專利名稱：果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域，具體為一種果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
果蔬等物料在冷凍干燥過程中，其含水率的監(jiān)測對于判別冷凍干燥過程的實(shí)際進(jìn)程、工藝過程的優(yōu)化控制和產(chǎn)品質(zhì)量等是十分重要的。若從升華干燥過
程過早地進(jìn)入解吸干燥過程，將導(dǎo)致物料熔化；反之，升華干燥過程時(shí)間過長，耗時(shí)、耗能將增大。若解吸干燥過程過早結(jié)束，殘余水分含量會過高；反之，解吸干燥時(shí)間過長，不僅耗時(shí)、耗能，而且會使物料中的活性成分因過度脫水而變性失活。
目前，公知的物料水分在線測量通?？煞譃樵诰€取樣測量和在線直接測量兩種方法，而測量方法的選擇取決于測量系統(tǒng)本身的響應(yīng)速度、測量頻率以及被測物料所處的環(huán)境條件等。果蔬等物料在冷凍干燥生產(chǎn)過程中，通常是裝盤放置在封閉的真空冷凍干燥倉內(nèi)的擱板上，故適合于在線取樣測量。且物料冷凍干燥是在封閉、變溫、真空的冷凍干燥室內(nèi)進(jìn)行的一個連續(xù)而緩慢的過程，故物料的含水率需要實(shí)時(shí)在線測量。但是至今國產(chǎn)的果蔬等物料的冷凍干燥試驗(yàn)機(jī)及生產(chǎn)設(shè)備還沒有配備冷凍干燥物料水分實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，難以實(shí)現(xiàn)冷凍干燥工藝過程的優(yōu)化控制，存在冷凍干燥能耗大、產(chǎn)品成本高和質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，為此對果蔬等農(nóng)產(chǎn)品在冷凍干燥過程中水分在線監(jiān)測方法及其監(jiān)測裝置的研究有重要意義。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有果蔬冷凍干燥試驗(yàn)機(jī)及生產(chǎn)設(shè)備沒有配置水分實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，存在冷凍干燥工藝過程難以控制而造成冷凍干燥能耗大、產(chǎn)品成本高和質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，提供一種果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置。
本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置，包括安裝在果蔬冷凍干燥設(shè)備凍干室內(nèi)的物料樣品稱量裝置，稱量裝置包含由上至下依次設(shè)置的料盤、托盤、料盤擱板，料盤擱板下方設(shè)有傳感器固定架，傳感器固定架上固定有與托盤下方連接的稱重傳感器，稱重傳感器一側(cè)裝有與其彈性體緊密接觸的溫度傳感器；該在線監(jiān)測裝置還包括與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集儀，稱重傳感器經(jīng)電阻應(yīng)變儀與數(shù)據(jù)采集儀的信號輸入端連接，溫度傳感器經(jīng)信號運(yùn)算放大電路與數(shù)據(jù)采集儀的信號輸入端連接。數(shù)據(jù)采集儀把物料樣品的質(zhì)量測量信號輸入到計(jì)算機(jī)，溫度傳感器經(jīng)數(shù)據(jù)采集儀把稱重傳感器的溫度測量信號同步輸入到計(jì)算機(jī)。
由于凍干室內(nèi)的溫度在冷凍干燥過程中，變化范圍較大，安裝于凍干室內(nèi)的稱重傳感器對溫度變化敏感，產(chǎn)生了較大的溫度漂移，測量物料樣品質(zhì)量時(shí)很容易產(chǎn)生附加誤差，所以本實(shí)用新型為了消除稱重傳感器溫度漂移引起的測量誤差，在稱量裝置上安裝了一個溫度傳感器，與稱重傳感器彈性體緊密接觸，用以檢測稱重傳感器體的溫度變化，再根據(jù)稱重傳感器的溫度特性用曲線擬合的方法，建立溫度誤差修正數(shù)學(xué)模型，利用監(jiān)測系統(tǒng)的軟件功能，在稱重傳感器的工作溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)整體溫度補(bǔ)償。上述數(shù)據(jù)采集儀將采集到的稱重傳感器、溫度傳感器的電壓信號輸出至計(jì)算機(jī)，并在DRVI可重組虛擬儀器平臺的軟件功能下實(shí)現(xiàn)信號的接收、處理、顯示和存儲，該軟件為現(xiàn)有公知產(chǎn)品。
所述的稱重傳感器采用雙連孔懸臂梁式結(jié)構(gòu)，剛度好、動態(tài)特性好、機(jī)械滯后小，而且對力的偏心有自動補(bǔ)償作用，對料盤內(nèi)物料 布的均勻性要求較低。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型對果蔬物料水分的在線監(jiān)測，采用的是在線取樣稱重測量方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，稱重傳感器用軟件進(jìn)行整體溫度補(bǔ)償容易
實(shí)現(xiàn)，對物料殘余含水率測量誤差的絕對值可控制在0.5%以內(nèi)，滿足冷凍干燥生產(chǎn)工藝過程的監(jiān)測與控制的技術(shù)要求；測量數(shù)據(jù)可視化，可實(shí)時(shí)測量并顯示物料在凍干過程中的含水率和失水率，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制物料含水率和失水率的變化曲線圖，能直觀準(zhǔn)確地反映物料的水分變化情況，為判別凍干過程實(shí)際進(jìn)程和過程優(yōu)化控制，為達(dá)到降低冷凍干燥生產(chǎn)能耗和保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的提供了重要的手段和有效適用的途徑。

圖l為本實(shí)用新型的工作原理框圖圖2為本實(shí)用新型所述稱量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中1-料盤2-托盤3-料盤擱板4-傳感器固定架5-稱重傳感器6-溫度傳感器具體實(shí)施方式
果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置，如圖2所示，包括安裝在果蔬冷凍干燥設(shè)備凍干室內(nèi)的物料樣品稱量裝置，稱量裝置包含由上至下依次設(shè)置的料盤l、托盤2、料盤擱板3，料盤擱板3下方設(shè)有傳感器固定架4，傳感器固定架4上固定有與托盤2下方連接的稱重傳感器5，采用雙連孔懸臂梁式結(jié)構(gòu)，稱重傳感器5—側(cè)裝有與其彈性體緊密接觸的溫度傳感器6;如圖1所示，該在線監(jiān)測裝置還包括與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集儀，稱重傳感器5經(jīng)電阻應(yīng)變儀與數(shù)據(jù)采集儀的信號輸入端連接，溫度傳感器6經(jīng)信號運(yùn)算放大電路與數(shù)據(jù)采集儀的信號輸入端連接。
上述結(jié)構(gòu)中，稱重傳感器5由HT-1712H型直流穩(wěn)壓電源提供，電阻應(yīng)變儀衰減檔為1/5，信號放大倍數(shù)400，最大輸出電壓4.5V左右，傳感器信號線通過航空接頭引出到凍干室外，與穩(wěn)壓電源和動態(tài)電阻應(yīng)變儀相聯(lián)接；溫度傳感器型號為AD590JH，采用-12V和+12V雙電源作為激勵電壓，信號運(yùn)算放大電路的取樣電阻IOKQ，改變調(diào)節(jié)電阻值使運(yùn)算放大器最大輸出電壓達(dá)到4.5V左右；數(shù)據(jù)采集儀有8個信號輸入通道，電平輸入范圍為-5 +5V，測量系統(tǒng)使用2個信號輸入通道分別接收稱重傳感器、溫度傳感器的輸出電壓，數(shù)據(jù)采集儀的USB信號輸出接口與計(jì)算機(jī)相連，輸出信號數(shù)據(jù)由基于DRVI可重組虛擬儀器平臺的測量系統(tǒng)接收、處理、顯示和存儲，具體信號處理流程如下
稱重傳感器和溫度傳感器的輸出電壓信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集儀傳輸?shù)教摂M儀器USB數(shù)據(jù)采集卡，通過接線開關(guān)分別傳輸?shù)礁髯缘牟ㄐ螀?shù)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理，計(jì)算結(jié)果分別輸出到不同的數(shù)據(jù)線上；溫度、砝碼質(zhì)量、物料初始質(zhì)量和初始含水率等參數(shù)從計(jì)算機(jī)鍵盤輸入，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入芯片接收，然后輸出到設(shè)定的數(shù)據(jù)線上；由VBScript腳本芯片從數(shù)據(jù)線上獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償計(jì)算、電壓信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、物料失水率和實(shí)時(shí)含水率計(jì)算等，把計(jì)算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)線上或存儲到內(nèi)存芯片和數(shù)據(jù)文件中；凍干物料的質(zhì)量、含水率和失水率等由數(shù)碼顯示芯片在計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)界面上實(shí)時(shí)顯示。波形芯片從存儲物料失水率和實(shí)時(shí)含水率的內(nèi)存芯片上讀取數(shù)據(jù)，可繪制凍干過程中物料含水率和失水率的變化情況。
權(quán)利要求1、一種果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置，包括安裝在果蔬冷凍干燥設(shè)備凍干室內(nèi)的物料樣品稱量裝置，其特征是稱量裝置包含由上至下依次設(shè)置的料盤(1)、托盤(2)、料盤擱板(3)，料盤擱板(3)下方設(shè)有傳感器固定架(4)，傳感器固定架(4)上固定有與托盤(2)下方連接的稱重傳感器(5)，稱重傳感器(5)一側(cè)裝有與其彈性體緊密接觸的溫度傳感器(6)；該在線監(jiān)測裝置還包括與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集儀，稱重傳感器(5)經(jīng)電阻應(yīng)變儀與數(shù)據(jù)采集儀的信號輸入端連接，溫度傳感器(6)經(jīng)信號運(yùn)算放大電路與數(shù)據(jù)采集儀的信號輸入端連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置，其 特征是所述的稱重傳感器(5)采用雙連孔懸臂梁式結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域，具體為一種果蔬在冷凍干燥過程中的水分在線監(jiān)測裝置，解決現(xiàn)有果蔬冷凍干燥設(shè)備沒有配置水分實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，存在工藝過程難控制的問題，包括含有料盤、托盤、料盤擱板的稱量裝置，料盤擱板下方設(shè)有傳感器固定架，傳感器固定架上固定有與托盤連接的稱重傳感器，稱重傳感器一側(cè)裝有溫度傳感器；還包括與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集儀，稱重傳感器、溫度傳感器輸出端分別與數(shù)據(jù)采集儀信號輸入端連接。結(jié)構(gòu)簡單，滿足冷凍干燥生產(chǎn)工藝過程的監(jiān)測與控制要求；測量數(shù)據(jù)可視化，實(shí)時(shí)測量并顯示物料在凍干過程中的含水率和失水率，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制物料含水率和失水率的變化曲線圖，直觀準(zhǔn)確地反映物料的水分變化情況。
文檔編號G01N5/04GK201387412SQ20092010207
公開日2010年1月20日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者劉振宇, 崔清亮, 李志偉, 胡席忠, 鄭德聰, 郝新生, 郭玉明 申請人:山西農(nóng)業(yè)大學(xué)