棉花含水率是收購和加工環節的一個重要參數，電容法是檢測棉花含水率的有效手段。為了給棉花含水率的在線檢測儀器開發提供基礎數據，利用單因素試驗研究的方法，研究得到了不同的測試頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數的影響規律及影響顯著性。分析表明： 所有試驗因素對介電常數的影響均高度顯著，并得到了在特定條件下含水率與介電常數的線性回歸方程。研究可為開發在線的高精度籽棉含水率檢測儀器提供理論基礎。

　　引言

　　在籽棉的收購和加工環節，含水率( 回潮率) 是一個重要檢測參數，為了準確采集棉花回潮率值，目前應用最為廣泛的是電容法和電阻法。目前，國內外有許多學者研究農產品、果蔬等物料介電常數與含水率及其它因素之間的關系。郭文川、張立彬等專家學者應用農業物料的電學特性在無損檢測果品鑒別等研究方面做了大量的工作。

　　影響介電常數的因素較多，主要包括測試條件和籽棉自身特性。測試條件主要包括測試信號( 頻率和電壓)和測試環境( 環境溫度和濕度)；籽棉自身特性主要是包括籽棉的含水率、容積密度及種類等。由于實驗條件等其它因素限制，本文擬研究不同的測試頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數影響。

　　1、材料和方法

　　1.1、實驗臺介紹

　　圖1 所示為本實驗用測試實驗臺簡圖。由于本測量裝置在測量過程中信號極易受到靜電和電磁干擾，影響測量數據的準確性，因此利用屏蔽箱接地的方法將干擾信號屏蔽。本裝置中，上、下平行極板為長方形，材料采用黃銅，外型尺寸為200mm × 150mm× 2mm。檢測儀器采用同惠TH2810B LCR 數字電橋測試儀。

圖1 試驗臺簡圖

　　1.2、實驗方案

　　實驗主要利用單因素實驗的方法，分別研究測試頻率、測試電壓值、籽棉容積密度及籽棉含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數的影響，利用Excel和Minitab15.0 進行數據處理。

　　1)籽棉回潮率控制：本文利用超聲波加濕器對棉花進行加濕以調制出不同濕度的籽棉。

　　2)含水率測量：嚴格按照GB /T6102.1-2006 原棉回潮率試驗方法—烘箱法。

　　3)籽棉容積密度控制：將上下極板尺寸、間距固定，通過調整棉花質量的方法來控制籽棉容積密度。

　　4)介電常數檢測方法：利用平行板電容的方法檢測籽棉的介電常數。其原理可通過圖1 所示平板電容器加以解釋。本文忽略了邊緣效應，平板電容器的電容可表達為

　　其中，A 為極板面積，m²；ε0為真空介電常數，ε0 =1；ε 為不同回潮率籽棉介電常數；δ 為兩極板間距離。由式(1)可知，改變A、ε0、δ 的任一參數，都能引起電容值的變化。本文將極板間距固定在δ = 35mm，平行板外形長寬為0.2m × 0.15m 銅板，則A = 0.03m²。籽棉介電常數為

　　1.3、實驗材料

　　1)籽棉型號：新中陸37，中早熟陸地棉，廣泛種植于新疆生產建設兵團農一師墾區。

　　2)環境條件：測試溫度21.2℃，室內濕度28%。

　　3)測試地點：新疆阿拉爾市塔里木大學工科樓實驗室。

　　4、結論

　　1)實驗研究得到了測量頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉介電常數的影響規律。

　　2)通過方差分析發現，測量頻率、測量電壓、容積密度、含水率對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數的影響均為高度顯著。

　　3)通過線性回歸分析，得到了在特定測量和環境條件下含水率與機采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介電常數之間的回歸方程。