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。
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 Ex-cel 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【1】
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【2】
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。
2 結果與分析
2． 1 測量頻率對介電常數的影響
測量條件:
①測量電壓 1V;②含水量為 4． 5%;③容積密度為95kg/m3。測量頻率對介電常數的影響如圖 2所示?！緢D2】
由圖2 可知:籽棉的介電常數隨著測量頻率的增加會逐漸降低;且隨著測量頻率的增加，頻率對介電常數的影響會逐漸減小。
通過方差分析測量頻率對介電常數的影響關系得出:P機= P手= P皮= 0． 0001 ＜ 0． 01。這表明，測量頻率對機采棉、手摘棉、皮棉的介電常數影響高度顯著。
2． 2 測量電壓對介電常數的影響
測量條件:①測量頻率 40kHz;②含水量為 4．5%;③容積密度為 95kg/m3。測量電壓對介電常數的影響如圖 3 所示?！緢D3】
由圖 3 可知:隨著測量電壓的增加，機采籽棉的介電常數逐漸降低，手摘棉和皮棉的介電常數均先降低后升高。其原因如下:機采籽棉內的雜質可能會對介電常數有一定影響，而棉種對介電常數影響較小。
通過方差分析測量電壓對介電常數的影響得出:P機= 0． 004，P手= 0． 003，P皮= 0． 001，P機、P手、P皮均為0． 01。這表明，測量電壓對機采棉、手摘棉、皮棉的介電常數影響高度顯著。
2． 3 容積密度對介電常數的影響
測量條件:①測量頻率 40kHz;②測試電壓 1V;③含水量為 4． 5%。容積密度對介電常數的影響如圖 4所示?！緢D4】
通過方差分析容積密度對介電常數的影響得出:P機= P手= P皮= 0． 0001 ＜ 0． 01。這表明，容積密度對機采棉、手摘棉、皮棉的介電常數影響高度顯著。
2． 4 含水率對介電常數的影響
測量條件:①測量頻率 40kHz;②測試電壓 1V;③容積密度為 95kg/m3。含水率對介電常數的影響如圖5 所示?！緢D5】
由圖 5 可知:含水率在 4． 5% ～ 20% 范圍內逐漸增加時，機采棉、手摘棉和皮棉的介電常數均會逐漸增加，而且影響很大。
通過方差分析含水率對介電常數的影響得出:P機= 0． 009，P手= 0． 01，P皮= 0． 007，P機和 P皮均小于或等于 0． 01。這表明，含水率對機采棉、手摘棉、皮棉的介電常數影響高度顯著。
2． 5 含水率與介電常數之間線性回歸模型
在測量頻率 40kHz、測試電壓 1V、容積密度95kg/m3時，分別分析了機采棉、手摘籽棉、皮棉的含水率與介電常數之間的線性回歸模型。其中，Y 為介電常數，e － 12F / m;X 為含水率，% ;R 為線性相關系數。
機采籽棉:Y機= － 121． 5 + 433 1X，R機= 0． 909手摘籽棉:Y手= － 247． 6 + 722 7X，R手= 0． 957皮棉:Y皮= － 197． 7 + 681 4X，R皮= 0． 964
3 討論
實驗發現:測試頻率、測試電壓值、籽棉容積密度及籽棉含水率等因素對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉介電常數的影響規律各不相同。因此，在研發棉花在線含水率測量儀器時，為了保障測量精度和準確度，針對機采籽棉、手摘籽棉、皮棉應進行差別處理。
對含水率與介電常數之間線性回歸模型進行分析，由線性相關系數 R機、R手、R皮可知:機采棉、手摘籽棉、皮棉的含水率與介電常數之間有著非常好的線性相關性，且這些回歸方程只是在特定條件下所得，因此只具備初步的指導作用。為了分析精確的多參數影響的回歸方程，用于指導高精度籽棉在線含水率\\(回潮率\\)檢測儀是本研究的下一步目標。
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。
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