ЭлБиб

МЕХАНИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ͪКормопроизводствоͫ № 6, 2018

www.kormoproizvodstvo.ru

ность управления технологическими процессами заготовки

кормов можно путём применения технических средств экс-

прессного контроля влажности на основе диэлькометриче-

ского метода измерений, а также достижений в области раз-

вития вычислительных систем, программного обеспечения,

средств приёма, передачи и обработки данных в режиме

онлайн, создание офлайн баз данных для различных кор-

мов. На основе чего будут приниматься объективные реше-

ния в конкретных производственных условиях.

Создание ИИС, научно-методических и технических

основ требует фундаментальных знаний свойств объекта

контроля. Изучением электрофизических свойств сельско-

хозяйственных материалов в 60–80-е годы на пространстве

бывшего СССР занимались учёные таких российских инсти-

тутов, как ВИЭСХ, ВИМ, ВНИИЗ, ЧИМЭСХ, ОТИПП им. М. В. Ло-

моносова, МИИСП им. В. П. Горячкина, ЛСХИ, ЦНИИМЭСХ,

УСХА, УНИИМ, РИСХМ, ВНИИАП (г. Киев), ЦНИИ «Инфракон»

(г. Винница), СКВ «Проектприбор» (г. Кутаиси), Институт авто-

матики АН Киргизской ССР и др. (Пугачёв, 2006; Романов,

1983; Бензарь, 1974; Берлинер 1973; Секанов, 2013). Большое

внимание изучению электрофизических свойств (ЭФС) уде-

лялось и за рубежом (Nelson, 2015).

В настоящее время диэлькометрия применяется как

один из основных методов влагометрии сельскохозяй-

ственных материалов: зерна, кормов (сена, силоса, сенажа,

комбикормов, травяной муки, плющеного зерна), почв и те-

пличных грунтов, удобрений, обеспечивая экспрессность

измерений, приемлемую точность, простоту использова-

ния и невысокую стоимость средств измерений.

В основе диэлькометрии лежит определение диэлектри-

ческой проницаемости

, величины, характеризующей спо-

собность вещества поляризоваться в электрическом поле.

Диэлектрическая проницаемость ε входит в закон Кулона

как величина, показывающая, во сколько раз ослабляется

сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектри-

ке по сравнению с вакуумом. Кроме того, она показывает, во

сколько раз возрастает электрическая ёмкость конденсато-

ра при заполнении его электрического поля диэлектриком,

а также входит в уравнения для скорости распространения

электромагнитной волны в материальной среде.

Диэлектрические свойства сельскохозяйственных мате-

риалов (почв, торфа, зерна, пищевых продуктов) в частот-

ной области исследованы в широком диапазоне электро-

магнитных волн от постоянного тока и низких частот до

частот в единицы-десятки гигагерц и представлены во мно-

жестве научных работ. Такой разброс в значениях экспери-

ментальных исследований и частотном диапазоне указыва-

ет на недостаточную изученность этого вопроса и недора-

ботку методических решений проведения исследований на

измельчённом и неизмельчённом растительном материале.

Анализ возможностей средств измерения влажности

кормовых материалов показывает, что в области обосно-

вания типа и расчёта основных параметров первичных

измерительных преобразователей пока ещё существует

много нерешённых научно-исследовательских и инженер-

ных проблем. В малой степени исследованы диэлектриче-

ская проницаемость и электропроводность кормовых трав

и силоса.

С учётом вышеизложенного разработка полевого влаго-

мера, отвечающего современным требованиям технологий

заготовки кормов и обеспечивающего измерение влажно-

сти свежескошенных трав непосредственно в валках и про-

косах без дополнительной подготовки проб, с диапазоном

измерения влажности до 85% является актуальной задачей

инструментально-измерительного обеспечения техноло-

гий заготовки кормов.

По результатам экспериментальных исследований диэ-

лектрических свойств кормовых трав на эксперименталь-

ной установке с прецизионным измерителем импеданса

Agilent 4294A в 2013–2014 годах (Блохин, Ананьев, Зубец,

2016) обоснован выбор рабочих частот измерений и дав-

лений уплотнения разрабатываемого прибора: рабочая

частота измерений 10–15 МГц, диапазон фиксированных

давлений уплотнения

0,3–0,5

Н/см

, что соответствует

усилиям уплотнения

100–160 Н

. На основе разработан-

ного И. П. Ананьевым (Ананьев, 2009) метода построения

автогенераторных двухкомпонентных диэлькометрических

преобразователей (ДДП) впервые разработан макет и соз-

дан ДДП прибора контроля влажности и электропровод-

ности влажных трав и силоса. Разработка и сборка макета

проводилась в ФГБНУ АФИ. К разрабатываемому макету

влагомера трав предъявлялись требования: надёжность,

точность и оперативность измерений на всех этапах заго-

товки кормов.

Цель работы — оперативный контроль влажности све-

жескошенной и подвяленной травы в интенсивных техно-

логиях заготовки кормов без дополнительной подготовки

проб с использованием макета влагомера.

Макет полевого влагомера трав

Основой прибора является планарный ёмкостный дат-

чик

(рис. 1), содержащий центральный дисковый потенци-

альный электрод с наружным диаметром 80 мм и охватыва-

ющий его кольцевой корпусной электрод с внутренним диа-

метром 144 мм и наружным диаметром 200 мм. Централь-

ный и кольцевой электроды установлены на изоляционном

основании

из поликарбоната толщиной 6 мм, с нижней

стороны дюралевого корпуса датчика

, обеспечивающе-

го прочность конструкции датчика, возможность уплотне-

ния измеряемой пробы травы или силоса при измерениях

и экранировку неиспользуемых областей электромагнитно-

го поля (ЭМП) датчика с верхней стороны электродов. Элек-

троды выполнены из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм.

Для исключения прогиба изоляционного основания при

уплотнении пробы между центром этого основания и вну-

тренней стенкой корпуса датчика установлена упорная изо-

ляционная втулка ступенчатой цилиндрической формы.

На нижней цилиндрической части большего диаметра

установлена круглая печатная плата

. На этой плате смон-

тированы высокочастотные цепи автогенераторного ДДП

для измерения действительной компоненты

ε’

комплексной

диэлектрической проницаемости (КДП) и электропровод-

ности

тестируемой пробы. Диапазон рабочих частот ав-

тогенераторного преобразователя

OCS

= 8–14 МГц, диапазон

измеряемых значений действительного компонента КДП

трав

ε’

= 1–80, диапазон измеряемых электропроводностей

трав

= 0–0,2 См/м.

Для создания уплотняющего давления на пробу в кон-

струкции прибора предусмотрены две параллельные стой-

ки из трубок

диаметром 20 мм, из нержавеющей стали,

симметрично установленные на корпусе датчика

на рас-

стоянии 110 мм друг от друга. Для создания уплотняющего

Электронная Научная С льскоХозяйственн я Библиотека