移动电阻式粮堆水分在线监测系统的应用研究

◎ 刘仁利，蒋路成，靳文杰，唐 鹏

（1.中央储备粮郑州直属库有限公司，河南 郑州 450066；2. 河南省粮保仓储设备有限公司，河南 郑州 450000）

在粮食仓储过程中的粮堆水分是影响粮食储藏稳定性的重要因素。如何及时、高效地监测粮库中粮堆的水分含量，采用更加智能化的方式对粮情参数进行监测与调控，出现异常时自动报警，辅助管理人员更好、更快地对异常情况进行处理，这是保障仓储粮食安全最有效的方式。将储粮水分控制在安全水分以内，能够有效抑制害虫、霉变和结露等异常情况的发生，从而确保粮食储存安全。在现有电子测温检测技术的基础上，实现粮食水分在线检测，有利于指导通风降水和保水作业，是避免过度通风、减少粮食损耗、强化储粮安全保管的有效举措。

2021年10-12月期间，中储粮郑州直属库与河南省粮保仓储设备有限公司开展了移动电阻式水分在线监测技术应用试验，电阻式水分在线监测技术在大豆和小麦水分检测中表现了较强的精准性和稳定性，为在线水分监测技术在粮库中对粮堆水分实时监测的使用提供理论依据及技术参考[1]。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 试验仓房

模拟粮仓2个，其中一个模拟仓配备通风降水和加湿增水设备，可在短期内通过设备控制储粮水分变化，提供改变粮食水分试验检测条件；另外一个模拟仓不进行通风，提供常态储粮试验检测条件。模拟仓之外，选择存储2021年产7 050 t小麦的郑州中心库5号仓作为高大平房仓储粮水分在线检测实仓试验仓。

1.1.2 试验用粮

模拟仓储存2019年产阿根廷进口大豆和2016年产河南混合小麦，5号仓储存2021年产河南混合小麦。对准备试验用大豆及小麦进行水分检测，记录粮食初始水分。

1.1.3 工具仪器

烘箱1台、电容式水分快检仪1台（通过年度检定，并在应用前用105 ℃标准烘箱法进行误差修订）、试验天平1台、河南省粮保仓储设备有限公司移动电阻式水分在线检测系统电缆5套（2套用于模拟仓在线监测实验，在正式试验开始前完成烘干法误差修正；3套用于实仓在线检测试验，在实验过程中进行烘干法误差修正）、手动散粮扦样器1套。

1.2 实验方法

1.2.1 模拟仓的布置

将模拟粮仓内清理干净，通风道开孔由疏到密固定在模拟仓1底部，通风道进风口底部与风机和加湿器连接（如图1），以实现粮堆水分的高低调控，非通风模拟仓2不与风机和加湿器连接。

图1 通风道及风机布置图

1.2.2 水分在线检测线缆的布置

通风试验模拟仓1装粮，将水分在线监测电缆下设粮堆内，确保检测电缆3个检测点传感器按梯度固定在粮堆内部，3个监测点分别编号并插旗方便数据记录，同时固定水分快检仪扦样检测位置。将另一套监测系统以同样步骤固定在另外一个非通风模拟仓2作为4号监测点进行非通风常规储粮条件下对照试验（如图2）。选择郑州中心库5号仓内粮堆中间3个扦样点部位铺设3条水分在线监测电缆，插编号旗固定检测位置（如图3）。

图2 模拟仓粮食水分在线监测实验布置立体图

图3 5号仓水分检测电缆布置图

1.2.3 大豆、小麦储粮水分在线监测模拟仓对比

（1） 大豆试验

自2021年10月21日起至11月3日进行大豆通风加湿增水检测对比试验，10月21日检测大豆初始水分9.8%，开始用较小功率加湿器和增压风机开启加湿作业，10月23日换成较大功率加湿器和增压风机，10月29日起获得平稳加湿增水效果。每天9:30和16:00左右分2次定时通过水分在线系统检测粮堆水分，用水分快检仪检测水分传感器左右两侧粮食水分，记录检测结果，分析水分在线系统与水分快检仪检测结果差异性。根据快检仪检测的大豆水分增加到日常管理峰值15.6%左右之后关闭加湿器，停止加湿。

自2021年11月3日起至11月9日进行大豆水分降水检测对比试验，开启粮仓通风降水作业，直至用快检仪检测到粮食水分降为9%左右时，关闭设备，大豆水分增减全流程对比试验结束[2]。

（2） 小麦试验

自2021年11月10日至11月20日进行小麦通风增水检测对比试验，每天扦样、检测水分、记录数据。开启模拟仓加湿作业，在快检仪检测到模拟仓小麦水分由12.1%增加到日常管理峰值15.6%左右之后关闭加湿器，停止加湿。

自2021年11月20日起至12月30日进行小麦水分降水检测对比试验，开启粮仓通风降水作业，直至检测到粮食水分降为11.7%左右时关闭设备，小麦水分增减全流程对比试验结束。

2 结果与分析

2.1 大豆模拟仓水分检测结果分析

在大豆通风加湿和通风降水过程中，在线监测系统与水分快检仪对3个检测点都能同步检测到大豆水分由低到高再降低的变化过程，两种方式检测结果偏差幅度保持在0~2.5%范围内。如图4~6所示，3个检测点水分变化趋势，两种检测方式反映出粮食水分的变化趋势一致，并且偏差偏离较小，表明该在线监测系统对粮食水分变化检测的精准性可以替代谷物水分快检仪[3]。

图4 大豆仓第1检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

图5 大豆仓第2检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

图6 大豆仓第3检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

3个检测点水分变化趋势反映两种检测方式结果偏差主要集中在粮食水分由低到高或由高到低发生较大幅度变化期间，并且在线监测系统显示的水分变化幅度更大一些。第1检测点大豆水分由10月30日11:04的11.3%升高到11月3日15:45的15.3%，在3天之内水分升高4%，期间两种检测方式结果偏差最大2.5%；由11月6日16:29的12.5%降到11月7日10:15的9.9%，半天之内水分下降2.6%，期间两种检测方式结果偏差最大1.2%。同时，电阻式水分在线检测系统对粮粒表层水分检测更灵敏，能够更早检测出粮堆水分变化信息，更适合用于粮仓储粮水分实时监测。

2.2 小麦通风加湿及降水全流程水分检测模拟仓实验数据分析

在小麦通风加湿和通风降水过程中，在线监测系统与水分快检仪对4个检测点都能同步检测到小麦水分由低到高再降低的变化过程，两种方式检测结果偏差幅度保持在0~2.2%范围内。如图7~10所示，4个检测点水分变化趋势，两种检测方式反映出粮食水分的变化趋势一致，并且偏差偏离较小[4]。

图7 小麦仓第1检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

图8 小麦仓第2检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

图9 小麦仓第3检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

图10 小麦仓第4检测点在线水分检测与水分快检仪检测结果对比分析图

4个检测点水分变化趋势反映两种检测方式结果偏差，主要集中在粮食水分由低到高或由高到低发生较大幅度变化期间，粮食水分从11月17日9:59的13.6%升高到18:00的14.7%，到11月20日8：47的15.6%，期间3天之内粮食水分升高2%，两种方式检测结果最大偏差1.6%；再到11月22日17:40，水分降回到13.2%，两天半下降2.4%，两种方式检测结果最大偏差2.2%。在线监测系统显示的水分变化幅度更大一些。从图7~10变化趋势对比来看，两种检测方式在不通风的第4点和开孔率较小的第2点检测结果更为接近，与这2点粮食水分基本无变化或变化幅度较小相关，这说明电阻式水分检测仪对粮粒表层水分检测更灵敏，能够更早检测出粮堆水分变化信息，更适合用于粮仓储粮水分实时监测[5]。

3 结论

试验结果显示，粮食水分短时间内变化幅度较小时，移动电阻式粮堆水分在线检测系统与水分快检仪检测数值基本一致，误差率0.2%，能够代替水分快检仪进行定性水分检测，指导粮情检查和通风作业，在线水分检测系统电缆线固定在粮堆内部，检测传感器不受外界环境影响，检测数值比较稳定。粮堆水分短时间发生较大幅度变化时，水分在线检测技术更趋于粮堆空隙间和粮粒表面水分的检测，能够快速定性掌握粮堆内水分转移和内结露等情况。与传统谷物水分检测仪相比，移动电阻式粮堆水分在线检测系统检测劳动强度更低，能够随时通过移动端设备掌握粮堆内水分情况。