专利名称：果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及农产品加工领域，具体为一种果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置。
背景技术：
果蔬等物料在冷冻干燥过程中，其含水率的监测对于判别冷冻干燥过程的实际进程、工艺过程的优化控制和产品质量等是十分重要的。若从升华干燥过
程过早地进入解吸干燥过程，将导致物料熔化；反之，升华干燥过程时间过长，耗时、耗能将增大。若解吸干燥过程过早结束，残余水分含量会过高；反之，解吸干燥时间过长，不仅耗时、耗能，而且会使物料中的活性成分因过度脱水而变性失活。
目前，公知的物料水分在线测量通常可分为在线取样测量和在线直接测量两种方法，而测量方法的选择取决于测量系统本身的响应速度、测量频率以及被测物料所处的环境条件等。果蔬等物料在冷冻干燥生产过程中，通常是装盘放置在封闭的真空冷冻干燥仓内的搁板上，故适合于在线取样测量。且物料冷冻干燥是在封闭、变温、真空的冷冻干燥室内进行的一个连续而缓慢的过程，故物料的含水率需要实时在线测量。但是至今国产的果蔬等物料的冷冻干燥试验机及生产设备还没有配备冷冻干燥物料水分实时在线监测装置，难以实现冷冻干燥工艺过程的优化控制，存在冷冻干燥能耗大、产品成本高和质量不稳定等问题，为此对果蔬等农产品在冷冻干燥过程中水分在线监测方法及其监测装置的研究有重要意义。发明内容本实用新型为了解决现有果蔬冷冻干燥试验机及生产设备没有配置水分实时在线监测装置，存在冷冻干燥工艺过程难以控制而造成冷冻干燥能耗大、产品成本高和质量不稳定等问题，提供一种果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置。
本实用新型是采用如下技术方案实现的果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置，包括安装在果蔬冷冻干燥设备冻干室内的物料样品称量装置，称量装置包含由上至下依次设置的料盘、托盘、料盘搁板，料盘搁板下方设有传感器固定架，传感器固定架上固定有与托盘下方连接的称重传感器，称重传感器一侧装有与其弹性体紧密接触的温度传感器；该在线监测装置还包括与计算机连接的数据采集仪，称重传感器经电阻应变仪与数据采集仪的信号输入端连接，温度传感器经信号运算放大电路与数据采集仪的信号输入端连接。数据采集仪把物料样品的质量测量信号输入到计算机，温度传感器经数据采集仪把称重传感器的温度测量信号同步输入到计算机。
由于冻干室内的温度在冷冻干燥过程中，变化范围较大，安装于冻干室内的称重传感器对温度变化敏感，产生了较大的温度漂移，测量物料样品质量时很容易产生附加误差，所以本实用新型为了消除称重传感器温度漂移引起的测量误差，在称量装置上安装了一个温度传感器，与称重传感器弹性体紧密接触，用以检测称重传感器体的温度变化，再根据称重传感器的温度特性用曲线拟合的方法，建立温度误差修正数学模型，利用监测系统的软件功能，在称重传感器的工作温度范围内实现整体温度补偿。上述数据采集仪将采集到的称重传感器、温度传感器的电压信号输出至计算机，并在DRVI可重组虚拟仪器平台的软件功能下实现信号的接收、处理、显示和存储，该软件为现有公知产品。
所述的称重传感器采用双连孔悬臂梁式结构，刚度好、动态特性好、机械滞后小，而且对力的偏心有自动补偿作用，对料盘内物料 布的均匀性要求较低。
与现有技术相比，本实用新型对果蔬物料水分的在线监测，采用的是在线取样称重测量方法，结构设计简单，称重传感器用软件进行整体温度补偿容易
实现，对物料残余含水率测量误差的绝对值可控制在0.5%以内，满足冷冻干燥生产工艺过程的监测与控制的技术要求；测量数据可视化，可实时测量并显示物料在冻干过程中的含水率和失水率，并根据测量数据绘制物料含水率和失水率的变化曲线图，能直观准确地反映物料的水分变化情况，为判别冻干过程实际进程和过程优化控制，为达到降低冷冻干燥生产能耗和保证产品质量的目的提供了重要的手段和有效适用的途径。

图l为本实用新型的工作原理框图图2为本实用新型所述称量装置的结构示意图
图中1-料盘2-托盘3-料盘搁板4-传感器固定架5-称重传感器6-温度传感器具体实施方式
果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置，如图2所示，包括安装在果蔬冷冻干燥设备冻干室内的物料样品称量装置，称量装置包含由上至下依次设置的料盘l、托盘2、料盘搁板3，料盘搁板3下方设有传感器固定架4，传感器固定架4上固定有与托盘2下方连接的称重传感器5，采用双连孔悬臂梁式结构，称重传感器5—侧装有与其弹性体紧密接触的温度传感器6;如图1所示，该在线监测装置还包括与计算机连接的数据采集仪，称重传感器5经电阻应变仪与数据采集仪的信号输入端连接，温度传感器6经信号运算放大电路与数据采集仪的信号输入端连接。
上述结构中，称重传感器5由HT-1712H型直流稳压电源提供，电阻应变仪衰减档为1/5，信号放大倍数400，最大输出电压4.5V左右，传感器信号线通过航空接头引出到冻干室外，与稳压电源和动态电阻应变仪相联接；温度传感器型号为AD590JH，采用-12V和+12V双电源作为激励电压，信号运算放大电路的取样电阻IOKQ，改变调节电阻值使运算放大器最大输出电压达到4.5V左右；数据采集仪有8个信号输入通道，电平输入范围为-5 +5V，测量系统使用2个信号输入通道分别接收称重传感器、温度传感器的输出电压，数据采集仪的USB信号输出接口与计算机相连，输出信号数据由基于DRVI可重组虚拟仪器平台的测量系统接收、处理、显示和存储，具体信号处理流程如下
称重传感器和温度传感器的输出电压信号，经数据采集仪传输到虚拟仪器USB数据采集卡，通过接线开关分别传输到各自的波形参数芯片进行数据计算处理，计算结果分别输出到不同的数据线上；温度、砝码质量、物料初始质量和初始含水率等参数从计算机键盘输入，由系统数据输入芯片接收，然后输出到设定的数据线上；由VBScript脚本芯片从数据线上获取相关数据，并进行温度补偿计算、电压信号数据转换、物料失水率和实时含水率计算等，把计算结果输出到数据线上或存储到内存芯片和数据文件中；冻干物料的质量、含水率和失水率等由数码显示芯片在计算机的系统界面上实时显示。波形芯片从存储物料失水率和实时含水率的内存芯片上读取数据，可绘制冻干过程中物料含水率和失水率的变化情况。
权利要求1、一种果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置，包括安装在果蔬冷冻干燥设备冻干室内的物料样品称量装置，其特征是称量装置包含由上至下依次设置的料盘(1)、托盘(2)、料盘搁板(3)，料盘搁板(3)下方设有传感器固定架(4)，传感器固定架(4)上固定有与托盘(2)下方连接的称重传感器(5)，称重传感器(5)一侧装有与其弹性体紧密接触的温度传感器(6)；该在线监测装置还包括与计算机连接的数据采集仪，称重传感器(5)经电阻应变仪与数据采集仪的信号输入端连接，温度传感器(6)经信号运算放大电路与数据采集仪的信号输入端连接。
2、 根据权利要求l所述的果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置，其 特征是所述的称重传感器(5)采用双连孔悬臂梁式结构。
专利摘要本实用新型涉及农产品加工领域，具体为一种果蔬在冷冻干燥过程中的水分在线监测装置，解决现有果蔬冷冻干燥设备没有配置水分实时在线监测装置，存在工艺过程难控制的问题，包括含有料盘、托盘、料盘搁板的称量装置，料盘搁板下方设有传感器固定架，传感器固定架上固定有与托盘连接的称重传感器，称重传感器一侧装有温度传感器；还包括与计算机连接的数据采集仪，称重传感器、温度传感器输出端分别与数据采集仪信号输入端连接。结构简单，满足冷冻干燥生产工艺过程的监测与控制要求；测量数据可视化，实时测量并显示物料在冻干过程中的含水率和失水率，并根据测量数据绘制物料含水率和失水率的变化曲线图，直观准确地反映物料的水分变化情况。
文档编号G01N5/04GK201387412SQ20092010207
公开日2010年1月20日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者刘振宇, 崔清亮, 李志伟, 胡席忠, 郑德聪, 郝新生, 郭玉明 申请人:山西农业大学