроля. Новости ИАИ, Варшава, № 2, 1989 - 2 с.'

7. Дмитриева В.Ф. Экспресс-метод определения влажности зерна. Материалы Республиканского семинара качества готовой продукции, г. Фрунзе, 1989 - 2 с.

8. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Определение влажности зерна и цуки термоэлектрическим конденсационным микропроцессорным гигроштром. Sfest-дународный симпозиум "Человек и питание" «1., ноябрь, 1990 г.

9. Дмитриева В.Ф., Маневич Н.М., Прокофьев В.Л. Совремзнные физические методы и приборы для определения влажности зерна и продуктов его переработки. ЦНИИТЭИ ВППО "Зернопродукт" вьи. 4, 1990 - 3 с.

10. Дмитриева В.Ф., Очиренко Н.Г., Пермяков A.B. Определение влажности зерна в герметично.^ объеме по равновесной влажности воздуха над ним. Деп. в КиргНИИНТИ 12.02.90 г., № 484-КЖО - 2 с.

11. Дмитриева В.Ф., Г'ельфавд М.Е., Прокофьев В.Л. Использование гамма-излучения для определения влажности зерна. Технический прогресс в атомной промышленности. Сер. "Изотопы в СССР" вып.7о/2, 1991 (ДСП)-бс.