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第17章 检测仪表

蔬菜的人工干燥,是在一定的干燥设备中,根据定制的干燥基准,通过调节控制干燥介质的温度、相对湿度,使其与****蔬菜的含水率变化和干燥应力变化相适应,在保障质量的前提下,使蔬菜变干的过程。对于干燥设备来说,需要评价其干燥性能,例如温度、湿度的调节范围及其分布均匀性等。干燥过程的实施,首先要随时测知蔬菜的含水率变化和干燥介质温度、湿度,其次还必须掌握蔬菜内部干燥应力的发生和发展情况,把干燥应力控制在容许的范围内,以避免或减轻干燥缺陷。

一、温度、相对湿度

温度、相对湿度的测量,主要是选择合适的仪表并掌握其合理的安装与使用。

(一)温度的测量

温度测量仪表的选用应考虑适用性、可靠性和经济性。适用性主要考虑测温范围、精确度,并符合安装及使用要求。蔬菜干燥室干温度通常不大于150℃,测温范围在0℃~200℃较合适,对于中低温干燥,如除湿干燥和太阳能干燥,也可定在1℃~100℃范围。脱水蔬菜生产上常用的测温仪表有以下几种。

1.玻璃温度计

利用玻璃管内(毛细管)的液体受热而均匀膨胀的原理测量温度。通常都用水银温度计,因为使用方便、稳定可靠、价格便宜。缺点是易损坏,不能遥测,热惰性大。

2.双金属温度计

感温元件是装在保护套管内的绕成螺旋形的双金属片,一端固定在套管的末端(固定端),另一端装在细轴上,轴端装有指针。当温度发生变化时,由于双金属片内外侧的膨胀系数不同,感温元件自由端便旋转带动指针转动,在刻度盘上指出温度读数。这种温度计坚固耐用,也容易读数,但精度较低(分度值为2℃)。

3.压力式温度计

压力式温度计由感温元件温包、传压元件毛细管和变形元件弹簧管等组成。闭合系统内填充有工作物质,测温时,闭合系统内工作物质的体积和压力随温度而变化,使弹簧管产生一定的变形,然后借助齿轮或杠杆机构的传动,牵动指针在刻度盘上指出相应的温度值。这种温度计的优点是不怕振动,读数清晰,并可在一定距离内遥测。缺点是由于由热惰性和机械惰性(由工质和毛细管壁的摩擦而引起的),使测温滞后较大,其压力系统也不耐久,一旦泄漏即报废。使用时须保护毛细管不被碰伤,并注意经常检验。闭合系统易损坏,测温不够可靠。

4.热电阻温度计

热电阻温度计由热电阻温度传感器、连接导线和测温仪表三部分组成。其原理是基于导体或半导体的电阻值于温度成一定的函数关系的性质。即介质的温度通过热电阻转变成电流信号,由连接导线传递到温度仪表,换算成温度值指示出来。

工业上常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻,前者的温度范围为-120℃~500℃,后者为-50℃~150℃。铜热电阻可满足干燥室的使用要求,价格也较便宜。与热电阻配套的测温仪表种类较多,就其原理而言,主要有动圈式仪表和电子自动平衡式仪表,包括电子电位差计和电子平衡电桥,并有许多不同功能和不同类型的设计。随着计算机技术的发展,微机化、智能化的数显式测温、控温仪表的应用也已相当普遍。

热电阻温度计灵敏度高,精确度高,不易发生故障,测温可靠,并可远距离遥测,便于实现多点检测和半自动、自动控制;也便于实现温度自动化记录和超温自动报警等多种功能。

5.热电偶温度计

由热电偶温度传感器、连接导线和测温仪表组成。热电偶测温元件是两根不同的导体或半导体,其中一端相互焊在一起,作为工作端(热端),另一端不焊接,作为自由端(冷端),通过导线或补偿导线与测温仪表相连接。测温时由于工作端和冷端温度不同,回路中便产生热电势。当热电偶的材料和冷端的温度时,回路中的热电势是工作端温度的单值函数,可通过仪表以毫伏值或换算成温度值显示出来。热电偶温度计的冷端温度规定为0℃。测量时常用补偿导线进行补偿。

热电偶的测量范围宽,并可测量“点”的温度,在脱水蔬菜干燥技术上,主要应用于测量炉气和炉膛的燃烧温度,也可用于测量干燥过程中蔬菜中心层的温度变化。

(二)相对湿度的测量

测量气体介质相对湿度的仪表,有用干湿球法的干湿球湿度计,用露点法的露点湿度计,用吸湿法的******电阻湿度计和湿胀法的毛发或尼龙丝湿度计等。在脱水蔬菜干燥技术上应用的主要由干湿球湿度计和毛发湿度计。

1.干湿球湿度计

其中一支湿度计的感温端包着纱布,纱布的下部浸在水中,使纱布保持潮湿,这支温度计叫做湿球温度计,而未包纱布的另一支叫做干球温度计。由于湿球温度计的纱布水分蒸发,需要消耗汽化潜热,使湿球温度计的读数比干球温度计低。此差值叫做干湿球温度差,其大小与气体介质的压力、气流速度和相对湿度有关。当介质压力和气流速度为一定值时,相对湿度越低,湿纱布的水分蒸发越强烈,干湿球温度差越大。反之,相对湿度越高,干湿球温度差越小。当气体介质达到饱和时,干湿球温度差为零。即相对湿度与干湿球温度差有一定函数关系。应用时只要根据所测的干球温度和干湿球温度差,查附录的湿度表,就可得知气体介质的相对湿度。

用于湿球湿度计测量相对湿度不受温度的影响,测量范围宽,且结构简单、安装使用方便、工作可靠、使用寿命长,还可同时测量温度和相对湿度,并可根据需要,设计成湿度集中检测、记录和自动控制装置,是脱水蔬菜干燥室中使用最普遍的湿度计。

2.毛发湿度计

低温除湿干燥室常使用毛发湿度计测量和控制干燥介质的相对湿度。这种湿度计是根据毛发随相对湿度的变化而伸缩的特性设计的。将几十根毛发组成一束,根据其伸缩的长度便可直接指示相对湿度值。毛发湿度计使用简便,并可直接读出相对湿度值,无需换算。电触点的毛发湿度计可作为自动控制的湿度传感器。

毛发湿度计的缺点时测湿范围窄,受介质温度限制,精确度也较差,需要经常校验。通常在60℃以下的室温和相对湿度85%以下使用较好。若温度超过70℃或相对湿度超过90%较长时间使用时,毛发容易变质而损坏。

检测装置安装应符合以下规定。

①温度计、湿度计安装时,测量部分的传感元件应布置在被干燥蔬菜的侧面且具有代表性的位置,并与干燥介质流动方向垂直。对于可逆循环窑,蔬菜堆两侧都应装温度计、湿度计,以便任何时候都能以蔬菜堆进风侧的温度、湿度作为执行干燥基准的依据。温度计、湿度计的显示部分应在操作间容易平视观察的位置,以便于观测和避免视差。

②湿球温度计传感器距水盒水位应保持20~50毫米的距离。若太小,会妨碍湿纱布处空气的流通,太大则难以保持湿纱布潮湿。

③纱布不能包得太厚,以3~4层医用脱脂纱布为宜。纱布和水质须保持干净,并注意加水保持水杯的水位,以确保纱布始终潮湿。

二、含水率的测量

在脱水蔬菜干燥过程中,对含水率的实时检测时执行脱水蔬菜干燥基准的重要依据之一。测量蔬菜含水率的方法很多,主要由重量法、电阻法、干馏法及滴定法等。目前,脱水蔬菜生产企业通常采用的是重量法和电测法。

(一)重量法

最传统、最基本的蔬菜含水率测定方法。用重量法测量蔬菜含水率准确可靠,而且不受含水率范围的研制。但测量时需要截取试样,破坏蔬菜、耗时长、操作繁琐。由于薄试片暴露在空气中其水分容易发生变化,因此,测量时要注意截取试片后或取出烘箱后应立即称重,如不能立即称重,须立即用塑料袋包装,防止水分蒸发。

(二)电阻法

根据蔬菜的某些电学特性与含水率的关系,设计成含水率测定仪直接测量食醋爱含水率的方法。依据蔬菜电学特性的不同,电测法可分为电阻式含水率测定仪和介电式含水率测定仪两种。该法测量方便、快速,且不破坏蔬菜,但测量范围有限。

1.电阻式含水率测定仪

在研究蔬菜的电导率(电阻率的倒数)的对数于含水率之间函数关系图时不难发现,在含水率6%~30%范围内,该关系曲线为斜率较大的直线段,即电阻率随含水率的变化较明显,故在该含水率范围内测量较准确。含水率超过30%,曲线出现较大的转折,斜率变得非常平缓,即电阻率随含水率的变化不明显,故测量的精确度差。含水率高于60%时,蔬菜则接近于导体,也难以测得真实含水率。而当含水率低于6%时,蔬菜接近绝缘体,电阻太大不易测量。因此,电阻式含水率测定仪测量蔬菜含水率的准确性范围在6%~30%之间。

2.介电式含水率测定仪

介电式含水率测定仪,,是利用蔬菜的介电常数和功率损耗角的正切值与蔬菜含水率的关系来测定蔬菜含水率的仪器。按照设计原理的不同可分为三类,即功率损耗式、电容式和电容—功率损耗式。其原理为:依据在高频交流电场的作用下,蔬菜的介电常数和功率损耗角的正切值与蔬菜含水率成正比的关系来测定脱水蔬菜含水率。

功率损耗式含水率测定仪是利用介电损耗因子随含水率的变化规律来测定蔬菜含水率的仪表。它具有方便、快速、不破坏蔬菜等优点。但其测量精度较电阻式为低,其原因是蔬菜表面的含水率对仪表读数有决定性影响,因为接近电极之电场较强;此外还包括板面粗糙情况以及电极设计方式对其精度的影响。

影响功率损耗式含水率测定仪的因素主要有如下几方面:

(1)品种。主要是指蔬菜的构造及所含的电解质浓度,如内含物、灰分及无机盐等。

(2)密度。绝干蔬菜的介电损耗因子随着密度的增加而增大;高含水率时,介电损耗因子与密度之间的关系曲线将会有轻微的向下凹的趋势。

(3)电极。表面接触式的电极必须紧贴蔬菜表面,否则会由于气隙的存在导致测量结果不准确。

电容式含水率测定仪指示仅以介电系数为被测参数,利用介电系数随蔬菜含水率的变化规律来测定蔬菜含水率的仪表。由于技术和设备费用昂贵的原因,至今还没有在脱水蔬菜加工业中广泛应用。

电容—功率损耗式含水率测定仪是利用介电系数和介电损耗因子两个参数随含水率的变化规律来测定蔬菜含水率的仪表。从原理上讲,此种方法综合考虑了蔬菜的介电系数和介电损耗因子两方面的影响,是一种比较好的测试方法,但是由于蔬菜含水率与蔬菜介电系数以及介电损耗因子之间关系复杂,在实际生产中很少采用。

综上所述,目前在我国应用比较广泛的几种含水率测量方法都有各自的优缺点。

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