Содержание к диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 4
ВВЕДЕНИЕ. 13
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СВОЙСТВАХ ПРОДУКЦИИ И ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И КАЧЕСТВА
1.1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МАТЕРИАЛОВ
И ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ. .19
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ДИЭЛЕКТРИКИ И ДВИЖУЩИЕСЯ ЗАРЯДЫ. 24
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ПРОВОДЯЩИМИ ТЕЛАМИ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ 30
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ДИЭЛЕКТРИКАМИ..37
ДРОБЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ. .%. .45
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ СИЛ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ, ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА, ЭКОНОМИИ: ЭНЕРГИИ 48
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ
АНАЛИЗ И ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА МАТЕРИАЛОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ. 54
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЗАРЯЖЕННУЮ ЧАСТИЦУ ПОЧВЫ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ. 63
УСЛОВИЕ УСТОЙЧИВОГО ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ..70
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖУЩИХСЯ В МЕЖЭЛЕКТРОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ЧАСТИЦ 78
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СКОРОСТНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВ 90
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СКОРОСТНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО (МИКРОАГРЕГАТНОГО) СОСТАВА ПОЧВ
ДЛЯ АНАЛИЗА ИХ ЭРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ. 94
2.7. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВ ,102
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ О ДИСПЕРСНОСТИ МАТЕРИАЛОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ 112
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВ 124
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО (МИКРОАГРЕГАТНОГО) СОСТАВА ПОЧВ 136
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО МЕТОДА ДОЗИРОВКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ. 150
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ И ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛЯ С ЖИДКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙ. 156
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТИ ПРИ КОНТРОЛЕ ИХ КАЧЕСТВА.... .... 162
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ЖИДКОСТНО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КИЛОВОЛЬТМЕТРОВ...168
ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ 174
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОСЕПАРАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СЕМЕННОГО МАТЕРИАЛА
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫДЕЛЕНИЯ СЕМЯН ПО НАЛИЧИЮ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ 178
ФИЗИЧЕСКИЕ И ПРОДУКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СЕМЯН, РАЗДЕЛЕННЫХ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ 181
ГЛАВА 6. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОРБЦИОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
6.1.ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ВЛАЖНОСТИ ВОЗ
ДУХА, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДУКЦИИ И ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО
НАЗНАЧЕНИЯ 194
6.2.НАНЕСЕНИЕ ВЛАГОЧУВСТВЙТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ
ПОЛЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДАТЧИКОВ В ПРОЦЕССЕ ИЗ
ГОТОВЛЕНИЯ. . 197
б.З.ЭЛЕКТРСЯИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
СОРБЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ВЛАЖНОСТИ 202
6.4.КОРРЕКТИРОВКА ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ 208
6.5.СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕМ ДАТЧИКА КАК ЭЛЕМЕНТА
ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ 215
б.б.ОПТИМИВАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ ВЛАЖНОСТИ
ВОЗДУХА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИХ КАЧЕСТВА 226
6.7. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ
ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ СВОЙСТВ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ..233
6.8.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ і
С КОМПЕНСАЦИЕЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ. 241
6.9.ИНДУКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ. .245
7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ 250
ВЫВОДЫ .254
ЛИТЕРАТУРА .258
ПРИЛОЖЕНИЕ 271
- 4 -ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Эффективное управление процессами получения сельскохозяйственной продукции, ее переработки и хранения невозможно без достоверной количественной информации о состоянии растений и среды их обитания, условий протекания технологического процесса. Перед производством стоит достаточно широкий круг задач: производительность, себестоимость, качество, эколо-гичность как самой продукции, так и окружающей среды. Информационный блок - один из трех основных структурных блоков системы управления наряду с блоками выработки и исполнения решения. Управляющему воздействию всегда предшествуют этапы наблюдения и оценки текущего состояния объекта управления.
В общем случае производителя или технолога интересует определенные характеристики объекта, материала, растения или живого организма для принятия конкретного решения. Обычно определение свойств сельскохозяйственных материалов и объектов сводится к определению ряда неэлектрических величин: механических, теплофи-зических, физико-химических и т.д. В современных методах контроля и измерения эти неэлектрические величины, как правило, преобразуют в электрический сигнал. Используется весь спектр частот электромагнитного поля: от электростатического до гамма-излучения /Бородин И.Ф. ,1988/.
При внесении в электромагнитное поле объект исследования создает определенные искажения, которые несут информацию о самом объекте. Особенность и преимущество электростатического поля высокой напряженности в том, что оно не только является носителем информации, но и в некоторых случаях дезинтегрирует объект, благодаря
- Б -
пондеромоторному взаимодействию с ним. Таким образом, сразу же увеличивается объем получаемой с преобразователя информации, поскольку могут определяться не только интегральные, но и дифференциальные характеристики исследуемого объекта. Кроме того, упрощается процесс измерения, повышается надежность, так как отсутствуют механические подвижные детали и узлы.
Опыт по исследованию свойств материалов и веществ в сильных электрических полях накоплен целым рядом научных коллективов. Прежде всего необходимо отметить коллектив кафедры техники и электрофизики высоких напряжений Московского энергетического института под руководством И.П.Верещагина. Им созданы научные основы применения сильных электрических полей в технологии и разработана теория конкретных аппаратов: электрофильтров, электросепараторов, устройств для нанесения изоляционных покрытий. В московском и челябинском Государственных агроинженерных университетах коллективами под руководством Тарушкина В.И. и Басова А.И. разработана теория электросепарации семян, разработаны теоретические положения конструирования и использования подобных электросепараторов, созданы промышленные образцы. Творческой группой под руководством О.А.Мяздрикова в Петербургском технологическом университете создано ряд оригинальных измерительных устройств и технологических приемов с использованием полей повышенной напряженности. Интенсивно ведутся работы по созданию электростатических классификаторов абразивных и строительных материалов, продуктов химического производства.
Однако, теоретическое описание процессов, происходящих в электростатических полях при взаимодействии с проводящими и диэлектрическими телами, нельзя считать полностью завершенными. Это
относится к описанию сил, возникающих при движении заряженных тел в электрическом поле, или к расчету зон устойчивого режима движения частиц между электродами. До сих пор не решена задача о взаимодействии трех заряженных сферических тел произвольного размера. Отсутствует определенность в зависимости, связывающие давление, оказываемое на границу раздела жидкого диэлектрика, с параметрами электрического поля и жидкости. Такое рассмотрение позволило бы оценить вое составляющие силового взаимодействия, чтобы найти пути оптимизации технологических процессов: очистки жидкостей и газов, интенсификации тепло- и массообмена, в частности, сушки материалов, а также совершенствования методик измерения параметров сельскохозяйственных материалов и объектов.
Теоретическое осмысление вышеизложенных процессов с учетом тех положений, которые изложены в литературе и стали классическим, позволяют решить ряд актуальных для науки и, в частности, сельскохозяйственного приборостроения задач.
Важнейшими параметрами, которые определяют физические и технологические свойства почвы являются удельная поверхность и гранулометрический состав. Используемые в настоящее время классические методы измерения гранулометрического состава имеют существенные недостатки, основным из которых являются высокая трудоемкость. При расчетах почвенных характеристик широко используются характеристические размеры: все разновидности среднестатистического размера, медианный, модальный и другие размеры, которые связаны с внешней удельной поверхностью. Можно выделить широкий спектр моделей, описывающих различные физические и биофизические процессы и использующие в качестве основного параметра характеристические размеры частиц и связанные с ними размеры
пор. К ним можно отнести описание эрозионных процессов, коэффициента фильтрации, плотности, потенциальной продуктивности, разрушения и перераспределения первичных пород /Березин П.Н.,1995, Mishra S. Рагсег J., 1989 /. Имеются также чрезвычайно важные природные процессы, которые требуют изучения и контроля свойств почв, находящихся в воздушно сухом состоянии. Это в первую очередь относится к изучению и управлению важнейшей экологической задачей - ветровой эрозией почв. Поэтому разработка экспресс-метода измерения удельной поверхности и гранулометрического состава почв с использованием электростатического поля есть важная и актуальная задача /Березин П.Н., Воронин А.Д. 1981, Арустамянц Е.И. 1991/.
Транспортировка диэлектрических жидкостей, наличие и витание в воздухе дисперсных материалов - продуктов сельскохозяйственного производства создают предпосылки для возникновения статического электричества. Напряженность электрического поля при этом может превышать пробивную напряженность воздуха. Как следствие этого, взрыво- и пожароопасная обстановка на объектах обработки или хранения. Наличие в воздухе статического электричества существенно осложняет работу обслуживающего персонала с учетом техники безопасности и экологичности окружающей среды. Таким образом, разработка простого и надежного средства измерения для контроля величины и распределения электростатических полей, работающего в полевых условиях без дополнительных источников питания, является также актуальной проблемой.
Важнейшим параметром, который широко используется в управлении различными сельскохозяйственными технологическими процессами является влажность вовдуха. Во-первых, она характеризует
качество хранимого материала, позволяя на ранних этапах обнаруживать очаги порчи. Во-вторых, зная ее параметры, можно рациональней расходовать энергию на сушку материала, обогрев блоков электрических подстанций, расположенных в сельской местности. И, в-третьих, она позволяет эффективно решать важнейшие экологические проблемы. Например, в системах контроля работы реакторов на атомных электростанциях или управления микроклиматом в комплексных распределительных устройствах подстанций в районах с повышенной влажностью. Основная сложность измерений этого параметра заключается в том, что датчики находятся в чрезвычайно тяжелых условиях эксплуатации при наличии активных компонентов в воздухе, в условиях выпадения конденсата. В течение длительного периода доступ к ним зачастую бывает невозможен. Использование полиэлектролитов, применение электростатических полей для корректировки и регулировки датчика в процессе его изготовления позволили создать надежное устройство, обеспечивающее работоспособность в широком диапазоне температур и влажности.
Качество семян является одним из главных факторов в формировании урожая. Однако, до сих пор проблема выделения зараженных семян и семян, имеющих внутренние дефекты, не решена. Приблизиться к ее решению позволяет применение электростатических сепараторов /Басов A.M., 1968, Будзко И.А., Тарушкин В.й., 1972/.
цель работы. Целью работы является создание теоретических положений, описывающих взаимодействие электростатического поля с проводящими и диэлектрическими телами, и на их основе разработка физических методов получения информации о свойствах продукции м объектов сельскохозяйственного производства, которые позволяют определять их качество и экологичность в процессе производства:
удельной поверхности и гранулометрического состава почв, электрофизических параметров жидких диэлектриков, потенциала статического электричества, выделения семян, имеющих внутренние дефекты, а также приемов изготовления сорбционных датчиков влажности воздуха.
Научная новизна заключается в том, что:
развиты теоретические положения взаимодействия заряженных тел а также жидких диэлектриков, имеющих границу раздела, с электростатическим полем,
разработаны теоретические положения взаимодействия почвенных частиц с электростатическим полем, на основе которой созданы метод и устройство для определения удельной поверхности и гранулометрического (микроагрегатного) состава почвы;
получены теоретические зависимости взаимодействия проводящей сферы, находящейся в исследуемой жидкости, с электростатическим полем, которые использованы для создания методов определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности жидких диэлектрических сред;
теоретически обоснована и практически доказана возможность путем электросепарации выделять семена, имеющие внутренние дефекты и энзимомикозные включения;
разработана теория, на основе которой созданы технологические приемы нанесения влагочувствительного вещества и корректировки характеристик датчиков влажности воздуха в электоростатическом поле, обеспечивающая получение характеристик датчиков с минимальным разбросом.
Практическая значимость работы заключается в том, что
- разработаны скоростные методы определения внешней удельной по-
верхности и гранулометрического (микроагрегатного) состава легких почв и почв, подверженных ветровой эрозии;
разработано и исследовано экологически безопасное устройство дозированного перемещения дисперсных материалов для их анализа или с технологическими целями;
разработано и исследовано устройство для определения высокого напряжения для контроля распределения потенциала статического электричества в сельскохозяйственном производстве;
разработана методика и исследовано устройство для определения абсолютных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности жидких диэлектриков;
разработана методика сепарации семян с использованием электрического поля и вибрации электродов, позволяющая повысить качество семенного материала;
разработана методика нанесения влагочувствительного вещества и корректировки характеристик датчиков влажности воздуха в электростатическом поле, обеспечивающая получение датчика с заданными характеристиками;
- разработаны и исследованы датчики влажности резистивного типа на основе полиэлектролитов, позволяющие реализовать методику контроля качества перерабатываемого материала и экологически безопасную эксплуатацию энергетических установок и объектов. На защиту выносятся следующие основные положения:
- теоретические положения взаимодействия проводящих и диэлектри
ческих тел с электростатическим полем, на основе которой разра
ботаны методы получения информации о свойствах продукции и объ
ектов сельскохозяйственного производства для определения их ка
чества и экологичности: удельной поверхности и гранулометрическ-
кого (микроагрегатного) состава почв, потенциала статического электричества, электрофизических параметров жидких диэлектриков и выделения семян, имеющих внутренние дефекты и энзимомикозные включения;
- теория нанесения влагочувствительного вещества и его компонентов в электрическом поле, на основе которой разработаны технологические приемы изготовления и корректировки характеристик датчиков влажности воздуха.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях:
"Международные конгрессы и конференции по агроинженерии" (Милан, 1994, Мадрид 1996); "6 Международная конференция по агрофизике", (Люблин, 1997), "Физические свойства сельскохозяйственных материалов" (Бонн, 1993); XX,XXI Генеральная ассамблея Европейского геофизического общества (Гамбург, 1995, Нидерланды, 1996); "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве" (Углич,1995); II Съезд почвоведов (Санкт-Петербург, 1996); "Вопросы агрофизики при воспроизводстве плодородия почв" (С.Петербург, 1994); "Проблемы оптимизации образа жизни и здоровья человека" (С.Петербург, 1995); "Хранение сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде" (Краснодар, 1990), "Химические сенсоры - 89" (Ленинград, 1989), "Измерительная и вычислительная техника в управлении производственными процессами в АПК" (Ленинград, 1988); "Современное состояние и задачи гигро-метрии" (Иркутск, 1988); "Современные методы физико-химических исследованиях и химико-аналитического контроля в сельском хозяйстве" (Тюмень, 1984); "Всесоюзное совещание по органическим диэлектрикам" (Ереван, 1984); "Достижения и перспективы работ в
области разработки и внедрения средств измерения влажности" (Кутаиси, 1984); "Состояние и перспективы развития методов получения и анализа ферритовых и конденсаторных материалов" (Донецк, 1978); "Всесоюзная конференция по электронно-ионной технологии" (Тбилиси, 1978); на Ученом Совете АФИ и на секциях Ученого Совета.
Материалы неоднократно демонстрировались на ВДНХ и получили награды: три серебряные и две бронзовые медали.
По теме диссертации опубликовано 85 печатных работ, из них 19 авторских свидетельств и патентов, одна работа выпущена монографическим изданием.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, приложения и списка литературы. Работа изложена на 291 странице машинописного текста, иллюстрируется 71 рисунком, имеет 14 таблиц и библиографический список из 211 наименований, в том числе 24 на иностранных языках.
Введение к работе
Принцип действия преобразователей неэлектрических величин в электрический сигнал, используемых для контроля и управления характеристиками материалов и объектов в сельскохозяйственном производстве, основан на широком спектре физических эффектов с использованием взаимодействия полей различного типа. При этом взаимодействие имеет место как на микро-, так и на макроуровнях. Номенклатура параметров, определяющих состояние замкнутой или открытой системы, достаточно велика. Требования к информации, получаемой об исследуемом объекте, могут претерпевать изменения с точки зрения количества, направления использования, переработки и т.д. Под этим подразумевается как развитие новых принципов измерения и применения новых физических эффектов, так и использование новых технологических приемов для изготовления соответствующих средств измерения или их элементов.
Если рассматривать измерение свойств материалов сельскохозяйственного назначения как составляющую производственного или исследовательского процесса, то необходимо отметить ряд специфических особенностей: большой объем измерений, разнообразие объектов измерения, наличие мешающих факторов, усложняющих процесс измерения, зачастую отсутствие квалифицированного персонала. Эти причины заставляют обратить внимание на такие принципы построения средств измерения, которые позволили бы снизить влияние вышеуказанных факторов на качество получаемой информации, которую можно рассматривать как некоторый коммерческий продукт. К ним относятся в первую очередь простота в эксплуатации и изготовлении, быстрота измерения.
К одним из наиболее полно удовлетворяющим высказанным требо-
ваниям методам измерения можно отнести методы, использующие электростатические поля (ЭП). Последние образуют основу для построения измерительной ячейки, преобразующей неэлектрическую агрофизическую величину в электрический сигнал. Они также определяют и принципы технологий для изготовления измерительных преобразователей а также некоторые технологические приемы в земледелии и растениеводстве.
Преимуществом электростатического поля высокой напряженности при использовании его в измерительных преобразователях состоит еще и в том, что оно не только является носителем информации об объекте исследования, но и дезинтегрирует объект, благодаря пондеромоторному взаимодействию с ним. Из общей массы посредством электростатических сил выделяется естественная или искусственно образованная часть, свойства которой могут быть далее определены обычными методами или использованы по назначению. Таким образом сразу же увеличивается объем информации с преобразователя, поскольку могут определяться не только интегральные, но и дифференциальные характеристики исследуемого объекта.
К настоящему времени накоплен определенный опыт в построении измерительных и технологических устройств с применением ЭП. К ним можно отнести, например, измерители радиоактивного излучения. В этих устройствах обычно измеряется ток между пластинами конденсатора, образующийся под действием ионизирующего излучения, либо постоянная времени изменения напряжения между пластинами предварительно заряженного конденсатора /183/. Положительно зарекомендовали измерители гранулометрического состава дисперсных материалов /122/. Принцип действия электрических классификаторов дисперсных материалов практически любого состава заклю-
чается в использовании эффектов взаимодействия заряженных дисперсных частиц с электрическим полем. При этом используются различные законы зарядки частиц: контактный, ионами электрической короны, трибоэлектрический. Подобные устройства используются для анализа дисперсного состава частиц, содержащихся в аэрозолях, в загрязненном воздухе, продукции пищевой и фармацевтической промышленности /109,122,123,130,136,160,205/.
Если ограничить область движения частиц калиброванными сетками, то возможно получить рассев частиц посредством электрического поля. Преимуществом перед обычным ситовым анализом в том, что полностью отсутствует забивание отверстий частицами более крупного размера /180/. Последнее возникает при обычном ситовом анализе в результате продавливания частиц сквозь ячейку.
Электростатические поля высокой напряженности влияют на характер тепло- и массообмена /16,134,135/, поэтому они нашли применение в интенсификации процессов сушки при исследованиях различных веществ, а также в процессах переработки продуктов конденсации /150/, в холодильных машинах /149,174/.
Разработана методика ускоренной сушки образцов почвы в электростатическом поле, позволяющая в несколько раз сократить длительность подготовки образца к проведению измерений /176/.
К устройствам, использующим электростатические эффекты, можно отнести гигрометр, в котором измеряется ток электрической короны. Этот ток находится в зависимости от абсолютной и относительной влажности воздуха. Достоинство - высокое быстродействие /110,132/.
Остро стоит проблема измерения и нейтрализациии электростатических полей, которые возникают при хранении и переработки
сельхозпродукции. Статическое электричество не только создает пожароопасность, но и приводит к скоплению пыли на заряженных поверхностях, затрудняющих работу механизмов и измерительных устройств /47,107,109,160,162,178/. С целью изучения этих явлений используются различного типа измерители высокого напряжения. Электростатические киловольтметры обладают максимальным входным сопротивлением и поэтому имеют здесь несомненнное преимущество /27/. При этом используются как пондеромоторное взаимодействие проводящих или диэлектрических элементов с электростатическим полем, так и оптические ячейки, вращающие плоскость поляризации светового луча, проходящего сквозь жидкость, помещенную в электростатическое поле. Изучение параметров некоторых климатических явлений, связанных с образованием пылевых облаков, града, водяных капель, молний требует также измерения потенциалов статического электричества /11,46,194,/. !
Что касается технологических процессов, используемых в различных областях земледелия и растениеводства с применением электростатических полей, то к ним можно отнести в первую очередь электросепарацию и предпосевную обработку посадочного материала. Электрические сепараторы получили широкое распространение в семеноводстве, селекционном деле, пищевой промышленности /7, 9,165...169,149,190,199,206/. Их преимущество в низких энергозатратах, экологичности, широком диапазоне режимов и номенклатуре обрабатываемых культур. Помимо выделения фракций семян, обладающих лучшими посевными качествами, эта операция, как отмечается, приводит к повышению качества посадочного материала за счет активизации выделения ферментов, повышения содержания воды в проростках, увеличения количества глюкозы в прорастающих семенах,
интенсификации дыхания и фотосинтеза /52,118,156/. Проводимые работы по изучению воздействия электростатического поля на посевные качества как зерна, так и клубней подтвердили положительный эффект от такой обработки /68,139/.
Имеются сообщения об использовании в широких масштабах высоких напряжении для борьбы с сорняками /32,171/. В последнее время получила распространение технология хранения картофеля и других овощей в озоновой среде. Озон нейтрализует многие типы бактерий и тем самым увеличивает сроки лежкости продукции. Наиболее простой способ озонирования - создание электрической короны под действием высокого напряжения /33/. Электронно-ионная технология, основанная на использовании полей высокой напряженности, является практически безальтернативной в сельскохозяйственном машиностроении - окраска деталей, сельскохозяйственном приборостроении - изготовлении элементной базы и т.д.
Таким образом видно, что измерительные и технологические устройства на основе электростатического поля способны охватывать многие стороны контроля переработки продукции сельского хозяйства и жизнедеятельности растений. К ним, например, относятся: измерение параметров воздуха - влажности, концентрации и дисперсного состава аэрозолей, измерение дисперсности продуктов переработки растений, а также среды, в которой находится их корневая система, сепарация с целью выделения наиболее качественных семян, электростатическая предпосевная обработка для улучшения качества посадочного материала, измерение величины статической электризации продукции, некоторые технологические приемы изготовления элементов средств измерения и так далее. Если систематизировать все эти методы использования ЭП по направленности сня-
- 18 -тия информации или воздействия на систему: растение- среда его обитания, то вырисовывается достаточно полная система, которая представлена в таблице ВЛ. Естественно, по мере развития науки эта система будет расширяться и дополняться новыми направлениями и методами.
Таблица ВЛ Применение электростатических полей б сельском хозяйстве
