传感器在循环式稻谷干燥机中的应用,大学论文

传感器在循环式稻谷干燥机中的应用,大学论文内容摘要：近年来,随着粮机设备智能化技术的不断发展,以及稻米加工产业对于稻谷枯燥品质的要求不断提高;促使稻谷枯燥机的智能化研究成为粮机企业与研究者新的关注点。而传感器作为智能监控系统构建的首要环节,对于枯燥机的智能化功能实现至关重要。为此,综合阐述了传感器在循环式稻谷枯燥机中的应用,旨在为谷物枯燥机智能化监控系统的开发提供一定参考。本文关键词语：传感器;稻谷;批量循环式枯燥机;智能化监控系统;PreliminaryintroductiontotheapplicationofthesensorinbatchrecirculatingpaddydryerXURen-qingLIJian-feiLUSong-huaSuzhouTechnicianInstituteSatakeManufacturing(Suzhou)Co.,LtdAbstract：Asthefirstlinkofintelligentmonitoringsystemconstruction,sensorisveryimportantfortherealizationofintelligentfunctionofdryer.Inordertoprovidereferenceforthedevelopmentofintelligentmonitoringsystemofgraindryer,theapplicationofthesensorinbatchrecirculatingdryerwasmainlyelaborated.稻谷枯燥机是以机械的形式,通过热风枯燥将稻谷水分枯燥至安全储藏水分,可替代传统自然晾晒的谷物枯燥方式,近年来已在国内推广开来。当前国内较为常见的稻谷枯燥机主要有批量循环式、横流式、混流式、顺流式,以及间歇式枯燥机五大类,华而不实以批量循环式枯燥机最为流行[1]。传感器是将感遭到的被测量信息,根据一定规律转换成电信号或其他形式的信息输出,以知足信息的传输、处理、存储、显示、记录及控制等要求的一种检测器件[2]。传感器根据其工作原理可牵涉到光(可见光、红外光、激光)、声(超声)、电(电阻、电容、电感、电荷)、磁(磁场效应)等方面,并根据其不同用处与特点被广泛应用于各个领域。近年来,随着粮机设备智能化、无人化技术的不断发展,以及稻米加工产业对于稻谷枯燥品质的要求不断提高,促使稻谷枯燥机的智能化程度,以及稻谷枯燥信息的精准度与联网追溯等功能成为粮机企业与研究者新的关注点。而传感器作为枯燥机智能监控系统构建的首要环节,对于以上功能的实现至关重要。当前,国内关于各类传感器的研究已有较多,谷物枯燥智能监控系统的设计也有一些报道[3,4,5,6],但有关传感器在稻谷枯燥机上的详细应用与介绍还未见报道。为此,笔者重点阐述各类传感器在循环式稻谷枯燥机上的应用,旨在为谷物枯燥机智能化监控系统的开发提供一定参考。1稻谷枯燥机用传感器的选择循环式枯燥机的智能控制系统主要由单片微机系统主机、控制电路、传感器等组成[5],传感器部分是智能控制系统信息接收与传输的首要环节。由于稻谷的水分含量和稻谷外表枯燥温度是决定稻谷最终枯燥品质的关键因素,因此水分传感器与温度传感器在各类稻谷枯燥机中被普遍使用。除此之外,为进一步保障稻谷的枯燥品质与作业安全性、节省工作能耗,以及提升设备监控系统的智能化程度,湿度传感器、风压传感器、料位传感器、回转传感器、感震传感器等各类传感器越来越多被应用于稻谷枯燥机上。由于稻谷烘干车间的作业环境普遍较为恶劣(如:噪音较大、粉尘浓度较高等),且作业方式一般为24h连续作业,因此在传感器的选择上对其测定精准度、灵敏度、环境适用性、安装与维护便利性等方面要求较高。2传感器在稻谷枯燥机上的详细应用以国内S公司所开发的新型低温循环式枯燥机为例,对各类传感器在稻谷枯燥机上的详细应用进行阐述。2.1水分传感器在稻谷枯燥经过中,稻谷枯燥后的水分含量是确保稻谷枯燥品质的首要指标。稻谷水分含量越高其储存品质越差,如:真菌生长迅速、发芽率降低、脂肪酸值升高等[7]。稻谷水分含量对籽粒的破裂载荷的影响程度要高于环境温度,稻谷含水量越高其破裂载荷则越低[8],即在后期运输、储存、加工等经过中越容易产生破碎。但稻谷的水分含量过低则会对大米的食味造成不良影响[9],并会增高枯燥成本、降低经济效益。因而,做好稻谷枯燥经过中水分含量的实时监测至关重要。稻谷的水分测定可通过烘箱法或仪器法进行,华而不实仪器测定法因其测定速率快而被广泛应用于稻谷烘干车间,其测定方式主要有红外线、中子式、电容式、电阻式、微波式等。在稻谷枯燥经过中的水分监测上,又可分为在线检测和线下检测两种方式。华而不实线下检测需要人工取样,既耗时又耗力,现已被线上水分检测装置逐步取代。对于在线水分检测传感器的研发,电阻式传感器因其灵敏度与稳定性高、测定速度快及线性度好等优点,现已成为稻谷枯燥机在线水分检测装置的首选,该型传感器的基本原理是根据不同水分含量谷物所对应的导电率不同来测定水分含量。当前国内外较为高端的稻谷枯燥机上所采用的单粒水分测定仪,其传感器均为电阻式[10,11,12,13]。其次,电容式传感器以其构造简单、测定速度快、互换性好及造价低等特点也备受欢迎,其测定原理是根据不同水分含量的稻谷,其介电常数不同引起电容量的变化来进行测量。传统的电容式传感器的接触探头以平行极板式或圆筒式为主,但测定精度受外部因素影响较大,难以保证在线测定精度。为此,国内相关科研工作者对此进行了一系列改良措施,以提高电容式传感器的测定精度和稳定性,如:电路设计改良[14]、采用边缘电场电容式传感器[15]、CAN总线的应用[16]等。除此之外,微波式水分检测作为一种无损检测新技术,以其测量范围广、检测精度较高、对环境敏感性好,以及合适用于动态检测等优势[17],在粮食在线水分检测上也得到了一定推广。2.2温度传感器相关研究表示清楚,枯燥温度是影响稻米食味的主要因素。高温枯燥可促使稻米脂肪酸值和直链淀粉含量升高,内部构造由有序排列变得杂乱无序[18],且相对于低温枯燥,高温枯燥会导致爆腰率的升高[19]。因而,在稻谷枯燥经过中,为保障稻谷最终的枯燥品质,需要通过温度传感器严格把控稻谷温度和热风温度。温度传感器可分为接触式与非接触式两大类别。详细包括应用较为广泛的热电偶与热电阻传感器[20],以及应用于特殊领域的新型传感器,如:光纤温度传感器、特种测温热敏电缆、石英温度计[21]等。热电偶测温原理是利用热电效应,即由两种不同导体材料制成的电极组成闭合回路,当两个节点温度不同时,在闭合回路中就会产生热电动势[22]。热电阻传感器的测温原理是基于电阻值随温度变化而变化的特性[23],其电阻材料可根据使用要求选用金属导体或半导体材料。2.3湿度传感器通过搭载湿度传感器,可持续测量外部空气湿度。当外部空气湿度较高(雨天等)或较低时,湿度传感器可将空气湿度信息传送至计算机,系统通过对稻谷水分含量、稻谷温度等信息综合分析与判定,自动调高或降低送风温度,进而在高湿度时能够维持枯燥速率,在低湿度时防止过度枯燥导致品质下降。湿度传感器通常采用电容式与电阻式等湿敏元件,近年来随着传感技术的不断引进与拓展,湿度传感器的集成化和智能化,以及多指标测量技术已得到飞速发展。与之相关的新型研究成果也是层出不穷,如基于可调谐激光吸收光谱的湿度传感器[24]、基于复原氧化石墨烯的干预型光纤湿度传感器[25]、基于光纤锥级联的Mach-Zehnder干预湿度传感器[26]等。2.4风压传感器风压传感器又称为微差压传感器,其在枯燥机上主要用于监测枯燥经过中的热风量,以便于根据进料量进行热风量的自动变频调节,进而到达最符合进料量与水分值的风量,最终到达节约电力、减少燃料消耗量的目的。其工作原理是当压力作用在传感器的膜片上时,膜片会发生与介质压力成正比关系的微位移,同时传感器的电阻也会产生相应变化,测量电路检测到相应变化后随即转换并输出一个对应于这个压力的电信号。2.5其他传感器料位传感器在枯燥机上也被称为满量传感器,当稻谷进料量到达枯燥机满仓位置时,阀门可自行关闭。当前在粮机企业中以电容式和阻旋式料位传感器较为常见。对于电容式物料传感器,采用双电容式构造可消除温度和湿度对测定经过的干扰[27,28],因此更合适应用于谷物枯燥机上。除此之外,有些枯燥机厂家会在下部绞龙搭载回转传感器用于监视谷物循环量。由于谷物性状的不同,回转阀中排出的稻谷量有可能太多或过少,通过回转传感器及控制盘对电机运转进行实时监控,能够保证适宜的循环量。3结束语随着国家对谷物枯燥机的补贴与推广力度的不断加大,以及国内枯燥机用户对于枯燥机的智能化要求不断提高,怎样完善枯燥机的智能监控系统已成为将来生产企业进行研发的重点。而传感器作为稻谷枯燥机智能监控系统的重要组成部分,其在稻谷枯燥机上的应用必将越来越为广泛。以下为参考文献[1]曹崇文.中国稻谷枯燥现在状况和稻谷枯燥设备的开发[J].农业工程学报,2004,17(1):5-9.[2]卢学燕.浅谈传感器应用及发展[J].中国化工贸易,2020(29):108-109.[3]蔡晓华,陈蕾,刘豪杰.单片机控制技术在谷物枯燥水分监控系统中的应用研究[J].农机化研究,2000(4):102-106.[4]王保利.单片机控制技术在谷物枯燥中的应用研究[D].咸阳:西北农林科技大学,2003.[5]蒋平,朱传祥,吕德志,等.循环式粮食枯燥机的智能控制系统[J].农业工程学报,2006,22(11):126-130.[6]高峰,陈兆友,孔健,等.基于Winot智能谷物枯燥系统设计[J].电子测试,2021(12):17-19.[7]苏升畅.稻谷储存水分和温度对真菌生长和稻谷主要品质的影响讨论[J].当代食品,2021(11):82-84.[8]吴中华,王珊珊,董晓林,等.不同温度及含水率稻米籽粒加工经过破裂载荷分析[J].农业工程学报,2022,35(2):278-283.[9]马涛,毛闯,赵锟.大米水分与食味品质和储藏关系的研究[J].粮食与饲料工业,2007(5):7-8.[10]娄有庆,董邦超,张行奎.水稻烘干水分含量电阻法在线自动检测装置:中国,CN103954655A[P].2020-07-30.[11]班华,李长友,胡万里.水稻枯燥中心在线检测与变位控制机理研究[C].中国农业工程学会学术年会.2005:15-18.[12]李长友.稻谷枯燥含水率在线检测装置设计与试验[J].农业机械学报,2008,39(3):56-59.[13]吴惠昌,谢焕雄,胡志超,等.连续单粒式谷物在线水分测定仪的设计与试验[J].农业工程学报,2021(11):290-298.[14]可飞龙,汪毓铎,李茜.一种高精度粮食水分测量传感器电路设计[J].北京科技信息大学学报,2021,33(4):77-81.[15]杨柳,杨明皓,刘嫣红.利用边缘电场的电容式谷物水分传感器的研究[J].中国农业大学学报,2007(2):58-61.[16]唐义锋,陈新华,冯辉,等.CAN总线在枯燥设备水分在线测定中的应用[J].农机化研究,2008(12):169-172.[17]伟利国,张小超,李福超,等.基于微波的粮食水分检测系统设计[J].电子设计工程,2018,18(4):1-3.[18]郑先哲,赵学笃,陈立,等.稻谷枯燥温度对稻米食味品质影响规律的研究[J].农业工程学报,2000,16(4):126-128.[19]杨亮.新型温度传感器的研究与发展[J].科技与企业,2021(14):237.[20]孟宪玲,褚治德,杨俊红.枯燥温度对水稻颗粒爆腰率的影响[J].天津大学学报,2002(4):32-35.[21]李树华.温度传感器的种类和应用[C].全国信息与电子工程学术年会.2018:471-475.[22]朱晓旭,周修文.温度传感器[J].电子测试,2020(5):56-57.[23]王芳.热电阻式温度传感器的测温原理与应用[J].黑龙江冶金,2007(1):33-35.[24]张可可,陈世