脱绒棉种介电常数与含水率的关系

谷趁趁,坎杂,王丽红,刘飞

(1石河子大学机械电气工程学院/新疆兵团农业机械重点实验室,石河子832003;2石河子大学水利建筑工程学院,石河子832003)

脱绒棉种介电常数与含水率的关系

谷趁趁1,坎杂1,王丽红1,刘飞2

(1石河子大学机械电气工程学院/新疆兵团农业机械重点实验室,石河子832003;2石河子大学水利建筑工程学院,石河子832003)

脱绒棉种含水率是影响棉种的介电常数的关键因素,为给脱绒棉种介电分选关键参数的后期研究提供依据,利用介电常数的测量装置以及MA45C-000230V1水份测量仪等装置对脱绒棉种介电常数与含水率等因素进行了试验,运用SPSS软件对脱绒棉种介电常数进行了方差分析和残差分析,并分析了脱绒棉种介电常数与棉种含水率二者之间的关系,以及脱绒棉种介电常数的区间估计和预测。结果表明:脱绒棉种介电常数与棉种含水率之间最优回归方程为Y^=10.606+90.943X,统计数据点与回归方程线拟合良好;棉种含水率为0.07时介电常数的估计区间为[15.80878,18.13587],预测值为16.9723。

脱绒棉种;介电常数;含水率;关系;SPSS;回归分析

Abstract:The moisture of cottonseeds is the key element which influences the cottonseed separator’s dielectric constant to ensure the good deleted effect of the cottonseed separator.The installation of dielectric constant and the moisture measurement MA45C-000230V1 and so on are used to do the experiment on the two factors.SPSS is used to analyze the ANOVA and residuals,the relationship between the moisture and dielectric constant of the cottonseed separator,and the regions of the estimation and prediction.The result is the statistic mode take on the meaning of statistics and the statistic data point can work very well,andthe best equation is=10.606+90.943X,the regions of calculation[15.80878,18.13587]and prediction value 16.9723,when the moisture is 0.07.

Key words:cottonseed separator;dielectric constant;moisture;relationship;SPSS;regression analysis

新疆是我国的产棉大省,棉花产量占全国总产量的三分之一以上,是新疆经济发展的支柱产业[1]。精量播种技术对棉种的出芽率要求很高,因为它是精确地将棉花播种由一穴多粒精确为一穴一粒的播种技术[2]。介电分选是按物料之间的介电常数及粒重等差异进行分选的一种方法,因此介电常数是介电分选过程中的一个重要的依据。国外对介电分选的研究是20世纪50年代由前苏联莫斯科农业工程学院首先提出的[3],并相继研究出了针对不同种子的介电分选设备。

种子的化学成分主要有水分、糖类、脂类、蛋白质及其它含氮等物质[4],除水分外,其它成分的相对介电常数都很小(2～3)。种子内游离水含量一般为6%～15%,在20℃时其介电常数为80,而胶体结合水介电常数偏低,约为31[5]。因此,影响种子介电特性的主要因素是水分。

本文运用SPSS软件对脱绒棉种的介电常数和棉种含水率进行回归分析,建立二者之间的回归方程,确定脱绒棉种的介电常数与其含水率之间的关系,为脱绒棉种介电分选及参数的优化过程提供了可靠的依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料与仪器

本次试验采用适宜在新疆北疆早、中熟棉区种植的新陆早26号棉种[6],棉种为2008年同一厂家同一批次生产。从该厂随机抽取脱绒棉种,在实验室中采取十字划分取样,分成2份,其中一份进行发芽试验,另一份(20 kg)进行介电常数测量试验,对试验采取的脱绒棉种进行发芽试验,其发芽率与厂家给定的棉种的发芽率一致。采用的测量仪器主要有:脱绒棉种介电常数测量装置 (图 1)、MA45C-000230V1水份测量仪、电容表、电子天平等。

图1 介电常数测量仪结构示意Fig.1 The configuration sketch map of the dielectric constant of cottonseed separator measurement

1.2 试验方法

根据棉种加工工艺特点和要求,脱绒棉种含水率≤12%。将抽取的棉种分为20等份,并分别加入不等量的水,改变其含水率,静置48 h以上使水份充分的渗透时测量棉种的含水率以及棉种的介电常数,然后对测得的20组数据进行分析。

运用脱绒棉种介电常数测量装置(图1)以及MA45C-000230V1水份测量仪分别测量棉种的介电常数与含水率。由于测量过程中要求对棉种进行无损检测[7],所以实验过程中对棉种进行完整测量。

1.3 数据处理与分析[8-10]

主要采用SPSS 13.0 for Windows软件对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 数据处理与分析

运用SPSS13.0软件处理及分析脱绒棉种介电常数和含水率的试验数据,结果如图2所示。

图2显示:脱绒棉种介电常数和棉种含水率之间有线性相关趋势,因此可以进一步作直线回归。

图2 脱绒棉种介电常数和棉种含水率的关系Fig.2 The relation graph of dielectric constant of cottonseed separator and the moisture of the cottonseed

2.2 方差分析

采用SPSS13.0软件对脱绒棉种含水率与介电常数试验数据进行方差分析,结果见表1。

由表1可知,概率 P=0.000小于显著性水平0.05,拒绝零假设,表明每组值间都存在显著性差异,即含水率不同对脱绒棉种的介电常数存在着显著性影响。说明此回归模型具有统计学意义,回归显著。

表1 脱绒棉种介电常数试验数据方差分析Tab.1 The ANOVA of cottonseed separator’s dielectric constant

2.3 回归方程

应用SPSS13.0软件确定脱绒棉种介电常数与含水率的回归方程,回归方程系数见表2、表3。

由表2、表3可知,复相关系数 R=-0.937,决定系数 R2=0.878,调整系数 R3=0.871;SS组间=27.841,SS组内=3.873,SS总计=31.687,总自由度 df=19,平方均值 MS组间=27.814,MS组内=0.215。

F值反映了回归方程显著性。在 F检验的过程中,F=MS组间/MS组内=129.281 ≫》0.05,表明因变量介电常数与自变量含水率之间整体线性关系显著,可以用线性模型反映它们之间的关系。

t为t检验的回归系数,与 F检验不等价。脱绒棉种介电常数t的显著性概率为0.000,小于0.05,表明含水率与介电常数由显著性差异。

截距 a=10.606,回归系数 b=90.943,a、b为标准化系数。脱绒棉种介电常数与棉种含水率之间的回归方程是:^Y=10.606+90.943X,复相系数 R=0.937,决定系数 R2=0.878,调整系数 R3=0.871,标准误差估计为0.464。

表2 脱绒棉种介电常数的回归方程系数Tab.2 Coefficients of cottonseed separator’s dielectric constant

2.4 残差分析

残差是反映预测值与实际值之间的信息,F检验和t检验值表明脱绒棉种介电常数与含水率之间线性关系显著,并不能表明数据的拟合效果很好。

应用SPSS13.0软件对脱绒棉种含水率与介电常数回归方程进行残差分析,结果见图3、图4。

图3 脱绒棉种介电常数残差分布直方Fig.3 The Regression Standardized Residual’s Histogram of Cottonseed Separator’s Dielectric Constant

由图3可见,残差直方图非常符合正态分布,统计数据点基本靠近与推导出的回归方程线。

图4表明统计数据点与回归方程线(细线)拟合程度良好[9]。因此,得出的脱绒棉种介电常数与含水率关系的回归方程^Y=10.606+90.943X是有意义的。

图4 脱绒棉种介电常数的残差Fig.4 Regression Standardized Predicted Value’s Scatterplo of Cottonseed Separator’s Dielectric Constant

3 结论

1)脱绒棉种的介电常数与含水率之间有较好的线性相关性。

2)脱绒棉种介电常数与含水率之间的回归方程为:^Y=10.606+90.943X,残差分析结果表明,该方程拟合程度良好。

[1]杨炳政,坎杂,王丽红,等.脱绒棉种介电分选机电场的有限元分析[J].石河子大学学报:自然科学版,2008,26(1):91-94.

[2]弋晓康,张学军.新疆阿拉尔垦区棉花精量播种技术现状及应用[J].农机化研究,2006(6):184-185.

[3]杨炳政.脱绒棉种介电分选电场的研究与模型仿真[D].石河子:石河子大学,2008.

[4]GAO Li Na,ZHAI Ji Wei,YAO Xi.Dielectric properties of low dielectric constant Ba0.60Sr0.40Mg0.15Ti0.85O3-Mg2TiO4composite thin films for tunable applications[J].Chinese Science Bulleticn 2009(13),2635-2638.

[5]米双山.介电式种子分选机理及其设备的研究[D].北京:中国农业大学,2000.

[6]坎杂,王丽红,张晓海,等.介电特性的研究与应用[J].中国农机化,2004(4):39-41.

[7]王丽红,坎杂,张晓海,等.棉种介电分选的试验研究[J].农机化研究,2009(10):143-145.

[8]刘加妹,周志坚.利用SPSS处理生物试验数据[J].技术与方法,2008(2):130-134.

[9]谢英俊.应用 SPSS统计软件分析控制影响扬声器共振频率的因素[J].扬声器与传声器,2003(3):19-21.

[10]郁菁.回归模型异方差性的检验与消除研究—以SPSS为分析工具[J].长沙民政职业技术学院学报,2007,14(4):34-36.

Relationships between Moisture and Dielectric Constant of the Cottonseed Separator

GU Chenchen1,KAN Za1,WANG Lihong1,LIU Fei2
(1 College of Mechanical and Electrical Engineering,Shihezi University/Agricultural Machinery Key Laboratory of the Xinjiang Production and Construction Corps,Shihezi 832003,China;2 College of Water Conservancy and Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi,832003,China)

S223.12

A

1007-7383(2010)05-0625-03

2010-02-26

国家自然科学基金项目(3086154)

谷趁趁(1984-)女,硕士研究生,专业方向为农业机械化工程;e-mail:guchenchen57@163.com。

坎杂(1963-),男,教授,从事农业机械化工程研究;e-mail:kz-shz@163.com 。