Способ предпосевной обработки семян Российский патент 2024 года по МПК A01C1/06 

Заявляемое изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к улучшению качества предпосевной обработки семян злаковых культур для повышения всхожести и увеличения их урожайности.

Известно изобретение для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур (RU 2083070 C1 A01C1/100). Целью изобретения является повышение их всхожести с формированием увеличения урожайности. В основу способа предпосевной обработки семян и устройства для его реализации положено воздействие на семена серией от 400 до 1000 импульсов магнитного поля, длительностью 10÷40 мкс и амплитудой напряженности 70÷150 кА/м. Устройство состоит из формирователя импульсов электрического поля и излучателя магнитного поля, выполненного в виде соленоида. Импульс формируется в результате разряда конденсаторного накопителя на соленоид.

Недостатком рассматриваемого устройства обработки семян является невозможность обеспечения равномерности напряженности электромагнитного поля по объему обрабатываемого материала в связи с наличием краевых эффектов, образующихся в излучателе, что при некоторых условиях не позволяет добиться требуемого качества обработки семян. Кроме этого, обрабатываемые семена, обладающие определенной относительной влажностью можно рассматривать как диэлектрик с преимущественно дипольной поляризацией. Следовательно, мощность, выделяющаяся в обрабатываемом материале, определяется его диэлектрическими потерями. В этом случае энерговыделение в объекте возможно при применении существенно более высоких частот источника электромагнитной энергии.

Наиболее близким по совокупности признаков является способ обработки семян сельскохозяйственных культур (RU 2175179 C1 A01C1/10) постоянным магнитным полем при его напряженности 200÷900 А/м, а также одновременно электромагнитным полем частотно-модулированными колебаниями низкочастотного диапазона в течение 40÷60 мин. при напряженности поля 120÷1400 А/м.

К основным недостаткам аналога и прототипа следует отнести отсутствие реального энергетического воздействия источника питания на обрабатываемый объект. Семенной фонд, предназначенный для предпосевной обработки можно рассматривать как объект с относительной влажностью не более 20%. При воздействии на данный материал электромагнитным полем относительно низкой частоты не обеспечивает выделение энергии в рассматриваемом объекте. При этом возможно протекание в ряде случаев только токов утечки, которые практически не вносят энергию в обрабатываемый объект. Ссылки на указанные выше напряженности магнитного или электромагнитного полей, создаваемые внешними магнитами или низкочастотными источниками питания не правомерны. В этом случае указанные источники магнитного или электромагнитного полей практически не передают энергию диэлектрику, которым являются обрабатываемые семена с относительной влажностью не более 20%.

Решаемая задача предлагаемым в заявке способом предпосевной обработки семенного фонда и получаемый технический результат заключается в повышении качества обработки семян злаковых культур, что приводит к повышению всхожести и увеличению урожайности злаковых культур.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе предпосевной обработки семян злаковых культур, включающем воздействие на них электромагнитным полем, отличающийся тем, что при их обработки воздействуют на семенной фонд амплитудно-модулированным сигналом высокочастотного генератора с рабочей частотой 13,56÷27,12 МГц, используя в качестве нагрузки воздушный конденсатор, между обкладками которого размещаются обрабатываемые семена, при этом максимальное значение удельной мощности, выделяемой в нагрузке, имеет максимальную величину при максимальном значении амплитуды напряжения электрического сигнала высокочастотного генератора, а минимальное значение в случае, когда амплитуда напряжения высокочастотного сигнала равна нулю, а среднее значение удельной мощности за период модуляции электромагнитного поля поддерживается неизменной в течение всего времени обработки семян, при этом напряженность электрического поля составляет 400 В/см., что обеспечивает удельную мощность в нагрузке 0,5 Вт/см3., а при скважности сигнала равной 2 удельная мощность в нагрузке увеличивается вдвое за счет увеличения значения амплитуды напряжения электрического сигнала высокочастотного генератора без перегрева обрабатываемого материала.

Суть выделения энергии в обрабатываемом объекте основывается на использовании диэлектрических потерь, возникающих в объекте в результате поляризации молекул воды под воздействием переменного электромагнитного поля.

Практически любые семена злаковых культур можно рассматривать как диэлектрики, физические параметры которых могут отличаться в основном относительной влажностью материала. Относительная влажность является ключевым параметром, характеризующим степенью потребления объектом высокочастотной энергии. Возможность передачи энергии обрабатываемому объекту в данном случае в основном возможна при рассмотрении его дипольной поляризация, что связано со строением молекулы воды.

Дипольная поляризация возникает в веществах, имеющих готовые диполи (полярные молекулы) при отсутствии внешнего электрического поля. Полярные молекулы диэлектрика находятся в тепловом движении и взаимодействуют друг с другом. При отсутствии внешнего поля направление осей поляризации молекул равновероятно, а под действием внешнего поля оси полярных молекул стремятся ориентироваться вдоль вектора напряженности электрического поля. Этой ориентации препятствует тепловое движение молекул. Поэтому величина вектора поляризации в данном случае обратно пропорциональна абсолютной температуре диэлектрика. Структурная поляризация встречается в неоднородных диэлектриках, не имеющих правильной структуры. Эта поляризация происходит в пределах одного вещества так, что на границах неоднородностей оказываются не скомпенсированные связанные заряды. В некоторых диэлектриках наблюдается самопроизвольная поляризация. Даже при отсутствии внешнего поля в этих веществах уже существуют малые области, в которых имеется направленная поляризация вещества. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика и тангенс угла потерь являются основными характеристиками диэлектрика, определяющими его энергопотребление при переменной поляризации. Эти величины не являются постоянными. Они зависят как от частоты изменения электрического поля, напряженности поля и температуры диэлектрика. В процессе принудительной поляризации в случае обработки семенного фонда с относительной влажностью не более 20% выделение энергии в диэлектрике зависит от тангенса угла потерь и его диэлектрической проницаемости. С изменением частоты тока происходит одновременно изменение перечисленных выше параметров. Стремление увеличивать удельную мощность в диэлектрике приводит к применению высоких частот и высоких напряженностей электрического поля. Для рассматриваемых диэлектриков с указанной относительной влажностью наиболее оптимальными с точки зрения передачи энергии объекту являются частоты в диапазоне от 13,56 до 27,12 МГц. Уменьшение частоты изменения электромагнитного поля приводит к уменьшению величин тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости объекта за счет увеличения периода поляризации молекул и сокращения их числа в единицу времени. Существенное превышение указанного выше диапазона частот приводит к недостатку времени для полной дипольной поляризации молекулы воды и, следовательно, также к снижению величин тангенса диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости объекта.

Таким образом, для предпосевной обработки семенного фонда необходимо энергетическое воздействие на объект с целью обеспечения его качества обработки. Наиболее простой вариант обработки семян является воздействие на объект электромагнитным полем заданной частоты и с определенной его напряженностью. Основной задачей при предпосевной обработке семян является интенсификация процесса, с целью обеспечения качества обработки и получения требуемых результатов процесса. Обработка объекта может производится с максимально допустимой напряженностью электромагнитного поля в рабочей зоне. К недостаткам этого варианта предпосевной обработки семян можно отнести возможность перегрева обрабатываемого материала, что связано с необходимостью увеличения напряженности поля с целью обеспечения качества обработки семян и интенсификации процесса. Указанный недостаток может быть ликвидирован, в случае если будет использована амплитудная модуляция высокочастотного сигнала. Суть технологии обработки семян связана с увеличением амплитуды высокочастотного сигнала с одновременным ограничением его времени воздействия на протяжении каждого периода воздействия на объект. При этом средняя мощность за период воздействия высокочастотной энергии и паузой поддерживается неизменной в течение всего периода обработки объекта. Таким образом, возможно использование высокочастотного сигнала с существенно большей амплитудой сигнала, но поддерживая неизменной среднюю мощность за период, которая не обеспечивает, перегрев семян.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими фигурами: на фиг. 1 представлено устройство для реализации способа предпосевной обработки семян; на фиг. 2 приведена диаграмма изменения амплитуды напряжения на клеммах нагрузочного конденсаторов во времени.

Устройство для реализации приведенного выше способа предпосевной обработки семян, (фиг. 1) работает следующим образом. Мощный высокочастотный сигнал генерируется с помощью генераторного триода 1, анодное напряжение на который подается через анодный блокировочный дроссель 2 от питающего выпрямителя 3. Цепи 4 переменной составляющей сеточного тока и 5 постоянной составляющей сеточного тока за счет емкостной обратной связи через внутренние межэлектродные емкости генераторного триода 1 обеспечивают устойчивую генерацию напряжения на выходе генераторного триода. Генерируемый сигнал выделяется на анодном контуре 6 и подается на нагрузку 7, в виде которой применяется нагрузочный конденсатор, где и происходит обработка семенного фонда. Задающий источник питания 8, соединенный с управляющим входом 9 высокочастотного генератора обеспечивает импульсно-периодический режим работы генератора за счет замыкания или размыкания находящегося внутри блока 9 ключа, который и обеспечивает подачу отрицательного потенциала источника 10 на сетку триода (в разомкнутом состоянии ключа на сетку триода подается отрицательный потенциал и генерации высокочастотного напряжения на нагрузке не происходит, а в замкнутом состоянии источник 10 шунтирует отрицательный потенциал на сетке и происходит генерация напряжения на нагрузке).

На приведенной диаграмме изменения амплитуды напряжения на клеммах нагрузочного конденсаторов во времени (фиг. 2) видно, что в начальный момент времени амплитуда напряжения на клеммах нагрузочного конденсатора равна нулю до момента t1, а затем на промежутке времени t1-t2 амплитуда сигнала возрастает до требуемого значения. Мощность, выделяемая в нагрузке, за весь указанный временной интервал изменяется аналогично изменению амплитуды напряжения на клеммах нагрузочного конденсатора, а средняя мощность за указанный период пропорциональна среднему значению амплитуды напряжения. Таким образом, рассматриваемый способ предпосевной обработки семян с использованием приведенных ниже структурных схем и временной диаграммы может быть реализован.

В качестве примера реализации изобретения можно рассмотреть конвейерный способ обработки семенного фонда. При конвейерной обработке семян возможно размещение электродов рабочего конденсатора под и над лентой конвейера, которая изготавливается из неэлектропроводного материала. Обрабатываемый материал размещается на конвейерной ленте толщиной слоя не более 30 мм. Зазор между электродами рабочего конденсатора не менее 120 мм. Указанный зазор и закругленная форма краев электродов обеспечивают высокую электрическую прочность оборудования в рабочем режиме. В этом случае рабочий конденсатор может быть представлен в виде схемы замещения, состоящей из двух последовательно соединенных конденсаторов, первый из которых представляет нагрузку, а второй - воздушный зазор рабочего конденсатора. Напряженность электрического поля в нагрузке не превышает 400 В/см. Удельная мощность в нагрузке при этом не превышает 0,5 Вт/см³. Скорость движения ленты конвейера 0,5 м/мин, а время обработки семян 4 мин. Применяемая удельная мощность может быть увеличена вдвое при скважности сигнала равной 2. В этом случае эффективность обработки семенного фонда существенно увеличивается без повышения температуры исходного материала выше требуемых значений, что положительно скажется на результатах его обработки. Кроме этого возможно производить изменение скважности и амплитуды импульса сигнала, оставляя среднюю мощность за период неизменной, что обеспечивает требуемый температурный режим.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ предпосевной обработки семян злаковых культур, согласно которому воздействуют на семенной фонд амплитудно-модулированным сигналом высокочастотного генератора с рабочей частотой 13,56÷27,12 МГц, используя в качестве нагрузки воздушный конденсатор, между обкладками которого размещаются обрабатываемые семена. Максимальное значение удельной мощности, выделяемой в нагрузке, имеет максимальную величину при максимальном значении амплитуды напряжения электрического сигнала высокочастотного генератора, а минимальное значение в случае, когда амплитуда напряжения высокочастотного сигнала равна нулю, при этом среднее значение удельной мощности за период модуляции электромагнитного поля поддерживается неизменной в течение всего периода обработки семян. Напряженность электрического поля составляет 400 В/см, что обеспечивает удельную мощность в нагрузке 0,5 Вт/см³, а при скважности сигнала, равной 2, удельная мощность в нагрузке увеличивается вдвое. Изобретение обеспечивает высокую эффективность в процессе обработки семян. 2 ил.

Способ предпосевной обработки семян злаковых культур, включающий воздействие на них электромагнитным полем, отличающийся тем, что при их обработке воздействуют на семенной фонд амплитудно-модулированным сигналом высокочастотного генератора с рабочей частотой 13,56÷27,12 МГц, используя в качестве нагрузки воздушный конденсатор, между обкладками которого размещаются обрабатываемые семена, при этом максимальное значение удельной мощности, выделяемой в нагрузке, имеет максимальную величину при максимальном значении амплитуды напряжения электрического сигнала высокочастотного генератора, а минимальное значение в случае, когда амплитуда напряжения высокочастотного сигнала равна нулю, при этом среднее значение удельной мощности за период модуляции электромагнитного поля поддерживается неизменной в течение всего периода обработки семян, при этом напряженность электрического поля составляет 400 В/см, что обеспечивает удельную мощность в нагрузке 0,5 Вт/см³, а при скважности сигнала, равной 2, удельная мощность в нагрузке увеличивается вдвое за счет увеличения значения амплитуды напряжения электрического сигнала высокочастотного генератора без перегрева обрабатываемого материала.