Вологоміри зерна зі щупами - вимір вологості за 7 секунд

З виміром вологості в побуті ми стикаємося, тільки кидаючи погляд на гігрометр, щоб упевнитися, що вміст вологи в навколишньому повітрі в межах норми, легко дихається, а якщо є припис лікаря, то легко проконтролювати, чи відповідає цифра на дисплеї нормі.

А ось вимір вологості вологоміром - прерогатива виключно працівників спеціалізованих лабораторій з аналізу органолептичних властивостей і якості зерна.

Більшість громадян стикається безпосередньо з зерном тільки під час традиції посівання, лікування народними засобами при пророщуванні або при попаданні в сільську місцевість, де колосяться сотні гектарів пшениці, ячменю або набирають вагу качани кукурудзи.

Тим часом, вологість зерна, з якого виготовляється ціла "розсип" як соціальних продуктів харчування - хліба і не дорогих батонів, так і печива, макаронів і тортів, безпосередньо впливає на:

  • період багатомісячного зберігання зернових культур в зерносховищах;
  • якість посівного матеріалу;
  • вартість зерна на внутрішньому та експортному ринках;
  • клас пшениці;
  • сорт борошна;
  • валютна виручка від реалізації зерна закордонним партнерам;
  • курс національної валюти;
  • ціни на хлібобулочні вироби;
  • рівень інфляції.

Уявімо собі, що як раз не до речі пішли затяжні дощі і прогноз погоди невтішний на найближчі тижні, але ось видалися сонячні дні і грунт просох і важкі колеса комбайна не занурюються по самі осі в бруд і починається збирання. І зерно начебто сухе і автомобілі снують, завантажують чергові тонни "зернового золота" на зберігання в елеватори. Встигли! Але не все так райдужно. 

Волога "пробирається" через послідовні внутрішні шари зернівки годинами і навіть цілодобово і зовні сухе зерно насправді всередині може розбухати від вологи і несвоєчасне виявлення небезпечних тенденцій призведе до псування цілої партії в десятки і сотні тонн.

А по всій країні скільки може набратися зіпсованої пшениці або пророслого ячменю? Доведеться виділяти зерно з державного резерву або закуповувати за валюту.

Щупові вологоміри зерна - альтернативний експрес завмер вологості поза лабораторією

Стандарт передбачає сувору послідовність процедур при лабораторному аналізі вологості зерна.
Повинен бути проведений відбір проб з видаленням твердих включень, сміття, комах, соломи. Розмел зразків проводиться млином, а безпосереднє вимірювання при використанні сушильної шафи і цифрових ваг.

Не швидко, дорого (через придбання обладнання і витрат на електрику), буде потрібно приміщення, меблі, кваліфікований персонал та інше , інше ...
Але деваться- то нікуди! При передачі зерна на багатомісячне зберігання в договорі в обов'язковому порядку вказується відсоток вологи в зернових культурах, як втім і при укладанні контрактів на відвантаження продукції за кордон.

Повітряно-тепловий метод найточніший і що важливо - універсальний. У сушильну шафу можна помістити як размолоте зерно, так і шматочок деревини..

Але ось як бути, якщо необхідно виміряти вологість зерна на віддаленому полі ?

На кожному гектарі лабораторію не побудуєш! Можна доставляти зразки для аналізу автомобільним транспортом. Можна. Але порахуємо логістичні витрати. Це раз. Якщо раптом проби відібрані помилково, то доведеться знову посилати "гінця" із зразками. Це два. А якщо закуповується невелика партія зерна - буквально пару мішків і необхідний аналіз вологості прямо зараз на місці? Це три.

Необхідні вимірювальні прилади, які одним махом вирішують всі озвучені проблеми і при цьому забезпечують необхідну точність і бажано щоб на аналіз було витрачено не більше 1 хвилини.


Фермери та агрономи напевно не раз згадали з вдячністю інженерів, які розробили польовий вологомір зерна - вірний підручний помічник в будь-який час доби, в будь-якому місці, що дозволяє оперативно виміряти вологість зерна, як то кажуть "не відходячи від каси", точніше від поля або елеватора.

Ці електронні вимірювачі, незважаючи на загальну благу мету, серйозно різняться за конструкцією і за методами дослідження вмісту вологи в зернових, бобових і олійних культурах, але мають і спільні, об'єднуючі риси.

Щуп або зонд в залежності від різновидів вологомірів - невід'ємний конструктивний елемент при контактних методах вимірювання вологості (зерна, дерева, ґрунту, бетону), рівня нітратів в продуктах (овочах, фруктах), температури м'яса, води, молока і т.д.

Альтернативні назви, може не зовсім наукові, по що відображають суть вимірювання - вимірювальні електроди, виносні сенсори .

Чим же вигідно відрізняється щуповой прилад? Розпишемо коротко основні переваги, а потім поговоримо більш докладно по кожному з пунктів.

  1. Пристрій з парою вимірювальних щупів може проводити заміри на будь-якій глибині (в межах довжини електродів), а не тільки на поверхні.
  2. Не потрібен попередній відбір проб.
  3. Навіть в закритих мішках можливо провести оперативне дослідження.
  4. Контроль прямо в кузові автомобіля.
  5. Миттєвий результат.

Поверхневий шар будь-якої гігроскопічної речовини майже завжди відрізняється за фізико-хімічними властивостями від внутрішніх шарів.



Сукупність сипучих матеріалів, що складаються з окремих елементів, таких як сіно, тирса, цемент і багато інших зразків для аналізу - як харчових, так і будівельних, підпорядковується тим же законам.

Зовнішній шар знаходиться під впливом переміщення повітряних потоків.


Причому справа навіть не при зберіганні на відкритому повітрі.
І в закритому сховищі за рахунок конвекційного руху, повітря повільно, але рухається. Волога з зерен у верхніх шарах випаровується, і якщо зачерпнути жменю і проаналізувати вологість, то в порівнянні з зерновками на глибині будуть, як то кажуть, дві великі різниці.

Можна звичайно перемішати лопатою, перед початком вимірювань. Але це більше жарт, а серйозність моменту полягає в тому, що тільки щуповим вологоміром можна навіть без торкання руками, відбору зразків і перемішування, зануритися в шар зерна і отримати шукане значення.

Здатний проникати вологомір зерна з щупами - висока точність без відбору проб

При зануренні на глибину датчиків дані про вологість стають усередненими.

Звертаємо увагу на слово "усереднені", це безпосередньо пов'язано з якістю відбору проб або репрезентативністю вибірки. Здебільшого термін "репрезентативність вибірки" звучить з телеекранів під час чергових виборів, коли проводяться опитування людей на виході з виборчих дільниць, але термінологію зі сфери соціології та математичної статистики можна в повній мірі перенести і в специфічну область вимірювання вологості.

Якщо загостреними кінчиками щупів вологоміра лише торкнутися досліджуваного зерна, чутлива електроніка вже через секунду видасть значення на дисплеї.

Але довіряти йому не можна, по-перше як ми сказали, через що розрізняються фізико-хімічні властивості верхнього шару, а по-друге, який тоді сенс в подовжених щупах, якщо тести проводяться дотиком?

Розглянемо довжину щупів з точки зору усереднення виміряного значення.



З кожним сантиметром, коли зонди занурюються, збільшується кількість зерен, які безпосередньо контактують з поверхню пари металевих сенсорів.

І тепер ми приходимо до методу вимірювання та проаналізуємо фактори, що впливають на точність.

У побуті, особливо згадавши шкільні уроки фізики та частково забуті знання з техніки безпеки, для більшої частини матеріалів (твердих і рідких) ми можемо однозначно сказати - проводить матеріал чи ні.

Наприклад вода - проводить, металева деталь - також, які обривок мідного дроту. 

А ось як бути з електропровідністю ну наприклад пшениці, кукурудзи, гороху, гречки? Проводить чи ні? Ось у чому питання ! Найцікавіше, що однозначної відповіді немає.

Зернівки за своїми властивостями більше "тяжіють" до напівпровідників.

Начебто проводять, але як би сказати - не дуже, десь посередині між провідниками і діелектриками.



Відстань між щупами приладу для вимірювання вологості становить близько 50-70 мм.

Це два електроди, до яких підведена різниця потенціалів, за рахунок енергії джерел живлення.

Щоб електричний струм почав протікати, повинна бути додана достатня напруга, щоб "пробити" зернову масу. 


Якщо напруга буде слабка, ток не буде протікати, і значення вологості зернових культур виміряти не вийде, або величина струму буде настільки мала, що буде порівнянна з тепловими шумами, характерними для цифрових елементів, якими всередині оснащений вологомір для оцифровки отриманого аналогового сигналу вологи в зерні.

Або простіше кажучи більш звичними для більшості з нас термінами соціології - при малій величині струму, значення вологості струму буде порівняти за величиною з похибкою, що є недопустимим.

З іншого боку, якщо збільшити напругу, то різко зростатимуть габарити і вага.

Тому інженери прорахували все за і проти, щоб і ток проходив через зерно, і помилка була мінімальна, маркетологи і дизайнери дали свої поради по формі і розмірам, і в результаті переносний вимірювач зі щупами отримує живлення всього від 4-х мікропальчікових батарейок .

Практика показала, що цього "комплекту" цілком достатньо для швидких і точних вимірів. Споживається мала кількість енергії.


1По-перше, вимір зазвичай проводиться за часом не більше 5-7 секунд
2По-друге, вбудований АЦП і дисплей споживають струм в одиниці міліампер
3По-третє, якщо інструмент забудуть відключити, спрацює функція автоматичного відключення живлення


Тепер знову повернемося до глибини занурення і похибки. Наскільки глибоко занурювати щупи?

Досвід приходить з практикою. Опустіть щупи на третину довжини, подивіться на показання дисплея вимірювального приладу. Потім на половину довжини. Значення може зміниться, а може і ні. Якщо є можливість, бажано опускати голки, щоб електроди були в зерновому шарі на 80-90%.

Як ми зазначали спочатку, особливо небезпечна підвищена вологість, тому виробники наполегливо рекомендують використовувати корисну функцію, якою оснащені практично всі щупові вологоміри зернових, олійних культур і насіння - HOLD / MAX.
Цю опцію можна ще назвати - вимір вологості зі збільшенням результату.




Якщо спочатку буде показано 9,2%, а після опускання більш глибоко відобразиться 10%, то при включеній функції HOLD/MAX, на дисплеї завжди залишиться не обов'язково останнє, але саме максимальне значення.



Це і є усереднення. Зерна можна уявити як велику сукупність дискретних елементів, кожен з яких хоч трохи, але може відрізнятися за щільністю, твердості, вологості, ступеня пошкодження.

І за рахунок довжини щупів при включеній функції HOLD/MAX, дані усереднюються. Виходить, що вибірка зерна стає більш репрезентативною і відбиває в цілому значення вологості наприклад в мішку або кузові вантажівки.

На точність може впливати ще один параметр. Це натура зерна або насипна щільність або маса зернової культури в одиниці об'єму, що в свою чергу визначається геометричними розмірами зерен, вмістом вологи і щільністю. Одна справа мішок, де зерна не так щільно прилягають одна до одної, інше - шар в 2-3 і більше метрів, де на самі нижні тисне маса верхніх.

І ще пара переваг.

  1. Не потрібно здійснювати пробопідготовку - відбирати зерна, просівати, видаляти комах і сміття.



    Чим довше щупи, тим менше в теорії ймовірностей, вплив чужорідних включень на підсумкове значення вологості.


  2. Висока швидкість вимірювання, одна з найвищих серед аналогів. Щупові вологоміри на відміну від приладів для перевірки вологості зерна з розмеленою камерою або з пристроєм для просушування зразків з наступним зважуванням працює за принципом: "занурив щупи - отримав результат".