谷物干燥机械是实现谷物生产机械化的重要机具之一。谷物干燥机械化已经成为我国谷物生产全程机械化的瓶颈。目前,虽然已经有一些塔式干燥机械应用,但我国广大的农村却依然采用自然干燥法干燥谷物。究其原因还是其脱离中国国情。为了加速社会主义新农村建设,实现农业机械化,专家们提出了适合我国农村的平仓式谷物干燥机的设想,并开展广泛研究。但是,由于平仓式谷物干燥机工作原理和结构上的原因,无法采用传统的电容式谷物水分在线检测方法来在线测定谷物水分。所以,研究开发一种适用于平仓式谷物干燥机的新型的谷物水分在线检测方法已经成为一项摆在我们面前刻不容缓的任务。本文从匀强电场中谷物的电特性研究入手,深入地研究了谷物的带电方式和特点。结合谷物本身介于电介质与生命体之间这一特点,提出了谷物的带电方式有极化带电、摩擦带电和生命带电三种,并且通过试验探讨了他们的成因和机理。极化带电是由载流子的定向运动和偶极子的取向共同造成的。其贡献多寡与谷物的生命特征有关。当谷物水分较低时,谷物的生命特征较弱,可以作为电介质处理。这时偶极子的取向是极化带电的主要贡献者。而当谷物水分较高时,谷物的生命特征较强,应该作为生命体处理。这时浓差极化增强,载流子的定向运动成为极化带电的主要贡献者。摩擦带电是一种广泛存在的带电形式。它存在于谷物的相对运动中。虽然尚无摩擦带电的权威性成因解释,但是,通过试验,还是能够发现其中的规律。谷物的摩擦带电的电性与其和摩擦材料的介电常数有关。当谷物的介电常数大于摩擦材料的介电常数时,谷物带负电;而当谷物的介电常数小于摩擦材料的介电常数时,谷物则带正电。谷物摩擦电量的多少与两者介电常数的差有关。两摩擦材料介电常数的差越大,摩擦电量也就越多。生命带电是生命活动的表现形式之一。它是由于谷物生命活动中维持细胞膜内外物质交换的膜电势差所造成的,所以,生命带电与谷物的水分具有十分密切的相关关系。从安全水分开始,随着谷物水分的增加,生命带电量增大。在电特性应用方面,本文重点介绍了谷物清选分级和水分检测。谷物清选分级研究很多,但应用基本没有。对于谷物清选分级机研制,没有确定一个能够反映谷物分离程度的能够指导设计的参数。通过试验研究,本文提出以极化力和谷物质量组成的参数一极化力质比可以作为谷物清选分级机设计中的量化指标。试验结果表明,优劣谷物之间存在着极化力和极化力质比上的显著差异。本文测定了一些谷物的极化力质比。对于谷物水分检测,静态检测基本成熟,已经有了商品机型销售;而在线检测虽然已经应用在一些大型干燥机上,如塔式干燥机,但是,由于研究状态的不同以及修正措施上的滞后,导致了示值误差高达1.5%左右。更重要的是传统的基于电特性的谷物水分测量都是采用平行平板电容器的结构,这限制了它在许多干燥机上的应用,例如平仓式谷物干燥机。通过农业物料的电特性应用介绍,我们试图寻求一种新的谷物水分在线检测方法。本文从满足平仓式谷物干燥机结构需要出发,提出了基于非匀强电场的谷物水分在线检测方法。进行了非匀强电场中谷物电特性理论研究和大量的试验研究。同时设计并试验了共面水平电极谷物水分传感器及其测量系统。基于非匀强电场的谷物水分在线检测方法的理论核心是由双电轴组成的非匀强电场中谷物的电特性。参照匀强电场中谷物电特性,并根据平仓式谷物干燥机的工作特点,确定了测定频率、谷物水分、电极间距以及谷物层厚度等4个影响因素。为了方便研究,设计了由共面水平电极谷物水分传感器及其测量系统组成的专用测定装置。利用电介质物理学和生物物理学知识对非匀强电场中谷物电特性进行了理论研究。双电轴形成电场的等电位曲线为两族圆心互为反演的偏心圆族线。谷物表面极化电荷密度极值点出现在以电轴轴心为圆心的与谷物表面相切的圆的切点处。测定频率对谷物电特性影响与匀强电场中的具有显著的差异,其间不是对数关系,而是反比关系。作者利用声子和势能垒理论以及高分子结构学说,从微观结构上解释了其关系的成因,并且对试验结果进行了宏观拟合,拟合结果是相关性高度显著。当测定频率较高时,水稻品种间的电特性差异较小。谷物水分与电特性的关系也不是对数关系,而是3次多项式的关系。该结果是由极化、水分和非匀强电场三因素共同作用的动态平衡的结果。误差分析结果表明,其误差均小于1%。电极间距对谷物电特性的影响与谷物水分等因素有关。原则上是极间距越小,精度越高。但结合平仓式谷物干燥机的工作特点和试验结果,极间距应当适中。谷物层厚度对电特性的影响主要表现为接触压力和容重。共面水平电极因其电极在同一水平面而不存在接触压力差,容重的影响也是在高水分情况下才有。所以,谷物层厚度对电特性的影响在谷物层厚度小于50cm时可以忽略不计。根据平仓式谷物干燥机的工作特点,基于非匀强电场的谷物水分在线检测方法在测定频率为9000Hz,极间距为16mm条件下,谷物电特性与水分的关系最显著,效果也最佳。本文设计了由共面水平电极谷物水分传感器、高频电源、标准电阻和数据处理系统组成的基于非匀强电场的谷物水分在线检测装置。通过比较、选择,确定了最佳目标函数。以电极间谷物的电压降作为目标函数,它与水分的关系也是3次多项式。拟合误差在谷物水分小于23%时,低于2.6%。在安全水分处,误差在0.5%左右。能够满足平仓式谷物干燥机的工作要求。作者还对共面水平电极谷物水分传感器及其测量系统进行了干燥中谷物水分在线检测试验,并分析了试验误差。试验中采用了20912和徐稻3号两个水稻品种以及周麦15小麦品种。通过试验发现,谷物达到安全水分时,水稻的水分目标函数值无种间差异,但与小麦的水分目标函数值存在着不同。这有利于平仓式谷物干燥机水分在线检测的简化操作。