[发明专利]一种电容式谷物水分在线检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电容式谷物水分在线检测的技术领域，尤其是指一种电容式谷物水分在线检测方法及装置。

背景技术

粮食的水分含量是评价粮食品质的重要指标，粮食水分检测对粮食的收购、运输、储藏、加工贸易都具有十分重要的意义。水分过高,促使粮食生命活动旺盛，容易引起粮食发热、霉变、生虫和其它生化变化，影响成品粮产量。而粮食水分过低，减少了粮食重量,影响粮食品质，减少了粮食最终的总售价。

现有的粮食水分检测方法主要有烘箱法、电阻法、电容法、近红外法、微波法等。其中谷物水分的检测以烘箱法为标准，在国际上广泛应用的是ISO712（4g粉碎样品，烘箱干燥130℃，2h），这种方法测量精确，但是检测周期长，并且需要对谷物进行破碎。电阻法是利用粮食水分含量的不同，其导电率不同的原理，通过检测谷物电阻值的变化间接地反映其水分含量。但这种方法需要对被测粮食进行破碎，造成一定的浪费。其次，在测量之前需要对谷物进行单粒采样，而目前单粒采样装置在高湿高粉尘环境下工作稳定性不佳，容易产生故障，影响正常的测量工序。电容法、近红外法和微波法都属于无损检测，但是近红外法和微波法对测量环境要求极高，只适合作为实验室环境下快速检测的方法。而电容法是根据水分的介电常数远远大于粮食中其他成分的介电常数，水分含量的变化势必引起电容量变化的原理，通过测量谷物电容值间接计算粮食的水分含量。电容法测量原理简单，传感器成本低，并能承受高湿高粉尘工作环境，故适合粮食在线测量。

目前，国内外电容式水分检测仪主要由内外两个黄铜同轴电极组成，通过检测电极间的电容、粮食温度以及粮食重量来计算粮食的含水率，但是操作人员要经常对称重传感器进行人为归零校准，不适合在线自动检测。有的研究者使用平面板电容器来检测木材的含水率检测，但是平面板电容器所产生的电场是开放性的边缘电场，极容易受到外界电磁场的干扰，在烘干设备的周围存在着大量的大功率设备（风机，电机等），这些大功率设备在工作过程中会释放大量的电磁干扰，所以平面板电容器不适合在粮食在线水分检测中使用。

由于不同种颗粒状谷物粒径大小不同，测量时装入容器中彼此颗粒间产生的缝隙也大小不同。即使是同一品种谷物，其堆积方式不同也会影响孔隙率的大小。一般谷物干物质的相对介电常数为2～5,水在2℃时的相对介电常数非常高约为78.5，空气在0℃的相对介电常数为1.000585，从而容器中的介电常数受孔隙率、谷物干物质、水分和空气的影响。因此，每次检测时必须保证电容测量区域内的谷物容量和空隙率相同，并且谷物容量要足够多，以保证测量精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电容式谷物水分在线检测方法及装置，不仅能适应高湿高粉尘环境，而且测量过程不会受外界电磁场干扰，能精确检测其电场区域内物质的介电常数。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其电容式谷物水分在线检测方法为：首先，颗粒状谷物自由洒落并堆积在进料控制器的集料斗内，然后电机带动排料滚轮匀速转动把集料斗中的谷物均匀送入基于平行极板浮地电容原理的谷物电容传感器的腔体内部，待装到设定量后，停止往谷物电容传感器的腔体送被测谷物，接着主控器在静止状态下采集此时的谷物温度和电容值，并根据预先标定的回归公式计算出被测谷物的含水率，待测量结束后，主控器启动排粮机构排清谷物电容传感器内的已测谷物，如此循环测量，便可实现谷物水分在线检测。

所述回归公式如下：

M＝a₀+a₁x_c+a₂x_T+a₃x_cx_T+a₄x_c²

式中，M为谷物水分；x_c为谷物电容；x_T为谷物温度；a₀，a₁，a₂，a₃，a₄分别为回归系数。