本文介紹了糧倉CO2濃度自動監測係統在糧食儲藏工程中的應用，用紅外線氣體分析器監測糧倉CO2濃度精度高，性能可靠，能夠長期連續在線測量，為氣調糧庫的CO2濃度控製提供了有效途徑。而其中ＣＯ２自動監測係統是采用先進的檢測和自控技術實現糧倉CO2濃度的全自動測量和數據處理的係統。

 

該係統是實現氣調工藝、確保工藝濃度的關鍵
，其主要實現的功能為：糧倉CO2數據的實時自動采集、轉換和傳輸

，數據顯示、打印，數據的管理(包括數據記錄
、數據分析處理
、報警提示、預留數據通信等功)
，並具有手動和自動操作的切換功能，能實現係統參數的開放式設置與調整，便於升級更新、優化設置。

 

其係統原理圖如下：關鍵詞：糧食儲藏，CO2氣調糧庫
，紅外線氣體分析器1．概述糧食儲藏工程是集農業、生物
、建築、環境保護
、化工、儀器儀表
、計算機技術等多學科的一項係統工程
，隨著我國現代化建設的快速發展
，“綠色糧倉”的建設是當前糧食儲藏行業的一項重要課題。在糧食儲藏過程中，為了保證儲糧的品質質量，必須防止糧食中的儲糧害蟲、黴菌為害。

 

長期以來，我國通常采用磷化氫
、環氧乙烷等化學藥劑對糧食進行薰蒸來達到殺滅害蟲的目的。二氧化碳(CO2)氣調儲糧技術的研究早在1917年就進行了殺蟲試驗，40年代後由於廉價殺蟲劑的使用限製了它的發展
，爾後殺蟲劑的殘留、對環境的汙染
、對生態環境的破壞及害蟲抗藥性增加等問題日益引起人們的重視
，對天然綠色食品的需求，使CO2氣調儲糧方式又重新引起了人們的注意，美、日、俄、澳等經濟發達國家已逐步減少化學藥劑在儲糧上的使用
，向低溫
、氣調、物理與生物綜合防治的生態儲糧方向發展

，並在CO2氣調儲糧技術上進行了大量研究與試驗，並進行了成功應用，建立了商業化使用規範。

 

80年代初在澳大利亞就建設了40多億斤氣調倉

，最大一個倉容量就達6億斤。60年代以來，我國對CO2氣調儲藏技術也進行了大量探索，“六五”
、“七五”期間，成都糧科所利用國家攻關課題對此進行了係統全麵研究
，從CO2的殺蟲效果、對儲糧黴菌的抑製、對儲糧品質的作用
、氣調糧倉的建設等方麵進行了大量的研究與小型實倉試驗(100萬斤)
，獲得了理想的效果。在國家糧食局
、中儲糧總公司的重視下，在2000年的200億斤國家儲備糧庫建設中，於“中央儲備糧綿陽直屬庫”建設了我國第一座萬噸以上規模的CO2氣調儲糧示範庫。

 

經檢測，其工程建設達到優良工程，在國內處於領先水平，在國際上處於先進水平。成都糧科所在進行CO2氣調糧庫的設計中

，按照我國糧食倉儲發展的目標和要求中“六化”和“三高

、三低”標準(即：裝備現代化、信息網絡化
、管理科學化、經營集約化、監測儀器化和人才高素質化；高質量、高效益
、高營養

、低損耗
、低汙染
、低成本)對綿陽CO2氣調儲糧示範庫進行科學的設計的論證。對於糧倉CO2濃度自動監測這一氣調工程的重要環節，參照國際上的成功經驗，選用了能連續工作的GXH-3010D型(流程式)主動式不分光紅外線CO2分析儀
，通過在綿陽直屬庫氣調工程中近一年的長期運行
，獲得了成功應用，取得了實踐經驗2.CO2氣調庫簡介采用CO2氣調儲糧技術
，就是在密閉性能良好的倉房內充入CO2氣體以改變糧倉內氣體成分的組成，破壞害蟲及黴菌生態環境，抑製糧食生理呼吸，起到防蟲
、殺蟲、抑菌
、延緩糧食品質陳化的效果
，從而實現非藥劑、經濟、安全、環保
、保鮮儲糧的目的來進行糧食儲藏的方法。

 

ＣＯ２氣調儲糧工程建設中首次在糧庫中采用了大型供配氣係統進行集中供氣的方式，並采用了糧倉ＣＯ２濃度自動監測係統。其主要設施為ＣＯ２供氣係統

、ＣＯ２自動監測係統、智能通風控製係統及倉房安全裝置、背負式氧呼吸器等組成。如下圖所示：ＣＯ２氣調係統工藝流程示意圖而其中ＣＯ２自動監測係統是采用先進的檢測和自控技術實現糧倉CO2濃度的全自動測量和數據處理的係統。

 

該係統是實現氣調工藝、確保工藝濃度的關鍵，其主要實現的功能為：糧倉CO2數據的實時自動采集
、轉換和傳輸，數據顯示
、打印，數據的管理(包括數據記錄、數據分析處理
、報警提示、預留數據通信等功能)
，並具有手動和自動操作的切換功能，能實現係統參數的開放式設置與調整，便於升級更新
、優化設置。其係統原理圖如下：3.紅外線CO2分析器及氣體濾波相關技術CO2氣調庫的CO2濃度自動監測係統主要由取樣係統、紅外線CO2分析器及計算機遠程智能化控製三部分組成。其中紅外線CO2分析器的性能對整個監控係統的技術水平起到至關重要的作用。

 

由於CO2氣調庫的特殊性，要求測量CO2的量程很寬，為0-100%CO2而且分辯率為0.1%，同時要有良好的重現性。氣調庫每個工作周期約1個月，所以要求儀器長期穩定性要達到每周漂移小於±2%。為(wei)了(le)達(da)到(dao)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)快(kuai)，需(xu)要(yao)儀(yi)器(qi)內(nei)置(zhi)小(xiao)型(xing)抽(chou)氣(qi)泵(beng)，以(yi)達(da)到(dao)負(fu)壓(ya)主(zhu)動(dong)式(shi)取(qu)樣(yang)。一(yi)台(tai)儀(yi)器(qi)要(yao)對(dui)庫(ku)內(nei)多(duo)個(ge)采(cai)樣(yang)點(dian)進(jin)行(xing)循(xun)環(huan)采(cai)樣(yang)，最(zui)遠(yuan)的(de)采(cai)樣(yang)點(dian)管(guan)路(lu)長(chang)達(da)幾(ji)十(shi)米(mi)
，這(zhe)就(jiu)必(bi)須(xu)在(zai)取(qu)樣(yang)係(xi)統(tong)中(zhong)配(pei)備(bei)大(da)流(liu)量(liang)的(de)抽(chou)氣(qi)泵(beng)

，並(bing)由(you)計(ji)算(suan)機(ji)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)，切(qie)換(huan)取(qu)樣(yang)點(dian)及(ji)儀(yi)器(qi)與(yu)抽(chou)氣(qi)泵(beng)的(de)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)，並(bing)由(you)儀(yi)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)濃(nong)度(du)值(zhi)對(dui)庫(ku)內(nei)CO2濃度進行調整從而達到閉環控製的目的。紅外線氣體分析器能分析被測氣體是基於異原子分子在近紅外區有選擇性吸收的特點。

 

最早可以追溯到1938年(nian)德(de)國(guo)科(ke)學(xue)家(jia)盧(lu)福(fu)特(te)，他(ta)發(fa)明(ming)的(de)氣(qi)動(dong)式(shi)紅(hong)外(wai)線(xian)氣(qi)體(ti)分(fen)析(xi)器(qi)能(neng)分(fen)析(xi)被(bei)測(ce)氣(qi)體(ti)是(shi)基(ji)於(yu)異(yi)原(yuan)子(zi)分(fen)子(zi)在(zai)近(jin)紅(hong)外(wai)區(qu)有(you)選(xuan)擇(ze)性(xing)吸(xi)收(shou)的(de)特(te)點(dian)。異(yi)原(yuan)子(zi)分(fen)子(zi)的(de)原(yuan)子(zi)間(jian)存(cun)在(zai)振(zhen)動(dong)，所(suo)以(yi)當(dang)連(lian)續(xu)的(de)紅(hong)外(wai)能(neng)量(liang)照(zhao)射(she)到(dao)被(bei)測(ce)分(fen)子(zi)上(shang)時(shi)
，被(bei)測(ce)分(fen)子(zi)會(hui)吸(xi)收(shou)相(xiang)同(tong)波(bo)長(chang)的(de)能(neng)量(liang)而(er)使(shi)該(gai)波(bo)長(chang)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)衰(shuai)減(jian)

，所(suo)以(yi)紅(hong)外(wai)線(xian)分(fen)析(xi)器(qi)是(shi)由(you)異(yi)原(yuan)子(zi)分(fen)子(zi)間(jian)不(bu)同(tong)的(de)振(zhen)動(dong)波(bo)長(chang)來(lai)定(ding)性(xing)的(de)，非(fei)常(chang)準(zhun)確(que)。而(er)同(tong)原(yuan)子(zi)分(fen)子(zi)或(huo)單(dan)原(yuan)子(zi)分(fen)子(zi)不(bu)吸(xi)收(shou)紅(hong)外(wai)線(xian)能(neng)量(liang)
，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)以(yi)空(kong)氣(qi)為(wei)背(bei)景(jing)的(de)被(bei)測(ce)氣(qi)體(ti)，空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)N2或O2等對被測氣體不產生幹擾誤差。

 

對被測氣體的定量是基於比爾定律，即I=I0e-KCL。式中I0是原始能量，K是氣體吸收常數，L為介質(被測氣體)厚度，C為被測氣體濃度。所以當L(即氣室長度)被確定後，I隻與C有關
，即I=f(C)。通常稱I與L的乘積為光學深度。當光學深度等於1時，將比爾定律用泰勒級數展開忽略高次項後，I與C的關係可以近似為線性。具體到氣調庫所使用的紅外線CO2分析器，一個很重要的問題就是要解決如何保證0-100%量程內的線性度。因為當被測氣體濃度很高(接近飽和)時，要想保證光學深度接近1，就必須減小L，xiaodaogongjiandejiagongjihushibukenengde，jishijiagongchulai，yeyouyuqishifeichangzhaixiaoerchanshengqiangdadezuli
，erqiejiqingweidewuranjiuhuigaibianqishichangdueryingxiangzhongxianxing。

 

GXH-3010D型CO2分(fen)析(xi)器(qi)作(zuo)到(dao)了(le)在(zai)不(bu)犧(xi)牲(sheng)儀(yi)器(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)及(ji)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)保(bao)證(zheng)儀(yi)器(qi)的(de)線(xian)性(xing)度(du)
，主(zhu)要(yao)是(shi)采(cai)用(yong)了(le)國(guo)際(ji)上(shang)先(xian)進(jin)的(de)氣(qi)體(ti)濾(lv)波(bo)技(ji)術(shu)。在(zai)國(guo)外(wai)，紅(hong)外(wai)線(xian)氣(qi)體(ti)分(fen)析(xi)器(qi)采(cai)用(yong)氣(qi)體(ti)濾(lv)波(bo)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)有(you)幾(ji)十(shi)年(nian)曆(li)史(shi)了(le)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)查(zha)到(dao)20年前英國科學家的氣體濾波相關專利。華雲研究所的數名技術人員曾在1987年遠赴美國大西比公司引進了先進的氣體濾波相關(G、F、C)技術。

 

大西比公司的相關紅外至今在我國環保領域仍占主流地位。華雲研究所研製的GXH-3011係列相關CO分析儀自92年投放市場至今
，在衛生防疫部門仍占90%以上的市場份額。儀器的長期穩定性也是一個重要指標
，CO2氣(qi)調(tiao)庫(ku)的(de)特(te)殊(shu)性(xing)不(bu)允(yun)許(xu)經(jing)常(chang)到(dao)現(xian)場(chang)去(qu)調(tiao)整(zheng)儀(yi)器(qi)的(de)零(ling)點(dian)，所(suo)以(yi)至(zhi)少(shao)要(yao)保(bao)證(zheng)儀(yi)器(qi)一(yi)周(zhou)的(de)零(ling)點(dian)漂(piao)移(yi)不(bu)大(da)於(yu)百(bai)分(fen)之(zhi)二(er)
，因(yin)此(ci)儀(yi)器(qi)必(bi)須(xu)整(zheng)機(ji)恒(heng)溫(wen)
，並(bing)做(zuo)到(dao)外(wai)界(jie)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)幾(ji)十(shi)度(du)時(shi)儀(yi)器(qi)光(guang)學(xue)部(bu)件(jian)的(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)不(bu)大(da)於(yu)±2℃。

 

通過在綿陽庫的運行，不斷總結完善，使整個係統的性能達到了令人滿意的效果，並得出對CO2分析器的要求是：

 

①必須用響應時間快的主動式紅外線CO2分析器；

 

②取樣係統的大流量抽氣泵與儀器內置小流量抽氣泵配合使用；

 

③CO2分析器要具有良好的線性度
，重複性和長期穩定性(即必須用在線式並整機恒溫控製的儀器)；

 

④CO2分析器要有恒流輸出及電源、泵開關控製接口以便於計算機遠程控製。

 

結論和展望通過綿陽氣調示範庫的建設成功，證明了該項技術在我國的實施應用是可行的，示範庫中采用的GXH-3010D型(流程式)主動式不分光紅外線CO2分析儀極好地解決了氣調倉中CO2濃度的自動監測問題
，對示範的成功起到了關鍵作用。

 

隨著我國經濟的迅速發展和人們物質文化生活水平的日益提高
，對糧油食品的衛生、質量要求越來越高
，對生態環境保護也越來越重視
；我國即將加入WTO
，糧食參與全球化市場貿易競爭也迫在眉睫，優質、新鮮、無汙染
、無公害的綠色產品將是未來糧食市場發展的必然趨勢。而“綠色糧庫”的概念也必將被廣大人們所接受。中央儲備糧綿陽直屬庫建成的CO2氣調庫隻是一個示範
，氣調儲糧這一國際先進技術還正在我國處在推廣階段，今年在國家2001年200億斤國家糧庫建設中，經過專家多次論證和國家糧食局領導審批
，通過了擴大5個CO2氣調試點庫建設的項目。我們認為綿陽庫的示範的成功必將在全國範圍內獲得推廣
，並為我國帶來積極的社會效應和巨大的經濟效益。