Технічні науки / 6. Електротехніка і радіоелектроніка

К.т.н. Куцевол О. М., к.т.н. Куцевол М. О.

Вінницький національний аграрний університет, Україна

Дослідження діелектричних параметрів зерна пшениці в діапазоні частот

1. Дослідна установка (рис.1) включє в себе такі складові: чутливий елемент ЧЕ коаксіального типу , генератори гармонічних коливань Г1 – Г3-118, Г2 – Г4-102, зразковий конденсатор , вольтметр В3-48 та два комутаційних елементи К1 і К2.

Рис.1. Структурна схема дослідної установки

В основі досліджень покладено методику [1], яка базується на матеріалах патенту [2].

Як відомо, відносна діелектрична проникність, в цілому е комплексною величиною

Дійсна складова комплексної діелектричної проникності характеризує збільшення ємності чутливого елемента за рахунок вологи досліджуваного матеріалу, а уявна – вказує на збільшення ємності за рахунок діелектричних втрат.

Вимірювана діелектрична проникність

. (1)

Досліджувались основні діелектричні параметри: модуль комплексної діелектричної проникності , дійсна та уявна складові комплексної діелектричної проникності, а також тангенс кута діелектричних втрат . Діапазон частот досліджуваних частот був розділений на два піддіапазона: перший – 0,1…0,9 кГц, другий – 2…10 кГц.

2. Дослідження діелектричних параметрів зерна пшениці.

2.1. Частотний діапазон 0,1…0,9 кГц.

Таблиця 1

Діелектричні параметри пшениці у частотному діапазоні 0,1…0,9 кГц

Вологість W, %	Діелек- тричний параметр	Частота f, кГц
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
31,41		19690	1426	10760	8603	7522	6665	5961	5398	4869
		3479	2533	1922	1547	1359	1209	1087	988,5	896,2
		19380	14040	10590	8462	7398	6554	5861	5307	4786
		5,57	5,542	5,507	5,47	5,445	5,42	5,394	5,369	5,34
30,78		12000	7319	5626	4707	3973	3520	3129	2851	2622
		2140	1324	1028	868,1	739,9	660,8	592,3	543,7	503,4
		11810	7198	5531	4626	3903	3458	3072	2799	2573
		5,519	5,438	5,378	5,329	5,275	5,232	5,187	5,148	5,11
24,13		5430	3340	2463	1961	1609	1405	1240	1173	1057
		1001	632,4	477,6	388,8	326,1	289,7	260,1	248,1	227,2
		5337	3279	2416	1922	1575	1375	1212	1147	1033
		5,332	5,185	5,059	4,944	4,83	4,745	4,66	4,622	4,545
Продовження табл.1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
23,22		4768	2888	2107	1648	1340	1144	1052	927,2	836,2
		884,9	553	414,8	333,3	278,3	243	226,3	203,7	187
		4685	2834	2066	1614	1311	1118	1027	904,6	815
		5,294	5,125	4,979	4,842	4,71	4,6	4,539	4,441	3,357
19,14		2432	1472	1149	937,5	852,8	782,5	720,9	663,8	610,4
		475,9	303,3	244,6	206,1	190,4	177,4	166	155,3	145,3
		2385	1440	1122	914,6	831,3	762,1	701,6	645,4	592,8
		5,012	4,748	4,587	4,437	4,365	4,295	4,227	4,155	4,08
15,78		836,6	466,2	335,4	266,5	223,5	191,9	168,8	152,4	139,8
		190,6	119,3	92,99	78,66	69,43	62,49	57,26	53,45	50,49
		814,6	450,7	322,3	254,4	212,4	181,5	158,8	142,7	130,4
		4,273	3,779	3,466	3,237	3,059	2,904	2,774	2,669	2,582
13,32		531	316,7	231,4	188,4	161,1	143	127,7	115,5	106,6
		132,3	89,23	71,19	61,72	55,48	51,25	47,57	44,57	42,35
		514,3	303,8	220,1	178	151,2	133,5	118,5	106,5	97,88
		3,886	3,405	3,092	2,885	2,726	2,605	2,491	2,391	2,311

а) б)

Рис.2. Залежність (а) та пшениці у частотному діапазоні 0,1… 0,9 кГц для різних вологостей: 1 – W = 31,41%; 2 – W = 30,78%; 3 – W = 24,13%;

4 – W = 23,22%; 5 – W = 19,14%; 6 – W = 15,78%; 7 – W = 13,32%

а) б)

Рис.3. Залежність (а) та (б) пшениці у частотному діапазоні 0,1…0,9 кГц для різних вологостей: 1 – W = 31,41%; 2 – W = 30,78%;

3 – W = 24,13%; 4 – W = 23,22%; 5 – W = 19,14%;

6 – W = 15,78%; 7 – W = 13,32%

2.2. Частотний діапазон 2…10 кГц.

Таблиця 2

Діелектричні параметри пшениці частотному діапазоні 2…10 кГц

Вологість W, %	Діелек- тричний параметр	Частота f, кГц
		2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
31,41		2919	2241	1845	1546	1326	1157	1023	930,2	831,2
		555,6	436,4	366,8	313,9	274,6	244,5	220,5	203,6	185,6
		2866	2198	1808	1514	1297	1131	999,4	907,6	810,2
		5,159	5,035	4,93	4,824	4,722	4,625	4,533	4,458	4,365
30,78		1695	1323	1100	922,7	790,2	687,7	616	550,6	492,9
		340,3	274,1	234,2	202,2	178,1	159,2	145,9	133,6	122,7
		1661	1294	1075	900,2	769,9	669	598,5	534,1	477,4
		4,88	4,72	4,588	4,451	4,323	4,202	4,102	3,997	3,891
24,13		638,5	489,8	411,8	350,1	309,5	280,1	250,8	225,9	205,6
		150,3	122,2	107,1	94,98	86,82	80,81	74,72	69,46	65,08
		620,6	474,3	397,7	337	297,1	268,2	239,4	215	195

Продовження табл.2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
24,13		4,128	3,881	3,711	3,548	3,422	3,319	3,204	3,095	2,997
23,22		535,2	411,5	358,4	314,8	273	239,5	215,6	192,6	175,4
		130,9	107,1	96,63	87,9	79,34	72,34	67,25	62,24	58,42
		519	397,3	345,1	302,3	261,2	228,3	204,9	182,3	165,4
		3,964	3,709	3,571	3,439	3,292	3,156	3,046	2,928	2,831
19,14		352,2	261,4	211,2	176	153,2	135,5	124,3	112,9	104,8
		95,48	77	66,32	58,58	53,38	49,25	46,57	43,78	41,76
		339	249,8	200,5	166	143,6	126,2	115,3	104,1	96,18
		3,55	3,245	3,023	2,833	2,689	2,563	2,475	2,378	2,303
15,78		93,71	79,65	70,09	65,16	60,69	56,3	53,51	51,71	49,52
		38,99	35,22	32,57	31,15	29,85	28,54	27,7	27,15	26,46
		85,21	71,44	62,07	57,23	52,84	48,53	45,78	44,01	41,85
		2,186	2,028	1,906	1,837	1,77	1,7	1,653	1,621	1,581
13,32		71,78	60,28	52,09	47,49	43,71	40,93	39	37,68	36
		33,06	29,74	27,28	25,84	24,63	23,71	23,07	22,62	22,05
		63,71	52,43	44,38	39,84	36,12	33,36	31,45	30,14	28,46
		1,927	1,763	1,627	1,542	1,467	1,407	1,363	1,332	1,291

а) б)

Рис.4. Залежність (а) та пшениці частотному діапазоні 2…10 кГц для різних вологостей: 1 – W = 31,41%; 2 – W = 30,78%; 3 – W = 24,13%;

4 – W = 23,22%; 5 – W = 19,14%; 6 – W = 15,78%; 7 – W = 13,32%

а) б)

Рис.5. Залежність (а) та (б) пшениці частотному діапазоні 2…10 кГц для різних вологостей: 1 – W = 31,41%; 2 – W = 30,78%;

3 – W = 24,13%; 4 – W = 23,22%; 5 – W = 19,14%;

6 – W = 15,78%; 7 – W = 13,32%

Висновки

Проведені дослідження дозволяють стверджувати, що основні діелектричні параметри , , і залежать від частоти прикладеного до зерна електричного поля, причому, найбільша залежність спостерігається на частотах орієнтаційної поляризації.

Дослідження проводились у вузькому частотному діапазоні, що дало можливість одержати деталізовані числові значення діелектричних параметрів.

Одержані числові значення можуть бути використані в подальших дослідженнях зерна пшениці та при калібруванні високочастотних вологомірів з метою зменшення їх похибок.

Література:

1. Куцевол Олег Миколайович. Дослідження діелектричних втрат в зерні / Олег Миколайович Куцевол, Микола Олександрович Куцевол, Василь Григорович Петрук // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – Вінниця : Вид-во ВНТУ, 2010. – № 6. – С.11–14.

2. Пат. 75700 Україна, МПК G 01 N 27/22. Спосіб вимірювання вологості / Поджаренко В. О., Куцевол М. О., Куцевол О. М. ; заявник патентовласник Вінницьк. націон. техн. унів. – №2004032000 ; заявл. 18.03.04; опубл. 15.05.06, Бюл. № 5. – 2 с.