درصد چگالي هاي واقعي، ظاهري و كنترل و درصد تخلخ لهاي خارجي و داخلي سه محصول گندم سخت(بزوستايا)، نرم

با دستگاه پيكنومتر گازي تعيين شد. براي تعيين حجم ظاهري، نمون هها بوسيلة روغن جلا (SC و ذرت (لاين 704 (C (لاين 7916

پوشش داده شد و حجم آنها بوسيله دستگاه اندازه گيري شد. با كسر حجم روغن جلا از حجم نمونه، حجم ظاهري مشخص شد.

براي اندازه گيري حجم واقعي، نمون هها توسط آسياب چكشي خرد شده و سپس توسط دستگاه تعيين حجم شد. در انتها نمونه هاي

بدن پوشش با روغن جلا توسط دستگاه تعيين حجم شد. فشار اوليه مناسب دستگاه با توجه به كمترين اختلاف چگالي ظاهري و

8بدست آمد. ميانگين چگالي هاي واقعي براي سه محصول گندم سخت، نرم و ذرت 0 kPa ، كنترل براي نمون ههاي مورد آزمايش

1/315 و g / cm 1 و 3 /418 ،1/ 1/458 ، ميانگين چگال يهاي ظاهري به ترتيب برابر 421 g / cm 1 و 3 /522 ،1/ به ترتيب برابر 508

1/334 به دست آمد. ميانگين درصد تخلخل داخلي نيز به g / cm 1 و 3 /481 ،1/ ميانگين چگالي هاي كنترل به ترتيب برابر 464

44 % به دست آمد. / 45 و 03 /75 ،45/ 11 % و ميانگين درصد تخلخل خارجي به ترتيب برابر 02 / 6 و 45 /8 ،5/ ترتيب برابر با 7

كلمات كليدي: پيكنومتر گازي، چگالي، درصد تخلخل، فرآوري دانه.

-1 دانشجوي دكتراي رشته مكانيك ماشينهاي كشاورزي دانشگاه تربيت مدرس

-2 دانشيار گروه مكانيك ماشينهاي كشاورزي

-3 دانشجوي كارشناسي ارشد مكانيك ماشينهاي كشاورزي

كردن و مقاوم بودن غلات در برابر رشد قارچ ها تأثير مي گذارند. اطلاعات دربارة چگالي واقعي، ظاهري و كنترل دانه هاي غلات

بسيار محدود مي باشد. به خاطر ب ينظمي در اندازه، شكل و ساختار غلات و همچنين طبيعت متخلخل اكثر مواد كشاورزي و

بيولوژيكي، انداز هگيري حجم آنها با مشكلاتي روبرو است. به طور كلي دو روش عمده براي انداز هگيري حجم محصولات

كشاورزي به كار مي رود: 1- روش جابجايي مايع 2- روش جابجايي گاز. در روش اول تشكيل حباب هاي هوا اطراف دانه هاي

غلات، به خصوص دان ههاي كركدار ( مانند گندم و جودوسر) كه باعث ايجاد خطا در محاسبة حجم مي شود، استفاده از اين روش

را محدود كرده است. از طرفي بعضي از محصولات به علت سبك بودن آنها روي سطح مايع مي مانند، در نتيجه اندازه گيري حجم

اين نوع محصولات با اين روش وق تگير و مشكل مي باشد. همچنين مواد پودري به دليل حل شدن قسمتي يا بخش زيادي از آنها

در مايع، امكان انداز هگيري حجم اين نوع مواد به كمك اين روش وجود ندارد. به همين دليل استفاده از روش جابجايي گاز

[3] Converse و Chang مناسب تر از روش اول مي باشد[ 9]. در سال 1969 ، چگالي واقعي غلات بوسيله پيكنومتر گازي توسط

اندازه گيري شد[ 5]. در اين دو تحقيق براي تعيين Hall و Gustafson و در سال 1972 ، چگالي واقعي ذرت دان هاي توسط

Turner چگالي واقعي از يك آسياب كوچك براي خردكردن نمونه مورد در سال آزمايش استفاده كردند. در سال 1978

جهت اندازه گيري چگالي طيور زنده، از دستگاه پيكنومتر Diehl و Garwood ، دقتي مناسب محاسبه كند[ 10 ]. در سال 1986

استفاده كردند. آنها نتيجه گرفتند كه اين روش براي انداز هگيري حجم مواد بيولوژيكي روشي سريع و با تكرارپذيري بالا مي باشد

براي اندازه گيري Chang ، كه بدون صدمه زدن به مواد بيولوژيكي قادر به انداز هگيري چگالي آنها مي باشد[ 4]. در سال 1988

درصد تخلخل ، چگالي هاي واقعي و ظاهري ذرت، گندم و سورگوم، از دستگاه پيكنومتر گازي استفاده كرد. او از آزمايشات خود

Orr Clyde سورگوم بود. درصد تخلخل داخلي ذرت نيز بيشتر از گندم و سورگوم بدست آمد[ 2]. در دستگاهي ديگر كه توسط

در سال 1991 ساخته شد، سيستمي در آن بكار گرفته شد كه مي توانست هواي مخزن نمونه را تخليه كرده و با ايجاد Ronnie و

خلاء فشار اوليه را به صفر برساند. تخليه كردن مخزن نمونه از هوا بدان سبب بود كه بخارات آب و گازهاي موجود در هوا باعث

مي شد كه گاز مورد استفاده از قانون گازهاي ايده آل پيروي نكند. در اين دستگاه از گاز هليم – كه سريعاً به دماي تعادل مي رسيد

و رفتاري مشابه گاز ايد هآل داشت- استفاده كرد و همچنين از يك كامپيوتر براي تحليل داده ها استفاده نمود[ 8]. در سال 2000

و همكاران از يك پيكنومتر گازي مخصوص استفاده نمودند. آنها بعد از قرار دادن Lee ، براي اندازه گيري مقدار گاز نفوذي

نمونه ها در فشارهاي مختلف مقدار حجم را انداز هگيري نمودند. چون مقدار نفوذ حجم در فشارهاي مختلف متفاوت بود، حجم

محاسبه شده متفاوت بود لذا اين تفاوت حجم را به عنوان شاخصي براي تعيين مقدار گاز نفوذي بيان نمودند[ 6]. در سال 2002

1964 )، از آن براي انداز هگيري چگالي واقعي )Day و همكاران با اصلاح دستگاه پيكنومتر گازي ساخته شده توسط Urena

تركيب غلات استفاده نمودند. آنها با تركيب چند نمونه غلات با هم چگالي واقعي تركيب را انداز هگيري كردند[ 11 ]. يكي از

مباحث مهم در تعيين خواص فيزيكي محصولات كشاورزي و بخصوص مواد پودري اندازه گيري حجم آنهاست. ميزان حجم در

بسياري از خصوصيات ديگر محصولات از قبيل چگالي و درصد تخلخل تأثير دارد. از طرفي درصد تخخل و چگالي دان ههاي

غلات عوامل مهمي هستند كه روي ديگر خواص فيزيكي و حرارتي تأثير مي گذارند. بنابراين اهميت انداز هگيري حجم محصولات

كشاورزي با روش مناسب در آزمتيشگاههالازم و ضروري است. اهداف اصلي اين مقاله عبارت اند از:

و (C 1 - تعيين فشار اوليه مناسب براي انداز هگيري چگالي ظاهري سه محصول گندم سخت(بزوستايا)، نرم (لاين 7916

.(SC ذرت (لاين 704

2 - اندازه گيري چگالي ظاهري، كنترل و واقعي(محصول پودر شده) سه محصول مورد آزمايش.

3 - محاسبة درصد تخلخل داخلي و خارجي سه محصول مورد آزمايش.

و يك گونه از ذرت (لاين ( C آزمايش ها روي دو گونه از گندم يعني سخت (گونه بزوستايا) و نرم (لاين 7916

انجام شد. علت انتخاب اين بذرها، اختلاف در ساختمان فيزيكي آنها بود. گندم سخت داراي پوسته نسبتاً سخت با (SC704

پوششي از كركهاي خيلي ريز م يباشد كه هوا نسبت به گندم نرم با پوسته نازك ديرتر نفوذ مي كند. ذرت نيز به دليل درشت بودن

دانه و سفت بودن پوسته آن، انتخاب گرديد. براي تعيين حجم نمونه ها از يك دستگاه پيكنومتر گازي استفاده شد[ 1]. اين دستگاه با

تغيير فشار اوليه حجم نمونه ها را بر اساس قانون گاز ايد هآل اندازه گيري مي كند. شماتيك دستگاه در شكل ( 1) نشان داده شده

است. اين دستگاه از اجزاي اصلي زير تشكيل شده است: مخزن نمونه و فشار، سوپاپ هاي الكتريكي، لول ههاي رابط، حسگر فشار،

مخزن اصلي هوا و فشارسنج مخزن (در شكل نشان داده نشده) و دستگاه الكترونيكي انداز هگيري فشار (در شكل نشان داده نشده) و

محاسب حجم و صفحه نمايش. با باز كردن سوپاپ ( 1) و بستن سوپاپ ( 2) هوا وارد مخزن فشار شده و بعد از به تعادل رسيدن

فشار اوليه، توسط دستگاه الكترونيكي اندازه گير فشار ثبت مي شود. بعد از آن سوپاپ ( 3) بسته شده و سوپاپ ( 2) باز م يشود. در

اين حالت سيستم بعد از مدت زماني به تعادل م يرسد و فشار ثانويه نيز ثبت م يگردد. سپس اين دو سيگنال فشار اوليه و ثانويه به

( ميكروكنترلر فرستاده شده و بعد از محاسبة حجم توسط فرمول كاليبرة دستگاه (رابطه 1)، نتيجه در صفحة نمايش كريستالي( 19

.[ نشان داده مي شود[ 1

610 98 314P42 1

= / − /

مي باشند. (cm حجم نمونه( 3 Vs و (kPa) فشار ثانويه P2 ،(kPa) فشار اوليه P كه 1

اندازه گيري (SC و ذرت (لاين 704 (C دستگاه، حجم و چگالي سه محصول گندم سخت (گونه بزوستايا)، گندم نرم (لاين 7916

شد. چگالي نمونه با محاسبة وزن و حجم آن به دست آمد. فضاهاي خالي نمونه كه هوا درون آنها نفوذ كرده جزء حجم نمونه

محسوب نمي شوند. فقط حجم هايي جزء حجم نمونه به حساب مي آيند كه هوا درون آنها نفوذ نكرده باشد. در اين تحقيق چهار

نوع چگالي واقعي 4، ظاهري 5، كنترل 6 و توده 7 و همچنين درصد تخلخل داخلي و خارجي 8 نمونه هاي بذر انداز هگيري و محاسبه

گرديد. چگالي واقعي از نسبت وزن نمونه به حجم واقعي نمونه بدون در نظر گرفتن فضاههاي خالي درون دانه تعريف مي شود. به

اين چگالي چگالي جامد 9 نيز مي گويند. چگالي ظاهري، از نسبت وزن به حجم ظاهري دان ههاي غلات تعيين مي شود كه همه

فضاهاي خالي درون دانه ها را شامل م يشود. به چگالي ظاهري چگالي دانه يا چگالي واحد 10 نيز م يگويند. چگالي كنترل از نسبت

وزن دانه به حجم دانة بدون پوشش روغن جلا محاسبه م يگردد. براي تعيين تخلخل خارجي نياز به چگالي توده و براي تعيين

تخلخل داخلي نياز به چگالي واقعي و ظاهري مي باشد. چگالي توده از طريق استوانه مدرج و دو چگالي ديگر از طريق دستگاه

از نسبت حجم فضاي خارج نمونة دانه ها به كل (%P) پيكنومتر گازي براي سه محصول اندازه گيري شد. درصد تخلخل خارجي

:[ حجم تودة مورد نظر، تعريف شده و از رابطة زير بدست مي آيد[ 7

= − ×100

%P D D (2)

به صورت حجم (%Po) مي باشد. درصد تخلخل داخلي (g/cm چگالي ظاهري( 3 Da و (g/cm چگالي توده( 3 Db كه

منافذ داخلي به حجم ظاهري دانه تعريف شده و از رابطه زير محاسبه مي گردد:

= − ×100

%P D D (3)

مي باشد. (g/cm چگالي واقعي( 3 Dt كه

0 ميليمتري عبور داده مي شود. / براي تعيين چگالي واقعي ابتدا نمونه را به وسيلة آسياب چكشي خرد كرده و از غربال 25

سپس نمونة خرد شده را در مخزن نمونه قرار داده و حجم واقعي توسط دستگاه پيكنومتر گازي انداز هگيري مي شود. با تقسيم وزن

نمونه بر حجم واقعي چگالي واقعي به دست مي آيد. اين آزمايش را ده بار تكرار شد و ميانگين چگال يهاي واقعي به دست آمده از

هر تكرار محاسبه گرديد.

براي تعيين چگالي ظاهري ابتدا نمونه به وسيلة لاي هاي نازك از روغن جلا پوشش داده شد. وزن نمونه قبل و بعد از پوشش

روغن جلا اندازه گيري شده و از تفاضل اين دو مقدار وزن لاية جلا محاسبه گرديد. با داشتن وزن لاية جلا، براي تعيين حجم

30/0495 ) با cm لايه اي كه نمونه را در بر گرفته چگالي اين لايه محاسبه شد. به اين ترتيب كه، نمونه اي فلزي به حجم معين را ( 3

اين لايه پوشش داده و درون مخزن نمونه قرار گرفت. قبل و بعد از پوشش دادن نمونه با لاية جلا، وزن آن اندازه گيري شد سپس

حجم لاية جلا، چگالي آن به دست آمد. حال با داشتن چگالي لاية جلا و وزن آن در نمونة مورد آزمايش، حجم لاي هاي كه به

وسيلة آن نمونة مورد آزمايش پوشش داده شده، به دست آمد. با كم كردن حجم لاية جلا از نمونة پوش شدار، حجم نمونة بدون

پوشش (حجم ظاهري) محاسبه شد. با داشتن حجم ظاهري و وزن نمونه، چگالي ظاهري به دست آمد.

براي اندازه گيري چگالي كنترل، نمونه مورد نظر وزن و بدون هيچ پوششي درون مخزن نمونه قرار داده شد. با تقسيم وزن

بر حجم اندازه گيري شدة نمونه، چگالي كنترل محاسبه گرديد. در تعيين چگالي كنترل به اين نكته بايد توجه شود كه حجم

فضاهاي خالي قابل دسترس هوا جزء حجم نمونه محسوب نمي شود.

پوشش دادن نمونه با روغن انجام مي شود. با توجه به اينكه ميزان فشار اوليه پيكنومتر در ميزان نفوذ هوا به داخل دانه تأثير دارد،

فشار بايد در حدي باشد كه چكالي كنترل و چگالي ظاهري كمترين اختلاف را نسبت به هم داشته باشند. براي بدست آوردن فشار

90 انجام شد. kPa 80 و ،70 ، اوليه مناسب براي سه محصول، آزمايش در چهار سطح فشار اوليه 60

( نتايج چگالي واقعي، ظاهري و كنترل و درصد تخلخل داخلي و خارجي دانه ها براي سه محصول نامبرده در جدول ( 1

g / cm 1 و 3 /522 ،1/ آورده شده است. چگالي واقعي براي سه محصول گندم سخت، گندم نرم و ذرت به ترتيب برابر 508

1 و 3 /481 ،1/ 1/315 و چگالي كنترل به ترتيب برابر 464 g / cm 1 و 3 /418 ،1/ 1/458 ، چگالي ظاهري به ترتيب برابر 421

11 % به دست آمد. چگالي واقعي و ظاهري دو گندم سخت و / 6 و 45 /8 ،5/ 1/334 و درصد تخلخل نيز به ترتيب برابر 7 g / cm

نرم تقريباً نزديك به هم بودند. اختلاف كم بين چگاليهاي واقعي و ظاهري دو گندم سخت و نرم نشان دهندة اين است كه تخلخل

داخلي آنها اندك است. درصد تخلخل داخلي گندم سخت و نرم كمتر از ذرت بود. چانگ طي تحقيقاتي بر روي سه محصول

فوق، چگالي واقعي، كنترل و ظاهري و درصد تخلخل آنها را بدست آورد[ 2]. مقادير چگاليهاي بدست آمده در اين تحقيق، با

نتايج بدست آمده از اين آزمايش اختلاف داشت كه به علت اختلاف در ميزان رطوبت دو آزمايش بود. ولي بطور كلي در اين

تحقيق نيز چگالي واقعي، ظاهري و كنترل گندم سخت و نرم تقريباً نزديك به هم و چگالي ذرت كمتر از گندم بود. در اين

آزمايش نيز تخلخل داخلي گندم سخت كمتر از گندم نرم و ذرت بيشتر ازدو گونة گندم بدست آمد.

44 % به دست / 45 و 03 /75 ،45/ بر اساس نتايج اين آزمايشها درصد تخلخل خارجي گندم سخت، نرم و ذرت به ترتيب 02

آمد (جدول 1). درصد تخلخل خارجي گندم سخت، نرم تقريباً نزديك به هم بود كه اين مسئاله نشان دهندة يكسان بودن اندازه و

شكل اين دو گونه گندم است. همانطور كه مشاهده م يشود درصد تخلخل خارجي دو گونه گندم از ذرت بيشتر است. علي رغم

.[ تخلخل خارجي دانه ذرت كمتر از دانه گندم گزارش شده است[ 8و 9

80 به دست آمد. اين آزمايشها جهت تعيين اختلاف kPa ، با انجام آزمايشهاي لازم فشار اوليه مناسب براي هر سه محصول

چگالي كنترل و ظاهري سه محصول م يباشد. در صورتي كه اختلاف چگالي كنترل و ظاهري اندك باشد مي توان بدون پوشش

دادن نمونه توسط لاية روغن جلا، چگالي ظاهري نمونه را با دقت مناسب اندازه گيري نمود. اختلاف چگالي كنترل و ظاهري

( نسبت به فشار اوليه دستگاه پيكنومتر گازي براي سه محصول مورد آزمايش در جدول ( 2) و نمودار مربوط به آنها در شكل ( 2

نشان داده شده است.

80 مشاهده مي شود. در فشارهاي kPa با توجه به شكل ( 2)، كمترين اختلاف بين چگالي ظاهري و كنترل در فشار اوليه

اوليه پايين به دليل نفوذ كم هوا در محصول اختلاف كم و در فشارهاي بالا به علت نفوذ زياد هوا در محصول اختلاف بيشتر است.

80 به علت وارد شدن فشار زياد بر دانه آغشته به روغن جلا kPa 80 باشد. در فشار kPa چگالي ظاهري بدست آمده در فشار اولية

80 ، مي توان چگالي kPa چهار فشار ديگر كمتر است. با قرار دادن نمونة بدون پوشش روغن جلا در مخزن نمونه در فشار اوليه

ظاهري را به علت حداقل بودن اختلاف آن با چگالي كنترل، با تقريب خوبي بدست آورد. طبق شكل ( 2) اختلاف چگالي كنترل و

80 با افزايش فشار اوليه زياد شدهاست. اين روند افزايشي هميشگي نبوده و بعد از يك فشار اوليه kPa ظاهري در فشارهاي بيش از

معين، اختلاف چگالي ظاهري و كنترل كاهش پيدا مي كند و پس از آن روند ثابتي را طي مي كند. دليل اين امر اين است كه هوا از

يك فشار معين بالاتر ديگر به داخل دانه نفوذ نمي كند و بنابراين چگالي كنترل بدست آمده در اين فشارها تقريباً ثابت مي باشد. از

طرفي مقدار فشار وارد بر دانة آغشته به روغن جلا در فشارهاي خيلي بالا روند ثابتي را خواهد داشت. در نهايت اختلاف چگالي

كنترل و ظاهري نمونه در فشارهاي بالا كمترين مقدار را دارد. اين فشارها خارج از محدوده فشار حسگر فشار بوده و به همين دليل

.[ در شكل ( 2) نشان داده نشده است[ 1

1/522 ) تقريباً نزديك به چگالي واقعي g/cm 1/508 ) و گندم نرم( 3 g/cm 1 - چگالي واقعي دو محصول گندم سخت( 3

1/458 ) بود. g/cm ذرت( 3

1/481 ) تقريباً نزديك g/cm 1 و 3 / 1/464 ) و نرم( 418 g/cm 1 و 3 / 2 - چگالي ظاهري و كنترل دو گونة گندم سخت( 421

به هم بودند و اختلاف اندكي داشتند.

1/334 ) بود. g / cm 1 و 3 / 3 - چگالي ظاهري و كنترل گندم سخت و نرم بيشتر از ذرت ( 315

4 - درصد تخلخل خارجي دو محصول گندم سخت و ترم تقريباً نزديك به هم و از ذرت بيشتر بود.

11 %) كمتر بود. / 6%) از درصد تخلخل داخلي ذرت ( 45 / 5 و 8 / 5 - درصد تخلخل داخلي دو محصول گندم سخت و نرم( 7

80kPa 6 - فشار اوليه مناسب پيكنومتر گازي براي هر سه محصول اندازه گيري شده و براي هر كدام از سه محصول برابر

بدست آمد. در اين فشار كمترين اختلاف بين چگالي ظاهري و كنترل براي سه محصول انتخابي بدست آمد.

7 - اختلاف چگالي ظاهري و كنترل محصول ذرت از دو محصول گندم سخت و نرم كمتر بود. كم بودن اين اختلاف در

ذرت به دليل سختي پوسته آن بوده كه نسبت به گندم سخت و نرم اجازة ورود هواي كمتري به درون خود مي دهد.

8 - اختلاف چگالي ظاهري و كنترل گندم سخت از گندم نرم كمتر بود. اين نشان دهنده سخت بودن پوسته گندم سخت

نسبت به گندم نرم بوده كه باعث مي شود هواي كمتري درون گندم سخت نفوذ كند.

جدول 1: نتايج اندازه گيري چگالي و درصد تخلخل گندم سخت، نرم و ذرت

درصد رطوبت (

(%w.b.

درصد تخلخل(%) ( g / cm چگالي دانه ( 3

45/02 5/7 1/464 1/421 1/508 8/ گندم سخت(گونه بزوستايا) 026

45/75 6/8 1/481 1/418 1/522 8/27 (C گندم نرم(لاين 7916

44/03 11/45 1/334 1/315 1/485 7/43 (SC ذرت(لاين 704

دانه هاي در فشارهاي مختلف. (g/cm جدول 2: اختلاف چگالي كنترل و ظاهري( 3

گندم سخت گندم نرم ذرت (kPa) فشار اوليه

شكل ( 1): تصوير نمايي دستگاه پيكنومتر گازي

و ذرت C شكل ( 2). تغييرات درجات غربال و چگالي واقعي گندم بزوستايا، گندم 7916

1] هاشمي پور، ع. ( 1383 ). اصلاح دستگاه پيكنومتر گازي و اندازه گيري حجم مواد پودري و منافذ داخلي محصولات كشاورزي. ]

پايان نامه كارشناسي ارشد. مهندسي مكانيك ماشينهاي كشاورزي. دانشگاه تربيت مدرس، 106 ص.

and lipid content in Coturnix coturnix japonica.