Тема 5. Прилади для регулювання і контролю режимів зберігання та параметрів якості зерна і насіння при зберіганні
При зберіганні зерна, насіння та іншої продукції використовують прості (термометри, психрометри тощо) та складні прилади.
Термометри. Вимір температури зерна , що зберігається в зернових складах, контролюють в основному переносними штангами зі спиртовими термометрами, вимірювальними комплектами ДКТТ-1 і переносним електронним індикатором температури ІТЕ-1. Індикатор температури ІТЕ-1 призначений для контролю температури зерна при збереженні в складах і на площадках. Індикатор складається з блоку індикації, термоштанги і кабелю (рис 1). Блок індикації виконаний у пластмасовому корпусі, у якому встановлені: субблок, приладовий з'єднувач, регулятор настроювання, кнопки керування, джерело харчування.
Принцип дії дилатометричних термометрів оснований на зміні об'єму робочої рідини при температури. Такі термометри найчастіше виготовляють із застосуванням ртуті (при вимірюванні температури від мінус 30°С до 35°С) та етилового спирту (від мінус 65°С до 65°С).
Ртутний термометр являє собою скляний капіляр, який закінчується резервуаром з рідиною, обладнаний шкалою. Ртутні термометри поділяють на трубчасті та поличні. У трубчастих термометрах капіляр знаходиться в центрі порожньої трубки на порцеляновій градуйованій пластинці. На товстостінних капілярах поличних термометрів шкала нанесена ззовні чорними та червоними штрихами.
При визначенні температури рідини термометр занурюють так, щоб він не торкався стінок посуду, а резервуар був повністю покритий рідиною. Вимірювання проводять до тривалого встановлення температури на певній позначці.
Рис 1. Індикатор температури ІТЕ-1:
1, 4 — субблоки; 2 — ручка; 3 — штанга; 5 — шкала; 6 — регулятор настроювання; 7, 8, 9 — кнопки керування; 10 — сполучний кабель; 11—джерело харчування; 12 — з'єднувач; 13 — кабель: 14 — датчик; 15 — ручка; 16 — блок індикації.
При відліці показу температури за шкалою око повинно знаходитись на одній лінії з рівнем ртуті. Після вимірювання термометр поступово охолоджують, витирають, зберігають у футлярі або на дні ящика у шарі вати. Такі термометри використовують і для визначення температури повітря.
Існують також термометри, градуйовані на певний інтервал температури, які показують при охолодженні мінімальну, а при нагріванні максимальну температуру.
У сушильних шафах, автоклавах, котлах використовують технічні термометри, виготовлені з більш товстого скла,довші за розміром, інколи зігнуті.
При неправильному користуванні дилатометричні термометри легко виходять з ладу через розрив ртутного чи спиртового стовпчика внаслідок швидкого охолодження після значного нагрівання. Щоб цього не трапилось, термометр слід поступово охолодити (краще у нагрітій воді, залишивши її для охолодження разом із зануреним термометром).
Значним недоліком скляних термометрів є можливість зміни показів через нагромадження склом залишкової напруги при перепадах температур. Як правило, через рік користування термометр перевіряють. Для цього з дистильованої води одержують лід і перевіряють правильність відмітки 0°С, а потім воду, що одержують при розтаванні льоду, доводять до кипіння і перевіряють відмітку 100°С. Для перевірки інших точок беруть чисті хімічні речовини з відомою температурою кипіння. Перевіряють при тиску атмосферного повітря 760 мм рт. ст. Для перевірки термометрів використовують також набори нормальних термометрів, порівнюючи їх покази в однакових умовах з контрольними.
В автоклавах використовують манометричні термометри, які складаються з термометричного балона, капілярної трубки і манометра. Манометричні термометри бувають газовими, рідинними та паровими.
Рис2. Контактний термометр до сушильної шафи СЕШ –3:
1) капіляр; 2) проводник; 3) електричний шнур; 4) клеми
В останніх термометричний балон заповнений рідиною лише на 2/3, а на 1/3 — парою цієї рідини. При нагріванні чи охолодженні тиск у балоні змінюється, через рідину, що заповнює капіляр, діє на стінки пружини, яка розкручується при підвищенні температури і скручується при зниженні. Цей рух через механізми передається на градуйовану шкалу приладу. Для вимірювання температури в досліджуване середовище вводять термометричний балон. Манометричний термометр не можна нагрівати до температури вище від обмежувальної.
Для визначення температури твердих тіл використовують термістори (напівпровідники). У них спаяні два провідники, один кінець спаю є датчиком, а інший з'єднаний з гальванометром. При нагріванні спаю виникає термоелектрорушійна сила, спрямована від одного металу до іншого. Величина цієї сили прямо пропорційна різниці температур між холодним і нагрітим спаями. Ця властивість лежить в основі визначення температури за допомогою стаціонарних чи переносних термопар як на поверхні, так і всередині об'єкта. Термопара працює з міні-вольтметрами або потенціометрами.
Широко використовують також термометри опору — металеві чи напівпровідникові.
Металеві виготовляють з платинового чи мідного дроту, вони характеризуються високою точністю вимірювання, стабільністю, малою інерційністю, значним технічним ресурсом.
Напівпровідникові термометри опору завдяки високій чутливості дають змогу вимірювати температуру рослинних тканин. Для вимірювання температури в насипі зерна (насіння) більше 1,5 м заввишки термометр розміщують у трьох точках: у верхньому шарі на глибині 30 — 50 см від поверхні насипу, посередині та знизу. При висоті насипу до 1,5 м достатньо двох точок виміру вшаховому порядку на відстані 2 м одна від одної по горизонталі. Якісний облік зерна включає спостереження за його температурою, вологістю, зараженістю шкідниками, зміною органолептичних показників. Температуру свіжозібраного зерна (перші 3 міс. після збирання) вимірюють щодня, якщо воно вологе чи сире; зерна середньої сухості — один раз на 3 дні; зерна сухого — не рідше одного разу за 15 днів; вологого та сирого, що зберігається при температурі, нижчій за 10°С, — двічі на декаду. Температуру вимірюють за допомогою залізних чи дерев'яних термоштанг. Для вимірювання температури зерна на великій глибині зернового насипу застосовують додаткову штангу, що нагвинчується на штанговий термометр. Спостереження ведуть за кожним засіком. Якщо зерно насипано шаром по 1,5 м, можна виміряти температуру в одному шарі, а від 1,5 до 2 м — не менш ніж у двох шарах. Термометри встановлюють у захищених від прямих сонячних променів місцях. Тривалість вимірювання - 25 — 30 хв.
Для вимірювання температури зерна, що зберігається, використовують також електротермометри ЕТЗ-58. Він складається з термощупа, з'єднувального кабелю, вимірювального приладу та двох дерев'яних футлярів. Термощуп — це триметрова розбірна металева штанга трубчастого типу з датчиком на кінці. На зовнішній поверхні штанги через кожні 5 см нанесено поділки для відліку величини заглиблення. Кабель з'єднує датчик термощупа з вимірювальним приладом, на верхній панелі пластмасового корпусу якого змонтовано мікроамперметр та рукоятки керування, а у днищі — джерело живлення. Температуру зерна вимірюють також напівпровідниковим термометром МТ-54.
В силосах елеваторів, не обладнаних електротермометрами, використовують термоштанги (рис. 3) зі спиртовими термометрами.
Виміри роблять на глибині 0,5; 1,5 та 3,5 м.
Для автоматичної звукової і світлової сигналізації про відхилення від заданої температури, а також для її автоматичного регулювання і дистанційного вимірювання використовують одноточковий напівпровідниковий термосигналізатор ЕТС. Автоматичну сигналізацію про перегрівання та дистанційне вимірювання температури в 25 точках продукції, що зберігається, забезпечує багатоточковий напівпровідниковий сигналізатор.
Для регулювання температури у двох чи трьох позиціях та порційного регулювання температури рідин чи газових середовищ у сховищах, у системах кондиціювання повітря, опалювання чи в умовах активного вентилювання у холодильній техніці призначені напівпровідникові регулятори температури (ПТР): ПТР-2-02 з діапазоном вимірювання від мінус 30°С до 5°С, ПТР-2-03 — від мінус 10°С до 15°С та ін.
Правильність вимірювання температури залежить від умов для припливу теплоти до чутливого елемента. Щоб зменшити похибку вимірювання температури, зазор між чутливим елементом та захисною оправою заповнюють термопровідним матеріалом (машинним маслом, ошурками). Термометр занурюють у вимірюваний потік на відстані від стін не менше 5 — 7 см. Температуру повітря у сховищах часто вимірюють електротермометром ТЕТ-2 з ціною поділки 0,2°С, який найточніше працює в межах від мінус 10 °С до 10 °С.
Рис. 3 Термоштанги для виміру температури зерна:
1) стандартна; 2) тонка полегшена
Для вимірювання температури в зерновій масі, що зберігається в бунтах, використовують термометри в металевій чи дерев'яній оправі. В термометрах з металевою оправою спиртові термометри розміщені у верхній частині, а нижня частина являє собою запаяну знизу металеву трубку з невеликими отворами в нижній частині. Таким чином, резервуар спиртового термометра знаходиться на відстані 1 м від поверхні продукції, температуру якої вимірюють.
Тому достовірність температурних даних забезпечується постійним вимірюванням тер мометрами в масі продукції. Якщо користуються одним термометром для кількох бунтів, то після розміщення термометра в залишеному футлярі чи отворі в масі продукції відлік слід брати не раніш ніж через годину. Футляри для введення термометрів під час завантаження продукції вкладають перпендикулярно до довжини бунта від верху на глибині 30 см , або на відстані 10 — 15 см від дна.
Система контролю температури зерна в силосах елеватору представлена на рис.4
Рис. 4 Система контролю температури зерна в силосах елеватору
а)система дистанційного контролю з переносним вимірюапльним приладом;
б) система дистанційного і дистанційно-автоматичного контролю з пультом;
1) термопідвіска;2) переносний вимірювальний прилад; 3) релейні переключені приладии; 4) пульт керування.
Для визначення вологості повітря і можливості вентилювання зерна існують різні прилади і пристрої. До найбільш розповсюджених відносять психрометри, гігрометри, гігрографи та інші прилади. Для вимірювання відносної вологості повітря призначені психрометри. Принцип їх дії ґрунтується на вимірюванні температури двома термометрами — звичайним та мокрим (із змоченим у дистильованій воді резервуаром). Випаровування води з поверхні батисту, яким обгорнутий мокрий термометр, зумовлює зниження його температури. Воно тим інтенсивніше, чим нижча вологість повітря. Різниця показів термометрів дає змогу визначити відносну вологість повітря за допомогою психрометричної таблиці. На показ впливає швидкість омивання резервуара повітрям, тому в більшості приладів передбачені пристрої для аспірації повітря з постійною швидкістю 3 — 4 м/с. Великою точністю і малою інерційністю при кімнатних температурах відзначаються психрометри типу Ассмана зі скляними термометрами та електромотором М-34.
Замість скляних рідинних термометрів у сучасних психрометрах найчастіше використовуються термопари, термометри опору та напівпровідникові термістори.
Останні дають змогу автоматизувати контроль вологості повітря, їх недоліком є зниження точності показів при температурах нижче 0°С. На ХПП найбільше розповсюдження одержали психрометри Августа. Ці прилади порівняно прості по устрою, нескладні і надійні в експлуатації, достатньо точні для вимірів температури і вологості повітря при визначенні можливості вентилювання зерна. На рис. 5 показаний загальний вигляд психрометру Августа.
Для визначення вологості повітря за показниками сухого і мокрого термометрів (психрометра) і можливості вентилювання зерна, а також визначення рівноважної вологості зерна різних культур використовують спеціальні номограми або таблиці. Дані цих таблиць практично охоплюють усі можливі сполучення станів по температурі і вологості зерна і повітря, які необхідно враховувати при вентилюванні зернової маси в районах її оброблення, збереження й обробки.
Активне вентилювання атмосферним повітрям проводять за умови, якщо фактична вологість зерна більше його рівноважної. Для визначення можливості вентилювання зерна застосовують такий спосіб. Спочатку встановлюють відносну вологість повітря за показниками мокрого термометра і різниці показань сухого і мокрого термометра психрометра. Потім визначають рівноважну вологість зерна з урахуванням його температури і відносної вологості повітря.
Рис. 5. Психрометр
Зіставивши фактичну вологість зерна зрівноважної, вирішують питання про можливість вентилювання насипу. До вентилювання насипу приступають у тих випадках, коли рівноважна вологість зерна, що відповідає відносній вологості атмосферного повітря і температурі зерна, менше вихідної вологості зерна. Вентилювання за таких умов супроводжується зниженням вологості і, як правило, охолодженням. Необхідно при цьому відмітити, що рівноважну вологість зерна визначають по найнижчому показнику температури зерна в насипу. Приймаючи в увагу, що температура і вологість повітря протягом доби міняються, а також змінюється стан зерна в процесі вентилювання, можливість його проведення перевіряють звичайно не менш чотирьох разів у добу: у 1, 7, 13 і 19 годин. При несприятливих погодних умовах перевірку можливості вентилювання проводять ще частіше. Розрахунок необхідної подачі повітря і тривалості вентилювання з метою зниження температури зерна. Вентилювання зерна з метою охолодження проводять у тих випадках, коли температура повітря нижче температури зернової маси не менш чим на 10°С. У цьому випадку ефективність вентилювання істотно підвищується. Холодне повітря, що продувається через насип, доти відбирає тепло від зернової маси, поки не зникне різниця температур між зерном і повітрям. Охолодження вентилює мого насипу відбувається зонами. Насамперед прохолоджується та частина насипу, куди надходить холодне повітря. На вході утвориться зона охолодження, товщина якої залежить від стану зерна і повітря, швидкості фільтрації й інших факторів. Після закінчення деякого часу вентилювання в насипі утвориться три зони. У першій зоні, у якій повітря входить, температура зерна дорівнює температурі повітря, що продувається. В другій зоні відбувається охолодження зерна і вона називається зоною охолодження або перехідною. При продуванні насипу знизу нагору нижній шар перехідної зони має температуру, близьку до температури вже охолодженого зерна, а температура верхнього шару близька до вихідної температури зерна до вентилювання. Третя зона є зоною неохолодженого (теплого) зерна. Необхідну для охолодження маси зерна подачу повітря визначають з урахуванням питомої теплоємності зерна і повітря, тому що вона показує, скільки потрібно тепла для підвищення (або зниження) температури одиниці маси зерна на один градус.
Вологоміром ППТК-70 вимірюють відносну вологість повітря до 100 % з похибкою ±3 %. Найбільше практичне значення мають нині вологометричні прилади, які забезпечують дистанційність вимірювання і безпосередній відлік без використання перевідних таблиць у широкому інтервалі температур. Принцип дії вологомірів з використанням напівпровідників полягає в залежності їх чутливості від зміни температур. Застосовується омметричний метод вимірювання на постійному струмі за допомогою модулятора.
Існуючі системи приладів забезпечують своєчасну сигналізацію про підвищення чи зниження рівня вологості порівняно із заданим. Цього досягають за допомогою гігристорів, які при зміні вологості зовнішнього середовища змінюють опір (працюють у межах відносної вологості від 50 до 100 %).
Завдання 1. Вивчити принцип роботи простих приладів та систем регулювання параметрів середовища, в якому зберігається зернова насіннєва маса.
Обладнаня та матеріали: дилатометричні термометри, терморегулятори, термоштанги, психрометри, термопари, термометри опору, напівпровідникові термістори, гігристори, зразки зерна.