国内外粮食水分快速检测方法的研究(借用的)
粮食储藏过程中快速检测技术有哪些？
粮食储藏过程中快速检测技术有哪些？我国粮食年产量为5亿吨左右，大部分粮食进入流通环节以及入库储藏。
在粮食储藏过程中，由于储藏的周期较长，做好粮食的水分、温度、虫霉等的检测，及时发现储藏过程中的不利因素并予以消除，是粮食储藏工作的重中之重。
粮食的常规检测方法较为成熟，最终结果准确，但是耗时长；精密检测设备要求工作人员有熟练的操作技能，检测成本高，效率低。
而快速检测克服了常规检测的缺点，具有操作简单、耗时短、可以做无损检测、检测成本低等优点，在粮库中的应用日趋广泛。
今天给大家介绍一下粮食储藏过程中运用的快速检测技术！1粮食水分快速检测方法•干燥法：干燥法测量粮食水分含量是常用的检测方法。
目前，水分检测主要依据 GB 5497—1985，这些检测方法准确度高，但耗时较长，只适合试验室应用，无法满足实际生产活动的需要。
针对目前水分测定的现状，纪立波等[1]通过设定高温与短时间的最优条件，实现快速准确检测粮食水分的目的。
最终试验结果表明，160 ℃ /10 min 烘干法与130 ℃定温定时烘干法相比，不论精密度还是准确度在 95%的置信区间内均无显著差异。
因此，当粮食的水分含量在安全水分范围内时，可以采用160 ℃条件下加热 10 min 的方法测定水分含量。
•水浸悬浮法：水浸悬浮法快速测量谷物水分时，将待测样品加到容器中，然后向其中加入水并使样品充分浸泡，连同容器一起完全放入水中称重。
由阿基米德定律可知，此时样品中的水分失重为零，称得质量即为样品中干物质与测量皿的质量。
此方法具有耗能少、检测时间短、结果精度高等特点。
LS/T 3705—2010《水浸悬浮法水分快速测定仪技术条件与试验方法》对该方法的工作原理和试验要求给予了详细的说明。
水浸悬浮法改变了传统测量方法中以空气为介质的测定模式，填补了国际上水分测定方法的技术空白。
利用本方法测定玉米、高梁、小麦等谷物的水分含量，结果误差均小于 0.5％，但是测量油料误差偏大，因此本方法只适用于淀粉含量较高谷物水分的快速检测。
国内外粮食、油料脂肪测定方法评析
国内外粮食、油料脂肪测定方法评析【国内外粮食、油料脂肪测定方法评析】粮食、油料脂肪是我们日常生活中重要的食品资源，主要由碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素等营养素构成。
根据粮食、油料脂肪的不同成分特性，选择不同的测定方法可以更好地了解粮食、油料脂肪的营养素组成，从而促进粮食、油料脂肪的有效利用和开发。
一、粮食成分测定1、水分测定水分测定是粮食分析中最基本也是最常用的方法，分析粮食水分含量对于衡量粮食质量十分重要，目前采用干燥法、霍夫曼法、比重法以及快速水分测定仪等方法来测定粮食的水分含量，但随着技术的发展，现在也可以使用其他方法来测定粮食水分含量。
2、淀粉测定淀粉是粮食中最重要的成分之一，其主要形态有米淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉等，也是粮食组成的重要成分。
目前，常用的淀粉测定方法有热重法、比重法、滴定法、粒度法、物理-化学法等。
3、蛋白质测定蛋白质是粮食中一种重要的营养素，其中有多种不同的蛋白质，目前常用的蛋白质测定方法有Kjeldahl法、滴定法、免疫法、物理-化学分析法等。
4、脂肪测定粮食中的脂肪是一种重要的营养素，它能提供大量的能量，其中主要包括不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸及脂肪醇类等。
目前，常用的脂肪测定方法有Soxhlet法、霍夫曼法以及免疫法等。
二、油料脂肪测定1、水分测定油料脂肪中的水分测定主要采用干燥法、霍夫曼法、比重法等，但也可以采用其他方法测定，如快速水分测定仪等。
2、脂肪含量测定油料脂肪的脂肪含量是衡量油料脂肪质量的重要指标，目前常用的脂肪含量测定方法有热重法、比重法、滴定法和色谱法等。
3、不饱和脂肪酸含量测定不饱和脂肪酸是油料脂肪中重要的营养成分，其含量测定可以帮助我们更好地了解油料脂肪的营养特性，目前常用的不饱和脂肪酸含量测定方法主要有高效液相色谱法、高效液相色谱-质谱法、气相色谱法等。
4、饱和脂肪酸含量测定饱和脂肪酸是油料脂肪中的重要成分，其含量测定可以帮助我们更好地了解油料脂肪的营养特性。
饲料级玉米水分检测方法
饲料级玉米水分检测方法饲料级玉米是畜牧业中常用的饲料原料之一，其水分含量是影响饲料质量的重要指标之一。
因此，准确测定饲料级玉米的水分含量对于保证饲料质量具有重要意义。
本文将介绍几种常用的饲料级玉米水分检测方法。
一、称重法称重法是最常用的一种检测饲料级玉米水分含量的方法。
首先，取一定量的玉米样品，并使用天平准确称重。
然后，将样品放入高温干燥箱中，通过加热使玉米中的水分蒸发。
待样品完全干燥后，再次称重。
根据称重前后的差值，可以计算出玉米的水分含量。
二、电阻法电阻法是一种快速测定饲料级玉米水分含量的方法。
该方法利用玉米中水分对电阻的影响进行测量。
首先，将玉米样品粉碎，并将粉碎后的样品放入电阻仪中。
仪器会根据样品的电阻变化来计算出样品的水分含量。
三、红外线法红外线法是一种非常精确的测定饲料级玉米水分含量的方法。
该方法利用玉米中水分对红外线的吸收特性进行测量。
首先，将玉米样品制成粉末，并将粉末样品放入红外线仪器中。
仪器会通过红外线的吸收情况来计算出样品的水分含量。
四、微波法微波法是一种快速测定饲料级玉米水分含量的方法。
该方法利用微波对玉米中水分的加热作用进行测量。
首先，将玉米样品放入微波仪器中，并设置一定的加热时间和功率。
仪器会根据样品的加热情况来计算出样品的水分含量。
以上就是几种常用的饲料级玉米水分检测方法。
在实际应用中，可以根据实际情况选择适合的方法进行检测。
无论采用哪种方法，都需要注意样品的制备和仪器的操作，以保证测量结果的准确性。
同时，及时根据检测结果调整饲料配方，以确保饲料的营养均衡和安全性。
检测水分的方法
1、有损检测则是指在测量的过程中待测物粉碎或发生了化学变化，致使其不能保持原有的形状、结构或组分。
在这两类中，无损检测的方法更经济、快捷，发展也最为迅速，是当今世界水分检测的主流。
2、直接干燥法直接干燥法是指将待测样品置于烘箱中，根据ASAE标准，在130℃的温度下保持19h，测量前后的质量差，即为其水分含量。
3、电容法电容法是根据水分的介电常数远远大于粮食中其它成分的介电常数，水分含量的变化势必引起电容量变化的原理，通过测量与样品中水分变化相对应的电容变化即可知粮食的水分含量。
代表仪器为电容法水分仪，其测量精度≤0.3%，测量时间为5s，测水范围为10%~20%，主要影响因素为温度、品种和紧实度。
该法可进行在线测量。
以上两种方法的测量原理非常简单，技术相对来说也比较成熟，但都存在不足之处：直接干燥法测量周期较长，人为干扰因素多，并且不能进行在线测量；电容法的影响因素较多，在精度和重复性等方面难以达到国家规定标准。
随着人工智能和数据融合技术的发展，为数据综合处理提供了新的途径，目前也取得了一些可喜的结果。
4、红外线加热干燥法红外线加热干燥法是利用红外线加热样品使其失水，从而达到测量水分含量的目的。
代表仪器为红外线水分测定仪，测量精度为±0.1%，测量时间为1200s，测水范围为0~100%，主要影响因素为温度和加热时间。
该法不能进行在线测量。
5、微波加热法微波加热法是利用微波炉的磁控管所产生的2450MHz或915MHz的超高频率微波快速振荡粮食中的水分子，使分子相互碰撞和摩擦，进而去除粮食中的水分。
代表仪器为实验室微波水分测定仪，测量精度≤0.01%，测量时间为100s，测水范围为12%~100%，主要影响因素为微波炉的功率、谷物质量、密度和介电特性。
该法不能进行在线测量。
与传统干燥法相比，这两种方法缩短了测量周期、减少了能耗。
其中，红外法不需加热介质，提高了热能利用率；微波法操作方便，并可同时测量多种样品，但它存在温层效应和棱角效应，造成微波的不均匀，从而影响测量精度。
收获期玉米籽粒的水分快速检测结果分析
[
气候变化背景下 生 物 炭 对 农 田 土 壤 环 境 过 程 影 响
26]王道源 .
研究进展[
甘肃农业,
J].
2021(
10):
92
94.
[
生物炭对土壤微生物多样性和群落结构的影响
27]江琳 琳 .
响研究[
中国农学通报,
J].
2018,
34(
35):
67
71.
[
生物炭对黑土土 壤 有 机 碳 库 及 细 菌 多 样 性 的 影 响
3 次 重 复,
75000 株/hm2 。 田 间
管理按照高产田进行。
1.
2 含水量测定
1.
2.
1 探针法
水分测定 仪 选 用 广 东 惠 州 市 电 子 科 技 有 限 公 司
FY886 型水分测定仪,测量范围为 0~60% ,每个品种
选取 3 穗,在每 个 果 穗 中 部 选 取 不 同 方 向 重 复 测 定 3
28]张月沛 .
的影响[
沈阳:沈阳农业大学,
D].
2013.
[
生物炭添加对农 田 土 壤 微 生 物 特 征 的 影 响 [
沈
29]王福平 .
D].
化性质的影响[
土壤通报,
J].
2018,
49(
2):
428
434.
[
生物炭对土壤微生物代谢活动的
30]谭春玲,刘洋,黄雪 刚,等 .
的影响[
杨凌:西北农林科技大学,
22]王冲,王玉 峰,谷 学 佳,等 .
[
生物质炭对土壤理 化 性 质 及 水 分 养 分 吸 附 运 移 特 性
浅谈粮食水分检验方法
（ １ ） 电烘 箱法 。 最初 的 电烘箱方 法是 利用加 热使样
在我国， 由于 粮食水 分 检测 方法 的不 完善 和检 测 本水 分蒸 发 ， 离 开样本 并存 在于 空气 中的原 理进行 粮 的不到位 ， 每 年 有 大 量 的 粮食 因含 水 量 异 常 在 导 致 食 水分 测 定 的。 这 样 一来 ， 只需 要 测定 粮食 样 本加 热
１ ． １化 学法
（ １ ） 蒸馏法蒸馏法 是将粮食样 品和与水不溶 的溶 剂
（ 如 甲苯 ， 二 甲苯等 ） 在蒸馏 瓶 中进行混 合 。 根据 容积不
溶于 水 ， 且 沸 点远 低 于水 的 特性 ， 对 混 合液 稍进 行 加 热， 即可使 粮食 水 分 蒸馏 出 。 但 是 由于 部分 水分 由于
状 组要 有平 板形 和 圆筒 形 。 由于 这种 测量方 法为 非接 面 ： （ １ ） 开发 专门化 或通用 化水分仪 。 如 针对 低含 水量 高水量 测量 仪 ； （ ２ ） 研究 多物理量 检测 确定 触式 ， 因此 不受 样 本 外形 及 接触状 态 的 影 响 ， 测量 精 的检测仪 、 由于粮食 水分检 测受众 结果会 受 含水量 的测量法 。 粮食 样 本 品种 以及 温度 等 的 影响 ， 且数 据不 易 处理 ， 响， 比如测量温度 、 样 品密度 、 样 品类型 等 ， 将这些物理 检 测 时进 行相 应 的补偿 ， 以提高 检 测的精 度 。 １ ． ４射 线 法 量 分别采 集汇总 ， 通 过超大容 量和 高密集 度 的实验数 据 采集 、 记录 、 统计和 处理 ， 从而最 大 限度地 提高 粮食
其 在 储 运 过程 中容 易导 致 变 质 ， 不 但破 坏 了粮 食 品 前后 的重 量差 值 即 可 。 该 方 法 一般 用于 实验 室检 测 。 质， 而 且造 成 了食 物 浪 费 和 经济 损 失 。 可见 ， 恰 当的 而改 良法 则是 在原 来的基 础上 ， 在 失重温 度下进 行样
粮食水分检测技术探讨
1.2 传感器部分设计
圆桶型电容式传感器就是通过被 测量的水分的非物理量转化为电容量 变化的一种传感器。 E 是由两个「司心 圆桶构成，内桶为内电极，外桶为外 电极，两者之间为介质空腹。其工作 原理就是将要测量水分的粮食放在传 感器内外极电板之间的介质空腹中。 粮食中的水分可以使传感器的相对介 质发生变化，导致电容值发生变化， 从而可以检测出粮食中存在的水分。 1.3 温度检测电路的设计
时 CPU 就会发生变化。 51 键是开始键， 在今后我们要继续不断创新，才能不
将粮食储存好之后，接通电源，此时 断提高测量粮食水分的精度。
会出现-个数据;如果测量的结果有 参考文献
效，则进行 52 键的操作，继续进行测
山从粮食的源头把好计量关口].
量，然后将数据进行存储，直到完成 计量与测试技术，2015(5):8 1.
几次有效的数据之后，然后计算平均
[2] 李爱传，汪志强，李琳，等.电
值;如果上-次测量的数据无效，则 容式粮食水份检测系统研究u].农业网
要按下 53 键，说明此次结果无效，弃 络信息，2009(2): 114-116.
Jun. 201 B atl翩翩翩店TY93
「
路径控制声先报警。如果输出的电量 序、初始化程序以及平均值计算程序
低于此数值水平，晶闸管会阻断电流 等。主要流程就是 AD 转换模块测量
的通过，可以发现发光二极管以及扬 粮食中的水分以及温度，然后将数据
稻谷中水分的测定
稻谷中水分的测定介绍稻谷中水分的测定在农业生产中扮演着重要的角色。
农民和农产品加工企业需要准确测量稻谷的水分含量，以决定干燥和储存的最佳时间和方法。
稻谷的水分含量对其质量和保存期限都有重要影响。
本文将深入探讨稻谷中水分的测定方法、原理和应用。
稻谷中水分的重要性稻谷中的水分含量直接影响其品质和保存期限。
水分过高会导致稻谷发霉、变质，还会增加储存和运输过程中的能量消耗和成本。
水分过低则容易导致稻谷失重、碎米率增加。
因此，准确测定稻谷中的水分含量对农民和加工企业来说至关重要。
测定方法稻谷中水分的测定方法主要分为直接法和间接法。
直接法直接法是通过将稻谷样品加热蒸发水分，然后称重差来测定水分含量。
常用的直接法有烘干法、微波炉法和红外线法。
烘干法烘干法是将样品放入恒温箱或烘干器中，以恒定的温度和时间加热，然后测量样品质量的变化计算水分含量。
这是一种简单、常用且经济的测定方法。
微波炉法微波炉法是将稻谷样品放入微波炉中，利用微波辐射对稻谷中的水分进行加热和蒸发。
通过测量样品质量的变化来计算水分含量。
微波炉法具有操作简便、快速、准确的特点，广泛应用于农产品加工企业。
红外线法红外线法利用稻谷中水分对红外线的吸收特性进行测定。
通过红外线传感器测量样品吸收的红外线的强度，计算水分含量。
红外线法测定速度快、无需直接接触样品，适用于在线监测。
间接法间接法主要是通过测定稻谷中其他因素的变化来计算水分含量。
常用的间接法有电导率法和超声波法。
电导率法电导率法基于稻谷中水分对电导率的影响。
将稻谷样品浸泡在特定溶液中，测量电导率的变化来推算水分含量。
这种方法操作简单，但对于稻谷中其他离子的影响需进行修正。
超声波法超声波法基于稻谷中水分对超声波的传播速度的影响。
通过测量超声波在稻谷样品中的传播时间来计算水分含量。
这种方法无损、快速、准确，但需要专用设备。
测定原理稻谷中水分的测定原理主要涉及水分蒸发、质量变化和物理特性的测量。
水分蒸发实质上是利用样品与热源接触，热量传递到稻谷中的水分，使其蒸发。
快速检测技术在粮食储藏中的应用方法
快速检测技术在粮食储藏中的应用方法摘要：粮食安全是保障人们健康和生命安全的关键，而粮食储藏安全是其中重要一环。
如何加强监管，确保粮食储藏不受外来污染，不存在毒害性物质，保持营养成分的完整性和新鲜度，广受社会各界关注。
为此，在粮食入库和储藏保管时采取何种技术手段对粮食进行快速且高质量地检测，已成为粮食承储企业和检验机构的重点研究课题。
本文重点介绍针对水分、温度、气体、虫害、重金属以及微生物的快速检测技术应用方法，以供参考。
关键词：快速检查技术；粮食储备；应用方法引言粮食储藏过程中需要对影响粮食安全的项目进行检测以保障粮食品质。
因此，加强对快速检测技术的研究，掌握关键技术操作方法尤为重要。
一、针对水分的快速检测技术（一）微波法微波法是基于微波束向储藏粮食中的水分传播，并由水分对微波束反射和吸收而反映出来的特定信息来实现的。
由于该技术在使用过程中并不需要接触粮食，因此是一种无损检测，此外，其还具有灵敏度高、反应快速、实施灵活等优势，可以进行远距离检测以及动态检测，因此在粮食储存中有广泛的应用。
但是，微波法抗干扰能力差，较易受环境影响，受监测物体的形状、尺寸和重量的影响也较大，加之对应设备较为昂贵，因此有一定的局限性。
（二）干燥法粮食储藏中水分检测最常用的方法是干燥法，它是通过在一定温度和时间内测量干燥的产物的重量来计算出粮食中的水分含量。
干燥法在实际应用中，有较高的准确性和稳定性，可以准确检测出谷物中的水分含量，而且不受外界因素影响，操作简单方便，但操作过程用时较长，因此，在实际生产活动中尚存在一定的局限性。
二、针对温度的快速检测技术（一）红外测温技术红外测温技术的工作原理是通过检测物体表面的红外光来测量物体的表面温度，因此，该技术可以快速准确地测量出粮食储备中的温度。
此外，红外测温技术还具有操作方便、无需接触粮食表面等优势，在快速检查粮食温度中得到广泛应用。
但是，由于其只能测量物体表面的温度，而不能测量物体内部的温度，因此受外界因素影响较大，如环境温度、光照强度等，因此，在实际工作中应结合外界环境合理使用。
粮食水分检验方法浅谈
粮食水分检验方法浅谈作者：赵云萍来源：《科学之友》2010年第15期摘要：粮食在收购、存储、运输和加工的过程中，水分的检测和控制非常重要，现对目前的粮食水分检测方案进行收集和综合分析，并系统地阐述了国內现有的各种粮食水分的测量的常用方法、原理及其测量特性。
关键词：粮食水分检测；干燥；烘箱；水分中图分类号：TS210.7文献标识码：A文章编号：1000-8136(2010)15-0011-021引言粮食的水分含量是评价粮食品质的重要指标，是粮食检测的基本项目。
正常的粮食都含有适量的水分，并且水分含量通常保持在一定范围之内，这是粮食维持生命及保持其固有良种品质和食用品质所必需的。
由于受到收获早晚、成熟度及气候条件的影响，粮食的水分含量是变化的数值。
粮食水分的检测方法概括起来可分为无损检测和有损检测两大类。
无损检测是指在不破坏待测物原来的状态和化学性质等前提下，通过粮食本身的物理、光学及化学特性来测其含水量。
有损检测则是指在测量的过程中待测物粉碎或发生了化学变化，致使其不能保持原有的形状、结构或组分。
在这两类中，无损检测的方法更经济、快捷，发展也最为迅速。
是当今世界水分检测的主流。
现就粮食水分检测浅谈其常用的主要方法。
2 粮食水分无损检测的主要方法2.1直接干燥法直接干燥法是指将待测样品置于烘箱中，根据ASAE标准，在130℃的温度下保持19 h，测量前后的质量差，即为其水分含量。
2.2电容法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，通过测量与样品中水分变化相对应的电容变化即可知粮食的水分含量。
以上两种方法的测量原理非常简单，技术相对来说也较成熟，但都存在不足之处：直接干燥法测量周期较长，人为干扰因素多，并且不能进行在线测量；电容法的影响因素较多，在精度和重复性等方面难以达到国家规定标准。
随着人工智能和数据融合技术的发展，为数据综合处理提供了新的途径，目前也取得了一些可喜的结果。
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国内外粮食水分快速检测方法的研究 孙 健 周展明 唐怀建 (河南工业大学粮油食品学院,郑州 450052)
摘 要 综述了国内外粮食水分快速检测的方法,分析了各类方
法及仪器设备的特点和局限性。 检索工具 CSCD（中国科学引文数据库）百度文库 关键词 粮食 水分 快速检测 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。水分过高浪费运力和仓容,促使粮油生命活动旺盛,容易引起粮食发热、霉变、生虫和其它生化变化〔1〕。在我国,由于水分检测技术的不完善,每年有数百亿斤的粮食因水分含量过高在运输和储藏过程中霉烂变质,造成了巨大损失〔2〕。而粮食水分过低,减少了粮食重量,影响粮食品质。因此,水分一直是粮食的一项重要质量指标。 传统的粮食水分检测多是通过干燥或化学方法直接去除粮食中的水分,检测出样品的绝对含水量。其中干燥法主要包括电烘箱法、减压法、红外加热法、微波加热法;化学法包蒸馏法、卡尔·费休法和碳化钙法等〔3～5〕。这些方法的检测精度高,适用于实验室检测,但费时,无法实现快速、在线检测。目前在国内粮食收购时,仍然存在手摸牙咬,凭经验来判断粮食的水分,测定结果极不可靠。因此,近年来人们越来越重视研究粮食水分的快速检测,新的检 测设备不断涌现。 1 粮食水分快速检测方法及仪器设备粮食水分的快速检测,是通过 对与水分有关的物理量(例如物质的电导率、介电常数等) 的检测,相应地测定物质的含水量,一般来说速度较快,易实现在线检测。主要有电容法、电阻法、射线法、中子法、核磁共振法和声学法等。 1. 1 电容法 电容法测量粮食水分的原理是:不同水分的粮食经过电容传感器,使电容传感器介质的介电系数ε发生变化,随着介电系数ε的变化,电容传感器的电容量亦发生变化,这样就可以间接地测出粮食的含水量〔6～7〕。比如含水量较高的粮食相对介电常数越大。 电容法的优点是:结构简单,成本低,易于实现连续快速测量。缺点是测量精度不高,稳定性差。影响电容式水分计测量精度和稳定性的原因是多方面的,如被测物料的品种、温度、紧密度等。根据电容法研究开发的水分测量仪称为电容式水分仪,目前,国内利用电容法测定粮食水分的仪器的种类较多,如上海生产的SSY- 1B 型电脑水分测定仪、哈尔滨自动化仪表研究所研制的WS - Ⅰ型粮食温度水分测试仪等。黑龙江生产的DLS - 3A型电脑粮食水分仪,可以测试玉米、稻谷、小麦、大豆、高粱等9 个粮食种类54 个品种,水分测量误差≤±5 % ,重现性为0. 2 %(20 %水分以下) ,使用温度为- 5～40 ℃。国外主要有美国制造的FARMEX谷物水分测定仪,以及美国“帝强”M - 3G/ M - 20P谷物水分测定仪,法国特里百特- 雷诺( Tripette &Renaud) 公司生产的Wile55 ,日本KETT 研究所生产的PM5013 和PM888 等。 1. 2 电阻法 粮食的电阻特性为: ①在一定的含水范围内电阻对数与含水量关系近似呈线性; ②在粮食的含水范围内,电阻的量值变化很大,根据水分含量的不同,电阻值可能在较低的兆欧级直到高达几十兆欧级之间; ③温度对粮食电阻的影响十分显著,性质上表现为被测的等效电阻随降温度的升高而减小〔8〕。电阻法测定粮食水分即是利用粮食水分含量的不同,其导电率不同,电阻值的变化间接地反映粮食水分含量。电阻式粮食水分仪结构简单,价格便宜,缺点是信号强度小,取样要求高,不宜于微量水和高含水量的测定,传感器与样品接触状态会影响测量精度。 1. 2. 1 高频阻抗法 由于过干粮食的直流电阻很大,使得测量电阻信号很弱,但在150～350 kHz 的交流电场激励下,大多数粮食物料呈现浴盆导电效应〔9〕,此时粮食的阻抗较小,这一频带为粮食水分的敏感频带,施加这一频带的激励信号,可实现粮食水分的快速检测。在敏感频带的外施电场激励下,粮食水分与其交流阻抗呈对数关系: M = b1 + b21 n Zx 式中, b1 、b2 为常数〔8〕。阻抗的变化与物料温度、种类和电极间距有关;此外,也与籽粒结构有关。籽粒有壳体的粮食,其阻抗较大,稻谷有纤维素和矿物质构成的结构坚硬、高度木质化的谷壳,因而其阻抗值较大,小麦有纤维素和半纤维素组成的皮层,其阻抗值较稻谷小,但比大米阻抗要大〔9〕。由于物料在敏感频带的交流阻抗较小,检测信号相对较大,误差因素的影响也相对较小。交流阻抗法不受被测种类的限制,测量时间为1～2 s。 湖南设计研发的LSK- 1 型数显插杆式水分快速测定仪,仪器带有温度自动补偿、随机误差处理、水分均匀报警器等智能化功能,测量误差≤0. 5 %,重复性优于0. 2 %〔10〕。 1. 2. 2 直流电阻法 利用电阻法测定粮食时,首先需要将试样粉碎,常用的方法有碾碎式和钳式两种。如不破碎,一则所测的信息只能反映样品的表面水分,二是对于干物料的电阻值太大,使得所测信号很弱,造成测量信号的信噪比小。将破碎后的试样置于取样器的测量电极之间,对电极施加恒定压力,其电阻与水分的关系,即测量的数学模型为对数模型: M = a1 + a21 n Rx式中,a1 、a2 为常数,由仪器标定时获得。用电阻法测量水分时,除输出电阻值与水分密切相关外,还与被测物料的温度、品种、紧实度和电极间距相关,可通过硬件补偿或是软件修正。 1. 2. 3 双量程电阻测量法 当电阻值过高时,有可能使得测量信号变得微弱,相应的信噪比低,有效信号不易检出。采用双量程电阻测量就是针对水分在不同的范围内采用不同的外加电压,低水分用高电压,高水分用低电压。 双量程电阻水分测量系统的组成原理与上述直流电阻法测量的原理基本相同。但由于采用了双量程,便有效地解决了被测物料水分分布范围广的问题,实质上是提高了输出信号的强度。 1. 2. 4 测频测周集成法〔8〕 其基本原理是:将传感器测量到的电阻随水分含量变化的关系转换成频率信号与水分含量变化的关系,把频率信号送到单片机,分别用测频或测周方法进行处理,最终得出 水分含量值。 测频法和测周法都是测量频率的基本方法,测频法在低频端,测周法在高频端的误差远大于其相应的另一端,将测频法和测周法进行集成,使得可测的粮食物料含水量范围很宽,因而频率变化范围很大。测频测周方法利用频率信号测量,其最大优点是抗干扰能力强,利于远距离测量和测量信号传输。当将测频测周集成法用于测量时,还具有测量范围宽的特点。 1. 3 近红外法 近红外法是利用波长范围为780～2526 n m 的电磁波〔11〕,在样品中被含氢HX(C ,N ,O)官能基团的倍频、合频吸收来测定水分的方法〔12 ,13〕。由于水对近红外具有特征吸收光谱,所以被吸收的能量与物质的含水量有关〔12 ,14 ,15 ,16〕。 近红外粮食水分仪为非接触测量,易于连续测量,无需化学预处理,分析快速,适用范围广。缺点是物料大小、密度、环境温度、振动等对测量结果均有影响。Zeltex 公司生产的ZX880 近红外检测仪平均相对误差小于4 % , 可以满足实际生产的要求〔18〕。 1. 4 微波和无线电波法 微波为300 MHz～300 GHz 间的电磁波,其主要物理特性似光性和近声性。微波检测水分的原理是:利用微波作用于粮食产生的功率变化、幅度变化、相位变化或频率改变信息来推算粮食的水分含量。实质上这种方法是综合研究微波和物质的相互作用,根据物料介电常数与非电量之间存在的函数关系,利用微波反射、穿透、散射和腔体微 扰等物理特性的改变通过测量微波信号基本参数(如幅度、相位、频率等) 的改变量进行检测〔19〕。 粮食中水的介电常数和损耗因子比其中干物质的介电特性值高很多,水分子在微波场作用下极化,表现出对微波的特殊敏感性。粮食在干燥状态下的相对介电常数为2～5 (小麦的介电系数约为2. 3) ,而水的相对介电常数接近80 ,水在超高频范围内存在介电损耗的最大值。利用超高频能量通过含水粮食产生能量损耗、相移或发射波参数的变化,可换算出粮食水分值。微波水分测量正是利用水对微波能量的吸收或微波谐振腔谐振频率等参数随水分变化的原理进行水分测量的〔20〕。不同的应用对象,微波的检测原理略有不同。其中,用于水分检测的主要有:透射法、反射法、腔体微扰法〔21〕。 微波式水分仪的优点是:灵敏度高,速度快,非介入无损式测量,易于实现水分连续测定,测量信号易于联机数字化、可视化,所测结果为体积总体水而有代表性。缺点是测量结果受物料形状、密度等因素影响,仪器价格高。 瑞典生产的Aquamatic 5100 型快速水分分析仪,采用150 MHz 的无线电波技术,采用温度和密度修正,由测定介电常数来测定粮食水分。由于采用了合适的校正方法,减少了各种误差,如收获年份、品种区别和产品产地,并且产品水分分布状况不影响检测结果,适合所有谷物和油料作物,且所有的谷物与油料产品均使用一条校准曲线,在检测水分的同时,还可检测容重和温度。无需校准更新,一条曲线适合所有产品。分析时间短,仅为20 s ,样品温度为- 10～40 ℃〔22〕。 1. 5 核磁共振 在一定条件下,由于原子核自旋重新取向的结果是物质在某一确定的频率上吸收电磁场的能量,进入共振的频率的数据与原子核的性质以及作用到物质上的外磁场大小有关。改变磁场的大小可以取出核磁共振的频谱,并能测出在试样中的某种原子核。吸收能量的多少,与试样中所含有其它质子的物质,可以按能量吸收的强度来判断物质中的湿度。情况复杂时,用信号加以区分,用核磁共振法对湿度进行测量,用荧光屏通过信号的强度直接测定其含水量。其优点是测量迅速,非破坏性,精度很高,还可区分自由水和结合水,其不足之处是仪器昂贵,保养费用大,需精确标定。 1. 6 中子法 中子源(如镅铍源) 单位时间发出的快中子数目大致相等。快中子在谷物内运动就会与谷物的原子核碰撞、散射而损失能量,逐渐慢化成为慢中子(热中子) ,在中子源周围形成一个“热中子云球”。在中子慢化过程中,氢原子起着特别重要的作用,这一方面由于氢核质量小,中子与其每次碰撞损失的能量多,另一方面是中子与氢核相互作用的截面大。 谷物含氢量随水分变化而变化,含水量大,快中子被慢化得快“, 热中子云球”半径小,热中子密度很大,相反谷物含水量低,“热中子云球”半径大,热中子密度小,热中子打到慢中子探测器上,产生电压脉冲,由脉冲计数器记录脉冲数,经标定脉冲数与谷物含水量间有对应关系。