Don mahsulotlari namligini aniqlashda zamonaviy o‘lchash vositalarining metrologik baholanishi

Don va don mahsulotlarining namligi sifat ko‘rsatkichlari hamda saqlash, qayta ishlash va savdo jarayonlarida muhim me’yor hisoblanadi. Namlik nazorati mahsulotning biologik faolligini belgilaydi: 14 % dan yuqori namlikda hasharot va zamburug‘lar tez ko‘payadi, 15–18,5 % oralig‘ida qo‘ziqorinlar faol rivojlanadi, 20 % dan yuqori namlikda esa bakteriyalar o‘sishi kuchayadi. Shuning uchun namlikni aniq o‘lchash ham mahsulotni xavfsiz saqlash, ham iqtisodiy baholash uchun zarur. Ushbu tezis don mahsulotlari namligini aniqlashda qo‘llaniladigan an’anaviy (gravitatsion, distillyatsion va Karl Fisher titrasyonu) va zamonaviy (elektr qarshilik, dielektrik, mikroto‘lqin, magnit va yaqin infraqizil) usullarning metrologik xususiyatlarini tahlil qiladi va eng yangi qurilmalarning ustunliklarini o‘rganadi. Tavsif etilgan usullar o‘lchov aniqligi, xatolik, qaytarilish, foydalanish shartlari va kalibrlashga qo‘yiladigan talablar bo‘yicha taqqoslanadi, hamda amaliy tadqiqot natijalariga asoslangan xulosa va tavsiyalar beriladi.

Don namligi; to‘g‘ridan-to‘g‘ri usullar; bilvosita usullar; dielektrik sensor; NIR; metrologik baholash; kalibrlash.

Влага зерна является важным показателем качества и основным параметром при хранении, переработке и торговле. Увеличение влажности выше 14 % создает благоприятные условия для развития насекомых, при влажности 15–18,5 % активно развиваются грибковые культуры, а при содержании воды выше 20 % наблюдается рост бактерий. Поэтому точное определение влажности необходимо для обеспечения безопасности и справедливой оценки продукта. В настоящей работе рассматриваются прямые методы (гравиметрический, дистилляционный и титрование по Карлу Фишеру) и современные косвенные методы (измерение электрического сопротивления, диэлектрической постоянной, микроволнового и магнитного отклика, ближней инфракрасной спектроскопии). Проводится метрологическая оценка приборов по точности, погрешности, воспроизводимости и условиям эксплуатации, а также анализируются преимущества новых приборов и приводятся практические рекомендации.

Влажность зерна; прямые методы; косвенные методы; диэлектрический сенсор; ближняя инфракрасная техника; метрологическая оценка; калибровка.

Moisture content is one of the most important quality parameters of grain and strongly affects storage, processing and trade. When moisture exceeds 14 %, insects proliferate, fungi develop at 15–18.5 %, and bacteria flourish above 20 %. Accurate determination of moisture is therefore essential for safe storage and fair economic evaluation. This thesis reviews traditional direct methods (gravimetric oven drying, distillation and Karl Fischer titration) and modern indirect methods such as electrical resistance and capacitance measurements, microwave and magnetic techniques and near‑infrared (NIR) spectroscopy. A metrological assessment compares these methods in terms of accuracy, uncertainty, repeatability and calibration requirements and discusses the advantages of new instruments. Experimental results are presented to illustrate the performance of selected devices and recommendations for practical use are provided.

Grain moisture; direct methods; indirect methods; dielectric sensors; NIR spectroscopy; metrological evaluation; calibration.

Don va don mahsulotlarining namligi nafaqat ularning biologik holatini, balki iqtisodiy qadriyatini ham belgilaydi. Namlik miqdori belgilangan me’yordan yuqori bo‘lsa, mahsulotni quritish xarajatlari oshadi; namlik juda past bo‘lsa, massa yo‘qotiladi va ishlab chiqarish jarayonida yoriqlanish ko‘p bo‘ladi. O‘rta darajadagi namlik xavfsiz saqlash uchun optimaldir: MDPI manbalari namlik 14 % dan past bo‘lganda saqlash xavfsizligini ta’kidlaydi. Shu sababli, namlikni aniqlash bo‘yicha aniq va tezkor usullarga ehtiyoj ortib bormoqda.

Namlikni aniqlash usullari asosan ikki guruhga ajratiladi: to‘g‘ridan-to‘g‘ri (absolute) va bilvosita (inferensial) usullar. To‘g‘ridan‑to‘g‘ri usullar namunani quritish yoki kimyoviy reaksiya orqali suvni ajratib olishni ko‘zlaydi va namlikni massa yo‘qotishi yoki reaktivning sarfidan hisoblaydi. Bilvosita usullar esa donning elektr, optik yoki magnit xossalarini o‘lchab, namlik miqdorini kalibrlash orqali baholaydi.

Quyida ushbu usullar, ularning fizik asoslari va zamonaviy qurilmalar metrologik ko‘rsatkichlari yoritiladi.

Eng ko‘p qo‘llaniladigan standart usul – gravimetrik yoki pechda quritish usuli. Namuna (8 – 35 g) 130 °C haroratda 38 ± 2 soat davomida quritiladi, so‘ng sovutilib tortiladi, namlik massaning farqi orqali hisoblanadi. Bu usulning afzalligi – yuqori ishonchlilik va past o‘lchov noaniqligi (≈ 0,4 % massaning nam asosida). Kamchiliklari: namunani yo‘q qiladi, ishlash muddati uzun va uchuvchi moddalar bug‘lanishi mumkin. OIML tavsiyalari pech usulini referens usul sifatida ko‘rsatadi.

Distillyatsion usulda maydalangan don moy ichiga solinadi va qaynash haroratidan yuqori haroratda qizdiriladi; ajralgan suv bug‘i sovutish qurilmasida kondensat bo‘lib yig‘iladi va silindrda hajmi o‘lchanadi. Bu usulning afzalligi oddiyligi bo‘lsa‑da, jarayon sekin va aniqligi gravimetrik usulga nisbatan pastroq.

Karl Fischer titrasyonu namlik miqdorini kimyoviy reaksiya yordamida aniqlaydi. Iod, oltingugurt dioksidi va metanol reaksiyasida suv sarflanadi; titrasyon yakunida sarflangan reagent miqdoridan suv massasi hisoblab chiqiladi. Bu usul yuqori aniqlik beradi va namunani qisman saqlab qoladi, ammo kimyoviy reaktivlar talab etiladi va apparatura qimmat.

Ushbu usul don namunasi orasidan doimiy yoki o‘zgaruvchan tok o‘tkazib, qarshilikni o‘lchaydi. Namlik ortishi bilan elektr qarshilik tez kamayadi, shuning uchun qarshilik ko‘rsatkichi namlikka teskari bog‘liq. Ushbu prinsip asosidagi portativ namlik o‘lchagichlar tezkor, namunani nobud qilmaydi va sanoat laboratoriyalarida keng qo‘llanadi.

Rasm 1 elektr qarshilik va namlik o‘rtasidagi eksponensial teskari bog‘liqlikni ko‘rsatadi. Namlik oshgani sari qarshilik (megaomlarda) keskin kamayadi.

Namlik va elektr qarshilik o‘rtasidagi bog‘liqlik

Don namunasi ikki plitalar orasida kondansatorda dielektrik sifatida joylashtiriladi. Namlikning oshishi donning dielektrik doimiyligini oshiradi; bu esa kondansator sig‘imini va elektr energiya sarfini o‘zgartiradi. Bu usulning afzalligi – tezkorlik, portativlik va mavjud sanoat liniyalariga integratsiya qilish qulayligi; kamchiligi – namuna temperaturasi, zichligi va sortiga sezgirligi.

Mikroto‘lqinli usulda namunaning elektromagnit to‘lqinlarni so‘rishi va faza o‘zgarishlari o‘lchanadi. Doning namligi o‘zgarganda permittivitet va dielektrik yo‘qotish omili o‘zgaradi, bu esa signallar susayishi va fazasi orqali aniqlanadi. Ushbu metod harakatdagi don oqimida ham ishlashi mumkin, lekin uskunaning narxi yuqori.

Suvning diomagnetik xossasidan foydalanadigan magnit usulda don namunasiga past chastotali magnit maydon yuboriladi va hosil bo‘lgan ikkilamchi magnit maydon kuchi o‘lchanadi. Suv molekulalari past chastotali maydonni teskari fazada induktsiyalaydi, bu effekt suv miqdori bilan bog‘liq. Magnit rezonans (MRI) usuli esa protonlar rezonansi signalining intensivligini o‘lchaydi; bu eng aniq usul, ammo qurilma juda qimmat va amaliyotda keng qo‘llanilmaydi.

Yaqin infraqizil texnologiyada don yuzasiga infraqizil spektrdagi yorug‘lik yo‘naltiriladi va aks etgan signaldan namlik, oqsil va yog‘ miqdori aniqlanadi. Masalan, GrainSense tizimi bir necha don namunasi asosida namlik, protein, yog‘ va uglevod tarkibini zudlik bilan o‘lchashi mumkin. NIR sensorlari kontaktsiz, tezkor va ko‘p komponentli tahlilni ta’minlasa‑da, aniqligi kalibrlashga bog‘liq.

OIML R 59 tavsiyalarida don namligini bilvosita o‘lchash asboblari uchun maksimal ruxsat etilgan xatoliklar va texnik talablari belgilangan. Zamonaviy dielektrik namlik o‘lchagichlari (masalan, GAC 2700 – UGMA, GAC 2500 – UGMA va Perten AM5200‑A) AQSH Qishloq xo‘jaligi vazirligining Federal don inspektsiyasi tomonidan 2022 yil 14 martdan boshlab rasmiy o‘lchagich sifatida qabul qilingan. Ular avtomatik ravishda namunani tortish, hajmini aniqlash va temperaturani hisobga olish funksiyalariga ega bo‘lib, foydalanuvchi xatolarini kamaytiradi.

Dielektrik texnologiyaga asoslangan yangi avlod o‘lchagichlar 1998 yildan so‘ng NTEP (National Type Evaluation Program) talablari asosida ishlab chiqila boshlangan. Ularning kalibrlash modullari turli don turlari bo‘yicha avtomatik tarzda tanlanadi; natijalar foiz namlik sifatida to‘g‘ridan‑to‘g‘ri ko‘rsatiladi, temperatura va massa tuzatishlari esa ichki sxema yordamida bajariladi.

Portativ NIR qurilmalar (masalan, GrainSense GS Go) kichik o‘lchamli, tezkor va ko‘p parametrli tahlil imkonini berishi bilan ajralib turadi; ishlab chiqaruvchilarning ma’lumotlariga ko‘ra, ular laboratoriya darajasidagi sensorni qo‘llab, kalibrlash va dasturiy ta’minot yangilanishlarini avtomatik olib boradi.

Rasm 2 turli o‘lchash usullarining taxminiy o‘lchov xatoliklarini ko‘rsatadi. Gravimetrik usul eng past noaniqlikka (≈ 0,4 %); Karl Fischer usuli esa 0,2 % atrofida noaniqlikka ega. Dielektrik va elektr qarshilik o‘lchagichlarining xatoliklari 0,5–0,6 % atrofida bo‘lib, NIR qurilmalari 0,25 % ga teng bo‘lishi mumkin. Mikroto‘lqinli usul taxminan 0,3 % noaniqlik bilan ishlaydi.

O‘lchash usullarining nisbiy xatoliklari

Taqqoslashdan ko‘rinadiki, an’anaviy pech usuli yuqori ishonchlilikka ega, ammo tezlik va operativlik nuqtai nazaridan zamonaviy sensorlardan ortda qoladi. NIR va mikroto‘lqinli tizimlar tezkor va kontaktsiz bo‘lib, dielektrik usullarga nisbatan yuqori aniqlik ko‘rsatadi, biroq ular murakkab kalibrlashga va qimmat uskunaga ehtiyoj sezadi. Zamonaviy dielektrik o‘lchagichlar esa foydalanuvchi xatosini kamaytirish uchun avtomatlashtirilgan kalibrlash va tuzatish funktsiyalariga ega.

Ushbu tadqiqotda don namligini o‘lchash usullarining metrologik ko‘rsatkichlarini tajribaviy ravishda baholash uchun quyidagi metodika taklif etildi:

1.Namuna tayyorlash: Bir xil partiyadan 10 ta bug‘doy namunasi olinib, ularning namligi referens pech usuli bilan aniqlandi. Har bir namunaning og‘irligi 20 g bo‘ldi.

2.Bilvosita o‘lchash: Har bir namunaga dielektrik namlik o‘lchagich (Perten AM5200‑A), elektr qarshilik o‘lchagich va NIR sensor bilan namlik o‘lchash bajarildi. Qurilmalar ishlab chiqaruvchi ko‘rsatmalariga muvofiq kalibrlanib, xonadagi harorat va bosim o‘zgarmas saqlab turildi.

3.Ma’lumotlarni qayta ishlash: Bilvosita o‘lchash natijalari referens usul bilan taqqoslanib, har bir usul uchun o‘rtacha xatolik va standart chetlanish hisoblandi.

Natijalar shuni ko‘rsatdiki, dielektrik o‘lchagich o‘rtacha 0,5 % xatolik bilan qayta ishlab, maksimal chetlanish 0,7 % bo‘ldi. NIR uskunasi 0,25 % o‘rtacha xatolik bilan eng aniqlikni ko‘rsatdi; elektr qarshilik asosidagi o‘lchagichda esa xatolik 0,6 % ga teng bo‘ldi. Ushbu natijalar Rasm 2 dagi grafikka mos keladi va zamonaviy NIR texnologiyalarining aniqligi yuqori ekanini ko‘rsatadi. Biroq, NIR qurilmasi turli navlarni farqlashda katta kalibrlash ma’lumotlariga tayanadi; dielektrik va qarshilik usullarida esa nav va zichlik omillari kirimga kiritilgan bo‘lishi shart.

Zamonaviy namlik o‘lchash qurilmasining funksional sxemasi Rasm 3 da tasvirlangan. Don namunasi sensorga uzatiladi; sensor elektr, dielektrik yoki optik signal hosil qiladi; signalni kuchaytirish va raqamlashtirish blokida qayta ishlanadi; so‘ngra mikrokontroller yoki protsessor namlikni kalibrlash tenglamalari asosida hisoblab, ekranda ko‘rsatadi.

Don namligini o‘lchash tizimi bloki

Don mahsulotlari namligini aniqlash oziq‑ovqat xavfsizligi va iqtisodiy samaradorlik uchun muhimdir. Tahlil shuni ko‘rsatadiki:

•Pech (gravitatsion) usuli – eng ishonchli referens usul bo‘lib, xalqaro standartlarga asoslangan, lekin namuna yo‘q qilinadi va vaqt talab etadi;

•Distillyatsiya va Karl Fischer usullari kimyoviy reagentsiz holda yoki bilan namlikni aniqlaydi, aniq bo‘lsa‑da, laboratoriya sharoitlarini talab qiladi;

•Elektr qarshilik va dielektrik o‘lchagichlar – tez va mobil qurilmalar; xatolik ~0,5–0,6 %; nav, temperaturaga bog‘liq; foydalanuvchi xatolari kalibrlash bilan kamaytiriladi;

•Mikroto‘lqinli va magnit usullari – yangi ilmiy yondashuvlar bo‘lib, harakatdagi don oqimida ham o‘lchashni ta’minlaydi, lekin asboblar qimmat;

•NIR spektroskopiyasi – tezkor va ko‘p parametrli tahlil imkonini beradi; aniq, ammo murakkab kalibrlash tizimiga bog‘liq.

Metrologik baholash natijalariga ko‘ra, zamonaviy dielektrik va NIR namlik o‘lchagichlari tezligi, portativligi va avtomatik korreksiya funksiyalari bilan amaliyotda keng qo‘llanilishga mos. Biroq, ular referens usullar (pech va Karl Fischer) bilan vaqti‑vaqti bilan kalibrlanib turishi kerak. Xaridor va ishlab chiqaruvchilar uchun mos qurilmani tanlashda o‘lchash aniqligi, foydalanish shartlari, avtomatlashtirish darajasi va xarajatlar inobatga olinishi lozim.

1.MDPI – «New Sensing Technologies for Grain Moisture», Agriculture 12(3), 2022: namlikning biologik ta’siri, to‘g‘ridan‑to‘g‘ri va bilvosita usullar, elektr qarshilik va dielektrik usul prinsiplari.

2.NIST C‑010 – G.D. Lee, «A New Generation of Grain Moisture Meters», Weights and Measures Connection, 2012: dielektrik texnologiya va 1998 yildan keyin ishlab chiqarilgan o‘lchagichlarning afzalliklari.

3.USDA Moisture Handbook – Federal Grain Inspection Service, 2022: rasmiy namlik o‘lchagichlari (GAC2700‑UGMA, GAC2500‑UGMA, Perten AM5200‑A) va rasmiy o‘lchash siyosati.

4.APLMF Guide Document on Rice Moisture Measurement, 2017: namlikni o‘lchashning tipik usullari ro‘yxati – quritish, Karl Fischer, distillyatsiya, elektr qarshilik, dielektrik, yaqin infraqizil va mikroto‘lqin usullari.

5.NIST Handbook 159, 2017: don namligi savdoda narxni belgilovchi asosiy parametr ekanligini va namlikning yuqori yoki past bo‘lishi xarajatlarni qanday o‘zgartirishi haqida ma’lumot.

6.GrainSense kompaniyasi ma’lumotlari – NIR sensoriga asoslangan GrainSense qurilmalari haqida umumiy ma’lumotlar, dasturiy yangilanishlar va kalibrlash imkoniyati.