棉花含水率是收購和加工環(huán)節(jié)的一個(gè)重要參數(shù)，電容法是檢測(cè)棉花含水率的有效手段。為了給棉花含水率的在線檢測(cè)儀器開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用單因素試驗(yàn)研究的方法，研究得到了不同的測(cè)試頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)的影響規(guī)律及影響顯著性。分析表明： 所有試驗(yàn)因素對(duì)介電常數(shù)的影響均高度顯著，并得到了在特定條件下含水率與介電常數(shù)的線性回歸方程。研究可為開發(fā)在線的高精度籽棉含水率檢測(cè)儀器提供理論基礎(chǔ)。

　　引言

　　在籽棉的收購和加工環(huán)節(jié)，含水率( 回潮率) 是一個(gè)重要檢測(cè)參數(shù)，為了準(zhǔn)確采集棉花回潮率值，目前應(yīng)用最為廣泛的是電容法和電阻法。目前，國內(nèi)外有許多學(xué)者研究農(nóng)產(chǎn)品、果蔬等物料介電常數(shù)與含水率及其它因素之間的關(guān)系。郭文川、張立彬等專家學(xué)者應(yīng)用農(nóng)業(yè)物料的電學(xué)特性在無損檢測(cè)果品鑒別等研究方面做了大量的工作。

　　影響介電常數(shù)的因素較多，主要包括測(cè)試條件和籽棉自身特性。測(cè)試條件主要包括測(cè)試信號(hào)( 頻率和電壓)和測(cè)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、容積密度及種類等。由于實(shí)驗(yàn)條件等其它因素限制，本文擬研究不同的測(cè)試頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)影響。

　　1、材料和方法

　　1.1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹

　　圖1 所示為本實(shí)驗(yàn)用測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡圖。由于本測(cè)量裝置在測(cè)量過程中信號(hào)極易受到靜電和電磁干擾，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此利用屏蔽箱接地的方法將干擾信號(hào)屏蔽。本裝置中，上、下平行極板為長方形，材料采用黃銅，外型尺寸為200mm × 150mm× 2mm。檢測(cè)儀器采用同惠TH2810B LCR 數(shù)字電橋測(cè)試儀。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)簡圖

　　1.2、實(shí)驗(yàn)方案

　　實(shí)驗(yàn)主要利用單因素實(shí)驗(yàn)的方法，分別研究測(cè)試頻率、測(cè)試電壓值、籽棉容積密度及籽棉含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)的影響，利用Excel和Minitab15.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

　　1)籽棉回潮率控制：本文利用超聲波加濕器對(duì)棉花進(jìn)行加濕以調(diào)制出不同濕度的籽棉。

　　2)含水率測(cè)量：嚴(yán)格按照GB /T6102.1-2006 原棉回潮率試驗(yàn)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，通過調(diào)整棉花質(zhì)量的方法來控制籽棉容積密度。

　　4)介電常數(shù)檢測(cè)方法：利用平行板電容的方法檢測(cè)籽棉的介電常數(shù)。其原理可通過圖1 所示平板電容器加以解釋。本文忽略了邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容可表達(dá)為

　　其中，A 為極板面積，m²；ε0為真空介電常數(shù)，ε0 =1；ε 為不同回潮率籽棉介電常數(shù)；δ 為兩極板間距離。由式(1)可知，改變A、ε0、δ 的任一參數(shù)，都能引起電容值的變化。本文將極板間距固定在δ = 35mm，平行板外形長寬為0.2m × 0.15m 銅板，則A = 0.03m²。籽棉介電常數(shù)為

　　1.3、實(shí)驗(yàn)材料

　　1)籽棉型號(hào)：新中陸37，中早熟陸地棉，廣泛種植于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師墾區(qū)。

　　2)環(huán)境條件：測(cè)試溫度21.2℃，室內(nèi)濕度28%。

　　3)測(cè)試地點(diǎn)：新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)工科樓實(shí)驗(yàn)室。

　　4、結(jié)論

　　1)實(shí)驗(yàn)研究得到了測(cè)量頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉介電常數(shù)的影響規(guī)律。

　　2)通過方差分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)量頻率、測(cè)量電壓、容積密度、含水率對(duì)機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)的影響均為高度顯著。

　　3)通過線性回歸分析，得到了在特定測(cè)量和環(huán)境條件下含水率與機(jī)采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數(shù)之間的回歸方程。