ОПЕРАТИВНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ КОРМОВЫХ ТРАВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

УДК 631/635(092)

Оперативное измерение влажности кормовых трав в полевых условиях

Блохин Ю. И.

ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт,

сектор средств инструментального контроля

195220, Россия, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр-кт, д. 14

E-mail: blohin3k4@gmail.com

Повышение качества травяных кормов остаётся одним из важнейших направлений укрепления кормовой базы. Низкое качество основных объёмистых кормов приводит к значительному увеличению количества зерна в рационе животных. Динамика изменения влажности скошенной растительной массы, потери объёмной массы и питательных веществ трав в зависимости от погодных условий, длительности уборки, видов технологических операций и применяемых технических средств определяют качество растительной массы. Цель работы — оперативный контроль влажности свежескошенной и подвяленной травы в интенсивных технологиях заготовки кормов без дополнительной подготовки проб с использованием макета влагомера. Экспериментально исследованы характеристики пространственной чувствительности планарного ёмкостного датчика макета влагомера трав. Определена величина эффективного проникновения ЭМП датчика в растительный материал. Разработан микроконтроллерный блок управления измерениями, индикации измеряемых данных, хранения градуировочных характеристик, формирования базы измеряемых данных, осреднения результатов измерений, связи с внешним компьютером и создано соответствующее программное обеспечение. Проведена полевая апробация макета прибора контроля влажности и электропроводности скошенных трав, в ходе которой уставлено соответствие возможностей макета к предъявляемым в технологиях заготовки кормов требованиям. Основной научный и практический результат заключается в том, что предложено конструктивное решение, создан и апробирован полевой прибор, разработана научно-методическая и техническая инфраструктура управления измерениями влажности и электропроводности кормовых трав непосредственно в валках и прокосах без дополнительной подготовки проб с диапазоном измерения влажности до 85%.

Ключевые слова: кормовые травы, двухкомпонентная диэлькометрия, объёмное влагосодержание, электропроводность, характеристика пространственной чувствительности, технологии заготовки кормов.

Влажность растительного материала — один из основных параметров, определяющих своевременность выполнения всех технологических операций при заготовке и хранении объёмистых кормов, а также показатель качества и себестоимости готовой продукции. В настоящее время качество заготавливаемых кормов не отвечает требованиям стандартов: более 50% сена, сенажа, силоса, составляющими свыше 60% кормового баланса, ежегодно относят к категории некондиционных (Морозов, 2015; Секанов, Степанов, 2017). Заготовка кормов сопровождается значительными потерями питательных веществ, составляющих 30–32%, свыше 20% относится к разряду неустранимых (Михайличенко, 1995; Пугачёв, 2006).

Повышение качества травяных кормов остаётся одним из важнейших направлений укрепления кормовой базы. Низкое качество основных объёмистых кормов приводит к значительному увеличению количества зерна в рационе животных. Динамика изменения влажности скошенной растительной массы, потери объёмной массы и питательных веществ травы в зависимости от погодных условий, длительности уборки, видов технологических операций и применяемых технических средств определяют качество растительной массы (Попов, Валге, Сухопаров, 2016).

Большинство современных технологий заготовки сена состоят из ряда однотипных производственных операций: кошения, ворошения, оборачивания и сгребания провяленной травы в валок, досушивания её принудительным вентилированием. От качества и своевременности выполнения этих операций в значительной степени зависят величина потерь растительного сырья, количество накопленных питательных и биологически активных веществ. Переход между этими операциями осуществляется при достижении опредёленного уровня влажности, который необходимо оперативно контролировать с помощью информационно-измерительных систем (ИИС).

Скорость сушки трав в зависимости от погодных условий может составлять в валках 3‒5% в час, а в прокосах — до 9‒12% в час (Бондарев, Панов, 1994; Секанов, Пугачёв, Левина, 2004), что свидетельствует о достаточно динамичном характере изменения влажности. Применение термостатно-весового метода определения влажности трав (ГОСТ 27548-97), требующего более 4 ч, неэффективно для оперативного контроля влажности в полевых условиях и управления технологией заготовки кормов. Необходимо применение экспрессных методов и средств определения влажности трав в полевых условиях. Повысить эффективность управления технологическими процессами заготовки кормов можно путём применения технических средств экспрессного контроля влажности на основе диэлькометрического метода измерений, а также достижений в области развития вычислительных систем, программного обеспечения, средств приёма, передачи и обработки данных в режиме онлайн, создание офлайн баз данных для различных кормов. На основе чего будут приниматься объективные решения в конкретных производственных условиях.

Создание ИИС, научно-методических и технических основ требует фундаментальных знаний свойств объекта контроля. Изучением электрофизических свойств сельскохозяйственных материалов в 60‒80-е годы на пространстве бывшего СССР занимались учёные таких российских институтов, как ВИЭСХ, ВИМ, ВНИИЗ, ЧИМЭСХ, ОТИПП им. М. В. Ломоносова, МИИСП им. В. П. Горячкина, ЛСХИ, ЦНИИМЭСХ, УСХА, УНИИМ, РИСХМ, ВНИИАП (г. Киев), ЦНИИ «Инфракон» (г. Винница), СКВ «Проектприбор» (г. Кутаиси), Институт автоматики АН Киргизской ССР и др. (Пугачёв, 2006; Романов, 1983; Бензарь, 1974; Берлинер 1973; Секанов, 2013). Большое внимание изучению электрофизических свойств (ЭФС) уделялось и за рубежом (Nelson, 2015).

В настоящее время диэлькометрия применяется как один из основных методов влагометрии сельскохозяйственных материалов: зерна, кормов (сена, силоса, сенажа, комбикормов, травяной муки, плющеного зерна), почв и тепличных грунтов, удобрений, обеспечивая экспрессность измерений, приемлемую точность, простоту использования и невысокую стоимость средств измерений.

В основе диэлькометрии лежит определение диэлектрической проницаемости ε, величины, характеризующей способность вещества поляризоваться в электрическом поле. Диэлектрическая проницаемость ε входит в закон Кулона как величина, показывающая, во сколько раз ослабляется сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике по сравнению с вакуумом. Кроме того, она показывает, во сколько раз возрастает электрическая ёмкость конденсатора при заполнении его электрического поля диэлектриком, а также входит в уравнения для скорости распространения электромагнитной волны в материальной среде.

Диэлектрические свойства сельскохозяйственных материалов (почв, торфа, зерна, пищевых продуктов) в частотной области исследованы в широком диапазоне электромагнитных волн от постоянного тока и низких частот до частот в единицы-десятки гигагерц и представлены во множестве научных работ. Такой разброс в значениях экспериментальных исследований и частотном диапазоне указывает на недостаточную изученность этого вопроса и недоработку методических решений проведения исследований на измельчённом и неизмельчённом растительном материале.

Анализ возможностей средств измерения влажности кормовых материалов показывает, что в области обоснования типа и расчёта основных параметров первичных измерительных преобразователей пока ещё существует много нерешённых научно-исследовательских и инженерных проблем. В малой степени исследованы диэлектрическая проницаемость и электропроводность кормовых трав и силоса.

С учётом вышеизложенного разработка полевого влагомера, отвечающего современным требованиям технологий заготовки кормов и обеспечивающего измерение влажности свежескошенных трав непосредственно в валках и прокосах без дополнительной подготовки проб, с диапазоном измерения влажности до 85% является актуальной задачей инструментально-измерительного обеспечения технологий заготовки кормов.

По результатам экспериментальных исследований диэлектрических свойств кормовых трав на экспериментальной установке с прецизионным измерителем импеданса Agilent 4294A в 2013‒2014 годах (Блохин, Ананьев, Зубец, 2016) обоснован выбор рабочих частот измерений и давлений уплотнения разрабатываемого прибора: рабочая частота измерений 10‒15 МГц, диапазон фиксированных давлений уплотнения Р = 0,3‒0,5 Н/см², что соответствует усилиям уплотнения F = 100‒160 Н. На основе разработанного И. П. Ананьевым (Ананьев, 2009) метода построения автогенераторных двухкомпонентных диэлькометрических преобразователей (ДДП) впервые разработан макет и создан ДДП прибора контроля влажности и электропроводности влажных трав и силоса. Разработка и сборка макета проводилась в ФГБНУ АФИ. К разрабатываемому макету влагомера трав предъявлялись требования: надёжность, точность и оперативность измерений на всех этапах заготовки кормов.

Цель работы — оперативный контроль влажности свежескошенной и подвяленной травы в интенсивных технологиях заготовки кормов без дополнительной подготовки проб с использованием макета влагомера.

Макет полевого влагомера трав

Основой прибора является планарный ёмкостный датчик 1 (рис. 1), содержащий центральный дисковый потенциальный электрод с наружным диаметром 80 мм и охватывающий его кольцевой корпусной электрод с внутренним диаметром 144 мм и наружным диаметром 200 мм. Центральный и кольцевой электроды установлены на изоляционном основании 2 из поликарбоната толщиной 6 мм, с нижней стороны дюралевого корпуса датчика 3, обеспечивающего прочность конструкции датчика, возможность уплотнения измеряемой пробы травы или силоса при измерениях и экранировку неиспользуемых областей электромагнитного поля (ЭМП) датчика с верхней стороны электродов. Электроды выполнены из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. Для исключения прогиба изоляционного основания при уплотнении пробы между центром этого основания и внутренней стенкой корпуса датчика установлена упорная изоляционная втулка ступенчатой цилиндрической формы.

Рис. 1. Конструкция макета полевого влагомера трав (вид спереди (А); вид сбоку (Б); вид на ёмкостной датчик снизу (В)):

1 — планарный ёмкостной датчик; 2 — плоское круглое диэлектрическое основание; 3 — полый цилиндрический корпус; 4 — высокочастотные цепи измерения ДДП; 5 — несущие трубки; 6 — ручки; 7 — поперечный мост; 8 — линейные подшипники; 9 — тензометрический измеритель силы; 10 — корпус блока управления измерениями, сбора и отображения информации

На нижней цилиндрической части большего диаметра установлена круглая печатная плата 4. На этой плате смонтированы высокочастотные цепи автогенераторного ДДП для измерения действительной компоненты ε’ комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) и электропроводности σ тестируемой пробы. Диапазон рабочих частот автогенераторного преобразователя f_OCS = 8–14 МГц, диапазон измеряемых значений действительного компонента КДП трав ε’ = 1–80, диапазон измеряемых электропроводностей трав σ = 0–0,2 См/м.

Для создания уплотняющего давления на пробу в конструкции прибора предусмотрены две параллельные стойки из трубок 5 диаметром 20 мм, из нержавеющей стали, симметрично установленные на корпусе датчика 3 на расстоянии 110 мм друг от друга. Для создания уплотняющего давления на исследуемый материал на стойках 5 установлен поперечный элемент 7 с возможностью вертикального перемещения с малым трением, что достигается установкой линейных подшипников 8. Поперечный элемент снабжён рукоятками 6 для создания уплотняющего усилия обеими руками оператора при измерениях. Измерение усилия производится тензометрическим датчиком силы 9. На верхней лицевой панели (рис. 2) блока управления измерениями 10 установлены: сенсорный дисплей, USB-разъёмы с выходом на микрокомпьютер, USB-разъём для зарядки аккумулятора и тумблер включения. Основным блоком обработки и отображения информации является одноплатный микрокомпьютер, осуществляющий управление измерениями, сбор и регистрацию измерительной информации, включая частоту высокочастотных колебаний f_OSC, модуль коэффициента передачи делителя k_U, диэлектрическую проницаемость ε’, электропроводность σ, объёмную влажностью θ, вертикальное уплотняющее давление Р, усилие уплотнения F, температуру t.

Программное обеспечение позволяет вводить в память микрокомпьютера и отображать на экране данные измерений, записывать, просматривать базы данных, переносить информацию на внешние записывающие устройства.

Рис. 2. Внешний вид главного меню программы «Исследование характеристик пространственной чувствительности»

Проведено исследование характеристик пространственной чувствительности (ХПЧ) автогенераторного ДДП с ёмкостным датчиком методом малых возмущающих диэлектрических тел (Ананьев, 2009).

Исследование ХПЧ ёмкостного датчика проводилось с использованием в качестве возмущающего диэлектрического тела шара с полистироловой оболочкой, заполненной дистиллированной водой. Для измерения приращения частоты автогенераторного ДДП от воздействия диэлектрического шара ёмкостной датчик располагался на планшете из органического стекла, на который нанесена координатная сетка. Частота колебаний автогенераторного ДДП в воздухе составляла 14 МГц. В экспериментах использовались два диэлектрических шара. Первый шар имел оболочку диаметром 38 мм и использовался для измерения приращений частоты автогенераторного ДДП на средних и больших удалениях шара от потенциального электрода ёмкостного датчика. Второй шар с оболочкой диаметром 12 мм использовался для измерений вблизи электродов датчика. Значения приращения частоты автогенераторного ДДП от воздействия малого шара соотносились со значениями приращения от воздействия большого шара с использованием масштабного коэффициента, который определялся сопоставлением приращения частот от большого и малого шаров при их расположении в одной и той же точке, расположенной в области средних расстояний от потенциального электрода ёмкостного датчика.

Процедура определения ХПЧ состояла в измерении относительного приращения частоты автогенераторного ДДП при различных положениях возмущающих диэлектрических шаров в окрестностях потенциального электрода зонда (рис. 3), построении границ поверхностей равной чувствительности (ПРЧ), вычислении объёмов среды, охватываемых ПРЧ, и долевого вклада в приращение частоты ДДП, создаваемого этими объёмами (рис. 4).

Рис. 3. Относительное приращение частоты автогенераторного ДДП f_OSC/f_OSC при различных положениях возмущающего шара в окрестностях потенциального электрода зонда:

а) при смещении по оси z от центра потенциального электрода вдоль оси зонда при различных радиальных расстояниях r от этой оси; б) при смещении по оси r вдоль радиуса зонда от центра потенциального электрода; приращение f_OSC/f_OSC < 0, знак «‒» опущен

Рис. 4. ХПЧ ёмкостного датчика, полученные методом малых возмущающих диэлектрических тел (измеряемый объём датчика (объём области, охватываемой ПРЧ с долевым вкладом ~ 90 %) равен 2,578819 дм³ и соответствует ПРЧ а6)

1. Данные ХПЧ

В табл. 1 приведены относительные приращения частоты автогенератора от возмущающего воздействия шара, установленного на ПРЧ, от 0,002 до 1%, соответствующие номеру ПРЧ. Долевой вклад в приращение частоты автогенераторного ДДП объёма диэлектрической среды, охватываемого ПРЧ, равный 90%, является величиной эффективного проникновения ЭМП датчика в материал и соответствует слою а6.

Для уменьшения влияния флюктуаций частоты автогенераторного ДДП на измеряемые значения приращения частоты в удалённых от электродов зонда участках среды проводилось многократное измерение приращений частоты при поочерёдной установке шара в заданной точке и удалении его с последующим осреднением результата приращения. Полученные экспериментальные данные подтверждают близкую к симметричной ХПЧ датчика.

Исследование электрофизических свойств кормовых трав

Проведено экспериментальное исследование влажностных градуировочных характеристик автогенераторного ДДП с использованием образцов трав заданной влажности.

Отбор образцов производили с учётом однородности по влажности и в оптимальные для заготовки трав сроки: с мая по август 2016‒2017 годов. Исследованы различные виды кормовых трав и травосмесей, отобранные в хозяйствах Ленинградской области в оптимальных стадиях вегетации. Разработана методика подготовки кормового материала к исследованию ЭФС. Исследования проводились на качественном растительном материале, не имеющем в составе консервантов, минеральных или механических примесей (прошлогодней травы, сорных растений и др.). Также отбор образцов не проводили в дождливые дни или во время выпадения росы для исключения необходимости высушивать поверхностную влагу на образцах кормового материала. Растительный материал был однородным по составу и не содержал более 10% примесей других культур в однокомпонентном корме. При анализе ботанического состава образцов травосмесей пробы разделяли по следующим фракциям: растения исследуемого вида, другие компоненты травосмеси (бобовые или злаковые); несеянные виды, разнотравье. Выделенные фракции различного ботанического состава взвешивали. Полученные данные использовались для вычисления содержания основного компонента травосмеси в процентах (Косолапов, Костенко, Пилипко, 2012).

Непродолжительность периода вегетации и сроков заготовки кормов (не более 10‒12 дней) ограничивала возможность отбора образцов для проведения исследований ЭФС трав. Основные травы, взятые для исследований: ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, фестулолиум, клевер красный, овёс, вика, травосмеси. Диапазон влажности для исследования ЭФС травяных кормов: верхний — 75‒85%, нижний — 15‒18%.

Отбор образцов растительного материала производился вручную, после схода росы либо по ГОСТ 27262-87 при наличии в поле уже скошенной травы. Масса исходной пробы составляла в разных случаях от 40 до 70 кг. Определялся ботанический состав растительного материала. Пробы из прокосов и валков для определения влажности отбирали из верхнего слоя на глубину, равную глубине проникновения силовых линий электрического поля ёмкостного датчика влагомера трав.

Важно отметить, что в процессе сушки травы при заготовке сена необходимо удалить существенное количество воды, достигающее 70% от первоначальной скошенной зелёной массы. Так, из 1 т травы влажностью 80% при провяливании до влажности 17% необходимо удалить 760 кг влаги (Попов, Валге, Сухопаров, 2016).

Рис. 5. Измерение диэлектрических свойств трав в валке

Рис. 6. Измерительная камера с подготовленным растительным образцом (а), измерение диэлектрических свойств трав макетом влагомера (б)

Исследована ЭФС трав в валке, созданном из отобранных образцов (рис. 5). Подсушивание валка проводилось на открытом воздухе с периодическим ворошением. Методика предполагала подсушивание образцов с исключением влияния осадков. При отсутствии благоприятных погодных условий сушка проводилась в термостате ТГУ-01-200.

Для изучения ЭФС травы в валке проводились многократные измерения (около 20‒30) макетом влагомера в различных точках валка, после чего производился отбор образца для лабораторного исследования. Для исследования ЭФС трав в лабораторных условиях использовалась измерительная камера из диэлектрической сетки диаметром 25 см. Макет влагомера опускался в измерительную ячейку на равномерно распределённый растительный материал (рис. 6). При достижении необходимого уровня уплотнения проводилось измерение диэлектрических свойств и высоты образца трав в измерительной ячейке.

Отбор образцов производился 17.08.16 в ЗАО ПЗ «Приневское», фаза вегетации — конец трубкования, третий укос, разделение по ботаническому составу: костёр — 20%, тимофеевка луговая — 25, фестулолиум — 30, клевер — 25%. Максимальная весовая влажность образцов составляла М = 81,53%. Экспериментально получены зависимости частоты автоколебаний f от объёмной влажности травосмеси (костёр, тимофеевка луговая, фестулолиум, клевер) в лабораторных условиях (рис. 7). По расчётным формулам (Блохин, Ананьев, Зубец, 2016) получены зависимости диэлектрической проницаемости трав, соответствующие ожидаемым (рис. 8).

Рис. 7. Зависимость частоты автоколебаний f травосмеси от объёмной влажности θ при уплотняющем давлении P = 0,5 Н/см² (усилие уплотнения F = 160 Н)

Рис. 8. Зависимость диэлектрической проницаемости ε’ и электропроводности σ травосмеси от объёмной влажности θ при уплотняющем давлении P = 0,5 Н/см² (усилие уплотнения F = 160 Н)

В 2017 году отбор образцов производился 20.06 в ЗАО ПЗ «Приневское», фаза вегетации тимофеевки луговой — начало колошения, фаза вегетации клевера — бутонизация, второй укос, разделение бобово-злаковой травосмеси по ботаническому составу: тимофеевка луговая — 75%, клевер — 25%. Максимальная весовая влажность образцов составляла 82,35%. Получены зависимости диэлектрической проницаемости бобово-злаковой травосмеси от весовой влажности в полевых и лабораторных условиях (рис. 9). Имеется небольшое расхождение в значениях диэлектрической проницаемости, связанное с разными температурными условиями на улице и в лаборатории. Важно отметить, что благодаря многократным измерениям ЕФС в валке удалось достичь большего значения коэффициента детерминации R², чем в лабораторных условиях, где измерение производилось однократно.

Рис. 9. Зависимости диэлектрической проницаемости ε’ бобово-злаковой травосмеси от весовой влажности М при уплотняющем давлении P = 0,5 Н/см² (усилие уплотнения F = 160 Н), полученные в полевых и лабораторных условиях

Точность и достоверность полученных данных позволяет судить о правильном выборе конструкции макета влагомера, электрической схемы и программного обеспечения.

Заключение. Экспериментально исследованы характеристики пространственной чувствительности планарного ёмкостного датчика макета влагомера трав. Определена величина эффективного проникновения ЭМП датчика в растительный материал. Разработан микроконтроллерный блок управления измерениями, индикации измеряемых данных, хранения градуировочных характеристик, формирования базы измеряемых данных, осреднения результатов измерений, связи с внешним компьютером и создано соответствующее программное обеспечение. Проведена полевая апробация макета прибора контроля влажности и электропроводности скошенных трав, в ходе которой уставлено соответствие возможностей макета предъявляемым в технологиях заготовки кормов требованиям.

Основной научный и практический результат заключается в том, что предложено конструктивное решение, создан и апробирован полевой прибор, разработана научно-методическая и техническая инфраструктура управления измерениями влажности и электропроводности кормовых трав непосредственно в валках и прокосах без дополнительной подготовки проб, с диапазоном измерения влажности до 85%.

Сделаны существенные шаги к повышению конкурентоспособности отечественной продукции на внутреннем рынке продовольствия и снижению технологических рисков в агропромышленном комплексе.

Литература

1. Морозов Н. М. Инновационная техника и ресурсосберегающие технологии — необходимые условия импортозамещения в животноводстве / Н. М. Морозов // Труды ФГБНУ ГОСНИТИ. — 2015. — Т. 121.
2. Секанов Ю. П. Влагометрия в процессах сушки растительных материалов / Ю. П. Секанов, М. А. Степанов // Современные задачи инженерных наук: сборник научных трудов VI Международного научно-технического форума. — 2017. — С.123‒128.
3. Михайличенко Б. П. Концепция кормопроизводства Российской Федерации / Б. П. Михайличенко // Кормопроизводство. — 1995. — № 4. — С.3‒8.
4. Пугачёв П.М. Обоснование параметров и разработка прибора для оперативного неразрушающего контроля влажности при заготовке кормов: автореф. дисс. … канд. тех. наук. — Москва, 2006. — 168 с.
5. Попов В. Д. Оценка эффективности технологий производства кормов из трав по экономическим критериям / В. Д. Попов, А. М. Валге, А. И. Сухопаров // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. — 2016. — № 90. — С.83‒90.
6. Бондарев В. А. Методика полевых опытов по провяливанию и сушке трав на сено и сенаж / В. А. Бондарев, А. А. Панов. — М.: Россельхозакадемия, 1994. — 11 с.
7. Секанов Ю. П. О состоянии влагометрии волокнистых материалов / Ю. П. Секанов, П. М. Пугачёв, Н. С. Левина // Автоматизация сельскохозяйственного производства: сб. докл. на междунар. науч.-техн. конф. — М.: Изд-во «Известия», 2004. — С.367‒373.
8. ГОСТ 27548-97. Корма растительные. Методы определения содержания влаги [Электронный ресурс] — URL: http://vsegost.com/Catalog/49/4941.shtml.
9. Романов В. Г. Поверка влагомеров твёрдых веществ. / В. Г. Романов — М.: Издательство стандартов, 1983.
10. Бензарь В. К. Техника СВЧ-влагометрии / В. К. Бензарь. — Минск: Вышэйшая школа, 1974. — 349 с.
11. Берлинер М. А. Измерения влажности / М. А. Берлинер — Энергия, 1973. — 400 с.
12. Секанов Ю. П. Современное состояние науки и практики в области влагометрии кормов / Ю. П. Секанов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. — 2013. — № 3 (11). — С.159‒166.
13. Nelson S. O. Dielectric Properties of Agricultural Materials and their Applications / S. O. Nelson // Academic Press. — 2015. — P.295
14. Блохин Ю. И. Исследование частотно-влажностных диэлектрических характеристик кормовых трав с использованием прецизионного измерителя импеданса / Ю. И. Блохин, И. П. Ананьев, В. С. Зубец // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки — 2016. — № 1. — С.64-72.
15. Методические указания по селекции многолетних злаковых трав / В. М. Косолапов, С. И. Костенко, С. В. Пилипко, В. С. Клочкова и др. — М.: РГАУ‒МСХА, 2012. — 53 с.
16. ГОСТ 27262-87. Корма растительного происхождения. Методы отбора проб [Электронный ресурс] — URL: http://vsegost.com/Catalog/12/12070.shtml/.
17. Ананьев И. П. Автогенераторные измерительные преобразователи двухкомпонентной диэлькометрии сельскохозяйственных материалов: автореф. дисс. … д-ра техн. наук. — СПб, 2009. — 48 с.
18. Анализ процесса сушки травы / В. Д. Попов, А. М. Валге, А. И. Сухопаров, С. В. Гайдидей // Технологии и технические средства механизированного производства: сборник научных трудов Северо-Западного НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства. — 2016. — С.103‒110.

Express measuring of grass moisture content in field

Blokhin YU. I.

Agrophysical Research Institute, tool control sector

195220, Russia, St. Petersburg, Grazhdanskiy prospect, 14

E-mail: blohin3k4@gmail.com

Increase in grass fodder quality keeps the leading position in forage security improvement. Low quality of top bulky feeds results in significant raise of grain forage in livestock diet. Variation in moisture content of cut mass, loss of bulky mass and nutrients due to weather conditions, length of harvesting period, technological practices and equipment affect plant mass quality. The research aimed at monitoring of moisture content of fresh and air-dried grass, using moisture tester prototype without extra probe preparation. The prototype was analyzed in spatial sensitivity of planar capacitive sensor. We determined the value of effective penetration of sensor electromagnetic field into plant material. Microcontroller unit was developed together with a respective software, allowing data display mode, storage of calibration parameters, creation of data base, calculation of mean values and connection to an external computer. Prototype tests in field showed its adequate response to required criteria in intensive feed preparation technology. The conducted work provided structural concept of measurements, developed and tested new field device. The moisture tester determined the water content within a range of up to 85% as well as grass electrical conductivity directly in windrows and swath with no probe preparation.

Keywords: forage grass, two-component dielcometry, volumetric moisture content, electrical conductivity, spatial sensitivity characteristics, forage preparation, technology.

References

1. Morozov N. M. Innovatsionnaya tekhnika i resursosberegayushchie tekhnologii — neobkhodimye usloviya importozameshcheniya v zhivotnovodstve / N. M. Morozov // Trudy FGBNU GOSNITI. — 2015. — Vol. 121.

2. Sekanov Yu. P. Vlagometriya v protsessakh sushki rastitelnykh materialov / Yu. P. Sekanov, M. A. Stepanov // Sovremennye zadachi inzhenernykh nauk: sbornik nauchnykh trudov VI Mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo foruma. — 2017. — P.123‒128.

3. Mikhaylichenko B. P. Kontseptsiya kormoproizvodstva Rossiyskoy Federatsii / B. P. Mikhaylichenko // Kormoproizvodstvo. — 1995. — No. 4. — P.3‒8.

4. Pugachev P.M. Obosnovanie parametrov i razrabotka pribora dlya operativnogo nerazrushayushchego kontrolya vlazhnosti pri zagotovke kormov: avtoref. diss. … kand. tekh. nauk. — Moscow, 2006. — 168 p.

5. Popov V. D. Otsenka effektivnosti tekhnologiy proizvodstva kormov iz trav po ekonomicheskim kriteriyam / V. D. Popov, A. M. Valge, A. I. Sukhoparov // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. — 2016. — No. 90. — P.83‒90.

6. Bondarev V. A. Metodika polevykh opytov po provyalivaniyu i sushke trav na seno i senazh / V. A. Bondarev, A. A. Panov. — Moscow: Rosselkhozakademiya, 1994. — 11 p.

7. Sekanov Yu. P. O sostoyanii vlagometrii voloknistykh materialov / Yu. P. Sekanov, P. M. Pugachev, N. S. Levina // Avtomatizatsiya selskokhozyaystvennogo proizvodstva: sb. dokl. na mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. — Moscow: Izd-vo “Izvestiya”, 2004. — P.367‒373.

8. GOST 27548-97. Korma rastitelnye. Metody opredeleniya soderzhaniya vlagi [Elektronnyy resurs] — URL: http://vsegost.com/Catalog/49/4941.shtml.

9. Romanov V. G. Poverka vlagomerov tverdykh veshchestv. / V. G. Romanov — Moscow: Izdatelstvo standartov, 1983.

10. Benzar V. K. Tekhnika SVCh-vlagometrii / V. K. Benzar. — Minsk: Vysheyshaya shkola, 1974. — 349 p.

11. Berliner M. A. Izmereniya vlazhnosti / M. A. Berliner — Energiya, 1973. — 400 p.

12. Sekanov Yu. P. Sovremennoe sostoyanie nauki i praktiki v oblasti vlagometrii kormov / Yu. P. Sekanov // Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva. — 2013. — No. 3 (11). — P.159‒166.

13. Nelson S. O. Dielectric Properties of Agricultural Materials and their Applications / S. O. Nelson // Academic Press. — 2015. — P.295.

14. Blokhin Yu. I. Issledovanie chastotno-vlazhnostnykh dielektricheskikh kharakteristik kormovykh trav s ispolzovaniem pretsizionnogo izmeritelya impedansa / Yu. I. Blokhin, I. P. Ananev, V. S. Zubets // Sibirskiy vestnik selskokhozyaystvennoy nauki — 2016. — No. 1. — P.64-72.

15. Metodicheskie ukazaniya po selektsii mnogoletnikh zlakovykh trav / V. M. Kosolapov, S. I. Kostenko, S. V. Pilipko, V. S. Klochkova et al. — Moscow: RGAU‒MSKhA, 2012. — 53 p.

16. GOST 27262-87. Korma rastitelnogo proiskhozhdeniya. Metody otbora prob [Elektronnyy resurs] — URL: http://vsegost.com/Catalog/12/12070.shtml/.

17. Ananev I. P. Avtogeneratornye izmeritelnye preobrazovateli dvukhkomponentnoy dielkometrii selskokhozyaystvennykh materialov: avtoref. diss. … d-ra tekhn. nauk. — St. Petersburg, 2009. — 48 p.

18. Analiz protsessa sushki travy / V. D. Popov, A. M. Valge, A. I. Sukhoparov, S. V. Gaydidey // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva: sbornik nauchnykh trudov Severo-Zapadnogo NII mekhanizatsii i elektrifikatsii selskogo khozyaystva. — 2016. — P.103‒110.