1 研討背景和含義 

我G自2007年以來，年產糧食總量超越5億噸，成為世界**大的糧食出產G和花費G?？墒窃谖褿，糧食收成后經脫粒、暴曬、貯存、運送、加工、花費等進程，丟掉率抵達18%，這一數字遠超越了聯合G糧農組織約束的標準值5%。糧食水分是影響糧食質量的主要要素，也是糧食貯存、收買、加工、運送環節中有必要查看的主要目標。在我G,每年由于糧食水分含量過高構成數百億噸糧食在貯存或運送中腐朽蛻變，糧食水分查看技術手法的不完善、禁jue確是構成這一丟掉的主要原因。 

單調是減少谷物因水分含量過高而腐朽蛻變**行之有效的方法。長期以來，人們廣泛選用的單調方法是天然單調，即依托陽光人工暴曬。如今我G的谷物機械化單調率僅占總產量的1%，與世界發達G家的95%相差甚遠，谷物單調機械化亟待敏捷打開。不論是人工暴曬，仍是機械化單調，都對水分查看提出了很高請求。只有使谷物水分降到安全標準以下，才干確保在貯存、運送等進程中不發生腐朽蛻變；可是，谷物水分含量過低又會損壞谷物的有機物質，影響谷物的營養成分和質量，因此對谷物水分含量做出精確查看**關主要。 

 

2 水分查看方法總述 

跟著近20年以來對谷物水分查看技術的不斷研討，新式谷物水分查看方法和思維層出不窮。各類谷物水分查看方法各具特征，各有好壞，適用于不一樣的水分查看請求和場合。谷物水分查看方法可分為無損查看和有損查看。無損查看不損壞谷物自身性狀，通過其物理、光學及化學特性來測量水分；有損查看則需要對谷物進行物理損壞或使其發生化學改動而不能堅持原有情況。  

2.1無損查看方法 

谷物水分的無損查看方法shou要包括以下幾種：電容法、紅外線加熱單調法、微波加熱法、高頻阻抗法、聲學法、核磁共振法、射線法和中子法等。 

（1）電容法：電容法依據不一樣含水量的糧食其介電常數不一樣的原理, 來查看糧食水分。依據傳感器

結構方法不一樣分兩品種型, 即量筒或量杯取樣傳感器平緩板式電容傳感器。設在量筒或量杯取樣傳感器中糧食的裝料高度h , 介電常數為Ex , 則電容Cx = C0+ Kch ( Ex- E0 )ln ( b/ a)式中, C0、K c 為常數, E0 為空氣介電常數, a 為內圓筒外半徑, b為外圓筒內半徑。電容量的改動正比于被測樣品介電常數的改動。但一方面介電常數的改動與水分含量M 的改動并非線性聯絡, 即電容量與水分含量的聯絡為非線性。另一方面, 電容量受溫度添加而變大。因此, 在電容法測量水分中, 非線性賠償和溫度賠償十分主要。對于平板電容器, 設兩平板間隔為d , 高為H , 寬為b, 設待測糧食中干物質和水分在電容中的等效高度分別為H 1、H 2 , 相應的等效電容分別為C1 及C2 , 則總電容Cx = C1+ C2= 

H bd( E1H 1H+ E2H 2H) ( 3)式中, E1、E2 分別為糧食中干物質、水分的介電常數。介電常數是隨溫度變

化的, 水的介電常數尤此。H 1 隨糧粒大小及在電容中的充分度而變, 在表觀上表現為糧食的容重不 同。因此, 在模型中要引入密度和溫度的批改聯絡。 

特征：電容法水分測量的利益是結構相對簡略、價格便宜。缺點是受溫度影響大, 且無法在線查看高水分糧食。電容法歸于非觸摸測量，本錢較低，維護便當，適用于在線測量，但查看進程

中受谷物品種、密度、環境溫濕度等要素影響，安穩性較差，難以獲得精確的查看模型。 （2）紅外線加熱單調法和微波加熱法：紅外加熱單調法通過紅外輻射發生與水的吸收峰值波長相匹配的波長，使水分子劇烈運動升溫然后加速單調。微波加熱運用微波爐磁控管發生的超高頻率微波使谷物中水分子發生敏捷振動和抵觸來去掉水分。 

特征：這兩種加熱法比照傳統烘干法能縮短時間，減小能耗，且具有很高的精度。紅外法的shou要影響要素為溫度和加熱時間，微波法的shou要影響要素為微波爐功率、谷物質量、密度和介電特性等。 

（3）高頻阻抗法：導電浴盆效應是指谷物在特定頻帶的交流電場鼓舞下，阻抗值呈現**小值的特性。該頻帶稱為谷物水分的活絡頻帶，谷物的水分含量與其交流阻抗呈對數聯絡，高頻電阻法運用這一特性進行谷物水分測量。 

特征：高頻阻抗法查看速度快，精度較高，過失影響要素相對較小，但不適用于在線測量。 （4）聲學法：聲學法運用活動谷物磕碰發生的噪聲來測量水分。研討標明：谷物籽粒的彈性和振動特性與水分含量有關，不一樣水分含量的谷物在活動進程中磕碰時會發生不一樣頻率和振幅的聲波。運用籽?？呐霭l生的聲波的聲壓級、頻率和谷物含水率之間的聯絡，可以進行含水率的查看。 #p#分頁標題#e#

特征：聲學法重復性好，反應敏捷，可進行在線測量；受噪聲、籽粒大小與形狀的影響，噪聲信號的屏蔽是其**shou要的疑問。 

（5）核磁共振法：核磁共振法通過測定物質在電磁場中對射頻輻射的能量吸收強度來測量水分。在高磁場中，原子核自旋從頭取向對特定頻率的射頻輻射吸收能量發生能級躍遷現象，吸收能量的多少與物質中的核子數有關。 

特征：核磁共振法查看速度快、精度高、計劃寬，能差異自在水和結合水，但查看設備本錢寶貴，維護費用高，且查看前需通過精確標定。 

（6）射線法：射線法shou要包括紅外線反射光譜法和微波吸收法。紅外線法運用朗伯比爾規矩，即不一樣分子對不一樣波長的紅外線光具有不一樣特征的吸收。物質水分含量不一樣，對不一樣紅外線輻射的吸收能量也不一樣，紅外線法通過查看谷物的吸光度來得到谷物的水分值。微波法運用微波作用下，谷物中的水分吸收微波能量，或發生微波空腔諧振這一特性來查看水分。谷物的介電特性值 shou要由谷物中水的介電特性決議，水分子在微波場作用下極化，表現出對微波的格外活絡性，在超高頻計劃內水的介電損耗有**大值。吸收的能量及發生的諧振頻率與相位隨谷物水分含量改動而改動。 

特征：紅外線反射光譜法查看敏捷、簡略、連續性好，但歸于表面查看技術，難以反映谷物內部真實水分；微波吸收法活絡度高、速度快，易于完結在線無損查看，但其查看下限不可低，易導致駐波煩擾。兩種方法的精度都遭到谷物籽粒大小、形狀和密度的影響。 

（7）中子法：中子法運用慢中子探測器中發生的電壓脈沖個數與谷物水分值有關這一原理來查看水分。谷物的水分含量取決于其含氫量。中子源發生的快中子在運動進程中與谷物中的氫原子磕碰，發生散射減慢速度成為慢中子，計算探測器中慢中子的密度即可反映出谷物的含氫量，從而對應得到谷物的水分含量。 

特征：中子法的突出利益是高水分段活絡度高，且對冰凍情況谷物仍可以查看水分；不足之處在于氫的散射性不可安穩，不一樣品種、產地谷物對計數比的影響差異較大，測定前需要進行人工標定并采納防護。  

2.2有損查看方法 

谷物水分的有損查看方法shou要包括以下幾種：烘箱法、敏捷失重法、減壓單調法、直流電阻法、甲苯蒸餾法、卡爾費休法和壓力法等。 

（1）烘箱法：烘箱法shou要包括105℃恒重法、130±2℃電烘箱法和雙烘法。105℃恒重法選用略高于水沸點的溫度（105±2℃）對定量損壞的谷物樣品加熱，使其水分悉數蒸騰，依據谷物質量丟掉來計算水分值。130±2℃電烘箱法選用較高的烘干溫度對一定的谷物樣品加熱一定時間，依據質量丟掉來計算水分值。雙烘法shou先將谷物整粒樣品送入105℃的烘箱中烘干30分鐘，取出冷卻后稱重并損壞樣品，再運用105℃恒重法進行二次烘干測量。 

特征：烘干法選用電烘箱對被測谷物加熱使其水分蒸騰，通過其烘干前后質量改動 來計算水分值。烘干法需要較長的查看時間，但作為實驗室查驗方法具有很高的精度， 一般用作其他水分查驗方法的標定。其間105℃恒重法稱為標準法，雙烘法用于高水分 含量谷物的測量。 

（2）敏捷失重法：敏捷失重法將谷物置于其極限失重溫度下烘干，極限失重溫度是在不影響谷物組分條件下谷物所能接受的**高烘干溫度。 

特征：比照于其他標準烘干法，敏捷失重法能縮短烘干時間，可用于全部粉體物料的水分查看，如今該方法shou要用于玉米的水分查看。 

（3）減壓單調法：減壓單調法運用真空處理技術，在抽成真空的密閉容器內對損壞谷物樣品在較低溫度下加熱單調，并選用細微分量測定和數據處理方法測定水分。 

特征：減壓單調法可靠性高，不受谷物形狀影響，shou要用于0.01%~10%的微量水分查看，不能用于在線測量。 

（4）電阻法：電阻法是**早工業化運用的糧食水分非電量的電測方法, 是運用糧食含水量不一樣, 其導電率不一樣的原理測量糧食水分的方法。許多實踐證明,糧食具有明顯的電阻特性: 在一定的含水率計劃( 9% ~20%) 內, 電阻的對數與含水量近似呈顯線性; 溫度對電阻的影響表現為糧食的等效電阻隨溫度添加而減小, 在常溫( - 10~+ 50 e ) 條件下, 溫升1 e 對電阻的影響相當于其水分量增大011%。電阻法糧食水分測量模型為M= K 1+ K 2 lnRx ( 1)式中, Rx 為測量電阻值; M 為糧食所含水分; K 1、K2 為常數。電阻法的糧食水分測量設備結構簡略、價格便宜, 但所測糧食水分計劃受限。單調糧食一般為jue緣體, 其直流電阻很大, 例如稻谷電阻為106M M/ cm3 數量級, 而水的電阻為10M M/ cm3 數量級。被測糧食過干以及顆粒過大都會影響測量精度。所以, 直流電阻法測量水分時需對被測糧食顆粒破碎取樣。破碎后, 所測數據可以是糧食內部水分信息, 且可以增強測量信號強度, 減小對測量的煩擾, 進步信噪比。為改進測量信號的傳輸和抗煩擾功用, 電阻法水分測量呈現了許多立異的方法。一種是通過電路計劃將測量輸出的電阻信號轉化為頻率信號,通過測頻測周方法來測量糧食含水量; 另一種是運用150~ 350kHz 的交流電場鼓舞下糧食呈現的導電浴盆效應, 即存在糧食水分的活絡頻帶,對糧食施加這一水分活絡頻帶的鼓舞信號, 便可完結糧食水分的敏捷查看。 #p#分頁標題#e#

特征：低水分段谷物的電阻很大，運用該方法查看信號很弱，適用的查看水分段為10%~20%，查看效果受谷物品種、緊實度、溫度和電極間隔的影響。 

（5）甲苯蒸餾法：甲苯蒸餾法運用不溶于水的蒸餾液（甲苯、二甲苯）與查看樣品粉末混合構成沸點較低的蒸餾液，蒸餾出樣品中的水分，是一種常用的化學測量法。 

特征：查看的效果比一般單調法略高，蒸餾進程中容器壁易附著水分發生一定過失。 （6）卡爾費休法：卡爾費休水分測定法是以甲醇為介質，以卡氏液為滴定液進行樣品水分測量的一種化學方法。在甲醇和吡啶環境下，水與碘及亞硫酸發生定量化學反應，通過查看碘的消耗量來查看水分含量。 

特征：卡爾費休法查看精度很高，可測量微量水分，常作為許多物質水分的標準測定方法，但其查看試劑本錢較高，設備較復雜。 

（7）壓力法：壓力法也稱碳化鈣法，它運用一定條件下水與碳化鈣發生化學反應生成乙炔，而乙炔氣體的壓力與水分含量呈線性聯絡這一原理來進行水分查看。 

特征：碳化鈣法操作便當，可用于現場敏捷查看，如今shou要用于土壤、混凝土及混凝土制品水分查看方面。  

3 G外研討概略 

G外對于谷物水分查看技術的研討起步比照早，研討計劃也比照廣，對于谷物水分查看的各項技術和方法均有研討和運用。電測法是谷物水分查看技術中研討得**早也運用得**為廣泛的方法。前蘇聯研制的谷物水分儀中，選用電容法原理的約占43%，日本在1984年研制了在線電導式水分儀，芬蘭在1987年出產的依據電容法原理的WILE100水分儀可用于谷物、豌豆等作物的水分查看。美G帝強公司（DICKEY-JOHN）自上世紀70年代起初步研制電容式的谷物水分儀，如今推出的GAC2100系列和GAC500系列高精度谷物水分儀能抵達查看精度±0.1%，測水計劃5%~45%，重復率±0.1%。射線法也是谷物水分查看*域運用得較多的方法之一。 

這些年，依據紅外線法的水分儀研討打開敏捷，產品有比如美GZeltex公司出產的ZX880近紅外查看儀、英G紅外工程有限公司出產的SM4紅外水分儀、日本千野制作所研制的IR-AM300水分儀等。依據微波法和無線電波法原理的水分查看儀器有日本地崎電機制作所開發的UAM-100在線微波水分儀、瑞典出產的Aquamatic 5100型敏捷水分分析儀和美GJOINT SYSTEMS公司出產的M100微波水分儀等。中子法作為水分查看中的一種**方法，其研討也起步較早。上世紀40年代中子式水分儀率先在美G研討成功，日本于50年代也初步運用中子式水分儀并于60年代初步研制產品。隨后，前蘇聯、英G等世界各G也相繼開宣告各種用途的中子式水分儀，中子式水分儀完結產品化并逐漸向智能化方向打開。對于減壓單調法、卡爾費休法等其他水分查看方法，日本等發達G家也有比照**的研討效果。日本運用減壓單調原理研制的VME型水分儀可用于低水分段的測量，測量精度為±0.01%，測水計劃為0.01%~10%。日本京都電子運用卡爾費休法研制的MKS-500水分儀測量精度為±0.015%，測水計劃為10%~100%。此外卡爾費休法水分儀的代表產品還有瑞士萬通公司出產的V20/V30系列水分儀。  

4 G內研討概略 

我G從上世紀50年代起初步對谷物水分查看技術進行研討，shou要方法會集在電容法和電導法上。上世紀50年代出產的LSKC-4型和LSK-1型水分儀，查看精度可達±0.5%，但由于遭到谷物類型、溫度賠償要素影響未大計劃推廣。 

80年代以來跟著智能傳感技術的打開，谷物水分查看技術的研討步入了新的時期。如今G內選用電容法研制的谷物水分儀產品較多，例如上海SWS-**型糧食水分測定儀、哈爾濱WS-1型糧食溫度水分檢驗儀、黑龍江DLS-3A型電腦糧食水分儀等，其查看精度一般抵達±0.5%，重復率為0.2%，查看時間小于5min，但與發達G家出產的同類產品比照，G產水分儀在查看精度和查看計劃方面還存在間隔。一同G內對射線法、中子法等水分查看技術方法也打開了有關研討并開發了有關查看儀器，例如深圳后**電子科技有限公司研制的SF-60紅外敏捷水分測定儀、深圳冠亞電子出產的SFY-60系列糧食敏捷水分測定儀、江蘇精泰公司出產的JT-100/60紅外水分測定儀等。對于中子法現時期我G也現已開發了六、七種不一樣方法和用途的新產品，例如南京大學研制的刺進式SHD-1中子水分儀可用于玉米水分的測定。 

對于測量微量水分有很高精度的卡爾費休法，G內許多科研單位及公司也研制了許多產品，例如北京前驅威鋒技術公司的ZDJ-1S型全自動卡氏微量水分測定儀、淄博庫倫儀器分析有限公司的SF系列微量水分測定儀、上海禾工科學儀器有限公司的AKF系列卡爾費休水分測定儀等。但由于卡氏查看法試劑寶貴，本錢很高，如今shou要用在油料、化學制劑及藥物制劑等的水分查看方面。 #p#分頁標題#e#

在G內，雖然對于除電測法以外的其它水分查看方法也有所研討，但為了完結谷物水分實時在線查看，使水分查看向通用化或專門化、智能化方向打開，對于電容式傳感器的影響因

素和電容式水分在線查看系統的研討偏多。李慶忠等建立了檢驗頻率與谷物含水率之間的數學聯絡模型，研制了一種不受谷物堆積密度影響的在線查看系統，該系統經實驗**大過失計劃為±0.7%。曹云東等研制了一種依據電容式傳感器的在線水分測控系統，具有線性和溫度批改功用并能完結實時控制與報警。翟寶峰等分析了電容法水分查看技術的影響要素，選用多傳感器查看方法搜集各參數數據，并選用人工神經網絡數據融合方法對數據進行了分析。滕召勝等研制了一種可用于糧食單調機的水分在線查看系統，系統選用多路水分傳感器進行實時測量并選用信息融合算法進行處理。裘揆等研制了一種分別選用三個獨立電路測量電容、質量和溫度參數的種子含水率測量系統，分析了不一樣溫濕度對電容測量的影響。劉佳等選用有限元方法仿照分析了圓筒式電容傳感器的不一樣極板直徑、長度、厚度、間隔、個數對傳感器極板間場強散布的影響，找到了場強隨這些參數的改動規矩，對電容式傳感器進行了結構優化并通過實驗分析計劃了一種多層電容模型，舉薦了**佳標準。