Измерение температуры зерна хранящегося в буртах

Измерение температуры зерна хранящегося в буртах
с помощью измерителя «Влант-10».
Состояние любого живого объекта можно определить по его внутренней
температуре. Это относится и к зерну, которое храниться в буртах на токах и
складах. Чтобы сформулировать требования к измерителю температуры
зерна, необходимо знать причины ее повышения и пределы изменения,
физические параметры объекта, режимы измерения.
Собранное зерно остается живым организмом в котором продолжает
происходить обмен веществ, поддерживающий жизнь зародышевой клетки.
В процессе обмена происходят окисления органических веществ, главным
образом сахаров, под действием окислительно-восстановительных
ферментов. В результате этих реакций выделяется углекислый газ, вода и
тепло, а поглощается кислород из межзернового пространства – зерно
дышит. От того, как оно дышит, от его первоначальной температуры и
влажности зависит дальнейшее развитие событий. При неблагоприятном
стечении обстоятельств, т.е. когда масса зерна с влажностью выше 15%
находится внутри бурта при температуре порядка 20°C, может начаться
процесс его самосогревания, который протекает следующим образом.
Поскольку зерно обладает низкой теплопроводностью, то выделившиеся при
биосинтезе тепло будет локально повышать температуру зерновой массы,
что, в свою очередь, увеличит интенсивность дыхания зерна, а это ускорит
окислительные реакции и приведет к еще большему выделению тепла. Такая
цепная реакция будет способствовать повышению температуры до тех пор,
пока зерно не погибнет в результате распада углеводов, белков и липидов
под действием собственных и плесневых ферментов, а также воздействия
повышенной температуры, которая может достигать 60-70°C. Интенсивное
самосогревание приводит к увеличению влаги в межзерновом пространстве,
что способствует бурному развитию плесени и амбарных вредителей. Зерно
гниет и преет. Влажный и теплый воздух в межзерновом пространстве за счет
конвекции поднимается вверх и на поверхности зерна создает корку из
слипшихся зерен, которая имеет несколько повышенную температуру. В
холодное время влага из теплого воздуха конденсируется в пар, который,
поднимаясь над зерном, создает эффект «горения». Эти признаки, в
дальнейшем, могут быть использованы для поиска перегретых зон. Если
срочно не принять необходимые меры, то от этих негативных факторов
может погибнуть значительная часть урожая.
Опыт показывает, что локальный перегрев зерна на 1-3°C свидетельствует о
начале процесса самосогревания. Поэтому ежедневный контроль
температуры зерна предусмотрен технологией его хранения. На практике, в
хозяйствах, температуру зерна измеряют с помощью полого металлического
конуса массой около килограмма, внутри которого помещен спиртовой
стеклянный термометр с ценой деления 1°C. Этот конус укреплен на конце
металлической штанги с помощью которой его погружают в зерно на
глубину 1-2 метра, выдерживают там 5-10 минут, затем извлекают его,
раскручивают, считывают показания термометра. За это время температура
термометра падает. Экспериментальные исследования показали, что такой
способ измерения дает погрешность от 5°C до 8°C. А это значит, что
обнаружение перегретой зоны может произойти с запозданием. Кроме этого,
длительность процедуры измерения делает контроль температуры
малопроизводительным и трудоемким.
Для повышения точности измерения и быстродействия был специально
разработан цифровой измеритель температуры зерна «Влант-10». Внешний
вид измерителя и его комплектность показаны на рис.1.
Рис. 1. Внешний вид измерителя температуры зерна «Влант-10».
Измеритель состоит из складного термозонда общей длиной 2 метра.
На одном конце его расположен датчик температуры, а на другом - ручка и
чехол для кабеля. Разъем кабеля подключается к электронному блоку на
цифровом табло которого считывается значение температуры. Измеритель
снабжен аккумулятором и зарядным устройством, что делает его
автономным в питании. Диапазон измерения температур составляет 100°C, а
дискретность отсчета – 0,1°C.
Графики сравнительных характеристик быстродействия образцового
стеклянного термометра ТЛ-4, измерителя «Влант-10» и конуса, с
расположенным внутри малогабаритным термометром сопротивления ТСМ0979, приведены на рис.2.
В 20-и литровый термос, заполненный зерном пшеницы при температуре
35°C, одновременно погрузили три вышеперечисленных термометра при
начальной комнатной температуре 23,6°C. По снятым показаниям строили
графики. Как видно из рис.2, конус выходит на установившийся показания
через 7 минут, но они на 5°C отличаются от показаний образцового
термометра. Только через 2 часа 53 минуты, когда температура зерна начала
уменьшатся, показания всех термометров сравнялись. Это объясняется
следующим образом. Массивный металлический конус при температуре
23,6°C начинает обмениваться теплом с зерном при температуре 35°C в
результате чего близлежащее зерно остывает, а конус нагревается. Из-за
низкой теплопроводности зерна, которое можно сравнить с хорошим
теплоизолятором, его слои рядом с конусом медленно прогреваются и,
поэтому, средняя температура конуса, называемой еще интегральной, будет
меньше. Низкая теплопроводность и большая масса конуса приводят к столь
большой погрешности измерения. Интегральная температура стеклянного
термометра достигает установившегося значения через 3 минуты. И только
благодаря особой конструкции датчика измерителя «Влант-10», который
содержит в себе два датчика - интегральный и дифферинциальный,
установившиеся показания можно считать через 1 минуту! Такие быстрые
измерения позволяют во много раз повысить производительность контроля
температуры зерна при хранении в буртах. Высокое быстродействие и
разрешающая способность измерителя также позволяют локализировать по
глубине очаг залегания зоны с повышенной температурой.
Однако поиск зон перегрева методом тыка на больших площадях очень
трудоемкая задача. Как известно, греющиеся внутри зерно на поверхности
может иметь зону повышенной температуры с перегревом 1-2°C. Для
бесконтактного поиска таких зон и их локализации в измерителе «Влант-10»
есть чувствительный инфракрасный датчик и лазерная указка. Тепловое
излучение с зоны повышенной температуры попадает на инфракрасный
датчик, усиливается, обрабатывается и поступает на звуковой индикатор.
Когда лазерная указка проходит центр такой зоны, то раздается звуковой
сигнал. Обнаружив, таким образом, зону повышенной температуры на
поверхности, можно перейти к ее локализации внутри и измерению
температуры с помощью термозонда. Этот бесконтактный режим поиска
также способствует повышению производительности контроля за качеством
хранения зерна. Ко всему следует добавить, что измеритель температуры
зерна «Влант-10» выпускается метрологически аттестованным и должен
поверяться один раз в год.
Список литературы:
1. Абрамов И.Н. Самосогревание зерна и меры его предупреждения.
Дальгиз. 1943.
2. Казаков Е.Д., Кретович В.Л. Биохимия зерна и продуктов его
переработки М.: Колос,1980.
3. Измеритель температуры зерна «Влант-10». Руководство по
эксплуатации и паспорт.