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摘要：玉米是我国主要的粮食作物之一，是人们日常生活中必不可少的食物之一。因此玉米的质量尤为重要，应通过合理有效的方法对玉米的质量进行评价。容重是一项对粮食的质量进行评价的重要指标，利用容重法可有效对玉米中的含水量进行检测，有利于保障检测结果的准确性和可靠性。
关键词：干燥；容重；含水量；数字模型
一、含水量检测
在对粮食进行检测时，一项重要的指标便是对含水量的检测。在进行粮食的收购、储存和加工等环节均需要对粮食的含水量进行有效的检测，因此在进行粮食检测时，一个重点问题便是保障含水量检测的及时性和准确性。在线检测粮食含水量的方法主要有中子法、电容法、微波吸收法、电阻法等。在对粮食进行评价和定等时最为重要的便是容重，并得到人们的广泛重视。通过大量的实验并结合相关的文献，发现容重和含水量具有关系，合理利用这一关系，有利于开辟新的检测换水量的方法。
当前阶段对粮食的含水量进行检测的方法可分成两种，即直接法和间接法。其中直接法主要采用的是化学法和干燥法，对粮食中的绝对含水量进行直接检测。虽然直接检测法具有较高的精取，但是该方法需要耗费大量的时间，因此不适合用在现场检测和在线检测中。而间接检测法则是对含水量相关的物理量进行检测，从而对粮食的含水量进行检测。该方法具有效率和速度较高的特点，可以应用在在线检测中。
容重是在单位容积内粮食的质量和油料籽粒的质量，是对粮食进行评价和定等的一项重要依据。容重可以对粮食的完整度、饱满度等进行有效反映。杂质、营养成分、温度和水分等都会对容重产生影响，而水分则是产生影响较大的一个重要因素，且粮食的含水量与容重具有一定的关系。相关人员对玉米的含水量和容重进行了实验，其实验结果表明当玉米的含水量降低时，容重会增加。当含水量处于14%至18%的范围内，含水量降低而容中增加。当含水量处于15%时，容重达到最高值。当含水量处于18%至22%时，则含水量降低时，容重增加的幅度更大，因此可以说玉米的容重和含水量具有负相关的关系。因此可通过容重法对玉米的含水量进行有效的检测，并有利于保障检测结果的准确性和可信性。
二、材料和方法
1.材料
选择玉米生产更具代表性的东北玉米作为本次实验的样品，品种选择为先玉335，常规含水量达26%。并且所采用的的样品其杂质、霉变粒等的指标均符合国际指标范围内，杂质小于1%，霉变粒小于2%等。
2.仪器和设备
鼓风干燥机选择的是上海合恒仪器设备有效公司生产的DHG-9125A型号的，容重器采用的是上海东方衡器有效公司生产的型号为GHC5-1000的，电子计重秤则选择的是上海友声衡器有效公司生产的ACS-A系列的。
3.实验方法
将自制的干燥试验台的工作电源接通，并对变频器的频率进行调节，从而实现热风风速的设定。对温控表进行有效调节，从而实现热风温度的设定，当温度达到目标时开始进行实验。对玉米进行有效筛选，并通过容重器进行容重的测量，并进行相关的记录。测量完的玉米则进行称重，放在干燥台进行干燥的实验。在实验过程中，应每隔一段时间将玉米取出进行质量秤测和容重测量，间隔的时间应控制在5分钟至60分钟范围内。
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则可通过以下公式进行玉米含水量的计算。
式中:M1为干燥过程中第1次测定的玉米含水量/%w．b．;M0为玉米样品的初始含水量/%w．b．;m0为带有网孔筛的初始玉米样品质量/g;m为网孔筛质量/g;m1为干燥过程中第1次测定带有网孔筛的初始玉米样品质量/g。
通过二次烘干法测量玉米的初始含水量，根据公式，依次测定第n次的玉米含水量及容重，直到玉米含水量降到14%以下。通过这种方法获取玉米干燥过程中风温、风速、含水量与容重之间关系的数据，然后建立4个量之间的数学模型，并分析数学模型的相关性，取相关性高的模型。然后根据数学模型设计开发通过容重预测水分的机械装置和控制系统，进而实现通过玉米容重预测玉米水分的方案。
三、结果和讨论
1.试验数据的获取
依据上文试验方法，在自制干燥试验台上，模拟干燥机的干燥方式，料层厚为5cm，测得风速在0.7、1.1、1.3m/s下，风温为30、40、50、60℃时玉米容重与含水量的关系曲线。在风温30、40、50、60℃下，风速为0.7、1.1.、1.3m/s时测得玉米容重与含水量的关系曲线。
2.实验数据的原理分析
玉米含水量是影响玉米容重的重要因素，同一风速下，大致出现随着玉米含水量的降低，容重出现先迅速增加，再缓慢降低的趋势，在含水量22%处出现拐点，当玉米含水量大于22%时，容重随含水量的降低而增加，此阶段容重与含水量的变化关系与干燥热风温度没有明显规律，当玉米含水量小于22%时，干燥热风温度对玉米的容重有显著影响，即热风干燥温度越低，相同含水量下的容重越高。
当含水量在27%～24%时，容重增加幅度较大。这是由于玉米的含水量变化会使玉米的形状发生改变，从而对容重的大小产生影响。主要原因是含水量减少，导致玉米籽粒收缩，整体体积减小，因此装入量筒内的玉米数量增加，另外水的比重(4℃比重等于1g/cm3)小于玉米干物质的比重(比重1．11～1．25g/cm3)，因而玉米籽粒含水量降低使其容重相对增加。另一方面，玉米含水量大时，颗粒表面的摩擦系数大，散落性差。
当玉米含水量降低时，颗粒表面的摩擦系数减小，散落性增加，玉米落入容量筒时的孔隙度比含水量大时相对减小，其密度增加，导致容重增加。当含水量在24%～22%之间时，容重随含水量的降低而缓慢增加，这是由于玉米颗粒表皮的含水量已经非常少，对摩擦系数的影响也减少，所以出现容重缓慢增加的现象。当含水量小于22%之后，随着含水量的继续降低，容重出现缓慢下降趋势，这是由于随着含水量的不断减少，玉米的表皮打褶现象，使表皮粗糙度增加，颗粒表面的摩擦系数变大，导致玉米落入容量筒时孔隙度增大，整体密度减小，以致于容重出现了下降现象。又由于干燥过程中风温较低，风速较小，所以容重随含水量降低而下降的现象不是很明显。
当玉米含水量大于22%时，容重随着含水量的降低迅速增加，但无明显规律，当含水量小于22%时，容重随着含水量的降低缓慢减少，3条曲线基本重合，说明降水过程中风速对玉米容重的影响很小。分析试验曲线，本试验重点研究玉米含水量从22%烘干到14%时，容重与烘干条件即热风温度和风速之间的相关关系。
四、结语
在进行玉米的烘干时，发现了烘干的工艺条件、玉米的含水量和玉米的容重三者之间的关系。并通过实验和查找相关的文献，进行容重和含水量间数学模型的建立，应用该模型进行玉米含水量的测试具有可行性。通过容重法对玉米含水量进行检测是一种较为新型的检测方法。因此在进行检测时，在玉米烘干机上安装相关的检测玉米含水量的装置，有利于利用容重法检测玉米含水量的实现。还应对影响容重的多种因素进行有效考虑，将多个品种的玉米进行干燥，并记录相关的数据。对含水量预测数字模型进行不断的完善，进而保障设计的容重检测仪更具精确性，有利于通过容重法进行玉米含水量检测结果的准确性和可靠性的提高。
参考文献：
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[4]李洪莉.基于容重的玉米水分在线检测装置的研制[D].吉林大学,2014.
论文作者:李洪英
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/27
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