Ballenfeuchtigkeit in Echtzeit messen

Die Kenntnis der Futterfeuchte in Echtzeit ist entscheidend für die Entscheidung, ob und wie viel Konservierungsmittel verwendet werden soll, wie viel Dampf zu sehr trockenem Heu hinzugefügt werden soll und um die Auswirkungen auf die Futterqualität vorherzusagen. Kontinuierliche Feuchtigkeitsproben in Echtzeit bieten die Vorteile einer robusten Probenahme mit vielen Punkten und großen Heu- oder Futtermengen.

Die meisten Gerätehersteller messen den Feuchtigkeitsgehalt im Heu während des Ballenpressens mit elektrischen Leitfähigkeitsmethoden. Nahinfrarotreflexionsspektroskopie (NIRS) und Mikrowellentransmissionsgeometrie sind alternative Verfahren. Schauen wir uns an, wie und zu welchem ​​Zweck in Großballenpressen die Futterfeuchte in Echtzeit ermittelt wird.

Elektrische Leitfähigkeit

An einer Heuballenpresse sind sternförmige Räder montiert, so dass Spitzen der sternförmigen Räder in Heu hineinragen, das zu Ballen gepresst wird und durch die Ballenpresse läuft. Bei rechteckigen Blockballen dringen die Spitzen vorzugsweise zwischen parallele Halme des in Ballenform gepressten Heus ein und werden durch das sich bewegende Heu rotierend angetrieben. Zwei 7-Zoll-Sternräder befinden sich direkt hinter den Knotern und haben eine nichtleitende Anordnung, die die beiden Sternräder elektrisch voneinander und vom Metallrahmen der Ballenpresse isoliert.

Die elektrische Leitfähigkeit wird von einem Rad über die Oberseite des Ballens zum anderen Rad gemessen. In dieser Position haben die Räder Kontakt mit 10 Prozent des Ballenmaterials. Während der Zuführmechanismus der Ballenpresse die in die Ballenkammer zugeführte Schwade mischt, sehen diese Räder eine gute Probe der zusammengesetzten Feuchtigkeit, die zu Ballen gepresst wird, einschließlich der Ober- und Unterseite, der Mitte und beiden Seiten der Schwade. Die Feuchtigkeit wird durch Kalibrierungen anhand der Leitfähigkeit zwischen den Rädern geschätzt, während die Ballenpressgeschwindigkeit anhand ihrer Umdrehungen überwacht wird.

Der Messwert kann andere Prozesse steuern, wie z. B. das Auftragen von Konservierungsmitteln, oder alternative Signale liefern, wie z. B. Ton oder eine visuelle Anzeige (z. B. ein Blinklicht). Die Messwerte sind zwischen 7 und 70 Prozent Feuchtigkeit genau. Reines Wasser ist ein Isolator und ist daher auf Ionen im Wasser angewiesen, um Elektrizität zu leiten. Diese Ionen stammen überwiegend aus den Mineralsalzen im Heu oder Futter, die variieren können.

NIRS-Analyse

Nahinfrarot-Reflexionsspektroskopie ist die Untersuchung der Absorption von Nahinfrarotlicht (Energie) durch Moleküle. In der Praxis strahlt der Sensor ein Infrarotlicht aus, während das Heu die Presskammer passiert, und misst das Licht, das von der Probe zurückreflektiert wird. Die Feuchtigkeit in der Probe absorbiert einen Teil des Lichts und daher wird weniger Licht zum Sensor zurückreflektiert. Die Messung der absorbierten Lichtmenge ermöglicht die Berechnung der Feuchtigkeitsmenge in der Probe.

Die NIRS-Methoden basieren auf aus der Laborchemie abgeleiteten Kalibrierungen, aber die NIRS-Analyse kann Feuchtigkeit und viele Nährwerte mit nur einem Scan schätzen. NIRS ist schnell, prognostiziert Feuchtigkeit jedoch nur unmittelbar von einem Oberflächenmaterial mit kleinem Durchmesser. Es wird stark von der Partikelgröße und Umgebungseinflüssen beeinflusst, daher ist seine Anpassung für die Anwendung in Ballenpressen nicht üblich. Die Aufrechterhaltung einer sauberen und kratzfesten Linse ist ein wichtiges Thema für das Echtzeit-NIRS.

Echtzeit-NIR ist am nützlichsten, wenn Proben verwendet werden, die weder getrocknet noch gemahlen sind, und hat das Potenzial, Feuchtigkeit mit angemessener Genauigkeit zu messen; Es kann auch Veränderungen in anderen Nährstoffen wie Protein und Ballaststoffen erkennen. Da der Feuchtigkeitspeak in den NIR-Spektren dominant ist, ist er ein ziemlich einfach zu messender Wert.

Mikrowellenmessung

Richard Kelly, Vomax Instrumentation in Australien, ist der Entwickler dieser landwirtschaftlichen Technologie. Obwohl es mehrere Mikrowellen-Senderprodukte aus der Industrie gibt, kenne ich nur zwei Quellen von Instrumenten mit Kalibrierungen für Heu:Vonax Instrumentation (Gazeeka) und DSE aus Dänemark, verkauft von Harvest Tec in den USA.

Wie werden Mikrowellen zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts verwendet? Kelly erklärt:

„Das Messen der Feuchtigkeit auf einer Heuballenpresse mit Mikrowellen erfordert eine Antenne, um die Mikrowellen zu emittieren, die typischerweise im nicht lizenzierten Band von 2,4 Gigahertz Industrial, Scientific, Medical (ISM) liegen. Die Dielektrizitätskonstante ist die Fähigkeit eines Materials, Energie in kurzer Zeit zu speichern. Vomax führte Experimente an sehr trockenen Heuballen durch, einschließlich der Lufträume in den großen Quaderballen, und ermittelte ein typisches Dielektrikum von etwa 2.

„Im Gegensatz dazu hat Wasser ein Dielektrikum von 80. Der Grund dafür, dass das Dielektrikum von Wasser (80) so hoch ist, liegt darin, dass die Wassermoleküle bipolar sind und daher viel leichter durch elektromagnetische Wellen „erregt“ werden als die überwiegende Mehrheit der üblicherweise vorkommenden Materialien, die nicht bipolar sind (wie die Nichtwassermoleküle im Heu). Je höher das Dielektrikum, desto mehr Mikrowellenenergie wird absorbiert und desto langsamer bewegen sich die Mikrowellen durch das Material.

„Luft wird als Referenzdielektrikum von 1 verwendet. Zuerst wird der Luftmesswert vom Mikrowellensignal subtrahiert (tariert), sodass der verbleibende Mikrowellenmesswert nur die Änderung des Mikrowellensignals ist, die allein durch den Heuballen verursacht wird. Die Mikrowellenwerte nur für den Ballen werden dann in einen mathematischen Algorithmus eingegeben, der die Mikrowellenmesswerte des Ballens in einen Feuchtigkeitswert umwandelt. Dieser Vorgang wird typischerweise 50 Mal pro Sekunde für fünf Sekunden durchgeführt, dann wird der Durchschnitt all dieser Werte gespeichert und kann dem Bediener der Ballenpresse angezeigt werden.

„Der Mikrowellen-zu-Feuchtigkeits-Algorithmus stammt aus jahrelanger Messung vieler Mikrowellenmessungen in Heuballen, der anschließenden Entnahme vieler Kernproben aus denselben Ballen und deren Analyse auf Feuchtigkeitsgehalt im Labor. Anschließend wird eine Regressionsanalyse durchgeführt, bei der die Mikrowellenmesswerte mit den Laborergebnissen verglichen werden, um den Kalibrierungsalgorithmus zu bestimmen. Kurz gesagt messen wir die Menge an Wassermolekülen im Heu im Vergleich zu einem Luftmesswert von im Wesentlichen 0 Prozent Feuchtigkeit.

„Elektromagnetische Wellen mit sehr niedriger Energie/hoher Frequenz werden zwischen zwei Antennen übertragen, die in einer berührungslosen Konfiguration angeordnet sind, um den Betrieb zu erleichtern. Die Messfläche beträgt etwa einen Quadratfuß quer durch den Ballen bei Leistungspegeln, die unter den für Mobiltelefone festgelegten Standards liegen.“

Standort des Feuchtigkeitsgeräts

Jeff Roberts von Harvest Tec Inc. hat mit DSE Test Solutions aus Dänemark zusammengearbeitet, um Mikrowellensensoren im Vorkompressionsbereich der Ballenpresse zu platzieren, um die Verzögerungszeit zwischen der Feuchtigkeitsmessung und der Aufnahme der Ballenpresse zu reduzieren. Dies kann besonders nützlich sein, wenn die Feuchtigkeitsmesswerte verwendet werden, um die Anwendung von Konservierungsmitteln unter sehr variablen Feldbedingungen zu steuern. Mir sind jedoch keine Studien bekannt, die die Genauigkeit der Mikrowelle an diesem Ort mit wahrscheinlich variableren Parametern bewerten.

Peder Lomborg, CEO von DSE, sagt:„Seit 1996 messen wir die Feuchtigkeit von Ballen in vielen Biomasse-Verarbeitungsanlagen in Europa. Es war eine echte Herausforderung, die Mikrowellenmessung in der Vorkompressionskammer und die Zusammenarbeit zwischen den Ingenieuren zum Laufen zu bringen von Harvest Tec und DSE Test Solutions wurde engagiert und seriös durchgeführt. 2017 werden nun erstmals Mikrowellensensoren zur Montage in der Vorverdichtungskammer auf dem Markt erhältlich sein.“

Methodenübersicht

Wählen Sie eine Methode aus, die den Zielen Ihres Betriebs entspricht. Jede Methode hat Vor- und Nachteile. Die Tabelle fasst die Attribute für jedes System zusammen.

Hersteller sollten abwägen, was sie von der Feuchtigkeitsüberwachung beim Ballenpressen erwarten. Selbst bei gleichmäßigem Heu gibt es in jeder Heuschwade, die in den Ballen gelegt wird, eine Feuchtigkeitsschwankung von mindestens 2 Prozent. Wenn der Erzeuger einfach nur zuschauen und sicherstellen möchte, dass nur sehr wenig Heu über 16 Prozent aufgeschüttet wird, um Hitzeschäden in seinen Stapeln zu vermeiden, wird ein Sensorsystem eingesetzt, das das gesamte Heu überwacht und diese Informationen während des Betriebs vor dem Erzeuger bereithält den Job erledigen.

Wenn ein Betrieb die meiste Zeit auf Konservierungsmittel angewiesen ist und erhebliche Feldschwankungen im Gelände aufweist, würden möglicherweise die in der Vorkompressionskammer befindlichen Mikrowellensensoren für ihre zusätzlichen Kosten aufkommen. Wenn das Heu gedämpft wird, sind die Mikrowellensensoren auf der Rückseite der Ballenrutsche die einzigen Sensoren, die genaue Messwerte liefern, sodass genug, aber nicht zu viel Dampf hinzugefügt wird.

Der nächste Schritt in der Online-Feuchtemessung in Heuballen ist die unabhängige Messung der gebundenen (Stamm-)Feuchte und der freien (Tau-)Feuchte.

Haftungsausschluss:Die genannten Produkte sind keine vollständige Liste, sondern einige der am häufigsten verwendeten Feuchtigkeitstester. Die Erwähnung eines Handelsnamens oder eines proprietären Produkts stellt keine Empfehlung dieses Produkts gegenüber ähnlichen Geräten anderer Hersteller dar.

Dieser Artikel erschien in der April/Mai-Ausgabe 2017 von Hay &Forage Grower auf Seite 18.

Kein Abonnent? Klicken Sie hier, um das gedruckte Magazin zu erhalten.