脫絨棉種介電常數與含水率的關系

谷趁趁,坎雜,王麗紅,劉飛

(1石河子大學機械電氣工程學院/新疆兵團農業(yè)機械重點實驗室,石河子832003;2石河子大學水利建筑工程學院,石河子832003)

脫絨棉種介電常數與含水率的關系

谷趁趁1,坎雜1,王麗紅1,劉飛2

(1石河子大學機械電氣工程學院/新疆兵團農業(yè)機械重點實驗室,石河子832003;2石河子大學水利建筑工程學院,石河子832003)

脫絨棉種含水率是影響棉種的介電常數的關鍵因素,為給脫絨棉種介電分選關鍵參數的后期研究提供依據,利用介電常數的測量裝置以及MA45C-000230V1水份測量儀等裝置對脫絨棉種介電常數與含水率等因素進行了試驗,運用SPSS軟件對脫絨棉種介電常數進行了方差分析和殘差分析,并分析了脫絨棉種介電常數與棉種含水率二者之間的關系,以及脫絨棉種介電常數的區(qū)間估計和預測。結果表明:脫絨棉種介電常數與棉種含水率之間最優(yōu)回歸方程為Y^=10.606+90.943X,統(tǒng)計數據點與回歸方程線擬合良好;棉種含水率為0.07時介電常數的估計區(qū)間為[15.80878,18.13587],預測值為16.9723。

脫絨棉種;介電常數;含水率;關系;SPSS;回歸分析

Abstract:The moisture of cottonseeds is the key element which influences the cottonseed separator’s dielectric constant to ensure the good deleted effect of the cottonseed separator.The installation of dielectric constant and the moisture measurement MA45C-000230V1 and so on are used to do the experiment on the two factors.SPSS is used to analyze the ANOVA and residuals,the relationship between the moisture and dielectric constant of the cottonseed separator,and the regions of the estimation and prediction.The result is the statistic mode take on the meaning of statistics and the statistic data point can work very well,andthe best equation is=10.606+90.943X,the regions of calculation[15.80878,18.13587]and prediction value 16.9723,when the moisture is 0.07.

Key words:cottonseed separator;dielectric constant;moisture;relationship;SPSS;regression analysis

新疆是我國的產棉大省,棉花產量占全國總產量的三分之一以上,是新疆經濟發(fā)展的支柱產業(yè)[1]。精量播種技術對棉種的出芽率要求很高,因為它是精確地將棉花播種由一穴多粒精確為一穴一粒的播種技術[2]。介電分選是按物料之間的介電常數及粒重等差異進行分選的一種方法,因此介電常數是介電分選過程中的一個重要的依據。國外對介電分選的研究是20世紀50年代由前蘇聯莫斯科農業(yè)工程學院首先提出的[3],并相繼研究出了針對不同種子的介電分選設備。

種子的化學成分主要有水分、糖類、脂類、蛋白質及其它含氮等物質[4],除水分外,其它成分的相對介電常數都很小(2～3)。種子內游離水含量一般為6%～15%,在20℃時其介電常數為80,而膠體結合水介電常數偏低,約為31[5]。因此,影響種子介電特性的主要因素是水分。

本文運用SPSS軟件對脫絨棉種的介電常數和棉種含水率進行回歸分析,建立二者之間的回歸方程,確定脫絨棉種的介電常數與其含水率之間的關系,為脫絨棉種介電分選及參數的優(yōu)化過程提供了可靠的依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

本次試驗采用適宜在新疆北疆早、中熟棉區(qū)種植的新陸早26號棉種[6],棉種為2008年同一廠家同一批次生產。從該廠隨機抽取脫絨棉種,在實驗室中采取十字劃分取樣,分成2份,其中一份進行發(fā)芽試驗,另一份(20 kg)進行介電常數測量試驗,對試驗采取的脫絨棉種進行發(fā)芽試驗,其發(fā)芽率與廠家給定的棉種的發(fā)芽率一致。采用的測量儀器主要有:脫絨棉種介電常數測量裝置 (圖 1)、MA45C-000230V1水份測量儀、電容表、電子天平等。

圖1 介電常數測量儀結構示意Fig.1 The configuration sketch map of the dielectric constant of cottonseed separator measurement

1.2 試驗方法

根據棉種加工工藝特點和要求,脫絨棉種含水率≤12%。將抽取的棉種分為20等份,并分別加入不等量的水,改變其含水率,靜置48 h以上使水份充分的滲透時測量棉種的含水率以及棉種的介電常數,然后對測得的20組數據進行分析。

運用脫絨棉種介電常數測量裝置(圖1)以及MA45C-000230V1水份測量儀分別測量棉種的介電常數與含水率。由于測量過程中要求對棉種進行無損檢測[7],所以實驗過程中對棉種進行完整測量。

1.3 數據處理與分析[8-10]

主要采用SPSS 13.0 for Windows軟件對試驗數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 數據處理與分析

運用SPSS13.0軟件處理及分析脫絨棉種介電常數和含水率的試驗數據,結果如圖2所示。

圖2顯示:脫絨棉種介電常數和棉種含水率之間有線性相關趨勢,因此可以進一步作直線回歸。

圖2 脫絨棉種介電常數和棉種含水率的關系Fig.2 The relation graph of dielectric constant of cottonseed separator and the moisture of the cottonseed

2.2 方差分析

采用SPSS13.0軟件對脫絨棉種含水率與介電常數試驗數據進行方差分析,結果見表1。

由表1可知,概率 P=0.000小于顯著性水平0.05,拒絕零假設,表明每組值間都存在顯著性差異,即含水率不同對脫絨棉種的介電常數存在著顯著性影響。說明此回歸模型具有統(tǒng)計學意義,回歸顯著。

表1 脫絨棉種介電常數試驗數據方差分析Tab.1 The ANOVA of cottonseed separator’s dielectric constant

2.3 回歸方程

應用SPSS13.0軟件確定脫絨棉種介電常數與含水率的回歸方程,回歸方程系數見表2、表3。

由表2、表3可知,復相關系數 R=-0.937,決定系數 R2=0.878,調整系數 R3=0.871;SS組間=27.841,SS組內=3.873,SS總計=31.687,總自由度 df=19,平方均值 MS組間=27.814,MS組內=0.215。

F值反映了回歸方程顯著性。在 F檢驗的過程中,F=MS組間/MS組內=129.281 ?》0.05,表明因變量介電常數與自變量含水率之間整體線性關系顯著,可以用線性模型反映它們之間的關系。

t為t檢驗的回歸系數,與 F檢驗不等價。脫絨棉種介電常數t的顯著性概率為0.000,小于0.05,表明含水率與介電常數由顯著性差異。

截距 a=10.606,回歸系數 b=90.943,a、b為標準化系數。脫絨棉種介電常數與棉種含水率之間的回歸方程是:^Y=10.606+90.943X,復相系數 R=0.937,決定系數 R2=0.878,調整系數 R3=0.871,標準誤差估計為0.464。

表2 脫絨棉種介電常數的回歸方程系數Tab.2 Coefficients of cottonseed separator’s dielectric constant

2.4 殘差分析

殘差是反映預測值與實際值之間的信息,F檢驗和t檢驗值表明脫絨棉種介電常數與含水率之間線性關系顯著,并不能表明數據的擬合效果很好。

應用SPSS13.0軟件對脫絨棉種含水率與介電常數回歸方程進行殘差分析,結果見圖3、圖4。

圖3 脫絨棉種介電常數殘差分布直方Fig.3 The Regression Standardized Residual’s Histogram of Cottonseed Separator’s Dielectric Constant

由圖3可見,殘差直方圖非常符合正態(tài)分布,統(tǒng)計數據點基本靠近與推導出的回歸方程線。

圖4表明統(tǒng)計數據點與回歸方程線(細線)擬合程度良好[9]。因此,得出的脫絨棉種介電常數與含水率關系的回歸方程^Y=10.606+90.943X是有意義的。

圖4 脫絨棉種介電常數的殘差Fig.4 Regression Standardized Predicted Value’s Scatterplo of Cottonseed Separator’s Dielectric Constant

3 結論

1)脫絨棉種的介電常數與含水率之間有較好的線性相關性。

2)脫絨棉種介電常數與含水率之間的回歸方程為:^Y=10.606+90.943X,殘差分析結果表明,該方程擬合程度良好。

[1]楊炳政,坎雜,王麗紅,等.脫絨棉種介電分選機電場的有限元分析[J].石河子大學學報:自然科學版,2008,26(1):91-94.

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[3]楊炳政.脫絨棉種介電分選電場的研究與模型仿真[D].石河子:石河子大學,2008.

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Relationships between Moisture and Dielectric Constant of the Cottonseed Separator

GU Chenchen1,KAN Za1,WANG Lihong1,LIU Fei2
(1 College of Mechanical and Electrical Engineering,Shihezi University/Agricultural Machinery Key Laboratory of the Xinjiang Production and Construction Corps,Shihezi 832003,China;2 College of Water Conservancy and Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi,832003,China)

S223.12

A

1007-7383(2010)05-0625-03

2010-02-26

國家自然科學基金項目(3086154)

谷趁趁(1984-)女,碩士研究生,專業(yè)方向為農業(yè)機械化工程;e-mail:guchenchen57@163.com。

坎雜(1963-),男,教授,從事農業(yè)機械化工程研究;e-mail:kz-shz@163.com 。