可调探针式电极的设计与试验研究

发布时间：2020-10-22 13:40

　　 真空冷冻干燥技术(FD)近年来已被应用于果蔬加工,采用真空冷冻干燥不但能够充分保留果蔬的营养成分和活性物质,且能最大程度保持原有的色泽、风味与形态,因此应用前景广阔。但冻干过程能耗大,加工成本高,使得这一干燥技术在果蔬及农产品干燥加工中不能很好推广应用。近年来,我们结合果蔬冻干加工生产实际,进行了低能耗果蔬冻干加工技术与工艺的系统研究,在低能耗冻干过程工艺优化中探索了几种果蔬冻干水分在线检测新技术,以果蔬在冻干过程的介电参数变化来表达果蔬同一时刻的含水率就是其中一项研究内容。但采用常规的介电特性测试装置不能在冻干仓内进行果蔬介电特性的在线测量,为此本文基于电桥原理创新设计了可调探针式电极介电特性测量系统,以苹果作为试材,利用该系统进行了介电特性在线测量的试验研究。主要内容包括： (1)创新设计了2针型和4针型两种可调探针式电极构成果蔬介电特性测试装置,与LCR测试仪组合形成可调探针式电极介电特性测量系统,基于电桥原理可测量果蔬介电参数如阻抗、电容和电阻等。 (2)试验研究了探针式电极参数和高压脉冲电场预处理对苹果介电特性的影响。探针式电极参数对苹果介电参数影响显著,随探针间距的增大,探针插入深度的减小,苹果阻抗、抗阻和电阻增大,电容减小。对不同探针式电极测得的介电参数进行回归分析,2针型探针式电极探针间距与介电参数线性相关,4针型探针式电极探针间距与苹果介电参数呈倒数关系,2针型与4针型探针式电极的插入深度均与介电参数线性相关,回归模型显著,拟合程度较高。苹果介电参数随频率增大而减小,两者呈幂函数关系。高压脉冲预处理苹果的阻抗、抗阻和电阻减小,电容增大,预处理苹果的电阻、阻抗和抗阻与探针间距线性相关,拟合精度更高,电容与探针间距呈倒数关系,相关性高；预处理苹果的电阻、阻抗、电容和抗阻与探针插入深度线性相关,决定系数均达0.8以上。 (3)利用2针型探针式电极介电特性测试装置对不同温度下苹果热风干燥过程进行在线监测,试验研究了苹果脱水性、介电特性以及相关性。干燥过程中,干燥速率和含水率在逐渐减小。开始时阻抗、抗阻和电阻变化幅度很小,电容迅速减小,在某一时刻出现转折点,阻抗、抗阻和电阻迅速增大,电容几乎不变。经过一段时间,阻抗、抗阻和电阻在某个值附近徘徊。干燥温度越高,转折点出现越旱。 (4)分别利用2针型和4针型探针式电极在线检测苹果真空冻干过程中介电特性的变化,研究苹果脱水性与介电特性的相关性。探针式电极测量的苹果介电特性分阶段变化,阻抗和抗阻依次经历调整期、缓冲期、上升期和稳定期。电阻只经历了缓冲期和上升期,电容经历调整期、上升期、衰减期和稳定期。调整期介电特性变化紊乱,没有规律,缓冲期和稳定期介电特性几乎不变,上升期介电特新随干燥时间迅速增大,衰减期介电参数随干燥时间迅速减小。选择介电参数的上升期和衰减期作为特征区间,对不同探针式电极测得的介电参数和干燥时间进行多项式回归,决定系数大于0.9,回归模型拟合精度高。 (5)对比热风干燥干燥和真空冷冻干燥苹果过程中脱水性和介电特性。真空冻干苹果的电阻、抗阻和阻抗均大于热风干燥苹果的电阻、抗阻和阻抗,电容小于热风干燥苹果。在含水率为40%～80%间,对干燥温度为80℃的热风干燥和真空冻干苹果的电阻和电容进行回归分析,回归模型显著,决定系数均大于0.9。基于相同含水率,联立方程组,求得结果表明：热风干燥苹果电阻与真空冷冻干燥苹果的电阻呈乘幂关系,电容呈对数关系。 本文研究内容为利用介电特性进行果蔬真空冷冻干燥水分在线测量奠定了基础。
【学位单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S226.6
【部分图文】：

3.3.1.3探针插入深度对苹果介电特性的影响探针间距固定为9mm,不同测试频率下的试验结果如图3-2所示：随着探针插入苹果深度的增大，阻抗Z、抗阻Lp以及电阻Rp都在减小，而电容Cp在增大。这主要是由于随着探针插入苹果的深度加大，探针与苹果的连接更加紧密，导电性能更好，阻抗Z、抗阻Lp以及电阻Rp都在减小。而电容的增大则是由于当将两探针等效为一个电容的两极板时，随着探针插入苹果的探针插入深度增加，极板面积也在增加，而探针间距离是不变的，所以电容在随着探针插入深度的增加而增加。-23-
【参考文献】

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本文编号：2851670