【摘要】：顆粒飼料是飼料產(chǎn)品的主要物理形態(tài),具有營養(yǎng)全面、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。水分含量是顆粒飼料品質(zhì)的基本指標(biāo),直接影響飼料產(chǎn)品的質(zhì)量及其貯藏性能。水分含量的檢測(cè)是顆粒飼料生產(chǎn)過程中重要的技術(shù)手段之一。目前,水分含量的測(cè)定通常采用常壓恒溫干燥法,該方法雖然結(jié)果穩(wěn)定、精度高,但測(cè)定周期較長(zhǎng),無法滿足快速無損檢測(cè)的技術(shù)要求。所以,研究顆粒飼料水分快速檢測(cè)方法,開發(fā)一種顆粒飼料水分快速無損檢測(cè)儀,對(duì)于豐富飼料水分檢測(cè)方法,提高檢測(cè)水平具有重要的意義。本文以豬顆粒飼料為研究對(duì)象,利用同心軸式圓筒電容器和LCR電橋儀,開展了顆粒飼料介電特性的試驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)了基于介電特性的顆粒飼料水分快速檢測(cè)儀。利用自主設(shè)計(jì)的顆粒飼料水分快速檢測(cè)儀,通過試驗(yàn)測(cè)定,建立了顆粒飼料水分含量預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)了顆粒飼料水分含量的快速檢測(cè)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括:(1)開展了顆粒飼料介電特性試驗(yàn)研究。以豬顆粒飼料為研究對(duì)象,測(cè)定了不同測(cè)量頻率(1 kHz~200 kHz)、溫度(10℃~30℃)、水分含量(9%~18%)、容積密度(461 kg/m~3~657 kg/m~3)條件下顆粒飼料的相對(duì)介電常數(shù),分析了測(cè)量頻率、溫度、水分含量和容積密度對(duì)顆粒飼料相對(duì)介電常數(shù)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,在無壓實(shí)狀態(tài)和一定的溫度、水分含量下,顆粒飼料的相對(duì)介電常數(shù)隨著測(cè)量頻率的增大而減小;在無壓實(shí)狀態(tài)和一定的測(cè)量頻率下,顆粒飼料的相對(duì)介電常數(shù)隨著溫度和水分含量的增大而增大;在一定的測(cè)量頻率和溫度下,隨著容積密度的增加顆粒飼料的相對(duì)介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)增大的趨勢(shì)。(2)設(shè)計(jì)了以STM32F103ZET6單片機(jī)為核心的水分檢測(cè)儀硬件系統(tǒng)。主要包含了電容檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、質(zhì)量檢測(cè)模塊、人機(jī)交互模塊、串口通訊模塊、單片機(jī)控制模塊。實(shí)現(xiàn)了顆粒飼料樣品的電容、溫度及容積密度的檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示在顯示屏上。在完成各個(gè)模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)和制作了水分檢測(cè)儀的電路板。最后,設(shè)計(jì)了保護(hù)電路板的保護(hù)殼,并將顯示屏、稱重傳感器等與保護(hù)殼安裝在一起,完成水分檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)。(3)編寫了水分檢測(cè)儀的軟件系統(tǒng)。利用C語言,采用模塊化的編程思想,編寫了水分檢測(cè)儀的軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)主要包含電容采集子程序、質(zhì)量采集子程序、溫度采集子程序、OLED顯示子程序、水分含量計(jì)算子程序、按鍵識(shí)別子程序。通過對(duì)各功能模塊的性能檢測(cè)與驗(yàn)證。結(jié)果表明:電容檢測(cè)模塊的精度為±0.7 pF,溫度檢測(cè)模塊的精度為±0.2°C,質(zhì)量檢測(cè)模塊的精度為±7 g。(4)建立了顆粒飼料水分含量預(yù)測(cè)模型。以自主設(shè)計(jì)的顆粒飼料水分檢測(cè)儀為測(cè)量工具,研究顆粒飼料相對(duì)介電常數(shù)與容積密度、溫度、水分含量之間的關(guān)系,進(jìn)行多元回歸分析,建立顆粒飼料水分含量預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明,容積密度、溫度、水分含量對(duì)顆粒飼料的相對(duì)介電常數(shù)有極顯著的影響;建立的水分含量預(yù)測(cè)模型的決定系數(shù)R~2為0.9939,標(biāo)準(zhǔn)差SE為0.12。(5)顆粒飼料水分檢測(cè)儀測(cè)量精度實(shí)證。采用自主設(shè)計(jì)的顆粒飼料水分檢測(cè)儀,利用所建立的顆粒飼料水分含量預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)了樣品的水分含量。結(jié)果表明:水分含量在9%~18%,溫度在10°C~30°C,容積密度在577.1 kg/m~3~633.3 kg/m~3的范圍內(nèi),所設(shè)計(jì)的水分測(cè)定儀測(cè)定結(jié)果與烘干法測(cè)定結(jié)果之間的絕對(duì)測(cè)量誤差值在±0.6%以內(nèi),水分含量檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間小于5 s,具有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

基于介電特性的顆粒飼料水分檢測(cè)儀設(shè)計(jì)表 2-1 試驗(yàn)所需儀器信息及性能參數(shù)Table2-1 Instrument information and performance parameters required for the test儀器名稱 規(guī)格型號(hào) 生產(chǎn)廠家 性能參數(shù)LCR 數(shù)字電橋儀 HPS2816A 常州市海爾帕公司 0.05 kHz~200 kHz電熱鼓風(fēng)干燥箱 DHG-9240A 武漢市環(huán)試檢測(cè)設(shè)備有限公司 10 °C~200 °C數(shù)字溫度計(jì) DM6801A 深圳市勝利電子科技有限公司 0.1 °C冰箱 BCD-198K 青島市海爾有限公司 -18 °C~5 °C微量分析天平 AUY220 日本島津?qū)嶒?yàn)器材有限公司 0.0001 g電子天平 BT457A10 深圳市博途電子科技有限公司 0.1 g2.2 測(cè)量方法（1）介電參數(shù)測(cè)定方法介電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)主要由 HPS2816A 型精密 LCR 數(shù)字電橋儀(常州海爾帕公)、同心軸圓筒式電容器（自制）、計(jì)算機(jī)及測(cè)試軟件等組成，如圖 2-1 所示。

0 rε ε sc=d電容值，pF； 0為真空介電常數(shù)，，8.85介電常數(shù)；s 為極板的有效面積，mm2；出，當(dāng)確定參數(shù) s 和 d，那么的 變化證容納的顆粒飼料足夠以檢測(cè)顆粒飼料為了減小電容器的邊緣效應(yīng)，極板的有極板的長(zhǎng)度為 100 mm，寬為 80 mm。的極板都有利于進(jìn)一步減弱邊緣效應(yīng)（電性能良好的紫銅，板厚 1 mm。兩個(gè)，并貼在由亞克力板制成的料筒外壁組料筒具有盛放顆粒飼料樣品和防止帶有
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S817

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本文編號(hào)：2621680