移動電阻式糧堆水分在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究

◎ 劉仁利，蔣路成，靳文杰，唐 鵬

（1.中央儲備糧鄭州直屬庫有限公司，河南 鄭州 450066；2. 河南省糧保倉儲設(shè)備有限公司，河南 鄭州 450000）

在糧食倉儲過程中的糧堆水分是影響糧食儲藏穩(wěn)定性的重要因素。如何及時、高效地監(jiān)測糧庫中糧堆的水分含量，采用更加智能化的方式對糧情參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測與調(diào)控，出現(xiàn)異常時自動報(bào)警，輔助管理人員更好、更快地對異常情況進(jìn)行處理，這是保障倉儲糧食安全最有效的方式。將儲糧水分控制在安全水分以內(nèi)，能夠有效抑制害蟲、霉變和結(jié)露等異常情況的發(fā)生，從而確保糧食儲存安全。在現(xiàn)有電子測溫檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)糧食水分在線檢測，有利于指導(dǎo)通風(fēng)降水和保水作業(yè)，是避免過度通風(fēng)、減少糧食損耗、強(qiáng)化儲糧安全保管的有效舉措。

2021年10-12月期間，中儲糧鄭州直屬庫與河南省糧保倉儲設(shè)備有限公司開展了移動電阻式水分在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)，電阻式水分在線監(jiān)測技術(shù)在大豆和小麥水分檢測中表現(xiàn)了較強(qiáng)的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，為在線水分監(jiān)測技術(shù)在糧庫中對糧堆水分實(shí)時監(jiān)測的使用提供理論依據(jù)及技術(shù)參考[1]。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗(yàn)倉房

模擬糧倉2個，其中一個模擬倉配備通風(fēng)降水和加濕增水設(shè)備，可在短期內(nèi)通過設(shè)備控制儲糧水分變化，提供改變糧食水分試驗(yàn)檢測條件；另外一個模擬倉不進(jìn)行通風(fēng)，提供常態(tài)儲糧試驗(yàn)檢測條件。模擬倉之外，選擇存儲2021年產(chǎn)7 050 t小麥的鄭州中心庫5號倉作為高大平房倉儲糧水分在線檢測實(shí)倉試驗(yàn)倉。

1.1.2 試驗(yàn)用糧

模擬倉儲存2019年產(chǎn)阿根廷進(jìn)口大豆和2016年產(chǎn)河南混合小麥，5號倉儲存2021年產(chǎn)河南混合小麥。對準(zhǔn)備試驗(yàn)用大豆及小麥進(jìn)行水分檢測，記錄糧食初始水分。

1.1.3 工具儀器

烘箱1臺、電容式水分快檢儀1臺（通過年度檢定，并在應(yīng)用前用105 ℃標(biāo)準(zhǔn)烘箱法進(jìn)行誤差修訂）、試驗(yàn)天平1臺、河南省糧保倉儲設(shè)備有限公司移動電阻式水分在線檢測系統(tǒng)電纜5套（2套用于模擬倉在線監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，在正式試驗(yàn)開始前完成烘干法誤差修正；3套用于實(shí)倉在線檢測試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行烘干法誤差修正）、手動散糧扦樣器1套。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 模擬倉的布置

將模擬糧倉內(nèi)清理干凈，通風(fēng)道開孔由疏到密固定在模擬倉1底部，通風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口底部與風(fēng)機(jī)和加濕器連接（如圖1），以實(shí)現(xiàn)糧堆水分的高低調(diào)控，非通風(fēng)模擬倉2不與風(fēng)機(jī)和加濕器連接。

圖1 通風(fēng)道及風(fēng)機(jī)布置圖

1.2.2 水分在線檢測線纜的布置

通風(fēng)試驗(yàn)?zāi)M倉1裝糧，將水分在線監(jiān)測電纜下設(shè)糧堆內(nèi)，確保檢測電纜3個檢測點(diǎn)傳感器按梯度固定在糧堆內(nèi)部，3個監(jiān)測點(diǎn)分別編號并插旗方便數(shù)據(jù)記錄，同時固定水分快檢儀扦樣檢測位置。將另一套監(jiān)測系統(tǒng)以同樣步驟固定在另外一個非通風(fēng)模擬倉2作為4號監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行非通風(fēng)常規(guī)儲糧條件下對照試驗(yàn)（如圖2）。選擇鄭州中心庫5號倉內(nèi)糧堆中間3個扦樣點(diǎn)部位鋪設(shè)3條水分在線監(jiān)測電纜，插編號旗固定檢測位置（如圖3）。

圖2 模擬倉糧食水分在線監(jiān)測實(shí)驗(yàn)布置立體圖

圖3 5號倉水分檢測電纜布置圖

1.2.3 大豆、小麥儲糧水分在線監(jiān)測模擬倉對比

（1） 大豆試驗(yàn)

自2021年10月21日起至11月3日進(jìn)行大豆通風(fēng)加濕增水檢測對比試驗(yàn)，10月21日檢測大豆初始水分9.8%，開始用較小功率加濕器和增壓風(fēng)機(jī)開啟加濕作業(yè)，10月23日換成較大功率加濕器和增壓風(fēng)機(jī)，10月29日起獲得平穩(wěn)加濕增水效果。每天9:30和16:00左右分2次定時通過水分在線系統(tǒng)檢測糧堆水分，用水分快檢儀檢測水分傳感器左右兩側(cè)糧食水分，記錄檢測結(jié)果，分析水分在線系統(tǒng)與水分快檢儀檢測結(jié)果差異性。根據(jù)快檢儀檢測的大豆水分增加到日常管理峰值15.6%左右之后關(guān)閉加濕器，停止加濕。

自2021年11月3日起至11月9日進(jìn)行大豆水分降水檢測對比試驗(yàn)，開啟糧倉通風(fēng)降水作業(yè)，直至用快檢儀檢測到糧食水分降為9%左右時，關(guān)閉設(shè)備，大豆水分增減全流程對比試驗(yàn)結(jié)束[2]。

（2） 小麥試驗(yàn)

自2021年11月10日至11月20日進(jìn)行小麥通風(fēng)增水檢測對比試驗(yàn)，每天扦樣、檢測水分、記錄數(shù)據(jù)。開啟模擬倉加濕作業(yè)，在快檢儀檢測到模擬倉小麥水分由12.1%增加到日常管理峰值15.6%左右之后關(guān)閉加濕器，停止加濕。

自2021年11月20日起至12月30日進(jìn)行小麥水分降水檢測對比試驗(yàn)，開啟糧倉通風(fēng)降水作業(yè)，直至檢測到糧食水分降為11.7%左右時關(guān)閉設(shè)備，小麥水分增減全流程對比試驗(yàn)結(jié)束。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆模擬倉水分檢測結(jié)果分析

在大豆通風(fēng)加濕和通風(fēng)降水過程中，在線監(jiān)測系統(tǒng)與水分快檢儀對3個檢測點(diǎn)都能同步檢測到大豆水分由低到高再降低的變化過程，兩種方式檢測結(jié)果偏差幅度保持在0~2.5%范圍內(nèi)。如圖4~6所示，3個檢測點(diǎn)水分變化趨勢，兩種檢測方式反映出糧食水分的變化趨勢一致，并且偏差偏離較小，表明該在線監(jiān)測系統(tǒng)對糧食水分變化檢測的精準(zhǔn)性可以替代谷物水分快檢儀[3]。

圖4 大豆倉第1檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

圖5 大豆倉第2檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

圖6 大豆倉第3檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

3個檢測點(diǎn)水分變化趨勢反映兩種檢測方式結(jié)果偏差主要集中在糧食水分由低到高或由高到低發(fā)生較大幅度變化期間，并且在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示的水分變化幅度更大一些。第1檢測點(diǎn)大豆水分由10月30日11:04的11.3%升高到11月3日15:45的15.3%，在3天之內(nèi)水分升高4%，期間兩種檢測方式結(jié)果偏差最大2.5%；由11月6日16:29的12.5%降到11月7日10:15的9.9%，半天之內(nèi)水分下降2.6%，期間兩種檢測方式結(jié)果偏差最大1.2%。同時，電阻式水分在線檢測系統(tǒng)對糧粒表層水分檢測更靈敏，能夠更早檢測出糧堆水分變化信息，更適合用于糧倉儲糧水分實(shí)時監(jiān)測。

2.2 小麥通風(fēng)加濕及降水全流程水分檢測模擬倉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在小麥通風(fēng)加濕和通風(fēng)降水過程中，在線監(jiān)測系統(tǒng)與水分快檢儀對4個檢測點(diǎn)都能同步檢測到小麥水分由低到高再降低的變化過程，兩種方式檢測結(jié)果偏差幅度保持在0~2.2%范圍內(nèi)。如圖7~10所示，4個檢測點(diǎn)水分變化趨勢，兩種檢測方式反映出糧食水分的變化趨勢一致，并且偏差偏離較小[4]。

圖7 小麥倉第1檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

圖8 小麥倉第2檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

圖9 小麥倉第3檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

圖10 小麥倉第4檢測點(diǎn)在線水分檢測與水分快檢儀檢測結(jié)果對比分析圖

4個檢測點(diǎn)水分變化趨勢反映兩種檢測方式結(jié)果偏差，主要集中在糧食水分由低到高或由高到低發(fā)生較大幅度變化期間，糧食水分從11月17日9:59的13.6%升高到18:00的14.7%，到11月20日8：47的15.6%，期間3天之內(nèi)糧食水分升高2%，兩種方式檢測結(jié)果最大偏差1.6%；再到11月22日17:40，水分降回到13.2%，兩天半下降2.4%，兩種方式檢測結(jié)果最大偏差2.2%。在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示的水分變化幅度更大一些。從圖7~10變化趨勢對比來看，兩種檢測方式在不通風(fēng)的第4點(diǎn)和開孔率較小的第2點(diǎn)檢測結(jié)果更為接近，與這2點(diǎn)糧食水分基本無變化或變化幅度較小相關(guān)，這說明電阻式水分檢測儀對糧粒表層水分檢測更靈敏，能夠更早檢測出糧堆水分變化信息，更適合用于糧倉儲糧水分實(shí)時監(jiān)測[5]。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果顯示，糧食水分短時間內(nèi)變化幅度較小時，移動電阻式糧堆水分在線檢測系統(tǒng)與水分快檢儀檢測數(shù)值基本一致，誤差率0.2%，能夠代替水分快檢儀進(jìn)行定性水分檢測，指導(dǎo)糧情檢查和通風(fēng)作業(yè)，在線水分檢測系統(tǒng)電纜線固定在糧堆內(nèi)部，檢測傳感器不受外界環(huán)境影響，檢測數(shù)值比較穩(wěn)定。糧堆水分短時間發(fā)生較大幅度變化時，水分在線檢測技術(shù)更趨于糧堆空隙間和糧粒表面水分的檢測，能夠快速定性掌握糧堆內(nèi)水分轉(zhuǎn)移和內(nèi)結(jié)露等情況。與傳統(tǒng)谷物水分檢測儀相比，移動電阻式糧堆水分在線檢測系統(tǒng)檢測勞動強(qiáng)度更低，能夠隨時通過移動端設(shè)備掌握糧堆內(nèi)水分情況。