CN105115847B - 一种微波浮力法快速测定装置及其测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波浮力法快速测定装置，包括：样品杯容器，其杯身均匀分布小孔；电子称，其包括用于测量重量的刚性细线，刚性细线悬挂样品杯容器；水箱，其为上端开口的容器，设置在样品杯容器下方；升降台，其设置在水箱下方，驱动水箱升降；其中，当升降台升至最高处时，驱动水箱能够将样品杯容器完全浸入水中测试数据；当升降台下降至最低处时，驱动水箱下降至能够使样品杯容器完全脱离水箱；本发明还公开了一种微波浮力法快速测定方法，其能够测试样品中含水量。本发明具有自动化水平高、方便、快速、准确、环保、样品无需事先粉碎即可测试等特点。

Description

一种微波浮力法快速测定装置及其测定方法

技术领域

本发明涉及谷物水分测定领域，具体涉及一种微波浮力法快速测定装置及其测定方法。

背景技术

水分含量是谷物质量标准中一项重要的限制性项目，对谷物的加工、储藏、运输和销售都有重要的影响。确定一种快速、准确、便捷地粮食水分测定方法具有重大意义。虽然现在测定粮食水分的方法很多，但是都存在诸多不足，例如：我国国家标准方法(烘干法)，虽然检测精度很高，但是费时、耗能大、效率低，不能实现快速在线检测；电容法虽然具有结构简单、成本低、检测速度快等优点，但测量精度低，易受干扰；电阻法不适合高水分、大颗粒粮食的测定；红外线加热法虽然测量快，但是容易造成干物质损失，精度低，近红外法虽然速度快，但是样品的品种、大小、密度、环境温度、震动等对测量结果均有影响，稳定性差、适用面小；其他方法如微波和无线电法、核磁共振法、中子法、声学法等等，均由于成本高，条件要求高等诸多因素无法广泛使用。在谷物水分含量测测定领域，我国在测试方法和基础理论研究方面相比其他科技比较发达的国家还显得比较薄弱。

在先申请“浮力法谷物水分快速测定方法及其测定仪”专利号为：CN200810050625.3，公开了利用浮力法对谷物水分的快速检测方法，该专利在一定程度上实现了操作简便、快速、测定数据准确等目的，但是由于测定过程中需要样品粉碎、注水打压等工序，操作不方便，同时在测量的过程中不稳定，自动化水平低，需要人工做操的较繁琐，并且，在背景文件中，该装置体型较大，在移动、运输也存在不便捷的问题。

发明内容

本发明设计开发了一种微波浮力法快速测定装置，目的就是根据“阿基米德浮力定律”原理，提供一种测试数据的波动性小，测试结果准确稳定测试装置，同时还提供了一种操作方便的微波浮力法谷物水分快速测定方法。

本发明另一个发明目的是，使称量测试能够在同一装置中一体化完成，并且装置设计结构紧凑，移动方便，自动化程度高。

同时，本发明还具有另一个发明目的是在测试之前通过微波的作用能够使样品充分润湿，增加了样品在水中进行浮力测试时的柔顺性、稳定性及准确性，同时，微波操作简单、灵活、便捷，无需人工繁琐操作即可达到目的。

本发明提供的技术方案为：

一种微波浮力法快速测定装置，包括：

样品杯容器，其杯身均匀分布小孔；

电子称，其包括用于测量重量的刚性细线，所述刚性细线悬挂所述样品杯容器；

水箱，其为上端开口的容器，设置在所述样品杯容器下方；

升降台，其设置在所述水箱下方，驱动所述水箱升降；

其中，当所述升降台升至最高处时，驱动所述水箱能够将所述样品杯容器完全浸入水中测试数据；当所述升降台下降至最低处时，驱动所述水箱下降至能够使所述样品杯容器完全脱离所述水箱。

优选的是，还包括：

支架，其包括电子称托盘、弧形支撑架及底座；其中，所述电子称托盘用于放置所述电子称，其中心处设置为开孔结构，所述底座用于放置所述电升降台，所述弧形支撑架上端连接所述电子秤托盘后边缘，下端连接所述底座前边缘，所述弧形支撑架上部分为中空结构，其能够用于将所述升降台驱动所述水箱升降时从中空结构中穿过；所述电子秤托盘、所述弧形支撑架及所述底座焊接成为一体。

优选的是，还包括：外壳，其焊接固定在所述底座上，且穿过所述弧形支撑架，所述升降台置于所述外壳内部。

优选的是，所述水箱及所述升降台之间设置水箱稳定装置，其用于在水箱升降过程中稳定水箱。

优选的是，所述升降台还包括用于限定升降高度的上限位器及下限位器。

优选的是，所述刚性细线系有挂钩，所述挂钩能够穿过所述电子秤托盘的开孔结构用于悬挂所述样品杯容器。

优选的是，所述水箱内部贯穿设置竖直分隔板，其上边缘与所述水箱上边缘齐平，所述分隔板与所述水箱侧壁分割出所述水箱1/4体积，所述分隔板距离上边缘处开设溢水孔。

优选的是，所述样品杯容器包括杯体、杯盖和提梁；所述杯体、所述杯盖及杯底均匀分布小孔，所述杯盖可拆卸的连接所述杯体，所述杯盖侧面上端设置有提梁，提梁中部设置有凹槽，其用于与所述挂钩配合悬挂所述样品杯容器。

一种微波浮力法快速测定方法，包括：

样品重称量：用称样器皿称取样品记录样品重；

样品杯皮重称量：样品杯容器全部浸入水中，待天平数据稳定后，记录皮重数据；

样品毛重称量：将盛有样品的样品杯容器全部浸入水中，待天平数据稳定后，记录样品毛重数据；

通过公式进行计算样品含水量；其中，W₀为样品重；W₁干物质在水中重；M样品水分含量，ρ_s水的密度；ρ_g样品中干物质的密度；

其中，在样品重称量之后对样品进行微波处理。

优选的是，所述微波处理为：将样品倒入干净的容器中，加水，盖上容器盖，将容器放入微波炉中，高火加热10～15分钟，取出样品。

本发明所述的有益效果：

1、通过本发明提供的测试装置，克服了传统“烘干法”操作时间长，指导不及时和其他快速水分测定仪误差偏大的缺点，能够方便、快速、准确、环保的对样品中含水量进行测试，对样品无需进行粉碎，注水打压等繁琐操作，同时采用电动升降平台，增加浮力测量的稳定性和测量过程的自动化水平；

2、在样品称量后，进行在水中测试之前，进行微波操作，使样品得到充分的润湿之后再将样品装入样品杯中，使其能够更柔顺的进入水中，使测量更稳定准确；

3、本发明的设备采用一体化支架设计，使称量测试能够在同一装置中一体化完成，装置设计结构紧凑，移动方便，自动化程度高，并且方便移动及运输，外壳焊接在一体化支架上，升降台及水箱设置在外壳内部安装并且穿过支架主体的设计，使测试结果受外界环境影响小，测试稳定。

附图说明

图1为本发明所述的微波浮力法谷物水分快速测定装置剖视图；

图2为本发明所述的微波浮力法谷物水分快速测定装置主视图；

图3为本发明所述的微波浮力法谷物水分快速测定装置左视图；

图4为本发明所述的微波浮力法谷物水分快速测定装置俯视图；

图5为本发明所述的微波浮力法谷物水分快速测定装置立体图；

图6为本发明所述的样品杯；

图7为本发明所述的水箱；

图8为本发明所述的支架立体图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图5、图6所示，本发明提供一种微波浮力法快速测定装置，其主体包括电子称100、水箱200及电动升降台300；其中，在电子称100的正下方通过“S”型挂钩110悬挂均匀分布小孔的样品杯容器500，样品杯容器500为圆柱体，其包括能够用于与“S”型挂钩110相配合悬挂的提梁530，在电子称100下称的秤钩上系上刚性细线，在细线的另一端系上“S”型挂钩110；水箱200为上端开口的不锈钢容器，设置在样品杯容器500的下方，并且放置在电动升降台300上，当样品杯容器500挂在电子称100下称的秤钩的“S”型挂钩110上时，电动升降台300能够托着水箱200升至最高处，将样品杯容器500全部浸入水中，从而测定样品杯容器的皮重、毛重，进而计算被测样品水分值，当电动升降台300下降至最低处时，驱动水箱200下降至能够使样品杯容器500完全脱离水箱200的位置。

在另一种实施例中，如图1、图5、图8所示，还包括：能够将电子称100、水箱200及自动升降台300整体放置的不锈钢支架400，其整体为一体化设计，其中，支架400包括电子称托盘410、底座420及弧形支撑架430，在电子称托盘410上放置电子称100，在电子秤托盘的中心处开设有直径10cm的孔，“S”型挂钩110能够从这个孔中穿过来悬挂样品杯容器500，在底座420上放置电动升降台300，弧形支撑架430的上端焊接在电子秤托盘410的后边缘，弧形支撑架430的下端焊接在底座420的前边缘，同时，弧形支撑架430上部为中空结构，当电动升降台300驱动水箱200升降时，能够从该中空结构中穿过；并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此，作为一种优选，电子秤托盘410及弧形支撑架430还能够通过螺接的方式连接，弧形支撑架430及底座420同样通过螺接的方式连接，从而使电子秤托盘410、底座420及弧形支撑架430可拆卸，方便更换清洗。

在另一种实施例中，如图1、图5所示，还包括：焊接固定在底座420上的外壳440，其穿过弧形支撑架430的中空结构；水箱200及电动升降台300置于外壳440内部，使其在测量时，降低外界对测量的干扰，使测量更为稳定准确；并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此，最为一种优选，外壳440还能够通过螺接的方式可拆卸的固定在底座420上，使外壳440方便更换拆卸。

在另一种实施例中，如图1所示，水箱200及电动升降台300之间还设置了水箱稳定装置450，水箱稳定装置450用于在水箱升降过程中使水箱200更为平稳的升降；在本实施例中，水箱稳定装置450为表面平整的木板，并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此，作为一种优选，水箱稳定装置450还能够为缓冲泡沫垫，使水箱200在升降过程中更为平稳，水箱200内的水减少晃动。

在另一种实施例中，如图1所示，电动升降台300还包括用于限定升降高度的上限位器310及下限位器320，电动升降台300内部设有限位开关，升降最高点及最低点分别由上限位器310及下限位器320控制，通过上限位器310及下限位器320的对升降高度的限定，使电动升降台300及水箱200的每次升降的高度固定，增加测试的准确性。

在另一种实施例中，如图7所示，在水箱200的体积1/4处内部贯穿焊接与水箱200等高的竖直分隔板441，分隔板441为铁板，其上边缘与所述水箱上边缘齐平，分隔板441与水箱200侧壁分割出所述水箱1/4体积，在分隔板441距离上边缘2厘米处开设溢水孔，通过开设溢水孔以保持试验过程中水的液面总是位于溢水孔处，提高试验的准确度；在本实施例中，开设小孔的数量为1个，作为一种优选，可以根据实施者的需求，开设不同数量的小孔，使其高度平齐即可。

在另一种实施例中，如图6所示，样品杯容器500包括杯体510、杯盖520及提梁530；杯体510、杯盖520及杯底均匀分布小孔，杯体510及杯盖520通过螺纹连接，杯盖520侧面上端设置有提梁530，在提梁530中部设置有凹槽，通过凹槽与“S”型挂钩110配合提拉样品杯容器500，通过凹槽的设置使“S”型挂钩110每次挂住样品杯容器500的提梁530时均在同一位置。

如图1所示，通过使用本发明提供的微波浮力法快速测定装置，本发明还提供了一种微波浮力法快速测定方法，包括如下操作方法：

步骤一：样品重称量：用称样器皿称取样品99.00～99.10克，记录样品重；

步骤二：微波处理：将样品倒入干净的容器中，加入定量的水，水的体积大约是样品体积的2倍，盖上容器盖，容器盖上有孔，利于水蒸汽逸出，将容器放入微波炉中，高火加热10分钟，取出样品；

步骤三：样品杯皮重称量：将电动升降台300升至最高处时，电子称100清“0”；然后将电动升降台300降至最低处，将样品杯容器500挂在电子称100下秤钩的“S”型挂钩110上，而后将电动升降台300升至最高处，此时样品杯容器500全部浸入水中，待天平数据稳定后，记录皮重数据；

步骤四：微波处理后的毛重称量：将样品从微波炉中取出后，放在水中冷却10分钟，然后放入样品杯容器500中；将电动升降台300升至最高处时，电子称100清“0”；然后将电动升降台300降至最低处，将盛有样品的样品杯容器500挂在电子称下秤钩的“S”型挂钩110上，而后将电动升降台300升至最高处，此时样品杯容器500全部浸入水中，待天平数据稳定后，记录毛重数据；

步骤五：结果计算：根据样品重、样品杯皮重、毛重，计算被测样品水分值；利用“阿基米德浮力定律”原理，将样品浸入水中悬浮称量，样品中的水分失重为“0”的同时，称量出干物质在水中的重量，再换算出干物质的百分率，导出谷物含水率；

在本实施例中，假设样品中的水分重量为W＝V×d₁，其中，V为样品中水分的体积，单位为mL，d₁为样品中水的密度，单位g/mL，由于样品是完全浸入水中称量，那么样品中水分在水中所受浮力为F＝V×d₂，其中，V为样品中水分的体积，单位为mL，d₁为水箱中水的密度，单位g/mL，由于样品杯杯身有孔，而且样品杯在水箱中操作，这样样品中的水与水箱中的水就达到了温度平衡，即d₁＝d₂，因此，W-F＝Vd₁-Vd₂＝0，所以，样品浸入水中悬浮称量时，样品中的水分就失重为“0”，样品中的水分在水中失重为“0”时，电子称100上称量出来的就是干物质在水中的重量，利用公式即可换算得出干物质百分率，最终确定水分百分率；其中，水分公式导出如下：

W₀＝W_g+W_s＝ρ_g×V_g+ρ_s×V_s…………………………………(1)

W₁＝(ρ_g-ρ_s)×V_g……………………………………………………(2)

(1)-(2)得，

W₀-W₁＝ρ_s×(V_s+V_g)………………………………………………(3)

由(2)得，

综合(3)、(4)得，

其中，W₀为样品重，g；W₁为干物质在水中重，g；M为样品水分含量，％；V_s为样品所含水的体积，mL；V_g为样品中干物质的体积，mL；ρ_s为水的密度，g/mL；ρ_g为样品中干物质的密度，g/mL；设为换算系数A，将(6)简化为即可得到样品中水分含量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种微波浮力法快速测定装置，其特征在于，包括：

样品杯容器，其杯身均匀分布小孔；

电子称，其包括用于测量重量的刚性细线，所述刚性细线悬挂所述样品杯容器；

水箱，其为上端开口的容器，设置在所述样品杯容器下方；

升降台，其设置在所述水箱下方，驱动所述水箱升降；

其中，当所述升降台升至最高处时，驱动所述水箱能够将所述样品杯容器完全浸入水中测试数据；当所述升降台下降至最低处时，驱动所述水箱下降至能够使所述样品杯容器完全脱离所述水箱;

支架，其包括电子称托盘、弧形支撑架及底座；其中，所述电子称托盘用于放置所述电子称，其中心处设置为开孔结构，所述底座用于放置所述升降台，所述弧形支撑架上端连接所述电子秤托盘后边缘，下端连接所述底座前边缘，所述弧形支撑架上部分为中空结构，其能够用于将所述升降台驱动所述水箱升降时从中空结构中穿过；所述电子秤托盘、所述弧形支撑架及所述底座焊接成为一体；

所述水箱内部贯穿设置竖直分隔板，其上边缘与所述水箱上边缘齐平，所述分隔板与所述水箱侧壁分割出所述水箱1/4体积，所述分隔板距离上边缘处开设溢水孔。

2.如权利要求1所述的微波浮力法快速测定装置，其特征在于，还包括：外壳，其焊接固定在所述底座上，且穿过所述弧形支撑架，所述升降台置于所述外壳内部。

3.如权利要求2所述的微波浮力法快速测定装置，其特征在于，所述水箱及所述升降台之间设置水箱稳定装置，其用于在水箱升降过程中稳定水箱。

4.如权利要求3所述的微波浮力法快速测定装置，其特征在于，所述升降台还包括用于限定升降高度的上限位器及下限位器。

5.如权利要求3或4所述的微波浮力法快速测定装置，其特征在于，所述刚性细线系有挂钩，所述挂钩能够穿过所述电子秤托盘的开孔结构用于悬挂所述样品杯容器。

6.如权利要求5所述的微波浮力法快速测定装置，其特征在于，所述样品杯容器包括杯体、杯盖和提梁；所述杯体、所述杯盖及杯底均匀分布小孔，所述杯盖可拆卸的连接所述杯体，所述杯盖侧面上端设置有提梁，提梁中部设置有凹槽，其用于与所述挂钩配合悬挂所述样品杯容器。

7.一种微波浮力法快速测定方法，其特征在于，包括：

谷物样品重称量：用称样器皿称取样品记录谷物样品重；

谷物样品杯皮重称量：谷物样品杯容器全部浸入水中，待天平数据稳定后，记录皮重数据；

谷物样品毛重称量：将盛有样品的谷物样品杯容器全部浸入水中，待天平数据稳定后，记录谷物样品毛重数据；

通过公式进行计算谷物样品含水量；其中，W₀为谷物样品重；W₁干物质在水中重；M样品水分含量，ρ_s水的密度；ρ_g样品中干物质的密度；

其中，在谷物样品重称量之后对样品进行微波处理。

8.如权利要求7所述的微波浮力法快速测定方法，其特征在于，所述微波处理为：将样品倒入干净的容器中，加水，盖上容器盖，将容器放入微波炉中，高火加热10～15分钟，取出样品。