本發(fā)明涉及糧食貯藏領(lǐng)域，具體地說涉及一種儲(chǔ)糧狀態(tài)的檢測方法。

背景技術(shù)：

我國是一個(gè)人口大國和糧食生產(chǎn)大國，糧食安全關(guān)系國計(jì)民生。我國糧食倉儲(chǔ)規(guī)模大和存儲(chǔ)時(shí)間長，決定了糧食倉儲(chǔ)質(zhì)量的重要性。儲(chǔ)糧狀態(tài)具體分為糧食溫度、糧食水分、糧食是否發(fā)熱(即糧溫異常高，糧食變質(zhì)的特征)。當(dāng)糧食水分超過糧溫對應(yīng)的安全水分時(shí)，糧食可能發(fā)熱。不同溫度下的安全水分是不同的，一般規(guī)律是糧溫越高，安全水分越低。目前我國糧食倉儲(chǔ)行業(yè)已普及糧溫在線監(jiān)測，若干根內(nèi)含多個(gè)溫度傳感器的電纜以數(shù)米為間隔插入糧食中，形成多層多點(diǎn)的糧溫檢測網(wǎng)絡(luò)。

長期存儲(chǔ)(1-3年)或安全度夏的糧食在實(shí)際可控最高糧溫條件下，以糧堆平衡相對濕度為65％所對應(yīng)的水分含量作為確定糧食安全水分的參考指標(biāo)。表1以稻谷為例，給出了不同溫濕度下平衡水分(摘自，王若蘭，糧油儲(chǔ)藏學(xué)，中國輕工業(yè)出版社)。正常情況下，糧庫在冬季對儲(chǔ)糧通風(fēng)以降低糧溫，待來年開春氣溫回暖后密閉糧倉，直到下一個(gè)秋冬季。在此過程中，糧食在低溫儲(chǔ)藏環(huán)境中，其水分和溫度相對十分穩(wěn)定。但敖間漏氣等因素會(huì)使糧溫逐漸上升，若糧溫過高則需要額外通風(fēng)，以降低糧溫并適當(dāng)降低水分。糧溫越低，安全水分越高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高。加之，糧食生蟲霉變的一個(gè)重要特征是糧溫上升，因此糧溫檢測是目前糧情測控的主要感知手段。

表1不同溫濕度下的稻谷平衡水分

目前糧食倉儲(chǔ)國標(biāo)要求敖間內(nèi)安裝的測溫電纜實(shí)質(zhì)是在電纜內(nèi)封裝溫度傳感器。測溫電纜垂直插入糧食，貫穿糧食底面和表面。位于不同高度的溫度傳感器檢測各糧層的溫度。

溫度傳感器有很多種，像糧庫使用的接觸式測溫方法，溫度傳感器在電路上可以是一個(gè)電阻器(熱敏電阻)、兩種金屬焊接在一起(熱電偶)等等。傳感器自身的溫度會(huì)改變電阻器的阻值，兩種金屬之間的電勢差，通過檢測電學(xué)參數(shù)的變化反推出溫度值。

應(yīng)指出的是溫度傳感器的工作原理決定了溫度測量值實(shí)質(zhì)是傳感器自身的溫度。只有在溫度傳感器和環(huán)境達(dá)到熱平衡，溫度讀數(shù)才是環(huán)境溫度值。因此只有糧食與溫度傳感器達(dá)到熱平衡后，溫度測量值才是糧食溫度。只有糧食發(fā)熱的溫度擴(kuò)散到溫度傳感器的位置，它才能感知到糧食過熱，而糧食是熱的不良導(dǎo)體，這導(dǎo)致了測溫電纜檢測糧食過熱有一定的滯后性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠快速準(zhǔn)確地分析判斷出糧粒內(nèi)外溫度是否一致、糧食是否發(fā)熱、是否結(jié)露的儲(chǔ)糧狀態(tài)的檢測方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種儲(chǔ)糧狀態(tài)的檢測方法，包括以下步驟：

(1)檢測過程

測定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容；在預(yù)設(shè)空間的中心放置溫度傳感器，通過溫度傳感器測定溫度傳感器本身的溫度；

(2)判斷過程

初始狀態(tài)下，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食水分正常，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食的糧粒內(nèi)外溫度一致，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食與溫度傳感器達(dá)到熱平衡；

當(dāng)相比初始狀態(tài)，溫度傳感器測得的溫度沒有明顯變化，而測得的預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容異常增加時(shí)，判定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食的內(nèi)外溫度不一致；

當(dāng)相比初始狀態(tài)，溫度傳感器測得的溫度變化不大，而測得的預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容明顯增加時(shí)，判定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象；

當(dāng)相比初始狀態(tài)，溫度傳感器測得的溫度變化不大，而測得的預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容顯著增加時(shí)，判定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

進(jìn)一步地，在預(yù)設(shè)空間的中心放置電容式水分傳感器，通過電容式水分傳感器來測定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容，并以電容式水分傳感器測得的糧食水分的異常增加、明顯增加、顯著增加來表征糧食電容的異常增加、明顯增加、顯著增加。

進(jìn)一步地，電容式水分傳感器與溫度傳感器集成在一起。

進(jìn)一步地，設(shè)糧食水分正常值為x，糧食水分增加到(1.07～1.18)x為異常增加，糧食水分增加到(1.19-1.38)x為明顯增加，糧食水分增加到2.5x以上為顯著增加。

進(jìn)一步地，糧食為水稻，水稻水分正常值為14％，水稻水分增加到15％為異常增加，水稻水分增加到17％為明顯增加，水稻水分增加到40％以上為顯著增加。

進(jìn)一步地，糧食為小麥，小麥水分正常值為12.5％，小麥水分增加到13.5％為異常增加，小麥水分增加到15％為明顯增加，小麥水分增加到40％以上為顯著增加。

進(jìn)一步地，糧食為玉米，玉米水分正常值為13％，玉米水分增加到15％為異常增加，玉米水分增加到18％為明顯增加，玉米水分增加到40％以上為顯著增加。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明利用糧食介電常數(shù)隨著糧食水分增加而增大，糧食介電常數(shù)隨著糧食溫度增加而增大的性質(zhì)，若糧粒內(nèi)外溫度不一致，水分計(jì)算值與糧粒內(nèi)外溫度相當(dāng)時(shí)差異較大，由此判斷糧粒內(nèi)外溫度是否一致；

本發(fā)明利用電容探測空間大于溫度傳感器溫度探測空間，水分?jǐn)U散速度大于溫度傳導(dǎo)速度，糧食介電常數(shù)與糧食溫度相關(guān)的性質(zhì)，若預(yù)設(shè)空間內(nèi)糧食溫度比溫度傳感器的測量值高，則測得的糧食電容會(huì)更高，由此計(jì)算出的糧食水分將比糧食過熱前的測量值明顯增高，超過儲(chǔ)糧水分的正常范圍，由此判斷糧食是否水分過高，糧食是否發(fā)熱；

本發(fā)明利用水的介電常數(shù)高糧食一個(gè)數(shù)量級的特點(diǎn)，若糧食表面存在結(jié)露水，測得的糧食電容以及糧食水分計(jì)算值將顯著高出正常范圍，由此判斷糧食是否結(jié)露。

本發(fā)明能夠快速準(zhǔn)確地檢測出糧食的電容(水分)變化、并通過測量出的電容(水分)值、溫度值分析判斷出糧粒內(nèi)外溫度是否一致、糧食是否發(fā)熱、是否結(jié)露，從而可以讓儲(chǔ)糧更安全、更優(yōu)質(zhì)。

本發(fā)明還可以判斷糧食在進(jìn)行何種通風(fēng)作業(yè)，通風(fēng)預(yù)期達(dá)到的效果。再結(jié)合糧庫的智能通風(fēng)系統(tǒng)可以使通風(fēng)作業(yè)更高效、更準(zhǔn)確，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保無污染。

附圖說明

圖1是糧倉內(nèi)傳感器的布置示意圖。

圖2是實(shí)施例1的電容、溫度和水分的關(guān)系及變化圖。

圖3是實(shí)施例2的電容、溫度和水分的關(guān)系及變化圖。

圖4是實(shí)施例3的電容、溫度和水分的關(guān)系及變化圖。

附圖中各部件的標(biāo)記為：1敖間、2電纜、21測量點(diǎn)、3數(shù)據(jù)讀取模塊。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本發(fā)明儲(chǔ)糧狀態(tài)的檢測方法，包括以下步驟：

(1)檢測過程

測定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容；在預(yù)設(shè)空間的中心放置溫度傳感器，通過溫度傳感器測定溫度傳感器本身的溫度；

(2)判斷過程

初始狀態(tài)下，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食水分正常，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食的糧粒內(nèi)外溫度一致，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食與溫度傳感器達(dá)到熱平衡；

當(dāng)相比初始狀態(tài)，溫度傳感器測得的溫度沒有明顯變化，而測得的預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容異常增加時(shí)，判定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食的內(nèi)外溫度不一致；

當(dāng)相比初始狀態(tài)，溫度傳感器測得的溫度變化不大，而測得的預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容明顯增加時(shí)，判定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象；

當(dāng)相比初始狀態(tài)，溫度傳感器測得的溫度變化不大，而測得的預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容顯著增加時(shí)，判定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

下面提供實(shí)施例1，以水稻為例進(jìn)行詳細(xì)說明，糧倉內(nèi)正常儲(chǔ)倉水稻的水分值為14％，水分值超過17％時(shí)，水稻則會(huì)發(fā)熱，乃至霉變。

實(shí)施例1

本實(shí)施例在預(yù)設(shè)空間的中心放置電容式水分傳感器，通過電容式水分傳感器來測定預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容，并以電容式水分傳感器測得的糧食水分的異常增加、明顯增加、顯著增加來表征糧食電容的異常增加、明顯增加、顯著增加。這樣，容易讀數(shù)和判斷。

電容式水分傳感器實(shí)質(zhì)是一個(gè)電容器，其電場線覆蓋傳感器周圍一定的空間(也即預(yù)設(shè)空間)，所測預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容除與糧食水分成單值函數(shù)外，還受糧食介電常數(shù)的影響，因此所測預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容也可表征該預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食介電常數(shù)。參見圖2，糧食水分不變，糧食介電常數(shù)隨著糧溫的增加而增大；糧溫不變，糧食介電常數(shù)隨著糧食水分的增加而增大。糧食水分的計(jì)算方法是，溫度和電容為輸入量，糧食水分為輸出量。在確定的溫度下，糧食介電常數(shù)可視為常量，溫度變化引起的介電常數(shù)的變化可通過溫度補(bǔ)償法來修正。

所測預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食中的水分分布在糧粒的外部和內(nèi)部。低水分糧食的水分主要分布在糧粒內(nèi)部。糧粒內(nèi)部的水分子受到淀粉等周圍其他分子的束縛，自由轉(zhuǎn)動(dòng)受限，偶極矩較小。隨著糧食水分升高，糧食水分逐漸從糧粒內(nèi)部擴(kuò)展到外部。外部水分以多層分子膜的形式存在，隨著水分的增加，分子膜的層數(shù)逐漸增加。外部受到的束縛比內(nèi)部少，因此偶極矩更大，且多層膜的高層分子的偶極矩比底層大，對糧食介電常數(shù)的貢獻(xiàn)比糧粒內(nèi)部水分大。由此可知，隨著糧食水分增加，糧食介電常數(shù)(或糧食電容)單調(diào)增加，且斜率呈增加的趨勢。

糧食含水量與糧堆內(nèi)空氣相對濕度之間存在平衡，當(dāng)局部糧食含水量過高時(shí)，水分子會(huì)擴(kuò)散到空氣中，進(jìn)而擴(kuò)散到周邊的糧食中，交替進(jìn)行，擴(kuò)散范圍逐漸擴(kuò)大。

參見圖1，以標(biāo)準(zhǔn)糧倉敖間1(60米×24米)為例，其內(nèi)布置(6×13)共78根測式電纜2，電纜垂直插入糧食，貫穿糧食底面和表面，每根電纜有四個(gè)測量點(diǎn)21，每個(gè)測量點(diǎn)安裝電容式水分傳感器和溫度傳感器，電容式水分傳感器與溫度傳感器可以集成在一起，方便安裝，電容式水分傳感器的電場線覆蓋范圍是以傳感器為球心，半徑25cm的球體，電纜頂端設(shè)有數(shù)據(jù)讀取模塊3，方便讀數(shù)。

本發(fā)明實(shí)質(zhì)是利用電容式水分傳感器與溫度傳感器檢測對象不一致而檢測儲(chǔ)糧狀態(tài)。電容式水分傳感器測量的是其電場線覆蓋空間內(nèi)的糧食電容并通過測得的糧食電容計(jì)算出糧食水分，溫度傳感器測量檢測的是溫度傳感器本身的溫度，也即與溫度傳感器外表面接觸的糧食表面溫度。

本發(fā)明利用糧食介電常數(shù)隨著糧食水分增加而增大，糧食介電常數(shù)隨著糧食溫度增加而增大的性質(zhì)，若糧粒內(nèi)外溫度不一致，糧食水分計(jì)算值與糧粒內(nèi)外溫度相當(dāng)時(shí)差異較大，由此判斷糧粒內(nèi)外溫度是否一致；

本發(fā)明利用電容式水分傳感器電場線覆蓋空間大于溫度傳感器溫度探測空間，水分?jǐn)U散速度大于溫度傳導(dǎo)速度，糧食介電常數(shù)與糧食溫度相關(guān)的性質(zhì)，若電容式水分傳感器電場線覆蓋空間內(nèi)糧食溫度比溫度傳感器的測量值高，則電容式水分傳感器檢測到的糧食電容會(huì)更高，由此計(jì)算出的水分值將比糧溫過熱前的測量值明顯提高，超過儲(chǔ)糧水分的正常范圍，由此判斷糧食是否水分過高，糧食是否發(fā)熱；

本發(fā)明利用水的介電常數(shù)高糧食一個(gè)數(shù)量級的特點(diǎn)，若糧食表面存在結(jié)露水，電容式水分傳感器測量的糧食電容以及糧食水分計(jì)算值將明顯高出正常范圍，由此判斷糧食是否結(jié)露。

具體參見圖2，假設(shè)初始狀態(tài)下，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食水分正常，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食的糧粒內(nèi)外溫度一致，預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食與溫度傳感器達(dá)到熱平衡，設(shè)為a點(diǎn)(水分值14％)；

若預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食的糧粒內(nèi)外溫度不一致(即糧食通過呼吸作用產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致糧食的糧粒內(nèi)部溫度偏高)，此時(shí)糧粒內(nèi)部溫度偏高，糧食介電常數(shù)也會(huì)偏高，但在高溫傳遞到溫度傳感器之前，溫度傳感器溫度不會(huì)有明顯變化(變化在0.3℃以內(nèi))，但該預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容因糧食內(nèi)溫度上升而增加，造成糧食水分測量值會(huì)異常增加(變?yōu)閎1點(diǎn)，水分值15％)；

若預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食因水分過高而引起發(fā)熱，乃至霉變、生蟲，在高溫傳遞到溫度傳感器之前，溫度傳感器測量溫度變化不大(變化在1℃以內(nèi))，但該預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容因糧食溫度上升而增加，造成糧食水分測量值明顯增加(變?yōu)閎2點(diǎn)，水分值17％)；

若預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食結(jié)露，由于水的介電常數(shù)是80@25℃，而糧食在2-7之間，水的介電常數(shù)高糧食一個(gè)數(shù)量級，在糧食發(fā)熱之前，溫度傳感器測量溫度變化不大(變化在1℃以內(nèi))，該預(yù)設(shè)空間內(nèi)的糧食電容會(huì)顯著增加(變?yōu)閎點(diǎn)，水分值40％以上)，由此可以提前發(fā)現(xiàn)問題。

結(jié)論：根據(jù)此方法，當(dāng)水分值由a點(diǎn)變化為b1點(diǎn)(異常增加)時(shí)，可以檢測電容式水分傳感器電場線覆蓋空間內(nèi)糧食的糧粒內(nèi)外溫度是否一致；當(dāng)水分值由a點(diǎn)變化為b2點(diǎn)(明顯增加)時(shí)，可以檢測電容式水分傳感器電場線覆蓋空間內(nèi)糧食水分是否偏高，糧食是否發(fā)熱，乃至霉變、生蟲；當(dāng)水分值由a點(diǎn)變化為b點(diǎn)(顯著增加)時(shí)，可以檢測電容式水分傳感器電場線覆蓋空間內(nèi)的糧食是否結(jié)露。

發(fā)明人經(jīng)過后續(xù)研究，得出：設(shè)糧食水分正常值為x，糧食水分增加到(1.07～1.18)x為異常增加，糧食水分增加到(1.19-1.38)x為明顯增加，糧食水分增加到2.5x以上為顯著增加。

具體地，對于小麥，小麥水分正常值為12.5％，小麥水分增加到13.5％為異常增加，小麥水分增加到15％為明顯增加，小麥水分增加到40％以上為顯著增加；對于玉米，玉米水分正常值為13％，玉米水分增加到15％為異常增加，玉米水分增加到18％為明顯增加，玉米水分增加到40％以上為顯著增加。

在糧食儲(chǔ)存過程中，還經(jīng)常會(huì)有通風(fēng)作業(yè)來調(diào)節(jié)糧食的環(huán)境溫度和糧食水分。通風(fēng)作業(yè)考量的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有兩個(gè)：一是能耗，即通風(fēng)所花費(fèi)的電費(fèi)等支出；二是水分損失，即通風(fēng)帶走的糧食水分。

通風(fēng)降低水分的原理是，當(dāng)空氣濕度中等或較低時(shí)，氣流穿過糧食，促進(jìn)糧粒表面的水蒸氣揮發(fā)。若增加空氣濕度，根據(jù)表1可知，空氣中的水蒸氣會(huì)逐漸進(jìn)入糧食中，增加糧食水分，這種通風(fēng)叫做調(diào)質(zhì)通風(fēng)。但調(diào)質(zhì)通風(fēng)可能造成糧粒表面結(jié)露，引發(fā)生蟲霉變。結(jié)露等液態(tài)水的介電常數(shù)(78@25℃)與糧食(2-7)相比差一個(gè)數(shù)量級，電容值存在明顯區(qū)分。增加水分的調(diào)質(zhì)通風(fēng)時(shí)需要監(jiān)控進(jìn)風(fēng)口是否結(jié)露。當(dāng)出現(xiàn)結(jié)露時(shí)，及時(shí)通入相對干燥空氣，避免糧食發(fā)熱。

溫度傳感器熱傳導(dǎo)比糧食快，因此通風(fēng)過程中，溫度讀數(shù)下降得比糧食內(nèi)部溫度快，前者先達(dá)到空氣的溫度。如上文所述，糧食介電常數(shù)與糧食內(nèi)部溫度相關(guān)，通過通風(fēng)前后糧食水分差異可以判斷糧粒內(nèi)部溫度是否下降到要求溫度(業(yè)界稱為“冷芯”)，避免過度通風(fēng)，降低能耗。

下面以水稻為例，再介紹兩種通風(fēng)作業(yè)過程中電容式水分傳感器和溫度傳感器的測量值變化。

實(shí)施例2

降低糧溫的機(jī)械通風(fēng)

如圖3所示，通風(fēng)前是a點(diǎn)(水分值為14％)，經(jīng)過一段時(shí)間通風(fēng)后，糧粒外部已冷卻但內(nèi)部溫度未完全降下來，就變?yōu)閏點(diǎn)(即糧粒內(nèi)部溫度比糧粒外部溫度以及溫度傳感器溫度下降得慢，因此內(nèi)部介電常數(shù)下降得慢。但水分測量值按照傳感器溫度和內(nèi)部介電常數(shù)計(jì)算的，所以水分測量值會(huì)增加，傳感器溫度下降；水分值為15.5％)；待糧粒內(nèi)部溫度降下來后，糧粒內(nèi)外和溫度傳感器重新達(dá)到熱平衡，c點(diǎn)會(huì)最終變?yōu)閐點(diǎn)(水分值為13.5％)，即糧食水分因?yàn)橥L(fēng)產(chǎn)生部分損失。

結(jié)論：根據(jù)此方法，可快速直觀地反映糧食在降溫通風(fēng)過程中，溫度傳感器測量的環(huán)境溫度變化較快，但糧食的糧粒內(nèi)部溫度變化較慢，待內(nèi)外溫度平衡時(shí)，糧食水分會(huì)略有降低。

實(shí)施例3

增加水分的調(diào)質(zhì)通風(fēng)

如圖4所示，通風(fēng)剛開始時(shí)，水分集中在糧粒表面和外部，電容式水分傳感器電容增加，待水分?jǐn)U散到糧粒內(nèi)部之后，糧粒內(nèi)部介電常數(shù)比糧粒外部小，電容式水分傳感器測得的電容會(huì)逐漸減小。在這個(gè)過程中水分測量值會(huì)從初始值a點(diǎn)(水分值為13％)，先明顯增加至e點(diǎn)(水分值為16％)，后逐漸變小并趨近于加水后的水分真實(shí)值f點(diǎn)(水分值為14.5％)。

結(jié)論：根據(jù)此方法，可快速直觀地反映糧食在調(diào)質(zhì)通風(fēng)過程中，電容式水分傳感器測量的水分值因糧食表面結(jié)水而明顯增加，而糧食內(nèi)部水分變化較慢，待糧食內(nèi)外水分平衡時(shí)，電容式水分傳感器測量水分值回落并接近于真實(shí)值。

應(yīng)當(dāng)理解本文所述的例子和實(shí)施方式僅為了說明，并不用于限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)它做出各種修改或變化，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。