Технологическое и нестандартное оборудование для проведения исследований по ВЧ- и СВЧ-нагреву семян

Цугленок Николай Васильевич

23. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Авт-т дис..докт. техн. наук / КрасГАУ. Барнаул, 2000.

24. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Диссерт. на соискание док-ра техн. наук / Красноярск, 2000.

25. Цугленок Н.В. Концепция устойчивого развития АПК Красноярского края. Вестник КрасГАУ, 1996. № 1. С. 1.

26. Цугленок Н.В. Биоэнергетическая концепции формирования технологических комплексов АПК. Вестник КрасГАУ,1998. № 3. С. 9.

27. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование структуры АПК. Вестник КрасГАУ, 2000. № 5. С. 1.

28. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование. Учеб. пособие для студентов вузов по агроинженер. специальностям. М-во сел. хоз-ва РФ. КрасГАУ. Красноярск, 2004.

29. Энерготехнологическое оборудование тепличных хозяйств. Цугленок Н.В., Долгих П.П., Кунгс Ян.А. Учебное пособие для вузов / КрасГАУ. Красноярск, 2001.

30. Эколого-энергетические и медико-биологические свойства топинамбура. Аникиенко Т.И., Цугленок Н.В. М-во сельского хоз-ва РФ. КрасГАУ. Красноярск, 2008.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И НЕСТАНДАРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЧ- И СВЧ-НАГРЕВУ СЕМЯН

Цугленок Н.В.

Цугленок Николай Васильевич - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, вице-президент, научный руководитель Восточно-Сибирская ассоциация

биотехнологических кластеров, г. Красноярск

Аннотация: в статье приводится технологическое и нестандартное оборудование для проведения исследований по ВЧ- и СВЧ-нагреву семян. В соответствии с основной идеей активного планирования и выбранным планом эксперимента входные параметры варьировались на трех основных уровнях: минимальном, среднем и максимальном. Согласно основной идее обеззараживания семян энергией ВЧ- и СВЧ-полей путем увлажнения разделялись свойства семян и паразитирующих грибных и вирусных инфекций и проводилась обработка семян на выпускаемых стандартных генераторах.

Ключевые слова: технологическое оборудование, нестандартное оборудование, ВЧ- и СВЧ-нагрев, семена.

Разработанная нами биоэнергетическая теория и концепция формирование и развитие структуры АПК, ее информационного обеспечения и устойчивого развития растениеводства позволяет в любой зоне сформировать экономически эффективный ВЧ и СВЧ комплекс производства семян с/х культур [7; 12; 17; 22; 25; 26]. Разработанная теория энерготехнологического прогнозирования структуры технологических приемов в АПК, позволяет подобрать из них самые энергоэффективные для любых агроэкологических зональных условий и снизить себестоимость производства семян [27, 28]. Результаты наших исследований доказали, что для подготовки семян к посеву наиболее преемлемые более энергетически совершенные технологии ВЧ и СВЧ обработки и обеззараживания семян от вирусных, грибных и бактериальных инфекций, исключающие применение ядохимикатов [1; 6; 8; 10; 13; 14; 18; 19; 21; 23; 24].

Разработанные эффективные технологии сушки и обеззараживания семян и продуктов питания ИК-лучами и ВЧ и СВЧ знергией позволяют получать экологически чистые семена и продовольствие [3; 5; 8; 10].

Разработка автоматизированных систем искуственного освещения, облучения и обогрева теплиц терморезисторами

используется для выращивания первичного селекционного материала обработанного ВЧ и СВЧ энергией, позволяет получить 3 урожая семян и значительно увеличить коеффициет размножения селекционных коллекций в Сибирских условиях [9; 15; 16; 29].

Для изучения влияния основных входных параметров ВЧ и СВЧ на изменение влажности, температуры нагрева, зараженность, посевные и урожайные показатели семян с.-х. культур выбирается соответствующее технологическое и нестандартное оборудование, позволяющее в заданных пределах изменять напряженность колебаний электромагнитного поля е и время обработки 1 К; 873>В>2;5= A25F80;L=K9 87<5@8B5;L=K9 :><2;5А (@8А 4.4).

В существующих ВЧ- и СВЧ-генераторах время экспозиции задается при помощи встроенных реле времени с точностью до ±0,5 С.

Средняя напряженность поля в материале изменяется объемом материала или толщиной слоя при равномерном заполнении камеры.

Расстояние между обкладками рабочего ВЧ-конденсатора и соответственно напряженность может изменяться при помощи специального винтового механизма, соединенного с одной из пластин рабочего конденсатора, встроенного в ВЧ-генератор.

Изменение тока, напряжения и мощности на входе силового трансформатора осуществляется измерительным комплектом К-50.

Измерение напряжения на обкладках рабочего конденсатора производится вольтметрами типа В 7-26.

Частота колебаний электромагнитного поля выбирается в соответствии с диапазоном, разрешенным для промышленного использования, типом ВЧ- и СВЧ-генератора и при имеющемся оборудовании лежит в пределах ¡=13,5&2400 F.

При обработке семян в рабочем режиме и режиме холостого хода частота колебаний электромагнитного поля генератора контролируется электронно-счетными частотомерами типа 43-34.

Начальная и конечная температура массы семян измерялась спиртовыми и ртутными термометрами, хотя применение термометров не всегда оправдано из-за большой инерционности.

Исследования проводились на экспериментальной установке для предпосевной стимуляции семян пшеницы на базе генератора ЛГД-!=27МГц

Для увеличения точности измерений при ВЧ- и СВЧ-нагреве использовались потенциометр КСП-4 с дифференциальной термопарой медь-константан, исключающей возникновение встречной термо-ЭДС в местах подключения термопары к прибору.

Использование двух последовательно включенных дифференциальных термопар расширяет диапазон измерения напряжения на их выходе до предела измерений КСП-4 [10].

Других два спая термопары помещали в специальный термос со льдом для поддержания строго заданной температуры спая 00С.

Термопара тщательно экранировалась, а экран заземлялся для исключения наведения внешней ЭДС от работающего генератора.

Для постоянной записи температуры в оба проводника термопары ставился П-образный LС-фильтр (Ц- 10 мкГн; С1=С2=0,1 пФ) для фильтрации паразитных наводок тока. СЬС-фильтром погрешность измерения температуры составляет в сторону завышения 1 -20 С, что можно откорректировать заранее.

Для измерения температуры поверхности материала, находящегося в ЭМПВЧ, наиболее эффективным оказался бесконтактный метод с помощью пирометров. Из отечественных измерителей применялись измерительный вторичный преобразователь ПВВ-01-000 (пределы измерения температуры от 30 до 100 0С) с первичными пирометрическими преобразователями ППТ-142. Расчетное удаление пирометра 1 м. Изготавливается прибор Каменец-Подольским приборостроительным заводом.

В диапазоне 1 -50 МГц частоту измеряли резонансным частотомером 43-34.

Для измерения мощности высокочастотного генератора, отдаваемой в нагрузочный контур, использовался метод калориметра, заключающийся в определении мощности по известной разности температур и объему воды, протекающей через калориметр. Количество тепла Q, получаемое водой от

анода лампы за время ^ равно где V - объем воды,

прошедшей через бачок лампы за время 1, ;; ^ и 12 -температура входящей в бачок и выходящей из него воды. По закону Джоуля-Ленца это же количество тепла может быть определено по формуле:

Q=0,24 Р1, (1)

где 1 - время действмя тока, с;

Р - эквивалентная мощность колебательного контура генератора, кВт, соответствующая мощности рассеивания на аноде Ра и мощности РН рассеивания на подогрев катода.

Р = 0 / 0,24т = ¥ ^2 ~

0,24т (2)

Для определения мощности рассеивания на аноде необходимо из эквивалентной мощности вычесть мощность РН:

Ра=Р-Рн. (3)

Мощность, расходуемая на подогрев катода, определяется аналогично мощности рассеивания на аноде за тот же промежуток времени, но с выключенным анодным напряжением.

Мощность Р0 постоянного тока, подводимая к аноду генераторной лампы, равна произведению анодного напряжения и на анодный ток 1АО. Эта мощность расходуется на создание колебательной мощности Р и нагревание анода

Рц. Поэтому колебательная мощность определяется как разность Р0-Ра. Мощность Ро определяется по показаниям амперметра и вольтметра в цепи анода.

Полезная мощность, передаваемая в нагрузку (кВт),

Рп=(Ро-Ра) Ь: Из, (4)

Определение влажности при высокочастотной обработке можно разделить на три стадии: определение начальной влажности (для определения срока и режима обработки), определение текущей влажности; определение влажности в конце обработки или сушки.

Начальная влажность определяется двумя способами: электровлагомером для грубого, приблизительного определения с тем, чтобы задать необходимый режим; массовым, более точным способом, по результатам которого можно внести корректировку в режим генератора.

Текущая влажность определяется одним из следующих способов. С помощью установки тензометрических датчиков с записью на вторичный прибор, периодического взвешивания контрольных образцов (кроме вакуумно-высокочастотного способа сушки).

Массовым способом влажность определяется по ГОСТ 16588-79.

Дистанционное определение текущей влажности при сушке в высокочастотных камерах связано с определенными трудностями. Традиционные способы, которые применяются в конвективных камерах, здесь малопригодны. Наиболее простой способ - использование контрольных образцов. В данном случае влажность определяется так же, как при обычных способах. В семена закладывают два-три контрольных образца.

В процессе сушки контрольные образцы периодически взвешивают и по количеству испарившейся влаги определяют их текущую влажность. По этой влажности судят о характере сушки семян.

Текущая влажность контрольного образца в любой момент:

WT=[(GT/Gс)-1]100, (5)

где Gт - масса образца в момент определения текущей влажности, г;

Gс - масса образца в абсолютно сухом состоянии, г.

Для определения массы образца в абсолютно сухом состоянии необходимо знать начальную массу контрольного образца Gн и начальную влажность Wн, определяемую весовым способом. Масса образца в сухом состоянии:

а _ 1000н

с 100 + (6)

В соответствии с основной идеей активного планирования и выбранным планом эксперимента входные параметры варьировались на трех основных уровнях: минимальном, среднем и максимальном.

Согласно основной идее обеззараживания семян энергией ВЧ- и СВЧ-полей путем увлажнения разделялись свойства семян и паразитирующих грибных и вирусных инфекций.

В результате неоднократно проведенных предварительных исследований установлено время увлажнения для разделения основных физических свойств многокомпонентных биологических смесей в пределах 1...15 мин. При положительной температуре 1 -200С.

Список литературы

1. Влияние электромагнитного поля высокой частоты на энергию прорастания и всхожесть семян томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 21.

2. Высокоэнергетическая кормовая культура топинамбур в кормопроизводстве Красноярского края. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Аникиенко Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2007. № 4. С. 127-130.

3. Влияние импульсной инфракрасной сушки на сохранность активно действующих веществ. Алтухов И.В., Цугленок Н.В., Очиров В.Д. Вестник Ставрополья, 2015. № 1 (17). С. 7-10.

4. Имитационные модели пространственно распределенных экологических систем. Лапко А.В., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И. Ответственный редактор: д.т.н., профессор А.В. Медведев. Новосибирск, 1999.

5. Использование СВЧ энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба. Цугленок Н.В., Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И., Коман О.А. Ж. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2004. № 2. С. 16-17.

6. Исследование температурных полей при предпосевнойогбработке семян масленичных культур ЗМПСВЧ. Бастрон А.В., Исаев А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2011. № 2-1. С. 4-8.

7. Концепция информатизации аграрной науки Сибири. Гончаров П.Л., Курцев И.В., Донченко А.С., Кашеваров Н.И., Чепурин Г.И. и др. СО РАСХН; отв. за выпуск А.Ф. Алейников, А.И. Оберемченко. Новосибирск, 2003.

8. Комплексная система обеззараживания зерна и продуктов его переработки. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.

9. Лабораторный практикум и курсовое проектирование по освещению и облучению. Долгих П.П., Кунгс Ян.А., Цугленок Н.В. Учебное пособие для студентов, М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. / Красноярск, 2002.

10. Методы и математические модели процесса обеззараживания продовольственного зерна. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. Учеб. пособие для студентов вузов. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.

11. Мелкоплодные яблоки Сибири в функциональном питании. Типсина Н.Н., Цугленок Н.В. Вестник_КрасГАУ, 2009. № 1 (28). С. 152-155.

12. Оценка влияния оптимальных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на энергозатраты технологического процесса. Цугленок Н.В., Журавлев С.Ю. Вестник КрасГАУ, 2010. № 10 (49). С. 146-152.

13. Обеззараживание и подготовка семян к посеву. Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 1984. № 4. С. 4.

14. Обеззараживающее действие электромагнитного поля высокой частоты на семена томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 33.

15. Резисторы из композитов в системах энергообеспечения агропромышленных комплексов. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2006. № 6. С. 314319.

16. Резисторы в схемах электротеплоснабжения. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. КрасГАУ. Красноярск, 2008 (2-е издание, переработанное и дополненное).

17. Состояние социально-трудовой сферы села и предложения по еерегулированию. Ежегодный Доклад по результатам мониторинга 2006 г. / Ответственные за подготовку Доклада: Д.И. Торопов, И.Г. Ушачев, Л.В. Богдаренко. Москва, 2007. Том Выпуск 8.

18. Способ обработки семян и устройство для его осуществления. Цугленок Н.В., Шахматов С.Н., Цугленок Г.И. Патент на изобретение RUS 2051552 22.04.1992.

19. Система защиты зерновых и зернобобовых культур от семенных инфекций. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Халанская А.П. М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2003.

20. Технология и технические средства производства экологически безопасных кормов. Цугленок Н.В., Матюшев В.В. М-во сел. хоз-ва РФ, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2005.

21. Технология и технические средства обеззараживания семян энергией СВЧ-поля. Бастрон А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2007. № 1. С. 268-271.

22. Цугленок Н.В. Формирование и развитие технологических комплексов растениеводства. Вестник КрасГАУ, 1997. № 2. С. 1.