Новая расширенная информация по поводу измерения влаги в сене и других сыпучих продуктах

Вопросы, на которые мы будем сегодня отвечать, традиционно задаются в период заготовки сена. И именно про сено мы и будем говорить как самый “проблемный продукт“ в части измерения влажности. Но описанные советы и предложения в равной степени можно отнесли и к другим сыпучим продуктам: опилкам, стружке, вате, табаку, в меньшей мере к гранулированному комбикорму и еще в меньшей к песку, цементу и почве.
А почему некоторые продукты в меньшей степени ? Это касается мелко-, даже точнее сказать очень мелкофракционных веществ. Например какой размер одной частички цемента ? А чем меньше эти фрагменты совокупности, тем большее их количество будет прилегать к измерительным металлическим стержням прибора, а следовательно результат будет точнее.
А вот с сеном, структура которого гораздо более хаотична, а значит менее однородна, а если говорить более строго, характеризуется значительно высокой метрологической неопределенностью (это если строго, по научному), то есть непредсказуемостью результата (а это по простому и понятному), все несколько сложнее. Однако если глубоко вникнуть в тему, то и большинство вопросов снимется.

А сподвигло нас написать это пособие очередное обращение клиента, который купил щуповой влагомер для сена. День попользовался и позвонил, начал задавать вопросы : “не понимаю, что показывает”, “не понятно, какую калибровку выбирать”, ”почему разные результаты”. Ну и далее в том же духе. Ну что ж поделать, если сено столь измерительно-капризный материал. Отличается и довольно сильно от остальных сыпучих продуктов.
Рассказали. Объяснили. Подробно и доходчиво. Больше не звонит. Объяснить то не жалко. Времени жалко. А так написал и все, кого интересует данная тема, прочитают. Хоть 10, хоть 100 человек. В любое время дня и ночи.

В чем проблема c измерением влажности сена ?

Мягкое, словно подушка

Да, на сене можно действительно спать. Взял охапку, бросил на землю и отдыхай. Наверняка у кого-то остался в памяти даже запах сена с детства. Если конечно не брать во внимание отдельыне высохшие травинки, которые могут больно колоть тело, не давая расслабиться. Но это дело поправимое. Достаточно накрыть эту импровизированную кровать из сена любым покрывалом. Тогда и мягко и не колется.
Откуда берется мягкость ?

А вот на тюке уже ощущение мягкости пропадает. Он твердый. И лежать не совсем приятно. Матрац дома мягче. Почему тюк с сеном твердый ? Объяснение сугубо прагматически-коммерческое.
Чем больше сена в тюке, тем дешевле транспортировать крупные партии – на единицу объема в кузов автомобиля войдет большая масса.
Мы не просто сделали пространное вступление, рассказывая о мягкости сене. Дело не в лирике. Вот с этой мягкостью, неупорядоченностью и есть главная проблема. Эта мягкость (не психологическая, а физическая) и является основной причиной нынешней статьи, которая в свою очередь вызвана к жизни неточными измерениями влажности скошенной травы.
Мягкое сено это значит, что его можно в несколько раз сжать, убирая воздушные промежутки между травинками. Это хорошо чувствует человек, когда ложится на сено, буквально проваливаясь в него, в эту пушистую и душистую природно-рукотворную перину.
Лег и заснул, удовлетворив свою потребности в отдыхе. Но тем самым, хотя человек об этом не задумывается, он увеличил плотность сена давлением своего тела.

А вот у влагомера, как и его хозяина, потребность другая - измерительная.

1. Вставил один раз иглы в стог – цифра одна.
2. Вставил другой раз в валок на поле – цифра другая.
3. Вставил в место, где только что проснулся человек, отдохнув после трудов полевых, и примял сухую травку – цифра третья.

И начинается паника, звонки отчаяния:
“цифры пляшут !”
“сколько раз меряю – цифры разные !”
Но эти восклицания можно парировать встречным вопросом: “скажите пожалуйста, вот только сейчас сена лежала целая гора, на сенокосе, а мы его так трамбовали, и толкали его в мешок и даже садились на него, придавливая своим весом так интенсивно, что сено уменьшилось в объеме в пять раз. Вам не кажется это удиительным ? Это же мистика - так уменьшить объем одного и того же количества сена по массе ”.
“Да какая ж тут мистика – просто взяли и утрамбовали” – услышим в ответ.
И вот тут самое время задать второй и главный вопрос: “Если вас не удивляет уменьшение объема, почему тогда Вас удивляет, что результат влажности для свободно лежащего сена и для упакованного, плотно сжатого, разный ” ?

Все дело в плотности ?

Если еще не понятно, можно продолжить разворачивать цепь плотностей в обратную сторону, в сторону уменьшления.
Есть сжатый тюк. Есть мягкое сено. Которое съела корова и осталось всего несколько жалких сухих травинок. Можно ли измерить влажность травинок, коснувшись их электродами влагомера ? Если травинок столько же, сколько пальцев на руке ? Или меньше. “Глупый вопрос !" - ответите вы. Конечно же, на дисплее будет стабильный ноль. Мерять нечего. Плотность травинок нулевая. Имеется в виду не каждой травинки, а их малой совокупности. Поскольку их так мало, а воздуха между ними так много, что и сеном их нельзя уже считать. Просто мусор, которой можно смести метлой.

По хорошему, производителям влагомеров сыпучих материалов, хорошо бы писать в паспорте, при какой плотности гарантируется достоверность показаний.

Например если сено имеет плотность … столько то граммов на м³.
Теперь пойдем в обратном напрввлении – от меньшей плотности к большей.
Ведь когда у нас в качестве образца взята одна–две травинки (конечно это крайний нереальный, ненормальный вариант, но необходимый для понимания того, как количество материала и его степень сжатия влияет на точность показаний), то это почти что все равно что мерять воздух.

Если взять охапку мягкого, неспресованного cена, какие-то цифры мы уже будем наблюдать. Почему ? Потому что часть сена и довольно значительная – десятки и сотни травинок уже касаются измерительных стержней прибора. Последнему уже “есть с чем работать”.
А вот если спресовать сено в такой плотный тюк, что даже остроконечные электроды в крепких руках профессионала, войдут с усилием, то цифра будет третья. Разумеется максимальная. Хотя по-прежнему остается вопрос, а какая же все-таки из цифр достоверная ? Если следовать логике, когда мы двигались по шкале плотностей, то чем выше плотность тем точнее цифра ? Да. Пожалуй мы приблизились к истине.

Точнее можно сказать - с трактованием полученных результатов. Подчеркиваем - речь идет именно о щуповых влагомерах.
Да, они простые и быстрые, но и результат их вызывает больше всего вопросов.  Особенно если дело касается сена. Поскольлку оно имеет крайне неоднородную структуру. Одна травинка толстая, другая тоньше, одна короче, другая длиннее. С зерном все гораздо проще – зерновки плюс минус практически все одинаковые. Со стружкой не так все однозначно, но все же если стружка выходит из одного деревообрабатывающего станка, то и в этом случае размеры отдельных элементов будут приблизительно одинаковы.
С сеном все не так. Поэтому и цифры "пляшут" и жалобы.
А как все это решить сразу ? Мы уже дали рекомендацию производителям, писать плотность сена в паспорте, при которой будет достижима максимальна точность.
Да только, кто ж это плотность знает ? Как ее измерить ? Конечно же это никто делать не будет.
Как быть ? Ну тогда производителям влагомеров надо бы хотя бы написать так: максимальная точность достигается при плотной упаковке сена в тюки.
"Да подождите ! До тюков еще надо дойти. Нам надо проверять еще когда сено лежит скошенное в поле, еще не сжатое и упакованное ! У такого сена тоже есть влажность. И именно для такого сена наиболее важно знать влажность. Чтобы знать, когда его собирать на хранение. Если сено уже собрано в тюки влажным, без проверки, без контроля, то и получим через неделю – другую плесень и очаг размножения микроорганизмов, которые повысят температур и сено сгорит – в переносном смысле, а бывает, что и в прямом. И весь тяжелый труд – коту под хвост." Полностью справедливое замечание.

Если брать например влагомеры зерна с измерительной камерой, то в нее помещается строго заданное количество продукта.

• Если будет меньше, то ошибка превысит паспортную. Прибор требует строгой дозы.
• А больше не даст само устройство – зерно просто туда не поместится в большем объеме. Крышка не закроется.

И ни у кого не возникает вопрос – “а почему я должен насыпать зерна именно столько - не больше и не меньше ?” Да потому что правила измерений такие.
Так почему тогда воникает вопрос – “а почему у меня влагомер сыпучих материалов показывает неправильно, если я меряю в валке в стоге, или в тюке ?”

По сути в таком случае это все равно что засыпать во влагомер зерна с камерой произвольное количества продукта и жаловаться, что результат не тот. Конечно не тот. Потому что вы допускаете измерительную самодеятельнсть. "Сколько хочу, столько и сыплю. Но результат должен быть правильным." Да что вы говорите ? Даже если одну сиротливую зернинку положите, тоже результат будете требовать достоверный ? Нет, так не бывает.
Сказки, фантазии и анархия с измерением сыпучих продуктов не соместимы !

По сути, для достижения точного результата, нужен процесс нормирования. То есть приведения к одному базису : (количества, масы, объема, тестируемого продукта).

Возвратимся к сену (а равно как к стружке, опилкам). Если у нас будет одна и та же плотность, то есть мы меряем только в тюках, мы каждый раз будем получать один и тот же результат.
Приведем еще один пример, который красноречиво и пожалуй окончательно и наилучшим образом подчеркивает, доказываемый нами тезис о том, что если плотность одинакова, то и результат будет одинаковый.

Есть такой вот интересный влагомер сыпучих пиломатериалов MC-600SD-А EXOTEK. У него довольно непонятная конструкция на первый взгляд для измерительного прибора. Какие то рычаги, пружина…

А дело все в том, что эти рычаги и пружина и служат для того, чтобы сжимать образец пиломатериала (щепки, стружки обрезки дерева) в емкости заданного объема, а значит каждый раз получать одну и ту же плотность. А как мы уже выяснили, это приведет к одному и тому же результату.
Эта механическая часть конструкции и является "нормировщиком". Это тоже путь к точности. Чтобы уменьшить разночтения при интерпретации результата.

Кстати, ответим еще на один вопрос. Который на первый взгляд не имеет логического объяснения, если не знать нюансы. Если не быть близко к сену, не работать с ним каждый день, не чувствовать его. Если же с сеном профессионально работать, тогда ответ на следующий вопрос бдет не сложным:

На первый взгляд, мы только и делаем, что только и отвечаем на этот вопрос. Да, плотность, то есть сила давления сжатого сена, увеличивает цифру влажности.
Но не только потому, что материала больше. И давит он сильнее.
Есть и другая причина.

И поскольку мы сказали о профессионализме (речь идет прежде всего о заготовщиках сена – у них свой бизнес про продаже сена в тюках или работают как наемные работники, заготавливая корм скоту на зиму), то с годами, и даже с десятилетиями, набирается опыт, который позволяет если не дать цифры влажности, но хотя по субъективными, кинестетическим ощущениям прикинуть градации – “сухое, влажное”.
Конечно новичку мало просто пощупать сено в руках и сделать достоверные выводы. Потребуется практика. Руководство наставника. Но вот если знать теорию - признаки – когда сено сухое или влажное, то накопленный опыт придет гораздо быстнее.
О чем речь ? Если сено издает трескающий звук, отдельные стебельки ломаются, сока нет совсем, даже если покрутить, сдавливая, вытягивая стебли, с большой долей вероятности сено сухое.

Как получить эталонное значение влажности сена ?

Ну хорошо, тепер понятно, почему щуповые влагомеры могут ошибаться. Но все-таки, хотелось бы знать, чтобы ориентироваться, а какое же истинное значение влажности ? Это поможет по нескольким причинам:

1. Понять, что влагомер никакой. Показывает чепуху. Бывают на рынке и такие.
2. Выбрать наиболее близкую по точности калибровку. Казалось бы сено одинаковое. Да нет, оно очень даже разное ! И в приборах производители заботливо предусмотрели 1-2-3-4 калибровки: для соломы, для травы, для стога, для пшеницы. Но может быть и разнотравье.

Есть 2 способа определения влажности – лабораторный и народный.
Все лаборатории, при определении влажности используют один и тот же термогравиметрический метод. Это может быть сушильный шкаф и лабораторные весы. Суммарно только за 2 этих прибора придется выложить 30-40 и более тысяч гривень. Да, это разовые инвестиции, но на годы вперед. Если деньги есть, почему нет.
Второй вариант это могут быть весы-влагомеры типа OHAUS, но покупая их, в цене вы ничего не выиграете. А по сути это оборудование делает то же самое – только самостоятельно: нагревает, взвешивает и считает процент влажности.
А что за народный способ ?
Понадобится сковородка, весы с точностью не меньше чем 0,01 г, нагревательный прибор и калькулятор.

Почему такая высокая точность весов ? И наверное это лабораторные весы очень дорогие. Не все так безнадежно. И не так дорого. Ваши затраты не превысят несколькиз сот гривень.
А точностью Вы получите очень близкую к лабораторной !
Заманчиво ? Тогда слушайте.
Все что вам надо сделать - это извлечь влагу из образца. В летнее время это можно сделать пассивно – как развешивать белье на веревке. Оно самое высохнет. Причем если его пересушивать, то складки будут такие, что придется или утюгом проходить по десять раз или отпаривать.
Но нам эстетизм не нужен. Нас интересует сугубо факт отсутствия влаги в сене. Сено тоже можно разложить на солнце и подсушить. Ничего страшного, даже если пересушить. Более того, это гарантия того, что влаги в нем нет и есть только сухой остаток.
И исходную влажность, легко посчитать по такой формуле

((Mи-Мк)/Ми)*100%, где Ми- исходная маса продукта, Мк-конечная маса продукта (после сушки).

То есть, зная указанные 2 цифры, мы без всяких лабораторий можем получить значение влажности. Раз нужны массы (до и после нагрева), то вот для этого нам и понадобятся весы. А наше требование к точности 0,01 грамма определяется прежде всего тем, чтобы получить результаты максимальной точный, соотносящийся с весом образца.
Проблема в том, что сено материал легкий.
И если сам образец будет весить 0,1 грамма и весы имеют точность 0,1 грамма, они вообще могут показать ноль ! Поскольку сама масса соизмерима в точностью весов. Они не среагирует. Грубоваты. Другое дело - весы с точностью 0,01 грамма. Они без проблем распознают вес 0,1 грамма. Их тензометрический датчик гораздо более чувствительный.
И обязательно перед началом измерения проводите калибровку весов. Как правило, это можно сделать самостоятельно. Правда не обойтись без калибровочных гирек. Или просить, чтобы продавцы калибровали весы перед продажей. Но лучше все-таки гирьки иметь в наличии.
Но как пройти путь из точки А (Ми) до точки Б (Мк) ?
Первый вариант мы рассказали. Разложил на солнце и ждешь. Но это долго. И солнца может не быть. И дождь может пойти.
Второй же вариант - ускоренный, с принудительным нагревом.
Для этого нужна тара и нагревательный прибор. В быту это может быть печка – газовая или электрическая, спиртовка, какой нибудь примус и например…сковородка.
Жареное сено ? Да, что-то в этом роде. Если надо дешево и ни к кому не обращаться. Ничего удивительного в этом процессе нет. Весы-влагомеры OHAUS делают тоже самое. У них есть подставка для образца и галогеновая или инфракрасная лампа, излучающие тепло, разогревая образец до температуры выше 100 ℃.
Процесс мало чем отличается от жарки семечек. По сути, когда мы жарим семечки, мы тоже удаляем из них влагу. И если измерить их вес до и после жарки, можно эту влажность определить по вышеприведеннй формуле. Но их жарят для другого - для вкуса. То есть не просто обезвоживают, но и меняют само вещество. Структуру продукта. Не до состояния угольков конечно, но тепловая обработка приводит к положительному изменению вкусовых ощущений.
Сено есть никто не будет. Зато будем взвешивать. И греть. И потом опять взвешивать.
Итак, для начала берем образец сена. Сколько брать ? Несколько щепоток. Чтобы было удобно взвешивать и нагревать. Площадка для размещения груза на весах не велика и сено ложить на нее неудобно. Да просто некуда. Воспользуйтесь вспомогательной тарелочкой. Ее массу конечно надо вычитать. Надо делать это или вручную (взвесив ее пустую и потом отминусовывать каждый раз) или в большинстве весов присутствует удобная опция взвешивания с тарой, когда весы автоматически минусуют вес тары.
Взвешиваем сено и получаем Ми. Записываем цифры. Допустим 0,5 грамма.
Берем это сено, кладем на сковородку и начинаем нагревать.

Нагрев должен быть щадящий ! Поверхность сковородки должна быть горячей, но не раскаленной по двум причинам.

1. Во-первых, с точки зрения пожарной безопасности. Дым не допустим !
2. В-вторых, мы же не мясо жарим или те же семечки подсолнечника или гарбуза. Нам не нужна корочка или обугливание. В последнем случае вместе с влагой будет уменьшаться и сухой вес. То есть часть вещества (кроме воды, это могуть быть масла, распад других органических компонентов при высокой температуре) будет тоже испаряться, переходя в газообразное состояние и мы получим дополнительную потерю веса, что исказит результат.

В общем, не перегревайте.
Как долго греть ? Понятно, что это зависит от исходной влажности (чем она больше – тем дольше). Можно перемешивать палочкой. По сути это тот же процесс переворачивани валков в поле вилами, только гораздо более быстрый, локальный и активный (в отличие от пассивного солнца, которое выступает в качестве нагревателя).
В процессе нагрева вы можете периодически брать сено (чтобы сковородка оставалась пустая, то есть весь объем), ложить его на весы и записывать показания.

После этого проводим контрольное, финальное взвешивание, уже просушеного сена и получаем значение Мк. Пусть это будет 0,4 грамма.
И по выше приведенной формуле считаем : ((0,5-0,4)/0,5)*100%=20%.
Мы получили народным способом значение влажности. Да, на лабораторную точность не претендует, но ничего лучшего и точного, если под руками нет ничего более подходящего, вряд ли кто-то предложит.

Да, это справедливый вопрос. Но не совсем корректный.
Если лампы дома светят слабо, то для проверки напряжения в сети у каждого хозяина есть недорогой мультиметр, а не звонит он в электротехническую лабораторию.

Влагомеры это устройства, чтобы дать картину здесь и сейчас. Вставил и смотри цифры.
Да, с какой то погрешностью. Поскольку они измеряют непрямым методом. А предлагаемый нами, домашне-сковородочный тепло-испарительный метод самый что ни на есть прямой.
А непрямые методы – те, которые преобразуют одну величину в другую.
Основных методов два.
Электромагнитное поле проникает через образец. Или просто замыкается цепь и ток течет через образец. Вот это и есть “измерительные посредники”. Из-за которых и получаются разные результаты. И потому что плотность не учитывают. И потому что приборы выпущеные не известно кем. И еще по одной причине.
Поскольку материалы разные, для каждого из них программируются разные измерительные алгоритмы (зависимости) – калибровки.
Но поскольку есть дополнительное звено в виде тока или ЭМ поля, и мощность электромагнитного поля или сила тока изменяются не пропорционально, не адекватно в такт с изменениями измеряемой величины (влажности), по причине того, что зависимости между величинами были записанные “кривые”, или материал не отвечает калибровке, то и получается, что эталонная влажность 13 %, а прибор показывает 8 %. В общем врет, что и вызывает раздражение у покупателя.
Если поле и лаборатория (или хотя бы ваша импровизированная домашняя лаборатория с весово-сковородочным методом) рядом, то можно отобрать образцы и сразу же их греть и взвешивать.
Но:

1. Это все таки долго. Возьмем полчаса только для одного образца. Влагомер измеряет за 5 секунд максимум.
2. А если полей несколько ? И эти необозримые гектары далеко. Как от лаборатории, так и друг от друга. Логистика сразу становится тормозом. И по времени. И по накладным расходам.
3. Если мы говорим о сене, то как проверить его влажность при закупке/продаже ? На рынке сковородку не нагреешь. Только воспользоваться портативным влагомером. Вставил иглы в мешок и сразу видишь сколько влаги.

"А что делать, если на любой калибровке, у меня наблюдается разница показаний по сравнению с эталонной цифрой ?"
Это связано с тем, что травы могут быть разные, а тем более их сочетание. Все варианты предумотреть не возможно. Да и не нужно.
У тех, кто занимается таким узким видом аграрного бизнеса, как заготовка сена на продажу, на протяжении десятилетий как правило, одни и те же площади, которые они скашивают. Соответственно одни и те же травы. А для разнотравья ? Не имеет значения. Разнотравье это просто совокупность трав.

Сначала нужно получить эталонное значение. Записать разницу по сравнению с прибором. Она может быть плюсовая или минусовая.
Эта разница и есть корректировочный коэффициент.
Его нужно прибавлять или отнимать, таким образом, исправляя показания влагомера.
Например, если эталонное значение больше на 3 % от выдаваемого прибором, то последний занижает показания и эти 3 % нужно добавлять к результату.
Некоторые модели кстати позволяют эту поправку вводить в память и таким образом автоматизировать этот процесс.