English
Czy wiesz, że mierniki wilgotności zboża nie mierzą wilgotności? Większość wilgotnościomierzy do ziarna mierzy właściwości elektryczne, takie jak pojemność, odniesione do stałej dielektrycznej komory pomiarowej wypełnionej ziarnem. Chociaż istnieją inne typy wilgotnościomierzy wykorzystujące różne technologie do pomiaru wilgotności, niniejszy artykuł dotyczy wilgotnościomierzy wykorzystujących stałą dielektryczną ziarna do określania wilgotności.
Co to jest pojemność, co to jest stała dielektryczna i jak odnoszą się one do wilgotności procentowej? Artykuł odpowiada na te pytania, dostarczając informacji na temat pojemności i stałych dielektrycznych oraz tego, jak te pomiary są wykorzystywane do określenia procentowej wilgotności próbki ziarna i jak odnoszą się one do kalibracji wilgotnościomierzy.
Co mierzą wilgotnościomierze do zboża?
Woda jest dobrym izolatorem. Izolatory mają mocno związane elektrony i mogą przechowywać ładunki elektryczne. Izolator dielektryczny lub elektryczny to materiał, który jest bardzo odporny na przepływ prądu elektrycznego. Pojemność jest miarą ilości zgromadzonego (lub odseparowanego) ładunku elektrycznego dla danego potencjału elektrycznego. Pojemność powstaje pomiędzy dwoma przewodnikami izolowanymi od siebie. Stała dielektryczna może być określona poprzez pomiar pojemności kondensatora (składającego się z dwóch przewodników) z powietrzem pomiędzy płytkami, a następnie przez pomiar pojemności za pomocą materiału dielektrycznego umieszczonego pomiędzy płytkami tak powstałego kondensatora. Stosunek tych pomiarów jest wykorzystywany do określenia stałej dielektrycznej.
Technologia dielektryczna (pojemnościowa) stosowana w wielu wilgotnościomierzach ziarna opiera się na zasadzie, że istnieje funkcjonalna zależność pomiędzy zawartością wilgoci w ziarnie a jego stałą dielektryczną. Wraz ze wzrostem wilgotności ziarna (zawartości w nim wody) zwiększa się jego stała dielektryczna. Tempo wzrostu stałej dielektrycznej wraz ze wzrostem wilgotności ziarna nie jest takie samo dla wszystkich typów ziaren. Dlatego dla każdego rodzaju ziarna, które ma być poddane pomiarowi, należy opracować unikalne równanie kalibracyjne. Wilgotnościomierze działające na zasadzie dielektrycznej zawierają zazwyczaj komórkę pomiarową w postaci kondensatora elektrycznego, czyli dwóch przewodników oddzielonych izolatorem. Gdy ogniwo jest puste, to tylko powietrze oddziela te dwa przewodniki (powietrze jest izolatorem).
Gdy próbka ziarna, która ma zostać zmierzona, zostaje umieszczona między powierzchniami przewodzącymi komory badawczej, ziarno wypiera większość powietrza. Wykrywając zmianę właściwości elektrycznych kondensatora spowodowaną właściwościami dielektrycznymi próbki ziarna, miernik wilgotności ziarna może obliczyć zawartość wilgoci w próbce. Ponieważ gęstość nasypowa i temperatura próbki ziarna mają również wpływ na właściwości elektryczne wypełnionej ziarnem komory testowej, to miernik musi zmierzyć te parametry i wprowadzić niezbędne poprawki.
Niektóre instrumenty wykorzystujące tę metodę mają również możliwość korygowania efektów wilgotności powierzchniowej (przewodności). Coroczne i regionalne zmiany warunków wzrostu i zmiany genotypu w obrębie jednego typu ziarna mogą również powodować zmiany w relacji pomiędzy stałą dielektryczną a wilgotnością. Zmiany te są skutecznie "uśredniane" poprzez opracowanie kalibracji z wykorzystaniem danych z trzech lub więcej lat reprezentujących wszystkie obszary geograficzne.
Kalibracja wilgotnościomierza do zboża
Jak wspomniano powyżej, technologia dielektrycznych mierników ziarna wymaga stosowania unikalnych równań kalibracyjnych dla różnych ziaren. Ponieważ mierniki mierzą wpływ wilgotności na pewne właściwości elektryczne ziarna i ponieważ istnieje funkcjonalna zależność pomiędzy wilgotnością a tymi mierzonymi właściwościami, można opracować równanie lub tabelę kalibracyjną, która przypisze unikalną wartość wilgotności (metoda referencyjna suszenia* dla oznaczania wilgotności) dla każdego zestawu mierzonych parametrów.
W celu opracowania kalibracji mierników, próbki ziarna zbierane są dla różnych zakresów wilgotności, odmian, pochodzenia geograficznego i zawierają dane z kilku lat zbiorów. Gromadzone są dane dotyczące wartości wilgotności uzyskanej na podstawie badania w piecu, pojemności (lub powiązanego parametru), masy próbki (na objętość komory testowej) i temperatury próbki. Dane są analizowane i korygowane w celu usunięcia wartości odbiegających od pozostałych i dokonania podstawowych korekt oraz innych poprawek. Dane są następnie wpisywane do krzywej kalibracyjnej. Tak więc, wyniki pomiarów uzyskane za pomocą miernika ziarna są tylko tak dobre jak dobra jest kalibracja miernika. Ponieważ kalibracje opierają się na danych zebranych z wzorcowego zestawu próbek ziarna, jeżeli próbka ziarna użyta do testu przez użytkownika będzie nietypowa (inna niż założona) lub jeżeli próbka ziarna użyta do badania nie była reprezentowana w zestawie próbek kalibracyjnych, to przyrząd może nie dawać dokładnych wyników dla takich specyficznych próbek użytkownika.
Na szczeście w przypadku urządzeń pomiarowych firmy Schaller użytkownik może zamówić utworzenie indywidualnej krzywej kalibracji dla interesującego go ziarna zboża. W przypadku instrumentu humimeter FSA nie ma nawet potrzeby odsyłania miernika do serwisu, ponieważ krzywą kalibracji producent może wgrać do urządzenia zdalnie przez internet.
*Do określenia wilgotności wzorcowej ziarna stosuje się referencyjną metodę suszenia w piecu. Metoda referencyjna polega na zważeniu próbki ziarna przed i po ogrzewaniu próbki ziarna przez określony czas. Próbka ziarna jest przygotowywana (np. mielona) przed badaniem w komorze suszenia. Procentowa wilgotność jest obliczana na podstawie wielkości ubytku masy próbki ziarna pod wpływem ciepła.