摘要：民以食為天，糧食是人們賴以生存的基礎。我國既是農業大國又是人口大國，人們對糧食需求量大，糧食的安全存儲是極其重要的問題。在糧食中，水分對糧食的影響是很嚴重的。水分的含量直接影響著糧食的安全存儲以及貿易定級，因此，在儲藏和貿易的過程中都需要對水分進行嚴格的檢查。本文主要介紹了幾種當前比較普遍的水分檢測技術，同時著重分析了電容傳感器的工作原理。

　　關鍵詞：傳感器;電容;水分測定

　　引言

　　水分是糧食作物中的一個重要的參考量，糧食作物中含有水分的不同，則糧食的生化特性也不一樣，這給糧食的儲存帶來一系列困難，對糧食作物進行干燥、除濕。確保相關糧食符合儲存的要求，確保糧食顆粒歸倉，這就需要對糧食進行精確的水分檢。被測物如果要取得較高的檢測精度，常需要將被測量的糧食作物制作成規定大小要求的樣品，然后對樣品進行檢測，該種方法的優點是測量精度高，缺點是所費時間較長，對在線檢測則不適用。另外為了節省時間，常常是直接對需要儲存的糧食作物進行檢測，這種方法適合在線的實時測量，可以對糧食水分進行動態監控。

　　1.電阻法

　　電阻法]有高頻阻抗法和直流電阻法兩種，直流電阻法的原理是谷物的導電率隨著谷物含水率的不同而變化，因此通過測量谷物電阻值，可以間接得到谷物含水率。高頻阻抗法的原理則是導電浴盆效應，谷物的含水率同谷物的交流阻抗呈現對數關系，高頻電阻法就是利用了這一特性實現了谷物含水率的檢測。直流電阻法雖然結構簡單，成本低，但其測量精度低。另外，測量要將一定的樣品粉碎，為有損量，所用時間較長，對高水分含量測量有明顯障礙。相對于國家標準方法，直流電阻法的普及性有限。高頻阻抗法雖然具有速度快、精度高、誤差小等優點，但不能夠用在在線實時測量的場合。

　　2.微波加熱法和紅外干燥法

　　隨著儀器和測量技術的不斷進步和完善，微波與紅外加熱技術被運用到谷物含水率檢測中，紅外干燥法是紅外線的輻射作用，產生能夠同水的吸收峰值波長相符的波長，使得水分子產生劇烈運動，使物體溫度升高來加速干燥。微波加熱法則是利用微波爐的磁控管產生超高頻率的微波，使谷物內部的水分子進行快速振蕩與摩擦以達到去除水分的目的。微波加熱法和紅外干燥法兩種技術的應用，縮短了檢測的時間，但由于加熱干燥法耗時長，須對谷物進行粉碎處理，無法滿足無損檢測和在線測量的要求，因此一般用于實驗室檢測[2]。

　　3.核磁法

　　糧食水分檢測方法中科技含量較高的是核磁法，該方法主要是被測糧食中水分不同，原子核的自旋運動也不同，這表現在原子核的自旋量子數也不同。自旋量子數與原子的質量數和原子序數之間存在一定的比例關系，根據這一比例關系，就可以測量出所含的水分。這種測量方法的優點是所得結果的精度高、結果迅速、測量范圍寬，缺點是設備的維護保養費用大、維護設備成本過于高昂、且測量設備在使用前需要精確標定。

　　4.電容法

　　電容法檢測谷物含水率的原理是在常溫狀態下，干燥谷物介電常數一般為2～4，而水的介電常數大約為80。可見，水的介電常數遠大于谷物干質的介電常數，當谷物中的水分發生改變時，介電常數也會產生相應的改變，引起電容的變化。因此，可以通過對電容值變化的測量間接測量到谷物的相對介電常，得到待測谷物的水分含量。電容法測量谷物含

　　水率的方法，目前的研究有平行板電容器、筒形電容器和針型電容法測量谷物含水率三種方法。由于裝置的結構簡單，靈敏度高，成本低，測量精度較高且不需要破碎谷物等原因，是目前研究使用最多的一種方法。但是很多因素會影響測量精度，如物料的堆積厚度、溫度及季節等。下面對電容法進行介紹。

　　4.1硬件資源配置

　　4.1.1單片機系統

　　硬件電路是由五個模塊組成，分別為鍵盤模塊、單片機控制模塊、AD轉換模塊、報警電路以及MAX7219顯示模塊。這些模塊主要實現測量、計算、顯示、堵糧判斷以及報警的功能。工作原理是通過電容傳感器來測量糧食中的水分，再通過AD轉換模塊，將結果送到單片機控制模。測量人員可以通過單片機控制模塊對數據進行存儲與顯示，可以反復進行多次測量，通常都是5次的有效測量，將這五次的數據進行平均值處理，得出最后的結果。同時，還可以通過三次有效的測量數據的平均值進行比較判斷，然后可以分析出是否堵糧，如果出現堵糧的情況，則會進行警報告示。

　　4.1.2傳感器部分設計

　　圓桶型電容式傳感器就是通過被測量的水分的非物理量轉化為電容量變化的一種傳感器。它是由兩個同心圓桶構成，內桶為內電極，外桶為外電極，兩者之間為介質空腹。其工作原理就是將要測量水分的糧食放在傳感器內外極電板之間的介質空腹中。糧食中的水分可以使傳感器的相對介質發生變化，導致電容值發生變化，從而可以檢測出糧食中存在的水分。

　　4.2系統軟件設計

　　整個系統的設計主要包括顯示程序、警報程序、測量程序、讀入程序、初始化程序以及平均值計算程序等。主要流程就是AD轉換模塊測量糧食中的水分以及溫度，然后將數據通過單片機控制模塊進行處理，通過顯示器進行顯示，控制MAX7219實現顯示功能，完成堵糧判定，并通過控制高低電平的輸出，實現報警控制，讀鍵盤完成人機交流，并且實現平均值計算。

　　5.結論

　　谷物含水率的檢測是保證糧食安全的重要環節，目前谷物含水率的檢測方法很多，各種方法具有各自優勢的同時也具有一定的局限性。本文通過分析電容傳感器測量糧食中的水分的方法，可以看出，此法能有效地提高工作效率，節省人工成本。這對于提高糧食水分的檢測自動化具有重要的作用。隨著技術的不斷更新，會有更多新的方法被提出。谷物含水率檢測的研究會向著精度越來越高、檢測速度越來越快、裝置體積越來越小、裝置成本越來越低的高精度快速便捷檢測方向發展。

　　參考文獻：

　　[1]邱禹，李長友，徐鳳英，等.基于平板結構的糧食水分檢測儀的設計[J].農機化研究，2013，(1).

　　[2]康忠偉.基于時域傳輸技術的谷物含水率測試技術研究[D].哈爾濱：黑龍江八一農墾大學，2011.

　　[3]李愛傳，汪志強，李琳，等.電容式糧食水份檢測系統研究[J].農業網絡信息，2009(2)：114-116.

　　郭翠清 鐵力國家糧食儲備庫有限責任公司