棉花介電常數單因素實(shí)驗研究
棉花含水率是收購和加工環(huán)節的一個(gè)重要參數，電容法是檢測棉花含水率的有效手段。為了給棉花含水率的在線(xiàn)檢測儀器開(kāi)發(fā)提供基礎數據，利用單因素試驗研究的方法，研究得到了不同的測試頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數的影響規律及影響顯著(zhù)性。分析表明： 所有試驗因素對介電常數的影響均高度顯著(zhù)，并得到了在特定條件下含水率與介電常數的線(xiàn)性回歸方程。研究可為開(kāi)發(fā)在線(xiàn)的高精度籽棉含水率檢測儀器提供理論基礎。
引言
在籽棉的收購和加工環(huán)節，含水率( 回潮率) 是一個(gè)重要檢測參數，為了準確采集棉花回潮率值，目前應用最為廣泛的是電容法和電阻法。目前，國內外有許多學(xué)者研究農產(chǎn)品、果蔬等物料介電常數與含水率及其它因素之間的關(guān)系。郭文川、張立彬等專(zhuān)家學(xué)者應用農業(yè)物料的電學(xué)特性在無(wú)損檢測果品鑒別等研究方面做了大量的工作。
影響介電常數的因素較多，主要包括測試條件和籽棉自身特性。測試條件主要包括測試信號( 頻率和電壓)和測試環(huán)境( 環(huán)境溫度和濕度)；籽棉自身特性主要是包括籽棉的含水率、容積密度及種類(lèi)等。由于實(shí)驗條件等其它因素限制，本文擬研究不同的測試頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數影響。
1、材料和方法
1.1、實(shí)驗臺介紹
圖1 所示為本實(shí)驗用測試實(shí)驗臺簡(jiǎn)圖。由于本測量裝置在測量過(guò)程中信號極易受到靜電和電磁干擾，影響測量數據的準確性，因此利用屏蔽箱接地的方法將干擾信號屏蔽。本裝置中，上、下平行極板為長(cháng)方形，材料采用黃銅，外型尺寸為200mm × 150mm× 2mm。檢測儀器采用同惠TH2810B LCR 數字電橋測試儀。
圖1 試驗臺簡(jiǎn)圖
1.2、實(shí)驗方案
實(shí)驗主要利用單因素實(shí)驗的方法，分別研究測試頻率、測試電壓值、籽棉容積密度及籽棉含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數的影響，利用Excel和Minitab15.0 進(jìn)行數據處理。
1)籽棉回潮率控制：本文利用超聲波加濕器對棉花進(jìn)行加濕以調制出不同濕度的籽棉。
2)含水率測量：嚴格按照GB /T6102.1-2006 原棉回潮率試驗方法—烘箱法。
3)籽棉容積密度控制：將上下極板尺寸、間距固定，通過(guò)調整棉花質(zhì)量的方法來(lái)控制籽棉容積密度。
4)介電常數檢測方法：利用平行板電容的方法檢測籽棉的介電常數。其原理可通過(guò)圖1 所示平板電容器加以解釋。本文忽略了邊緣效應，平板電容器的電容可表達為
其中，A 為極板面積，m2；ε0為真空介電常數，ε0 =1；ε 為不同回潮率籽棉介電常數；δ 為兩極板間距離。由式(1)可知，改變A、ε0、δ 的任一參數，都能引起電容值的變化。本文將極板間距固定在δ = 35mm，平行板外形長(cháng)寬為0.2m × 0.15m 銅板，則A = 0.03m2。籽棉介電常數為
1.3、實(shí)驗材料
1)籽棉型號：新中陸37，中早熟陸地棉，廣泛種植于新疆生產(chǎn)建設兵團農一師墾區。
2)環(huán)境條件：測試溫度21.2℃，室內濕度28%。
3)測試地點(diǎn)：新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)工科樓實(shí)驗室。
4、結論
1)實(shí)驗研究得到了測量頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉介電常數的影響規律。
2)通過(guò)方差分析發(fā)現，測量頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數的影響均為高度顯著(zhù)。
3)通過(guò)線(xiàn)性回歸分析，得到了在特定測量和環(huán)境條件下含水率與機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數之間的回歸方程。
