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

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ЛИЦЕВОЙ ПРОМЩЯЕННОСТИ

На правах рукописи

ДМИТРИЕВА Валентина Феофановна

УДК 663.1.530.93

РАЗРАБОТКА ГИГРОТЕРМИЧЕСКОГО И РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ЗЕРНА

Специальность 05.18.12 - процессы,

машины и агрегаты пищевой промшлэнности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва ЬУ2

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 Емельянович

доктор технических наук, профессор. Новокшеков Юрий Иванович

Ведущее предприятие: Московский Шлькомбинат № I

им. А. Д. Цорупы

Защита состоится " 15 " октября 1992 г. в " II" часов на заседании специализированного Совета К 063,03 при Всероссийском заочном институте лицевой промышленности.

Ваш отзыв (в двух экземплярах), заверенный печатью, просим направлять по адресу: 109803, г. Москва, ул. Земляной вал, 73, специализированный Совет 83ШП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "_ " С&И7Л$и( 1992 г.

Научный руководитель:

Научный консультант: Официальные оппоненты:

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

/

И. Д. Сапрыкина

росснТютп I

БИ;:Л-.0- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных технологических пара-тров, определяющих качество зерна и продуктов его переработки лв-ется влажность. Избрание или регулирование этого параштра необхо-мо осуществлять на разных стадиях технологических процессов, т,к. него зависят качество продукции, эффективность и энергоемкость оизводства, длительность и режимы хранения как самого зерна, так продуктов его переработки.

В настоящее время из-за недостатка автоматических средств коит-(Ш влажности зерна преобладает контроль с отбором проб и проведе-ь лабораторного анализа, что не может быть использовано для равлеиия быстропротекающимц технологическими процессами. Поэтоцу эбходиш такие методы из.че рения влажности, которые являются нераз-кгацими, экспрессными, точными. Использование приборов, реаяизую-: зти методы, позволит оптимизировать ход технологических производ-юшш процессов, повысить качество продукции и эффективность про-юдства.

Целью диссертационной работы являлось теоретические и комплекс-экспериментальные исследования современными физико-хиштоескими ■одами некоторых свойств зерйа, ут'очиениз механизма и кинетики ления влаги для обоснования, разработки и.создания норазрушающих прессных методов и штодик: определения, влажности зерна не уступах по точности прямым методам измерения.

Основные задачи диссертационной работы включают: еоретическое и экспериментальное обоснование применения радиоизт-ического и гигротермичесного методов для определения влажности эрна пщеницы;

омплексные экспериментальные исследования на молекулярном уровне 1ШЯШ1Я влажности и температуры на биологическую структуру зерна, гочнение механизма и кинетики влагосъома;

сспэряшнтольниз кследования по изучении закономерностей взш;мо-¿¡¡ствия у~иа-'1учс11ил с зерном при различии,-; ш:шгййсрях зерна я ¿ометриях измерения;

сспорименталыке л теоретические исследования по иоучошао законо-фностей взаимодействия влажного воздуха с зерном яри различных' ^¡лиосгях и температурах зерна и воздуха;

•с.уабслку и создашь штодик определения влажности зерна -ш-)доц и методом по дефициту точки росы;

разработку структурных схем влагомеров реализующих радиометрический и гигротермическнй методы определения влажности зерна и создание экспериментальных установок.

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

Рассчитаны массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения зерном и получена зависимость этих коэффициентов от энергии излучения и влагосодержания зерна. Исследованы дифференциальные и интегральные характеристики полей гамма-излучения различных изотопов в зерне в зависимости от влажности, сорта зерна и геометрических условий измерения. Разработаны математические модели системы контроля влажности зерна по объемной, масса и -маесовоцу коэффициенту ослабления. Разработаны структурные схемы даухдучавого радиоизотолного влагомера.

Получены эмпирические зависимости изотерм сорбции-десорбции для твердой и мягкой пшеницы. Установлена эмпирическая зависимость мекду 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 неразрушагаций 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 даухлуче-вым методом по вторичному излучению и разработаны структурные схемы двухлучевого радиоизотопного влагомера. Разработаны неразрушао-ций метод и методика определения влажности зерна по дефициту точки росы. Теоретически и экспериментально выбраны оптимальные условия измерения. На базе компенсационного термоэлектрического гигрометра изготовлен микропроцессорный 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, 1УУ1 г.; Республиканском се-

мшара "Качество готовой продукции комбикормовых предприятий", Фрунзе, 1989 г.; йЬждународном 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 кафедре физики ВЗИПЛ.

Публикации. По результатам работы опубликовано одиннадцать статей.

Объем работы и ее структура, ^ссертация 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.

СОДЕНКАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, даны краткое описание работы, научная новизна полученных результатов и их практи-чаская 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 эх:к-трические методы - кондуктометрический и диэлькометрический, включающие ВЧ и СВЧ методы. Сложная зависимость сопротивления, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от влажности, температуры, структуры зерна и других факторов делает эти методы пригодными а тех случаях, где не требуется высокой точности. Наиболее перспективными являются такие физические методы определения влажности эарна как ИК, ЯМР, масс-спектродатрия. Применение ЯМР и масс-спектромэтрического методов для автоматизации и контроля быстропротекагацих технологических процессов, несмотря на их преимущества, затруднено в' свдаи с тем, что аппаратура является сложной, дорогостоящей, требует высококвалифицированного обслуживания.

Подробно рассмотрено белее 30 радиоизотопных методов и устройств, используемых для определения плотности, объемной массы и влажности грунтов, строительных материалов и др. Известные метода и

устройства обладают следующими недостатками: на результаты измерений влияют форма засыпки материала, толщина экрана относительно пучка излучения и т.п. В связи с этим, одной из задач настоящей работы было обоснование и разрботка двухлучэвого радиоизотопного мете 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 ©того метода является точ, что он наразрушающий, быстрый, экологически чистый. И точность измерения не оказывает влияние размеры и форма материала, его химический состав, внешняя и внутренняя неоднородность структуры и т.п.

Основной физической предпосылкой использования гамма-излучения для измерения влажности зерна является пропорциональность линейного коэффициента ослабления плотности или объемной массе зернового материала. В работе реализован способ, основанный на регистрации рассеянного излучения. Определение интенсивности однократно рассеянного излучения сводится к численной оценке интеграла:

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

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

Дяя установления теоретической зависимости мэкду влажностью вещества, температурой воздуха н точкой росы использовался закон Больц мана, связывающий концентрацию водяного пара в воздухе п.("Г) с концентрацией влаги в вещества Апри данной температуре.

Впервые была получена аналитическая зависимость, идехздая вид:

(I)

&ci«P6JH*T) (

О, «/»(-^аТ) ' (2)

„ th/fi "" „ СIя í jj^ ; JJCC- максимальная концентрация влаги о веществе -

- знЬргия связи влаги в вещества, к - постоянная Вольцмана.

В конце главы сформулированы цель и задача исследований.

Вторая глава посвящена экспериментальным наследованиям неното-

свойств зерна пшеницы физико-химичяскими методами.

В качестве объектов исследований использовалось зерно пшеницы

й (озимая мягкая), Безостая I (озимая млгкая), Новомичуринка

мая твердая). Следует откатить, что кокдглэнсное исследование

альких сортов зерна соврешнными физико-химическими ют одами про

но впервые.

Выполнено параллельное исследование сорбционного гистерезиса а твердой и мягкой пшеницы тэнзометричзскими и динамическими ш-ми. При исследовании сорбциокного гистерезиса тензомэтрическим дом бшо обеспечено стационарное поло влвкности, колебания темперы в термостате на превышали + 0,05° С. Для получения изотерм рбции динамическим катодом использовалась клиштическая камера 3001 фирмы "Фэйтрон" с приставкой в виде стационарного соленого остата ГСТ-510, постоянство температуры по времени - 0,02° С, остранствз - 0,С5° С, Взвешивание образцов зерна проводилось на х WA"35 о точностью 10"® кг, влажность зерна опродолплась прим Kf AHUAMETeR с точностью 0,01 % (мзтод Фишера). Экспари-ельшга данные обработаны ЭВЛ. Тензоыэтрическим шгодом исследо-сорбциоклый гистерэзис муки. Из результатов исследования слэду-что наибольшего значения гистерезис достигает в области (50-70) % синельной влажности воздуха, у теардого сорта пшэшщц гистерезис вляется сильизз, паи у «ягкого, у цукя гистерезис ец?зцоц сла-чом у ccüTDeTcfüyiü.iw'o корна; гистерезис спрздалштсл гкдрсфиль-веществами, охсдозд'.-:: г. состав зарнсеки, величина гас^зрззиса

СИТ ОЕ Cl-руктуры üv¡puUj¡íH.

HCvJi-As.-aKi.a civjíd-jt.,, й Айикчаикого состава ves из сер. os а п[/олг,н.„,ось на yac-ipoao.-i электронной гсифвсшяю J3M-ü'iO, VJ* ра^^шю 4 ш, уззлкчаике 2.10' . lipi»s?aBZ03 одушша р--;лта~ кал сы-чиа jiiellí-OóO с детекторов LC- ~Ь с

epcuoíl по онергк.чы, позвоь/ьаум тмимроыиъ адекза* и ачс-^жа ¿i.zt от О до 92, ьгжкь^льноа иодкчзоъао до'юатдуиы^и одздяа

от 0,1 до 0,5 % весовых. Из тодом 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 аЬайронового 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 гранул эндосперма..

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 той 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 ренате -носпектрального химического анализа. Содержание химических элементов при различных влакностях определялось как на поверхности, так и ь'областях продольного и поперзчного срезов зерновки. Экспериментальные данные подтвердили ранее выполненные расчеты.

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

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

з 310-320 К, эти процессы активизируются при температурах выше 35333 К; б) нагревать зерно вше температуры 378 К не целесообразно, т. . убыль массы зерна при этих температурах происходит за счет продук-ов распада; в) "сухое вещество" может быть получено путем сушки об-азца зерна при температуре 378 К до постоянной массы; г) химически вязаннл вода может быть зарегистрирована при температуре (601-603Ж.

Кинетика влагосъема исследовалась термогравиметричзскш датодом, ри анализе использовался дервватограф 0. -1500 Д. Точность аналити-зских весов дереватографа 1.10"\г. Исследовалось изменение веса об-азцов различной влажности при высушивании до постоянной массы в за-исимости от времени при нагревании его: а) от комнатной температуры о заданной; б) при заданной. При исследованиях было установлено, что зменение веса образца при нагревании его до тешературы 373-378 К з зависит от способа нагревания; изменэпмз веса образца при темшра-урах выше 373-378 К будет больше, если образец сразу помещать в го-ячую печь. За временной критерий обезвоживания образцов одинаковой ассы можно выбрать время, в течение которого обезвоживается образец лажностыо 32 %.

Исследование водородосодержащего состава зерна пшеницы проводи-ось методом ЯМР. Анализ проводился на универсальном радиоспектромет-© СХР-100, рабочая частота Рн=100 мГЦ. Сигнал протонного резонанса зерне представляет собой узкую линию протонов сорбцированной воды, :оторая наложена на широкий сигнал от протонов основного водрродосо-(ержащего вещества зерна. Исследовались образцы, высушенные до посто-

яннсй массы при температуре 303 К, 333 К, 353 К, 373 К, 378 К, 383 К, 403 К и их спектры сравнивались со спектром ОДР исходного образца.При исследоаниях бьио 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 уменьшение площади, согласно данных масс-спвктрометрии и хромотографии мокно 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 слою воды, наиболее сильно связанное 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 экешримэнталь-ных исследований зависимости парадат-ров взаимодействия гамма-излучения с зерном от его влажности.

В начале главы излагаются исследования и выбор оптимальной геометрии "источник-среда-де тектор".

На основании исследований и анализа полученных данных бил сделан вывод, «то двухлучевой способ по вторич ноцу излучения) с расположением детекторов на прямой, параллельной пучку излучения и находящихся по од:&' сторону от исследуемого материала за страной конзчной толщина {рис. 3) является наиболее выгодным с мчки орэпмп яедлюч^пя г>-"зша каша.тцмх факторов.

Для определений условий выбора оптимаяьней геомгорш: ис: дяк доухтучяворо способа была глзгоючва з^дича кгг.озд".аг.а ч".-.:-.-.. кратно рассеянных гамма-квантов»

Анализ полученной -?"тс'.иости показывав«, тгй в еблгл-г'" ник значений вплкадш Hscinvat зерна - ».'лтерма'ч'. '^юсеицитс,-: \ •-.-^п на икзет «аксицумя ни дчя расстояния от екраня до деток'гс; • ir* для расстояния по парпецдчкуляцу от детектора р,и оси ц»»пс.'

На основании теорагичзевше и акешршшгшььгж ассшди><ам£ идею

MQmtfi***, f- S- <К*тОг*ш

сделать выводы: I) для получения однозначности измерений при двухлу-чввом способе контроля первый детектор следует располагать от края мо дели вдоль пучка излучения на расстоянии, равном длине свободного пробега первичных гамма-квантов в зерна с минимальным массовым коэффициентом ослабления; 2) расстояние между детекторами выбирается из конструктивных соображений и условия обеспечения минимальной статистичес 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 л построены графические зависимости массовых коэффициентов ог энергии Излучения, влагосодержания. Из этих зависимостей следует, что для уменьшения влияния.влажности на результаты измерения объемной мае си следует применять источники излучения с енергией больше 0,1 МэВ.

Проведены экспериментальные исследования спектральных и интегральных характеристик полей гамма-излучения в зерне при различной влажности зерна и различных геометриях измерения для изотопов Со60 и (3 . Было установлено, что характер зависимости спектрального состава поля излучения от влажности для всех геометрий намерения один и тот же. Кривая зависимости скорости счета от влажности имеет экстрецум в диапазоне 18-20 %. Проведенные исследования позволили правильно выбрать источник излучения & . Разработаны математические модели системы контроля влажности зерна:

1. По объемной массе р«сотЬ-

2. По массовоцу коэффициенту ослабления рассеянного излучения

На основании математической модели разработаны и предложены струк-турнье схемы двухлучевого 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 плавности зерна гигротермическиы методом.

Для определения влажности зерна по равновесной влажности воздуха над ним в герметичном объеме проведена оценка влияния следующих факторов на точность определения влажности: I) различие равновесного вла-госодержания зерна в зависимости от направления масообмена с окружпю-щим воздухом; 2) различи л мажду исходной относительной влажностью зерна и относительной влажность») после установлений динамического рав-

новесия; 3) степень заверешнности процесса массообмэна аерна с ощ «сающим воздухом; 4) степень завершенности процесса установления р< новесного распределения паров влаги в окружающем зерно воздухе; 5] однородность распределения влаги в зерне; 6) различие исходной те» ратуры зерна и воздуха.

Анализ влияния вше перечисленных факторов проводили с привле нием методов численного моделирования. Экспериментальные исследовг осуществляли с целью получения недостающей входной информции и под верждения основных выводов теоретического анализа.

Для исследования влияния гистерезиса, путем обработки экспер! тальных данных на ПЭВМ методом наименьших квадратов были получены лирические уравнения изотерм сорбции и десорбции мягкой и твердой ницы. Для мягкой пшеницы 0,178 «р0»503

Ш- 0,18б^§;§01 (5)

для твердой пшеницы И"4и 0,196^0*575

Щ- 0,203 ^ ' (6>

Для уменьшения аддитивного вклада в кютодическую погрешность, ределяемого отличинм между изотермами сорбции и десорбции, можно и пользовать микропроцессорный гигрометр. Измеряя влажность воздуха герметичном объеме непосредственно после герметизации и перед опре лением влажности зерна, сравнивая результаты, делается вывод о то« какой процесс протекает, сорбция или десорбция и соответственно вы рается уравнение, по которое вычисляется влажность зерна.

Проведено численное моделирование массообмэшшх процессов в г метичном объема, при этом полагали, -что происходит влагообмен при постоянной температуре шжду зерновкой, зерновой массой и воздухом При моделировании учитывалось, что коэффициент диффузии зернового слоя зависит от влагосодеркания и эта зависимость имеет сложный ха тер. Кроме этого, учитывалось явление гистерезиса. Считали, что в цессе массообмена плотность зерна, плотность воздуха, размеры зерн коэффициент диффузии зерновки, зернового слоя и воздуха остаются п тошными. В результате моделирования было установлено, что максима ный объем зерна в зависимости от упаковки составляет 0,65 * 0,7 ге тичного объема, состояние близкое к равновесию может установиться системе при максимальном объеме зерна за время от 240 до 360 секун зависимости от начальных значений влажности зерна и воздуха. Учиты что критерий Лыкова дяя зерна приблизительно равен 0,001, какого-л заметного влияния неоднородности теплового состоянии : . . • систем

и погрешность определения влажности рассматриваемым методом не ошибется.

На основании экспериментальныхданных была установлена эмпиричес-сая зависимость между влажностью зерна, температурой воздуха и тем-шратурой точки росы. При обработке результатов измерений считали, но случайные погрешности подчиняются нормально^ закоцу распределе-сия случайной величины. Результаты эксперимента представлены на рис.4. \утем обработки экспериментальных данных по твердой и мягкой пшенице ш ПЭВМ методом наименьших квадратов было получено эмпирическое урав-генш зависимости влажности от дефицита точки росы.

ЧЦ\ М -«¡1(2,75 - 0,6 А.Т) + гхр (2,80 - 0,033 дТ) (7)

и

и «

13

5 ___

0 ' « <5 2в ¡5 ^АТ, К

Рис.4 Зависимость »Ложности пиеницы от д^ицитд Точка росц. Из уравнения (7) следует, что гигроскопическая влажность зерна, соответствующая дефициту точки росы равном нулю, равна 32,09 %. На основании функциональной связи между температурой воздуха, точки росы и влажностью зерна разработана математическая модель определения влажности эернагю дефициту точки росы и структурная схема влагомера.

При анализе различных гигрометров был выбран в качестве базог зго - конденсационный термоэлектрический гигрометр. Конструктивные изменения, внесенные в прибор, позволили: I) повысить точность измерения температуры до - 0,1° С; 2) расширить диапазон изшрения температуры от -40° С до +100° С; 3) добиться высокой чувствительности, позволяющей проводить измерения в объемах от 5 см^. Для обеспечения инвариантности результатов изшрения 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 погрет-

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 иэдарения; 2) относительная влажность воздуха, %; 3) влажность зерна, %" 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 мин, максимальное - б мин в зависимости от влажности зерна.

Пятая глава посвящена практиче.'екой 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 3,3.10"^ м^/кг. Суммарная погрешность метода составляет 10 кг/м^. Средняя абсолютная погрешность измерения влажности гигрометрическим методом зависят от дефицита точки росы и составляет 0,14 % при дефиците точки роси 20 К и более и 0,62 % при дефиците точки росы 0,5 К.

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

На основании опыта внедрения микропроцессорного влагомера и методики измерения влажности зерна по дефициту точки росы на хлебоприемных предприятия даны рекомендации по его использовании при приема, хранении и переработки зерна.

Показано, что микропроцессорный влагомер явпяотся перспективным прибором, т.к. реализация данного метода не ограничена только олрздо-лением влажности зерна тгзницы. При внесении неаначителыпк изменений в разработанную штодису данный методи может быть использован для определения влажности зорноаых и бобовых культур и продуктов ¡л переработки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ I. На молекулярном уровне комплексно, современники физико и-.-доюскиьв: метода*;», исследовани влияние влажности и температуры на бг.<-лсг8йескув структуру зерна, измеиздаю микроструктуры зерна в зависк.;:сл;1 от влажности при сорбции и десорбции, изучено распределашю ¡аии^еких елеман-

tob по зерновке.

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

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 пространственно-энергетическое 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 Cs- 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 3,3.10~^м^/кг, суммарная погрешность метода Юкг/м? э. Теоретически обоснована и практически реализована возможность определения влажности зерна гигрогермическим методом по равновесной влажности воздала над ним. Получены эмпирические уравнения изотерм сорбции и цесорбции мягкой и твердой пшеницы. Проведено чиссленное моделирование лассо-обманных процессов в герметичном объеме. Установлено, что состояла близкое к равновесно^ устанавливается при значении числа Зур^е 0,6. К Установлена функциональная связь менаду температурой воздуха, точкой эосы и влажностью зерна. Разработана математическая модель определения важности зерна по дефициту точки росы. Предложена структурная схема шагомера и разработана методика измерения влажности зерна по дефициту 'очки росы. Время измерения не более 4 мин. Погрешность определения

• 0,2Е# в диапазоне влажности зерна 5-18% и - 0,Ь% в диапазоне влак-гости 19-30 %.

I. Разработаны и изготовлены опытные образцы микропроцессорного, влаго-гера, разработана -методика измерения влажности зерна. Приборы и методи-:а измерения внедрены на хлеСоприемных предприятиях . Показана возможность использования микропроцессорного влагомера для пределения влажности муки, крупы, комбикормов и влажности воздуха в роизводственных помещениях.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ л/ - скорость счета у -квантов при отсутствии и наличии поглощающей реды, и,- линейный коэффициент ослабления первичного и рассе-

янного излучения, jU4 - массовый коэффициент рассеянного излученш кг/кг; j) - плотность, кг/и3; W - влажность, %;U(lЦ^-влагосодержани< при сорбции и десорбции; кг/кг,ч'Г - дефицит точки росы, К; -iö&L дифференциальное сечение рассеяния гамма-квантов в объеме </у в направлении угла 0 в единице телесного угла Л .

ОСНОВНОЕ СОДОТАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Прокофьев В.Л., 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 B.JÎ., Дмитриева В.Ф. Применение метода рассеянного гамма-излучения для контроля влажности сыпучих материалов. Новости ИДИ, Варшава, № I, 1986 - 3 с.

3. Дмитриева В.Ф., Гладской В.М., Прокофьев BJ1. 0 возможности примене ния метода радиоактивных индикаторов в технологическом контроле производства растительного масла. Новости ИДИ, Варшава, № 3, 1986 - 2 с.

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

5. Прокофьев В.Л., Дмитриева В.Ф. Радиоизотопный метод контроля влажности зерна, Материала Всесоюзного семинара В/О "Изотоп", г. Ташкент, 1987 - 3 с.

6. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Выбор оптимальной геометрии измерени объемной массы.сыпучих материалов при двухлучевом способе контроля. Новости ИЛИ, Варшава, № 2, I98d -2с,'

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 B.J1. Определение влажности зерна и цуки термоэлектрическим конденсационным микропроцессорным гигрометром. Международный симпозиум "Человек и питание" ftf., ноябрь, 1990 г.

9. Дмитриева В.Ф., Маневич Н.М., Прокофьев B.J1. Современные физические методы и приборы для определения влажности зерна и продуктов его переработки. ЦНИИ'Ш ВИНО "Зернопродукт" вып. 4, 1990 - 3 с.

10. Дмитриева В.Ф., Очиренко Н.Г., Пермяков A.B. Определение влажности зерна в герметично^ объеме по равновесной влакности воздуха над ним. Деп. в КиргНИИНТИ 12.02.90 г., » 484-КнУО - 2 с.

11. Дмитриева В.Ф., Гельфанц М.Е., Прокофьев B.J1. Использование гамма-излучения для определения влажности зерна. Технический прогресс в атомной промышленности. Сер. "Изотопы в СССР" вып.7о/2, 199I (ДСП)-бс.

¡А^ "У?", « w**?-