The infl uence of bulk density of wheat grain on the accuracy of moisture measuring by the microwave method

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of the density of wheat grain on the accuracy of measuring its moisture content by the ultra-high frequency method is considered. The method is based on amplitude dielectric metrology, in which the attenuation of an electromagnetic wave passing through the grain is analyzed. A single-parameter moisture meter operating at ultra-high frequencies and intended for use in grain processing production has been developed. The structural diagram of the moisture meter and the principles of its operation are presented The device's design incorporates a mathematical model that takes into account the electrophysical properties of grain material and its interaction with ultra-high frequency radiation at a fixed frequency. A prototype of the device has been manufactured and tested in real production conditions. Grain with different densities, such as 87, 116, and 145 kg/m3, has been investigated. It has been experimentally established that as the grain density decreases, the relative error in measuring its moisture content increases, especially at high moisture contents exceeding 14 %. At a moisture content of 18 % and a grain density of 145 and 87 kg/m3, the relative error in measurement was 9.8 % and 44.7 %, respectively. The calculated partial derivatives of the signal amplitude with respect to density are significantly higher in conditions of high humidity, which indicates a strong dependence of the moisture meter readings on the density of the material in these conditions: even a small change in density can significantly increase the measurement error at high humidity. Graphs of the moisture meter signal amplitude dependence on humidity at different values of density and the results of regression analysis confirming the need to take into account the density during the instrument calibration are presented. The absolute and relative errors of moisture measurement are estimated depending on the sample density. The results of the studies confirm the effectiveness of the ultra-high frequency method of rapid moisture assessment and the developed moisture meter, provided that the infl uence of density is corrected.

About the authors

P. I. Kalandarov

National Research University “Tashkent Institute of Irrigation and Agricultural Mechanization Engineers”

Email: eest_uz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8199-7484

L. F. Saidoripov

Uzbek National Institute of Metrology

Email: iskandarov822@bk.ru

B. P. Iskandarov

National Research University “Tashkent Institute of Irrigation and Agricultural Mechanization Engineers”

Email: iskandarov822@bk.ru

References

  1. Ковалева А. А., Саитов Р. И., Запорожец А. С., Парфенова Е. Г. Методика градуировки серийных СВЧ-влагомеров. Измерительная техника, (3), 72–76 (2017). https://elibrary.ru/yirisj
  2. Каландаров П. И. Термогравиметрический метод измерения влажности: оценка точности и эффективность применения в агропромышленном комплексе. Метрология, (2), 44–62 (2021). https://doi.org/10.32446/0132-4713.2021-2-44-62
  3. Nelson S. O., Trabelsi S. Grain and seed moisture and density measurement through sensing of dielectric properties. Transactions of the ASAE, 53(2), 405–412 (2010). https://doi.org/10.13031/2013.29637
  4. Федоткин И. М., Клочков В. П. Физико-технические основы влагометрии в пищевой промышленности. Техника, Москва (1974).
  5. Махмудов М. И. Микропроцессорный СВЧ прибор для измерения влажности зерна: автореферат дис. канд. техн. наук. Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Ташкент (2000).
  6. Каландаров П. И., Икрамов Г. И. Оценка эффективности примен ения информационно-измерительной системы контроля температуры и влажности зернопродуктов. Измерительная техника, (4), 23–30 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-4-23-30 ; https://elibrary.ru/jbifvv
  7. Iskandarovich K. P., Mamurovich M. Z., Egambergonovich A. N., Ugli A. H. H. Information and measurement control systems for technological processes in the grain processing industry. International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT 2021), pp. 500–504 (2021). https://doi.org/10.1109/ICISCT52966.2021.9670425
  8. Каландаров П. И. Высокочастотный влагомер для измерения влажности зерна и зернопродуктов. Измерительная техника, (4), 65–71 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-65-71 ; https://elibrary.ru/oidrqc
  9. Абдыкадыров А. А., Каландаров П. И., Икрамов Г. И., Куттыбаева А. Е. Автоматический сверхвысокочастотный влагомер для твердых дисперсных материалов: пат. Республики Казахстан на полезную модель KZ 9179 (2021).
  10. Смирнова В. В., Сидельникова Н. А., Масловская Н. А., Перепелица Ю. С. Оценка технологических свойств зерна пшеницы. Главный агроном, (9) (2020).
  11. Трухачев В. И., Кирюшин В. И. Методы и средства контроля качества зерна. Лань, С. Петербург (2011).
  12. Issa S., Boussetta N. Infl uence of bulk density and moisture on the dielectric properties of cereals in RF and microwave ranges. Journal of Food Engineering, 97(3), 404–413 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.10.029
  13. Atalay Kocakusak, Bektas Colak, Selcuk Helhel. Frequency dependent complex dielectric permittivity of rubber and magnolia leaves and leaf water content relation. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, 50(4), 294–307 (2016). https://doi.org/10.1080/08327823.2004.11688507
  14. Ковалёва А. А., Саитов Р. И., Запорожец А. С., Парфёнова Е. Г. Сверхвысокочастотный влагомер зерновых культур. Измерительная техника, (10), 24–27 (2016). https://elibrary.ru/wxgjft
  15. Лисовский В. В., Булко М. И. Автоматический контроль влажности сельскохозяйственных материалов СВЧ-акустическим методом. Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 23–24 ноября 2017 г., БГАТУ, Минск, с. 330–334 (2017). https://rep.bsatu.by/handle/doc/2033
  16. Саитов Р. И., Абдеев Р. Г., Швецов М. В., Хасанова А. Ф. Абдеев Э. Р, Рукомойников А. А. Математическая модель процесса электромагнитного нагрева многофазного многокомпонентного пласта тяжелой нефти. Вестник академии наук РБ, 29(4(92)), 73–79 (2018). https://doi.org/10.24411/2076-4766-2017-10408
  17. Tiwari G., Wang S. Design and modeling of radio frequency (RF) heating systems for food processing. Food Science and Technology International, 15(5), 437–448 (2009).
  18. Лисовский В. В. Микроволновые методы и приборы для точного измерения влажности в свеклосахарном производстве. Stiinta Agricola, 26(2), 55–59 (2017). https://elibrary.ru/msolhh
  19. Хаммуд Ф. М., Герасимов В. П., Гордиенко Ю. Е. СВЧ диэлектрическая проницаемость дисперсных влагосодержащих сред. Радиофизика и радиоэлектроника, 10(3), 334–340 (2005).
  20. Икрамов Г. И.., Каландаров П. И. Измерение влажности зерна и зернопродуктов сверхвысокочастотным методом: влияние неоднородности по плотности зерна на массовое отношение влаги. Измерительная техника, (9), 71–76 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-9-71-76 ; https://elibrary.ru/mgomxk

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).