CC BY
18
4. Вильдфлуш, Р. Т. Миграция подвижных форм азота, фосфора и калия в почве при ленточном внесении удобрений / Р. Т. Вильдфлуш, А. Н. Минич, Е. Г. Сиротин. - Горки, 1971. 160 с.
5. Соколов, О. А.Теория и практика рационального применения азотных удобрений / О. А. Соколов, В. М. Семенов. -М., 1992. - 207 с.
6. Семенов, В. М. Мобилизующее действие очага азотных удобрений на азотсодержащие соединения почвы / В. М. Семенов, А. А. Мергель. - Почвоведение. - 1989. - №4. - 46-54 с.
7. Кук, Д. У. Система удобрения для получения максимальных урожаев / Д.У. Кук. - М.: Колос, 1975. 416 с.
8. Трапезников, В. К. Локальное внесение удобрений / В. К. Трапезников, И. И. Иванов, Н. Г. Тальвинская. - Уфа, 1999. - 260 с.
УДК 631.353.6:53.052.731.3
С. С. СИДОРЧУК, В. Р. ПЕТРОВЕЦ
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ МАССЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПЛЮЩЕНИЕМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РАЗРЯДАМИ
(Поступила в редакцию 10.06.14)
В статье приводятся теоретические исследования мето- The article presents theoretical research into the methods of
дов определения растительной массы при обработке плюще- determination of plant mass during the treatment by crushing and
нием и электрическими разрядами. Рассмотрены следующие electric charges. We have examined the following methods: the
методы: метод измерения электрического сопротивления method of measuring electric resistance of tissues, the method of
тканей, методика определения селективной обработки рас- determination of selective treatment ofplant materials, the method
тительных материалов, методика определения степени по- of determination of the degree of damage to the plant material. вреждения растительного материала.
Введение
Первые работы, касающиеся измерения сопротивления биологических тканей, были выполнены в поле постоянного тока. Они показали, что проводимость растительных тканей во время прохождения через них тока меняется: в первый момент времени она мала, а затем быстро повышается до определенной величины, которая при постоянных значениях напряжения держится на одном уровне длительное время.
Многими исследователями высказано мнение, что кривые изменения силы постоянного тока при прохождении его через биологический объект можно считать кривыми поляризации, которая в растительных тканях происходит не только на поверхности, но и по всей их толщине, а так же и в различных ее участках. Возникновение сильной поляризации тканей значительно затрудняет измерения их сопротивления. Поэтому при исследованиях проще выполнять измерение сопротивления тканей при переменном токе.
Когда переменный ток проходит через ткань, заряженные частицы - диполи и ионы - будут или ориентироваться, или двигаться по направлению тока.
Метод измерения электрического сопротивления тканей без нарушения целостности растения используют в целях диагностики устойчивости растений к морозу, засухе для определения степени вызревания плодов и т. п. [1, 2, 7, 9].
Анализ источников
Степень повреждения жизнедеятельности тканей можно определить двумя способами, основанными на измерении электрического сопротивления: методом коэффициента поляризации и методом электропроводимости [3, 4]. В первом из них используют отношение сопротивления, измеряемого на низкой частоте, к сопротивлению, измеренному на высокой частоте. Это отношение показывает степень поляризации клеток и тканей, и носит название коэффициента поляризации (КП). В качестве низкой и высокой частот принято 102 и 106 Гц соответственно, а отношение сопротивлений определяет численную величину КП.
Метод электропроводимости основан на зависимости электрического сопротивления ткани на какой-либо частоте от ее физиологического состояния.
Используя этот метод, измеряют сопротивление растительной ткани при низких частотах. При высоких частотах (порядка сотен кГц) [5] увеличение проводимости клетки растительной ткани за счет роста частоты становится незначительным, т. е. в поле высокой частоты емкостное сопротивление практически отсутствует.
Основная часть
Основываясь на имеющихся в литературе данных и результатах исследований [7], выбрана оптимальная граница частот для измерения проводимости растительного материала - 50 Гц. В данных исследованиях по определению проводимости растительного материала использовали электроды из нержавеющей стали, в виде иголок толщиной 0,001 м, расстояние между которыми от 4 до 60 мм.
Принципиальная схема для измерения сопротивления растительной ткани на частоте 50 Гц до обработки и после нее представлена на рис. 1. Мостовая схема питается переменным током той частоты, при которой ведем измерения. Равновесие моста достигается регулированием двух элементов: активного и реактивного. В качестве нуль-прибора применили электронный индикатор нуля переменного тока типа Ст1-1 (осциллограф). Он обладает высокой чувствительностью, имеет малую инерционность, работает в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц. Для питания использован генератор низких частот Г3-33, питаемый от стабилизатора напряжения, чтобы избежать ошибок, вызванных колебанием напряжения в сети. Измерительный мост состоит из двух сопротивлений Я2 и Я3,позволяющих установить любую постоянную величину в пределах от О до 10 кОм, и переменного сопротивления изменяющегося от О до 10 кОм.
с,и Г
г-©-
'•О
Рис. 1. Схема стенда для измерения сопротивления растений полной проводимости и слоя травы: К2 и Я3 - эталонные сопротивления; Г3 - звуковой генератор; Я-1 - переменное (активное) сопротивление; С1 - переменная емкость (реактивное сопротивление); Ях и Сх - исследуемый образец материала; ЭО - нуль-индикатор - осциллограф
Для равновесия моста необходимо выдерживать условия [6]:
Я2
Я
А
4 - Ш -'ч ^луС1+1 Л2(Л>2С12+1)
. ЛЛ2 ™сх 'л2 (Я 2 ™2 с2 +1)'
Я
Но так как Ах = Их + ]Хх, поэтому:
Я, =■
*1
X.. =-
Я2{,ЩчгС; +1)
(1)
(2)
(3)
(4)
Я2(Я{м?2С{ +1)
где Я2 и Я3 - эталонные сопротивления, Я1 - переменное (активное) сопротивление, С1 - переменная емкость (реактивное сопротивление), Ях и Сх - исследуемый образец материала, ^ - частота электрического тока у = л/-1 - мнимая единица [6].
При изменении проводимости растительной ткани на частоте 50 Гц переменного тока емкостное сопротивление имеет незначительную величину. Общее сопротивление растительной ткани на таких частотах, в основном, определяется омическим сопротивлением.
Методика определения селективной обработки растительных материалов.
Критерием селективной обработки является наибольшая степень повреждения стебля, в то время как листья должны были иметь наименьшее повреждение, что обеспечивало в последующем равномерную сушку и сохранность питательных веществ.
После скашивания измеряется отдельно сопротивления стеблей Я1 и листьев Я2 по схеме измерения полной проводимости растений с помощью игольчатых электродов. Затем растения обрабатывают на лабораторной установке при различных режимах и рабочих органах и вновь измеряют сопротивление стеблей Я3 и листьев Я4.
Величину повреждения Еп по методу проводимости вычисляют как отношение полных проводи-мостей поврежденной и неповрежденной тканей:
Кг,
В процентном отношении степень повреждения клеток можно определять по выражению:
^П -
(6)
где Янач и Рэл - сопротивление материала до и после электрической обработки соответственно, Ом.
Методика определения степени повреждения растительного материала.
Недостатком определения степени повреждения растительной ткани с помощью игольчатых электродов является невозможность оценки поражения всего объема обрабатываемого материала, который, как правило, находится между двумя электродами в слое, имеющим определенные геометрические параметры.
Для решения этой задачи используется метод измерения сопротивлений в камере, где установлены два расположенных на одной оси электрода [7] (рис. 2).
Рис. 2. Измерительная ячейка для определения удельного электрического сопротивления травы: 1, 2 - электроды
Исследуемый растительный материал помещается в межэлектродный промежуток. При этом измеряется высоту слоя материала Н1 , а также сопротивление - Яобщ материала в камере по схеме измерения полной проводимости растений. Вместо игольчатых электродов применяют измерительную камеру.
После чего траву следует обработать на лабораторной установке при различных режимах, после чего вновь поместить в камеру и измерить высоту слоя Н2 и сопротивление материала Яобщ2.
Таким образом степень повреждения растительной массы при комбинированной обработке плющением и электрическими разрядами Еп можно определить как отношение удельных сопротивлений до обработки р1 и после нее р2. Для данной конфигурации измерительной камеры будет справедливо следующие выражение [7]:
Е _ Рг _ Ко6щЖ1срН1 _ КоощИ 1 ^
17 Р2 Кб„^срн2 Ка6ир2'
где / _ - расстояние между электродами, см.
2
Заключение
Среди рассмотренных методик определения степени повреждения растительной массы при ее обработке плющением и электрическими разрядами наиболее оптимальной будет определение удельного сопротивления растительной ткани в измерительной ячейке, так как такой способ позволяет определить степень изменения всего объема исследуемого материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рубинов, А. Б. Биофизика / А. Б. Рубинов. - М.: Наука, 2004. - 448 с.
2. Кушнеренко, М. Д. Электрическая сопротивляемость и водный режим растений различной устойчивости к засухе / М. Д. Кушнеренко, Г. П. Курчатова // Электронная обработка материалов. - 1970. - № 3. - 20-24 с.
3. Климов, А. А. Использование электроискрового разряда в технологических процессах сельскохозяйственного производства / А. А. Климов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1962. - № 3. - С. 30-33.
4. Коэффициент поляризации клеток как показатель жизнедеятельности древесных растений / И. В. Рутковский [и др.] // Электронная обработка материалов. - 1967. - № 2. - 14 с.
5. Трисвятский, Л. А. Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов / Л. А. Трисвятский, Б. В. Лесик, В. Н. Курдина. - М., 1991. - 415 с.
6. Богданович, П. Ф. Электротехника / П. Ф. Богданович, Д. А. Григорьев. - Гродно: ГГАУ, 2010. - 197 с.
7. Соблиров, А. А. Интенсификация процесса естественной сушки трав с применением одновременной электрической и механической обработки их при скашивании / А. А. Соблиров. - М., 1984. - 175 с.
8. Зафрен, С. Я. Технология приготовления кормов / С. Я. Зафрен. - М., 1977. - 240 с.
9. Сидорчук, С. С. Исследование ускорения сушки растительной массы трав при обработке плющением и электрическими разрядами / С. С. Сидорчук, В. Р. Петровец // Вестник БГСХА. - 2013. - №3. - 123-126.
