Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2022

Идентификатор DOI: 10.31677/2072-6724-2022-63-2-59-68

Ключевые слова: grain, impedance, moisture, conductivity, dielectric constant, зерно, импеданс, влажность, проводимость, диэлектрическая проницаемость

Аннотация: Представлены результаты исследования электрических и диэлектрических характеристик увлажнённых зёрен пшеницы методом измерений их комплексного электрического сопротивления (импеданса Z ) в широком диапазоне частот ( от 1 Гц до 100 МГц). Результаты измерений электрического импеданса зерна с поверхностным или объёмным содержанием влаги в разных условиях эксперимента могут дать полезную информацию о свойствах биологических тканей зерновых культур и использоваться для разработки нового типа импедансных датчиков для тестирования качества зерна и его влажности. В качестве объекта исследований использовались хорошо высушенные зёрна пшеницы и зёрна, насыщенные влагой и солевым раствором. Серьёзной проблемой при измерениях импеданса зёрен является выбор подходящего материала электродов, накладываемых на торцевые поверхности образцов. Электроды должны обеспечивать надёжный контакт с зерном и обладать минимальным переходным сопротивлением. Для исключения поперечной деформации торцевые поверхности прессованных образцов укрепляли защитным диэлектрическим кольцом. Такие контакты обеспечивали переходное сопротивление в пределах 1-2 Ом. В области низких частот выявлены процессы накопления электрических зарядов вблизи поверхности металлических электродов и на внутренних структурах зерна, приводящие к увеличению диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь. В области более высоких частот поведение активной и реактивной компонент импеданса определяется процессами диэлектрической релаксации. Полученные спектры импеданса сопоставлялись со спектрами наиболее подходящих эквивалентных электрических схем, радиотехнические компоненты которых позволяют понять основные механизмы прохождения переменного электрического тока через сложную неоднородную структуру зерна. Установлено, что увлажнение зерна подсоленной водой усиливает процесс накопления электрических зарядов и влияет на дисперсию действительной и мнимой компонент импеданса. The authors presented the results of a study of the electrical and dielectric characteristics of wetted wheat grains by measuring their complex electrical resistance (impedance Z) in a wide frequency range (from 1 Hz to 100 MHz). The results of electrical impedance measurements of grains with surface or volumetric moisture content under different experimental conditions can provide useful information on the properties of the biological tissues of grain crops. These results can also be used to develop a new type of impedance sensor for testing grain quality and moisture content. The authors used well-dried wheat grains and grains saturated with moisture and saline as objects of research. A major problem in grain impedance measurements is the selection of a suitable electrode material to be placed on the end surfaces of the samples. The electrodes must ensure reliable contact with the grain and have a minimum transient resistance. The end surfaces of the pressed samples were reinforced with a protective dielectric ring to prevent transverse deformation. These contacts provided a transition resistance between 1-2 ohms. The authors have identified processes of accumulation of electric charges near the surface of metal electrodes at low frequencies and on internal grain structures, leading to an increase in the dielectric permittivity and dissipation factor. The behavior of the active and reactive components of the impedance at higher frequencies is determined by dielectric relaxation processes. The obtained impedance spectra were compared with the spectra of the most suitable equivalent electrical circuits. The radio components of the circuits provide information about the basic mechanisms of alternating electric current flow through the complex inhomogeneous structure of the grain. The authors found that moistening the grain with saline water enhances the process of accumulation of electric charges and affects the dispersion of the real and imaginary components of the impedance.

Журнал: Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет)

Выпуск журнала: № 2

Номера страниц: 59-68

ISSN журнала: 20726724

Место издания: Новосибирск

Издатель: Новосибирский государственный аграрный университет

• Чжан А.В. (Красноярский государственный аграрный университет)
• Дрокин Н.А. (Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН)
• Ничкова Н.М. (Иркутский государственный университет путей сообщения)
• Мороз Ж.М. (Иркутский государственный университет путей сообщения)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК