基于介电特性的颗粒饲料水分检测仪设计

发布时间：2020-04-10 03:23

【摘要】：颗粒饲料是饲料产品的主要物理形态,具有营养全面、稳定性好的特点。水分含量是颗粒饲料品质的基本指标,直接影响饲料产品的质量及其贮藏性能。水分含量的检测是颗粒饲料生产过程中重要的技术手段之一。目前,水分含量的测定通常采用常压恒温干燥法,该方法虽然结果稳定、精度高,但测定周期较长,无法满足快速无损检测的技术要求。所以,研究颗粒饲料水分快速检测方法,开发一种颗粒饲料水分快速无损检测仪,对于丰富饲料水分检测方法,提高检测水平具有重要的意义。本文以猪颗粒饲料为研究对象,利用同心轴式圆筒电容器和LCR电桥仪,开展了颗粒饲料介电特性的试验研究,设计了基于介电特性的颗粒饲料水分快速检测仪。利用自主设计的颗粒饲料水分快速检测仪,通过试验测定,建立了颗粒饲料水分含量预测模型,实现了颗粒饲料水分含量的快速检测。主要研究内容和结论包括:(1)开展了颗粒饲料介电特性试验研究。以猪颗粒饲料为研究对象,测定了不同测量频率(1 kHz~200 kHz)、温度(10℃~30℃)、水分含量(9%~18%)、容积密度(461 kg/m~3~657 kg/m~3)条件下颗粒饲料的相对介电常数,分析了测量频率、温度、水分含量和容积密度对颗粒饲料相对介电常数的影响规律。试验结果表明,在无压实状态和一定的温度、水分含量下,颗粒饲料的相对介电常数随着测量频率的增大而减小;在无压实状态和一定的测量频率下,颗粒饲料的相对介电常数随着温度和水分含量的增大而增大;在一定的测量频率和温度下,随着容积密度的增加颗粒饲料的相对介电常数会出现增大的趋势。(2)设计了以STM32F103ZET6单片机为核心的水分检测仪硬件系统。主要包含了电容检测模块、温度检测模块、质量检测模块、人机交互模块、串口通讯模块、单片机控制模块。实现了颗粒饲料样品的电容、温度及容积密度的检测,检测结果显示在显示屏上。在完成各个模块设计的基础上,设计和制作了水分检测仪的电路板。最后,设计了保护电路板的保护壳,并将显示屏、称重传感器等与保护壳安装在一起,完成水分检测仪的硬件设计。(3)编写了水分检测仪的软件系统。利用C语言,采用模块化的编程思想,编写了水分检测仪的软件系统。软件系统主要包含电容采集子程序、质量采集子程序、温度采集子程序、OLED显示子程序、水分含量计算子程序、按键识别子程序。通过对各功能模块的性能检测与验证。结果表明:电容检测模块的精度为±0.7 pF,温度检测模块的精度为±0.2°C,质量检测模块的精度为±7 g。(4)建立了颗粒饲料水分含量预测模型。以自主设计的颗粒饲料水分检测仪为测量工具,研究颗粒饲料相对介电常数与容积密度、温度、水分含量之间的关系,进行多元回归分析,建立颗粒饲料水分含量预测模型。结果表明,容积密度、温度、水分含量对颗粒饲料的相对介电常数有极显著的影响;建立的水分含量预测模型的决定系数R~2为0.9939,标准差SE为0.12。(5)颗粒饲料水分检测仪测量精度实证。采用自主设计的颗粒饲料水分检测仪,利用所建立的颗粒饲料水分含量预测模型,预测了样品的水分含量。结果表明:水分含量在9%~18%,温度在10°C~30°C,容积密度在577.1 kg/m~3~633.3 kg/m~3的范围内,所设计的水分测定仪测定结果与烘干法测定结果之间的绝对测量误差值在±0.6%以内,水分含量检测响应时间小于5 s,具有较强实用价值。
【图文】：

基于介电特性的颗粒饲料水分检测仪设计表 2-1 试验所需仪器信息及性能参数Table2-1 Instrument information and performance parameters required for the test仪器名称 规格型号 生产厂家 性能参数LCR 数字电桥仪 HPS2816A 常州市海尔帕公司 0.05 kHz~200 kHz电热鼓风干燥箱 DHG-9240A 武汉市环试检测设备有限公司 10 °C~200 °C数字温度计 DM6801A 深圳市胜利电子科技有限公司 0.1 °C冰箱 BCD-198K 青岛市海尔有限公司 -18 °C~5 °C微量分析天平 AUY220 日本岛津实验器材有限公司 0.0001 g电子天平 BT457A10 深圳市博途电子科技有限公司 0.1 g2.2 测量方法（1）介电参数测定方法介电参数测量系统主要由 HPS2816A 型精密 LCR 数字电桥仪(常州海尔帕公)、同心轴圆筒式电容器（自制）、计算机及测试软件等组成，如图 2-1 所示。

0 rε ε sc=d电容值，pF； 0为真空介电常数，，8.85介电常数；s 为极板的有效面积，mm2；出，当确定参数 s 和 d，那么的 变化证容纳的颗粒饲料足够以检测颗粒饲料为了减小电容器的边缘效应，极板的有极板的长度为 100 mm，宽为 80 mm。的极板都有利于进一步减弱边缘效应（电性能良好的紫铜，板厚 1 mm。两个，并贴在由亚克力板制成的料筒外壁组料筒具有盛放颗粒饲料样品和防止带有
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S817

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本文编号：2621680