金永奎，趙海瑞，張玲，薛新宇，孫竹

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京市，210014；2.江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，南京市，210017)

0 引言

種子從收獲到種植過(guò)程中會(huì)接觸到多種病菌，帶菌的種子成為作物生長(zhǎng)期病害的源頭，給農(nóng)產(chǎn)品種植造成損失[1-2]。為了克服種子傳播病菌的問(wèn)題，種子處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中[3-4]。目前種子處理多以化學(xué)方法為主，但是由于方法使用不當(dāng)和處理藥劑的濫用，導(dǎo)致田間藥害發(fā)生和環(huán)境污染。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不斷探索有效的物理方法，如溫湯浸種、干熱、電磁波、聲處理和核輻射等處理方法相繼出現(xiàn)[5-7]，其中干熱處理可以更有效地抑制真菌、細(xì)菌和病毒等生物的活性，是比較有效的處理技術(shù)[8-10]。

不同的病原菌有不同的致死條件，其中病原真菌的致死溫度一般為60 ℃～70 ℃處理20～40 min，病原細(xì)菌和病毒的致死溫度一般為65 ℃～75 ℃處理72 h 或更長(zhǎng)時(shí)間[11]，這些條件因帶菌種子的種類(lèi)和所帶病原菌不同而存在差異，因而在種子干熱滅菌時(shí)，需制定適宜的干熱溫度—時(shí)間曲線(xiàn)，一般需緩慢加熱到70 ℃左右，同時(shí)在幾個(gè)溫度點(diǎn)保溫規(guī)定的時(shí)間，為了保持種子活性，降溫時(shí)也要緩慢進(jìn)行[12-14]。目前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于干熱處理的裝備，一般用干燥機(jī)來(lái)代替[15]。干燥機(jī)通常采用太陽(yáng)能、微波、紅外、熱泵、氣體射流沖擊以及熱風(fēng)等加熱方式，但干燥機(jī)常常會(huì)遇到溫濕度不均勻的狀況，難以保證加熱過(guò)程中溫濕度的均勻性，并且溫度不能按干熱處理工藝進(jìn)行自動(dòng)控制，多點(diǎn)溫度由人工調(diào)節(jié)，控制的準(zhǔn)確性較差，空間內(nèi)溫度均勻性低，造成每粒種子溫度不一致，滅菌不徹底。本文采用循環(huán)熱風(fēng)加熱形式，優(yōu)化風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，配置溫、濕度傳感器，控制系統(tǒng)采用PID自整定算法，按干熱處理工藝開(kāi)發(fā)程序，可按設(shè)定工藝自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)溫度均勻性高、溫度可控。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

種子干熱處理裝備由箱體、托盤(pán)車(chē)、加熱系統(tǒng)、排濕降溫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。箱體由不銹鋼角鋼、鋼板制成，外殼與工作室間填充保溫材料；托盤(pán)車(chē)由車(chē)架和種子托盤(pán)組成；加熱系統(tǒng)由電熱管、循環(huán)風(fēng)機(jī)和導(dǎo)風(fēng)板等組成；排濕降溫系統(tǒng)則由排濕風(fēng)機(jī)、進(jìn)氣口和排氣口組成；控制系統(tǒng)主要由顯示器、PLC控制器、變頻器、溫濕度傳感器、I/O控制器等部分組成。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 種子干熱處理裝備結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of seed dry heat treatment equipment1.導(dǎo)風(fēng)板 2.控制箱 3.觸摸屏 4.循環(huán)風(fēng)機(jī) 5.進(jìn)氣裝置 6.排濕風(fēng)口調(diào)節(jié)板 7.排濕風(fēng)機(jī) 8.箱體 9.保溫層 10.加熱器 11.濕度傳感器 12.托盤(pán)車(chē) 13.溫度傳感器 14.循環(huán)氣流 15.種子托盤(pán) 16.干熱種子

1.2 工作原理

干熱處理裝備利用電加熱管作為熱源，用軸流風(fēng)機(jī)以對(duì)流的方式加熱空氣。循環(huán)氣流從箱體頂部由軸流風(fēng)機(jī)吹出，經(jīng)過(guò)電加熱管和可調(diào)間距風(fēng)板后穿過(guò)種子托盤(pán)，在另一側(cè)經(jīng)過(guò)風(fēng)板后進(jìn)入風(fēng)機(jī)吸入口，在箱體內(nèi)形成了完整的循環(huán)風(fēng)道，熱空氣流經(jīng)托盤(pán)與物料進(jìn)行熱量傳遞。外界空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入箱體進(jìn)行補(bǔ)充，可降低箱內(nèi)溫度；從排濕口排出空氣可保持箱體內(nèi)適當(dāng)?shù)臐穸取?/p>

種子干熱處理時(shí)，溫度控制按設(shè)定的溫度—時(shí)間曲線(xiàn)進(jìn)行，同時(shí)保持箱體內(nèi)的濕度在一定范圍。采用PID自動(dòng)控制技術(shù)，根據(jù)種子干熱處理工藝的溫度—時(shí)間曲線(xiàn)及濕度要求，自動(dòng)控制循環(huán)風(fēng)機(jī)、電加熱管、排濕風(fēng)機(jī)運(yùn)行。在風(fēng)道結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的配合下，空間內(nèi)各點(diǎn)溫度分布均勻，波動(dòng)范圍小。

種子干熱處理裝備的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 箱體

箱體是干熱處理裝備的主要部分，由箱體面板、門(mén)、循環(huán)風(fēng)道、保溫層及內(nèi)部支撐架組成，截面呈長(zhǎng)方形，在其內(nèi)部和外部安裝各種設(shè)備，正面安裝有門(mén)，托盤(pán)車(chē)從門(mén)進(jìn)出，種子進(jìn)入內(nèi)部。上部安裝有進(jìn)氣裝置和排濕裝置，右側(cè)面安裝有循環(huán)風(fēng)機(jī)及控制箱。在箱體內(nèi)部設(shè)計(jì)合理的風(fēng)道，使熱空氣能夠循環(huán)經(jīng)過(guò)物料并將熱量傳遞給物料。在箱體各個(gè)外表面設(shè)置保溫層，并由高密度硅酸鋁棉保溫材料填充，在門(mén)四周安裝密封條，保證了保溫性能，減少能耗。

2.2 托盤(pán)車(chē)

托盤(pán)車(chē)由車(chē)體和托盤(pán)組成，車(chē)體主要作用為放置托盤(pán)，托盤(pán)內(nèi)放置需干熱的種子，通過(guò)托盤(pán)車(chē)能方便地將干熱種子移動(dòng)，如圖2所示。車(chē)體下部安裝萬(wàn)向輪和定向輪各2只，方便移動(dòng)。

圖2 托盤(pán)車(chē)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of pallet truck

同時(shí)每批能處理的種子重量決定了設(shè)備的效率，本裝備設(shè)定的處理目標(biāo)為不小于50 kg。大部分種子的密度在1 100～1 400 kg/m3之間，按1 100 kg/m3計(jì)算。每個(gè)托盤(pán)設(shè)計(jì)內(nèi)徑尺寸長(zhǎng)寬高分別為600 mm×400 mm×40 mm，種子實(shí)際鋪放厚度按10 mm計(jì)算，則每個(gè)托盤(pán)種子重量為2.64 kg，共設(shè)計(jì)了24個(gè)托盤(pán)，種子總重量為63.36 kg，可滿(mǎn)足每批次處理大于50 kg的要求。

在箱體內(nèi)，空氣流動(dòng)的通道大小，對(duì)空氣流速影響很大?？諝饬飨蚝驮诜N子中的分布又與流速有關(guān)。因此，托盤(pán)間距和控制風(fēng)向是保證流速的重要因素，本裝備托盤(pán)高度為45 mm，兩層托盤(pán)的間隙為55 mm，保證空氣有足夠的流速穿過(guò)。為了保證種子干熱的均勻性，種子鋪設(shè)厚度是很重要的因素，通常為10～30 mm，種子層的厚度可由試驗(yàn)確定。

種子托盤(pán)采用30目不銹鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)(圖3)，網(wǎng)眼尺寸為0.5～0.6 mm，能滿(mǎn)足各種尺寸種子盛放，同時(shí)空氣可以通過(guò)網(wǎng)眼向上或向下穿過(guò)托盤(pán)，增大了空間內(nèi)風(fēng)場(chǎng)的通透性，提高了空間溫度分布均勻性。

圖3 托盤(pán)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of pallet

2.3 加熱系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)由電加熱管、循環(huán)風(fēng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)板等組成?？諝庥裳h(huán)風(fēng)機(jī)自進(jìn)風(fēng)口吸入，被電加熱管加熱，經(jīng)過(guò)導(dǎo)風(fēng)板的調(diào)節(jié)至托盤(pán)和種子，再將使用后的空氣吸入風(fēng)道成為風(fēng)源再度循環(huán)[16-17]。導(dǎo)風(fēng)板作用是調(diào)節(jié)風(fēng)向和風(fēng)量，使得工作室內(nèi)各點(diǎn)溫度相對(duì)均勻。

2.3.1 電加熱管

干熱處理時(shí)，在恒溫階段主要功率消耗來(lái)自保溫和散熱，此時(shí)所需功率較小，主要能量用于從起始溫度至設(shè)定的最高恒溫溫度，因而加熱功率計(jì)算以這個(gè)階段為依據(jù)。計(jì)算方法按被加熱物料和相關(guān)部件重量來(lái)計(jì)算，由式(1)得出[18]

P=GCΔt/860η

(1)

式中：P——加熱功率，kW；

G——被加熱物料總重量，kg；

C——物料比熱，kcal/(kg·℃)；

Δt——加熱前后的溫度差，℃；

η——熱效率，0.5～0.6。

本裝備共有24只裝物料的托盤(pán)，可放物料的尺寸為600 mm×400 mm，種子厚度一般為10～20 mm，種子密度取1 100 kg/m3，物料重量取值為80 kg，托盤(pán)車(chē)及箱體相關(guān)部件也一同升溫，重量按80 kg，總重量G為160 kg。

干熱處理時(shí)種子含水量按10%計(jì)算，干種子(幾乎沒(méi)有水分)的比熱按1.67 kJ/(kg·℃)，水的比熱為4.2 kJ/(kg·℃)，托盤(pán)車(chē)及箱體為不銹鋼材質(zhì)，比熱按0.46 kJ/(kg·℃)，則綜合的比熱為

C=0.5×(C種×90%+C水×10%)+0.5×0.46

=1.19 kJ/(kg·℃)

=0.28 kcal/(kg·℃)

種子干熱處理前后溫度分別取10 ℃和100 ℃，即Δt=90 ℃。熱效率取0.55，則加熱功率由式(1)計(jì)算為8.52 kW。采用電熱管電加熱的方法，選取單個(gè)功率為1 kW的電熱管，共9個(gè)。

2.3.2 循環(huán)風(fēng)機(jī)

循環(huán)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣在箱體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，經(jīng)過(guò)電加熱管時(shí)得到加熱，穿過(guò)種子時(shí)把熱量傳遞給種子，使種子溫度升高，同時(shí)種子內(nèi)水分因加熱而蒸發(fā)。循環(huán)風(fēng)機(jī)的參數(shù)和性能決定了循環(huán)風(fēng)量，當(dāng)電加熱管提供的熱量確定后，循環(huán)風(fēng)量決定了熱空氣穿過(guò)種子的次數(shù)。次數(shù)越多，熱空氣傳遞給種子的熱量越多，種子升溫速度就越快，同時(shí)箱內(nèi)各點(diǎn)溫度一致性也越好?？臻g內(nèi)循環(huán)風(fēng)量的大小取決于循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓以及電加熱管、導(dǎo)風(fēng)板、托盤(pán)車(chē)、種子和風(fēng)道結(jié)構(gòu)形成的系統(tǒng)阻力。

循環(huán)風(fēng)量可根據(jù)空氣在箱體內(nèi)循環(huán)次數(shù)計(jì)算[19]。

箱體內(nèi)體積約為1.8 m×1.2 m×1.0 m=2.16 m3，循環(huán)次數(shù)一般取16～30次/min，干熱處理時(shí)取循環(huán)次數(shù)為20，則循環(huán)風(fēng)量=箱體體積×循環(huán)次數(shù)=2.16×20×60=2 592 m3/h。

選擇參數(shù)為風(fēng)量3 000 m3/h、風(fēng)壓200 Pa、功率0.75 kW的軸流風(fēng)機(jī)。

2.3.3 導(dǎo)風(fēng)板

導(dǎo)風(fēng)板采用可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，由多組2塊重疊的不銹板組成，每組通過(guò)螺釘固定在支撐架上，通過(guò)調(diào)節(jié)每組板的重合度，可調(diào)整每組導(dǎo)風(fēng)板間的間隙，由圖4可看出最小間隙為d1=0，最大間隙為d2。通過(guò)調(diào)整各組導(dǎo)風(fēng)板的間隙，可使整個(gè)干熱箱體內(nèi)形成一個(gè)適合的風(fēng)場(chǎng)，使得箱體內(nèi)溫度達(dá)到均勻一致。不同的工況下，需布置溫度測(cè)量?jī)x進(jìn)行校核和調(diào)整[20]。通過(guò)測(cè)試，上下各層導(dǎo)風(fēng)板設(shè)置成不等間距，使得整個(gè)空間內(nèi)溫度均勻度不大于2 ℃。

圖4 導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of air deflector1.導(dǎo)風(fēng)板2 2.導(dǎo)風(fēng)板1 3.調(diào)節(jié)螺釘 4.支撐架

2.4 排濕降溫系統(tǒng)

干熱處理的種子必須經(jīng)過(guò)干燥處理，含水量較低，一般要求不超過(guò)7%，但在干熱時(shí)仍會(huì)有水分被蒸發(fā)，種子含水量會(huì)降至2%以下，因而箱體內(nèi)濕度仍會(huì)升高，需要進(jìn)行排濕[21-22]。排濕風(fēng)機(jī)將蒸發(fā)的水分及時(shí)排出箱體，保持箱體內(nèi)較低的空氣濕度。

目前常見(jiàn)的排濕操作方式有3種：排濕口常開(kāi)、排濕口常閉并在處理結(jié)束時(shí)打開(kāi)排濕、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)間隔一段時(shí)間排濕一次。這幾種方式均不能實(shí)時(shí)控制箱內(nèi)濕度，本系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集實(shí)時(shí)濕度值，根據(jù)控制要求自動(dòng)實(shí)時(shí)排濕。排濕降溫系統(tǒng)由排濕風(fēng)機(jī)、進(jìn)氣口、濕度傳感器、變頻器、排濕口調(diào)節(jié)閥等組成。工作前設(shè)置箱體內(nèi)最大濕度值和不同溫度段的排濕風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，在運(yùn)行過(guò)程中控制系統(tǒng)根據(jù)濕度傳感器的實(shí)時(shí)值自動(dòng)控制變頻器和排濕風(fēng)機(jī)，使箱內(nèi)濕度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)。排濕時(shí)由進(jìn)氣口補(bǔ)充空氣，排氣量可由調(diào)節(jié)閥控制。

2.5 控制系統(tǒng)

2.5.1 系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)控制整個(gè)干熱裝備的運(yùn)行，主要由PLC控制器、溫度傳感器、濕度傳感器、液晶觸摸顯示屏、控制軟件和相關(guān)器件及連接線(xiàn)路組成(圖5)。溫度傳感器、濕度傳感器各布置1只，位于箱體內(nèi)合適位置?？刂栖浖鶕?jù)用戶(hù)設(shè)定的干熱溫度—時(shí)間控制曲線(xiàn)、濕度和運(yùn)行速度等參數(shù)，采集各個(gè)傳感器的數(shù)值，分析數(shù)據(jù)并生成控制命令，分別控制循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱器和排濕裝置。

圖5 控制系統(tǒng)組成圖Fig.5 Composition diagram of control system

采用PLC自控系統(tǒng)，溫度信號(hào)由傳感器采集得到，與設(shè)定值進(jìn)行比較得到PID控制信號(hào)，同時(shí)PLC輸出控制信號(hào)給周波控制器，控制固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通，固態(tài)繼電器再控制加熱器加熱，使箱體處于升溫除濕階段。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC輸出控制信號(hào)給時(shí)間繼電器，使其開(kāi)始保溫計(jì)時(shí)。通過(guò)PID控制電加熱不斷啟閉，箱體處于熱風(fēng)循環(huán)保溫滅菌階段。當(dāng)保溫滅菌時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，時(shí)間繼電器輸出信號(hào)給PLC，PLC輸出關(guān)閉電加熱，滅菌周期程序結(jié)束。

配置濕度傳感器，排濕風(fēng)機(jī)由變頻器控制，根據(jù)每個(gè)溫度段的濕度值自動(dòng)變頻排濕，保證空間內(nèi)維持適宜的濕度。

2.5.2 控制流程

典型的干熱處理溫度—時(shí)間曲線(xiàn)如圖6所示?？刂屏鞒倘鐖D7所示。

圖6 干熱處理溫度—時(shí)間曲線(xiàn)Fig.6 Temperature-time curve of dry heat treatment

圖7 控制流程圖Fig.7 Control flow chart

按干熱工藝的需求制定控制流程，具體為：設(shè)備上電后，打開(kāi)PLC控制器、觸摸屏、傳感器等設(shè)備及程序初始化，用戶(hù)根據(jù)權(quán)限進(jìn)行登錄，系統(tǒng)顯示主菜單，用戶(hù)進(jìn)行干熱工藝參數(shù)設(shè)置，需確定干熱時(shí)升溫和降溫的溫度段N，再對(duì)每個(gè)溫度段設(shè)定溫度值、保溫時(shí)間和最大濕度值，還可設(shè)定每段溫度加熱時(shí)的電加熱管的加熱功率占比，排濕時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)間，恒溫和降溫時(shí)的排濕風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，達(dá)到精細(xì)控制，減少溫度波動(dòng)。參數(shù)設(shè)置好后存儲(chǔ)，作為工藝配方，方便以后調(diào)用。用戶(hù)確認(rèn)運(yùn)行后，系統(tǒng)根據(jù)溫度、濕度反饋值控制循環(huán)風(fēng)機(jī)、電加熱管和排濕風(fēng)機(jī)運(yùn)行，當(dāng)前溫度段n的溫度達(dá)到時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入恒溫狀態(tài)，控制系統(tǒng)保持當(dāng)前溫度恒定、濕度不超過(guò)設(shè)定值并計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定恒溫時(shí)長(zhǎng)時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)溫度段的運(yùn)行，直至所有溫度段N均運(yùn)行完成，系統(tǒng)關(guān)閉電加熱管、循環(huán)風(fēng)機(jī)、排濕風(fēng)機(jī)等設(shè)備，完成本次干熱處理。

2.5.3 軟件設(shè)計(jì)及界面

對(duì)干熱系統(tǒng)的控制，基本要求是保持干熱過(guò)程的穩(wěn)定性和均勻性，包括箱體內(nèi)空間點(diǎn)溫度的均勻和干熱過(guò)程中各時(shí)間點(diǎn)波動(dòng)小。干熱系統(tǒng)是典型的大慣性、高度非線(xiàn)性系統(tǒng)，用經(jīng)典控制理論很難有效處理這類(lèi)問(wèn)題[23-24]。控制系統(tǒng)采用PID自整定算法，根據(jù)工況自動(dòng)調(diào)節(jié)PID參數(shù)，能適應(yīng)不同溫度范圍、不同種子重量的干熱處理；溫度傳感器，實(shí)時(shí)顯示溫度值，可控制空間溫度均勻性；根據(jù)功能需求和算法對(duì)軟件進(jìn)行了編制和完善，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的界面。軟件支持10種物料處理程序存儲(chǔ)，每種物料可設(shè)置16段處理溫度，可滿(mǎn)足干熱處理工藝的要求，并能存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示溫控曲線(xiàn)。

本系統(tǒng)共分系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)操作、系統(tǒng)報(bào)警、溫度曲線(xiàn)、濕度曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)設(shè)定、退出登錄等8個(gè)模塊，完成用戶(hù)登錄、參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。主要界面見(jiàn)圖8～圖11。

圖8 主菜單界面Fig.8 Main menu interface

圖9 參數(shù)設(shè)置界面Fig.9 Parameter setting interface

圖10 運(yùn)行監(jiān)控界面Fig.10 Operation monitoring interface

圖11 溫度曲線(xiàn)界面Fig.11 Temperature curve interface

3 性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件與材料

對(duì)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)響應(yīng)情況、均勻度和波動(dòng)度等性能進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)試，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所植保試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)材料為GR-50型干熱裝備和MIK-R9600型多點(diǎn)溫度檢測(cè)儀，可以自動(dòng)連續(xù)記錄各測(cè)試點(diǎn)溫度值。測(cè)試所用種子為玉米，含水量為12%～15%，室溫23 ℃～32 ℃。

3.2 溫度—時(shí)間響應(yīng)測(cè)試

溫度—時(shí)間響應(yīng)情況是干熱處理重要性能，通過(guò)測(cè)試可檢驗(yàn)裝備能否按要求執(zhí)行，并得出響應(yīng)精度。

測(cè)試過(guò)程和方法：試驗(yàn)前在箱體的幾何中心點(diǎn)布置1只溫度傳感器，并設(shè)置干熱工藝溫度為44 ℃(200 min)→65 ℃(300 min)→86 ℃(300 min)→54 ℃(200 min)→常溫，采用自動(dòng)工作模式。設(shè)置好后，啟動(dòng)程序，控制系統(tǒng)按設(shè)定的溫度和時(shí)間控制各部件運(yùn)行。通過(guò)溫度記錄儀每隔1 min記錄1次溫度值。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，繪制的溫度變化曲線(xiàn)如圖12所示。

圖12 干熱處理溫度—時(shí)間測(cè)試響應(yīng)曲線(xiàn)Fig.12 Temperature-time test response curve of dry heat treatment

控制系統(tǒng)能按干熱工藝流程的控制要求執(zhí)行，每個(gè)溫度測(cè)試點(diǎn)的溫度超調(diào)量0.3 ℃～1.3 ℃，控制精度較高，恒溫時(shí)波動(dòng)小，升溫和降溫時(shí)反應(yīng)快。

3.3 溫度均勻度和波動(dòng)度測(cè)試

溫度均勻度和波動(dòng)度是干熱裝備最重要的參數(shù)指標(biāo)，決定了干熱效果，溫度過(guò)高會(huì)影響種子活性，過(guò)低使得殺菌效果不理想。

測(cè)試過(guò)程和方法：在箱體內(nèi)共布置9個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，箱體空間的幾何中心是中心點(diǎn)，作為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，其余8個(gè)測(cè)試點(diǎn)設(shè)在頂角和底層的四角附近。在空載狀態(tài)下，設(shè)定最高工作溫度(100 ℃)作為測(cè)試溫度，當(dāng)工作溫度達(dá)到100 ℃ 2 h后，每1 min依次記錄1次各測(cè)試點(diǎn)的溫度，30 min內(nèi)每點(diǎn)各測(cè)30個(gè)溫度值。所有測(cè)試點(diǎn)溫度值的平均值作為基準(zhǔn)值TB，溫度均勻度TU為各測(cè)試點(diǎn)的溫度平均值TAj與基準(zhǔn)值之差的最大絕對(duì)值。溫度波動(dòng)度TV為幾何中心點(diǎn)溫度TC最大值與最小值之差的一半。各測(cè)試值的計(jì)算見(jiàn)式(2)～式(5)。

(2)

(3)

TU=MAX(|TB-TAj|)

(4)

TV=[MAX(TCi)-MIN(TCi)]/2

(5)

式中：Tji——各測(cè)試點(diǎn)的平均值，℃；

j——工作腔空間布置的測(cè)試點(diǎn)，共9個(gè)點(diǎn)；

i——每1 min依次測(cè)量1次各測(cè)試點(diǎn)溫度，共30次；

TCi——幾何中心點(diǎn)溫度，測(cè)試30次。

測(cè)試時(shí)先升溫至100 ℃，并保溫2 h，通過(guò)9個(gè)溫度傳感器，每隔1 min記錄1次，連續(xù)記錄30個(gè)溫度值。測(cè)試點(diǎn)1～4位于箱體頂角，測(cè)試點(diǎn)5為箱體中心點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)6～9位于箱體底層。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 各點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 Test values of each point ℃

根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算基準(zhǔn)值TB=100.13 ℃，各點(diǎn)平均值及與基準(zhǔn)值之差的絕對(duì)值如表3所示。

表3 各點(diǎn)計(jì)算值Tab.3 Calculated values of each point ℃

通過(guò)表3中的數(shù)據(jù)和式(4)可得到溫度均勻度為1.34 ℃，達(dá)到了小于2 ℃的要求。

中心點(diǎn)溫度最大值為100.8 ℃，最小值為100.5 ℃，由式(5)可得到溫度波動(dòng)度為0.15 ℃，達(dá)到了小于0.5 ℃的要求。

4 結(jié)論

1)針對(duì)種子干熱處理缺乏專(zhuān)用裝備的現(xiàn)狀，構(gòu)建了由箱體、托盤(pán)車(chē)、加熱系統(tǒng)、排濕降溫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成的種子干熱處理裝備，電加熱功率9 kW，循環(huán)風(fēng)機(jī)功率0.75 kW，風(fēng)量3 000 m3/h，干熱溫度范圍30 ℃～100 ℃，每批次處理重量大于50 kg。該裝備通過(guò)PLC控制器和軟件根據(jù)干熱溫度—時(shí)間曲線(xiàn)對(duì)箱體內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行控制，每次處理可設(shè)置16段溫度，并可存儲(chǔ)10種處理工藝。

2)對(duì)裝備的性能進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明：能按設(shè)置的干熱工藝曲線(xiàn)運(yùn)行，溫度均勻度為1.34 ℃，溫度波動(dòng)度為0.15 ℃，滿(mǎn)足干熱的性能要求。

3)本處理裝備處理種子溫度一致、溫度控制準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單，可廣泛用于各種蔬菜、瓜果等高附加值種子的滅菌處理，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。