CN104792121A - 一种基于物料干燥速率控制的热风微波耦合干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热风微波耦合干燥系统，包括改造后的家用微波炉、热风加热装置、电子秤、热风温度传感器、荧光光纤测温仪、计算机、控制软件及程序和控制装置。系统中电子秤可以将物料的实时重量数据传入到计算机中进行记录和保存，实现物料重量的实时、在线测量；物料罐中放置的光纤温度传感器可以将物料内部的实时温度数据传入到计算机中进行记录和保存，实现物料内部温度的实时、在线测量；根据含水率-时间设定曲线算出的某时刻实际含水率和设定含水率的差值作为调节量，通过控制物料内部温度来改变干燥速率。

Description

一种基于物料干燥速率控制的热风微波耦合干燥系统

技术领域

本发明涉及热风微波耦合干燥系统，尤其是涉及一种能够通过控制物料干燥速率进行干燥过程控制的热风微波耦合干燥系统，并且微波功率连续可调。

背景技术

微波干燥过程中，物料内部和外部同时加热，改变了传统的由表及里的加热方式，可以极大提高物料干燥的速度。相比于热风、冷冻等传统干燥方式，微波干燥技术具有干燥速度快、产品质量高、能源消耗低等优点，近年来年来在食品干燥领域应用愈发广泛。微波干燥过程可以分为干燥前期、干燥中期和干燥后期三个阶段，目前，相关研究表明，微波干燥干燥中期速率较高，物料中水分大量散失，但是同时这也会引起物料中气味流失、物料褐变和碳化等严重影响产品品质的现象。如果能够对微波干燥中期干燥速率进行控制，可以在保证物料干燥速率的同时获得较好的产品干燥品质。

微波与热风组合的方式一般分为串联干燥和并联干燥两种，串联干燥是指先将物料用热风干燥到一定含水率后再用微波干燥到终点，或是先进行微波干燥再使用热风干燥到终点；并联干燥，又称耦合干燥，是指微波和热风同时进行作用对物料进行干燥，干燥过程中通过热风及时带走物料表面的蒸气，使物料内外保持足够的蒸气压力差，能够在保证干燥品质的同时极大地提高干燥速率。

发明内容

本专利提供一种可以通过控制物料干燥速率进行热风微波耦合干燥的干燥系统，其微波功率连续可调，热风温度、风速一定范围可调，结构布局合理，能够有效控制物料干燥过程，保证干燥后物料品质。根据含水率-时间设定曲线算出的某时刻实际含水率和设定含水率的差值作为调节量，通过控制物料内部温度来改变改造速率。

为实现上述目的，本专利采用以下技术方案：

一种基于物料干燥速率控制的热风微波耦合干燥系统，它包括改造后的家用微波炉、热风加热装置、电子秤、热风温度传感器、荧光光纤测温仪、计算机、控制软件及程序和控制装置。

上述热风微波耦合干燥系统的家用微波炉通过改造后可以输出功率为0～450W、频率为2450±50MHz的微波，并且功率连续可调，磁控管发射的微波经波导传输到谐振腔入口处后经过磁场搅拌器均匀射入干燥腔，保证微波干燥的均匀性。

上述热风微波耦合干燥系统的热风加热装置位于微波炉上部，通过管道将热风枪产生的热风不断输入到干燥腔内，管道内的热风温度传感器可以获取输入到干燥腔内的热风温度并传入到计算机中进行温度控制和记录保存。

上述热风微波耦合干燥系统的电子秤装置带有RS232串口，可以将物料的实时重量传入到计算机中进行记录保存，并可以检测物料干燥所处阶段，无需中断干燥取出物料进行称重，避免人为误差。

上述热风微波耦合干燥系统的荧光光纤测温仪由光纤探头和光纤测温仪组成，光纤探头获取的温度数据经过光纤测温仪转换成0-5V的电压并通过控制装置输入到计算机中进行物料内部温度的监测与控制。

上述热风微波耦合干燥系统的控制装置包括调压器和数据采集卡，通过数据采集卡模拟输入接口可以将物料内部温度和热风温度数据输入到计算机，通过数据采集卡模拟输出接口可以将控制电压(0-5V)输入到调压器进而控制微波炉功率和热风枪热风温度。

上述热风微波耦合干燥系统的控制程序包括监控面板、微波控制面板和热风控制面板，其中监控面板可以监测物料实时重量和干燥过程是否完成；微波控制面板可以设定微波干燥相关参数并监测物料内部实时温度；热风控制面板可以设定热风枪相关参数并监测热风输入温度。

附图说明

图1本发明的基于物料内部温度控制的热风微波耦合干燥系统主视图

图1中：1-电子秤 2-微波炉 3-出风口 4-光纤测温仪 5-计算机(含控制软件) 6-控制单元 7-热风枪和热风温度传感器 8-物料 9-支撑板 10-热风进口 11-光纤探头 12-物料罐

图2物料内部温度控制曲线

图3热风温度控制曲线

图4物料干燥曲线设定值和实际值

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明具体实施方式做进一步说明。

热风微波耦合干燥系统如图1所示，物料准备完毕放入物料罐12中后，在计算机5的程序中设定含水率-时间曲线公式、热风干燥参数，设定完毕后即可开始干燥过程。

干燥过程中，电子秤1通过RS232接口将物料实时重量输入到计算机5中进行记录保存，并可以检测物料是否到达干燥终点；电子秤获得实时重量数据转换成含水率后，根据含水率-时间公式计算出设定含水率，将两者差值作为温度控制变量，从而改变干燥速率；光纤探头11获取的物料内部实时温度信号通过光纤测温仪4转换后变成0-5V的电压信号，并通过控制单元6的数据采集卡输入到计算机5中，如果实时的物料内部温度值大于设定值，计算机5将会通过控制单元6的数据采集卡输出一个0-5V的控制电压到控制单元6的调压器中，从而控制微波炉暂停干燥直至物料内部温度值小于设定值；热风温度传感器7获取的0-5V的热风温度信号经过控制单元6的数据采集卡输入到计算机5中进行热风温度的控制。

实例：基于牛蒡干燥速率控制的热风微波耦合干燥

将新鲜牛蒡洗净去皮后切成5mm厚的圆片，称取50g放入到物料罐12中，关闭微波炉2的炉门后，在计算机5中的程序中设定微波干燥参数为：微波功率密度400W、物料干燥曲线设定曲线为MR＝-0.05*t+7(MR为设定含水率，t为干燥时间)、干燥终点干基含水率15％、物料内部温度最低值25℃，最高值75℃，120min后保持物料内部温度设定值为50℃，物料内部温度控制曲线如图2所示；热风干燥温度取80℃，热风温度控制曲线如图3所示。设定完毕后运行程序开始干燥过程，干燥完成后关闭程序，取出并保存物料，物料设定干燥曲线和实际干燥曲线如图4所示。

上述实例仅为对本发明的实施方式做具体描述，并非对本发明的使用范围进行限定。同时，任何所属领域的技术人员均可以针对本发明的技术方案或实施方式进行各种改变和改进，但所有这些改变或改进必须属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于物料内部温度控制的热风微波耦合干燥系统，它包括改造后的家用微波炉、热风加热装置、电子秤、热风温度传感器、荧光光纤测温仪、计算机、控制软件及程序和控制装置。

2.根据权利要求1所述，一种基于物料内部温度控制的热风微波耦合干燥系统，其特征在于：

(1)物料罐下面放置有电子秤，该电子秤可以将物料的实时重量数据传入到计算机中进行记录和保存，实现物料重量的实时、在线测量；

(2)物料罐中放置有光纤温度传感器，干燥时取一片物料插入光纤探头，该传感器可以将物料内部的实时温度数据传入到计算机中进行记录和保存，实现物料内部温度的实时、在线测量；

(3)计算机的控制软件可以在物料内部温度达到设定值后，停止微波炉工作直至物料内部温度降到设定值以下，如此反复，保证物料内部温度稳定在设定值上下波动，直到物料的含水率干燥到平衡水分；

(4)控制装置由调压器、数据采集卡组成，用于热风温度和微波功率的设定和调节以及干燥过程中热风温度和物料内部温度的采集；数据采集卡可以输出0-5v的控制电压，采集到0-5v的电压信号(或4-20mA的电流信号)；

(5)可以根据含水率-时间设定曲线算出的某时刻实际含水率和设定含水率的差值作为调节量，通过控制物料内部温度来改变干燥速率。

3.根据权利要求1所述，一种基于物料干燥速率控制的热风微波耦合干燥系统，其特征在于：可以实时地获取干燥过程中物料的内部温度和重量数据，并可以通过这些数据对干燥过程进行控制。