測(cè)試頻率、電壓、容積密度、含水率對(duì)棉花介電常數(shù)影響,農(nóng)業(yè)工程論文

測(cè)試頻率、電壓、容積密度、含水率對(duì)棉花介電常數(shù)影響,農(nóng)業(yè)工程論文在籽棉的收購(gòu)和加工環(huán)節(jié)，含水率(回潮率)是一個(gè)重要檢測(cè)參數(shù)，為了準(zhǔn)確采集棉花回潮率值，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的是電容法和電阻法。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者研究農(nóng)產(chǎn)品、果蔬等物料介電常數(shù)與含水率及其它因素之間的關(guān)系。郭文川、張立彬等專(zhuān)家學(xué)者應(yīng)用農(nóng)業(yè)物料的電學(xué)特性在無(wú)損檢測(cè)果品鑒別等研究方面做了大量的工作。影響介電常數(shù)的因素較多，主要包括測(cè)試條件和籽棉本身特性。測(cè)試條件主要包括測(cè)試信號(hào)(頻率和電壓)和測(cè)試環(huán)境(環(huán)境溫度和濕度);籽棉本身特性主要是包括籽棉的含水率、容積密度及種類(lèi)等。由于實(shí)驗(yàn)條件等其它因素限制，本文擬研究不同的測(cè)試頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)影響。1材料和方式方法1．1實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹圖1所示為本實(shí)驗(yàn)用測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖。由于本測(cè)量裝置在測(cè)量經(jīng)過(guò)中信號(hào)極易遭到靜電和電磁干擾，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因而利用屏蔽箱接地的方式方法將干擾信號(hào)屏蔽。本裝置中，上、下平行極板為長(zhǎng)方形，材料采用黃銅，外型尺寸為200mm150mm2mm。檢測(cè)儀器采用同惠TH2810BLCR數(shù)字電橋測(cè)試儀。1．2實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)主要利用單因素實(shí)驗(yàn)的方式方法，分別研究測(cè)試頻率、測(cè)試電壓值、籽棉容積密度及籽棉含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)的影響，利用Ex-cel和Minitab15．0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1)籽棉回潮率控制:本文利用超聲波加濕器對(duì)棉花進(jìn)行加濕以調(diào)制出不同濕度的籽棉。2)含水率測(cè)量:嚴(yán)格根據(jù)GB/T6102．1－2006原棉回潮率試驗(yàn)方式方法烘箱法。3)籽棉容積密度控制:將上下極板尺寸、間距固定，通過(guò)調(diào)整棉花質(zhì)量的方式方法來(lái)控制籽棉容積密度。4)介電常數(shù)檢測(cè)方式方法:利用平行板電容的方式方法檢測(cè)籽棉的介電常數(shù)。其原理可通過(guò)圖1所示平板電容器加以解釋。本文忽略了邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容可表示出為【1】華而不實(shí)，A為極板面積，m2;ε0為真空介電常數(shù)，ε0=1;ε為不同回潮率籽棉介電常數(shù);為兩極板間距離。由式(1)可知，改變A、ε0、的任一參數(shù)，都能引起電容值的變化。本文將極板間距固定在=35mm，平行板外形長(zhǎng)寬為0．2m0．15m銅板，則A=0．03m2。籽棉介電常數(shù)為【2】1．3實(shí)驗(yàn)材料1)籽棉型號(hào):新中陸37，中早熟陸地棉，廣泛種植于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師墾區(qū)。2)環(huán)境條件:測(cè)試溫度21．2℃，室內(nèi)濕度28%。3)測(cè)試地點(diǎn):新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)工科樓實(shí)驗(yàn)室。2結(jié)果與分析2．1測(cè)量頻率對(duì)介電常數(shù)的影響測(cè)量條件:①測(cè)量電壓1V;②含水量為4．5%;③容積密度為95kg/m3。測(cè)量頻率對(duì)介電常數(shù)的影響如此圖2所示。【圖2】由圖2可知:籽棉的介電常數(shù)隨著測(cè)量頻率的增加會(huì)逐步降低;且隨著測(cè)量頻率的增加，頻率對(duì)介電常數(shù)的影響會(huì)逐步減小。通過(guò)方差分析測(cè)量頻率對(duì)介電常數(shù)的影響關(guān)系得出:P機(jī)=P手=P皮=0．0001＜0．01。這表示清楚，測(cè)量頻率對(duì)機(jī)采棉、手摘棉、皮棉的介電常數(shù)影響高度顯著。2．2測(cè)量電壓對(duì)介電常數(shù)的影響測(cè)量條件:①測(cè)量頻率40kHz;②含水量為4．5%;③容積密度為95kg/m3。測(cè)量電壓對(duì)介電常數(shù)的影響如此圖3所示?！緢D3】由圖3可知:隨著測(cè)量電壓的增加，機(jī)采籽棉的介電常數(shù)逐步降低，手摘棉和皮棉的介電常數(shù)均先降低后升高。其原因如下:機(jī)采籽棉內(nèi)的雜質(zhì)可能會(huì)對(duì)介電常數(shù)有一定影響，而棉種對(duì)介電常數(shù)影響較小。通過(guò)方差分析測(cè)量電壓對(duì)介電常數(shù)的影響得出:P機(jī)=0．004，P手=0．003，P皮=0．001，P機(jī)、P手、P皮均為0．01。這表示清楚，測(cè)量電壓對(duì)機(jī)采棉、手摘棉、皮棉的介電常數(shù)影響高度顯著。2．3容積密度對(duì)介電常數(shù)的影響測(cè)量條件:①測(cè)量頻率40kHz;②測(cè)試電壓1V;③含水量為4．5%。容積密度對(duì)介電常數(shù)的影響如此圖4所示。【圖4】通過(guò)方差分析容積密度對(duì)介電常數(shù)的影響得出:P機(jī)=P手=P皮=0．0001＜0．01。這表示清楚，容積密度對(duì)機(jī)采棉、手摘棉、皮棉的介電常數(shù)影響高度顯著。2．4含水率對(duì)介電常數(shù)的影響測(cè)量條件:①測(cè)量頻率40kHz;②測(cè)試電壓1V;③容積密度為95kg/m3。含水率對(duì)介電常數(shù)的影響如此圖5所示?！緢D5】由圖5可知:含水率在4．5%～20%范圍內(nèi)逐步增加時(shí)，機(jī)采棉、手摘棉和皮棉的介電常數(shù)均會(huì)逐步增加，而且影響很大。通過(guò)方差分析含水率對(duì)介電常數(shù)的影響得出:P機(jī)=0．009，P手=0．01，P皮=0．007，P機(jī)和P皮均小于或等于0．01。這表示清楚，含水率對(duì)機(jī)采棉、手摘棉、皮棉的介電常數(shù)影響高度顯著。2．5含水率與介電常數(shù)之間線性回歸模型在測(cè)量頻率40kHz、測(cè)試電壓1V、容積密度95kg/m3時(shí)，分別分析了機(jī)采棉、手摘籽棉、皮棉的含水率與介電常數(shù)之間的線性回歸模型。華而不實(shí)，Y為介電常數(shù)，e－12F/m;X為含水率，%;R為線性相關(guān)系數(shù)。機(jī)采籽棉:Y機(jī)=－121．5+4331X，R機(jī)=0．909手摘籽棉:Y手=－247．6+7227X，R手=0．957皮棉:Y皮=－197．7+6814X，R皮=0．9643討論實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):測(cè)試頻率、測(cè)試電壓值、籽棉容積密度及籽棉含水率等因素對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉介電常數(shù)的影響規(guī)律各不一樣。因而，在研發(fā)棉花在線含水率測(cè)量?jī)x器時(shí)，為了保障測(cè)量精度和準(zhǔn)確度，針對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉應(yīng)進(jìn)行差異不同處理。對(duì)含水率與介電常數(shù)之間線性回歸模型進(jìn)行分析，由線性相關(guān)系數(shù)R機(jī)、R手、R皮可知:機(jī)采棉、手摘籽棉、皮棉的含水率與介電常數(shù)之間有著非常好的線性相關(guān)性，且這些回歸方程只是在特定條件下所得，因而只具備初步的指導(dǎo)作用。為了分析精到準(zhǔn)確的多參數(shù)影響的回歸方程，用于指導(dǎo)高精度籽棉在線含水率(回潮率)檢測(cè)儀是本研究的下一步目的。4結(jié)論1)實(shí)驗(yàn)研究得到了測(cè)量頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉介電常數(shù)的影響規(guī)律。2)通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)量頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)的影響均為高度顯著。3)通過(guò)線性回歸分析，得到了在特定測(cè)量和環(huán)境條件下含水率與機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)之間的回歸方程。以下為參考文獻(xiàn):［1］古趁趁，坎雜，王麗紅．脫絨棉種介電常數(shù)與含水率的關(guān)系研究［J］．石河子大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2018，28(5):625－627．［2］郭文川，王婧，劉馳．基于介電特性的薏米含水率檢測(cè)方式方法［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，4