CN105468041B - 一种果蔬冷库及环境空间用臭氧浓度智能测控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于果蔬冷库及环境空间的臭氧浓度智能测控装置。该装置由三个主要部分组成：二线制臭氧变送器；由智能测控仪、微电脑时控开关、固态继电器和24V直流电源组成的系统控制箱；臭氧发生器。将二线制臭氧变送器安装在果蔬冷库及环境空间内，通过二线制臭氧变送器上的臭氧传感器与果蔬冷库内的气体进行扩散交换，将冷库内的臭氧浓度变化转变为4～20毫安电流变化输出至智能测控仪，与智能测控仪上设定的参数进行比较，发出继电器通断信号，微电脑时控开关可根据需要设定不同处理时间和间隔，将智能测控仪继电器和微电脑时控开关继电器串联，共同控制固态继电器的通断，进而实现自动控制臭氧发生器开停的目的。

Description

一种果蔬冷库及环境空间用臭氧浓度智能测控装置

技术领域

本发明属于果蔬贮藏保鲜、粮库抑菌防霉、食品加工厂和医院消毒灭菌专用智能测控装置。更具体地说涉及一种果蔬冷库及环境空间用臭氧浓度智能测控装置。

背景技术

采后的果蔬是活的生命有机体，伴随着以呼吸代谢为中心的一系列成熟衰老变化，品质不断下降，最终变质败坏。目前果蔬贮藏保鲜常见方式包括：（1）简易贮藏场所贮藏。其特点是尽量利用自然冷源和其他有利的自然地理条件（如土窑洞贮藏、山洞贮藏等）；（2）冷库贮藏。其特点是根据果蔬种类和品种特性，采用机械制冷的方式，为贮藏对象提供适宜的温度并尽可能调节相对湿度条件；（3）简易气调贮藏。是将果蔬包装在一个相对密闭的小环境中（通常为塑料薄膜袋或塑料大帐），利用果蔬自身的呼吸代谢产生一个相对低氧和高二氧化碳的环境，贮藏环境中的气体成分的调控只能通过调节包装量、薄膜的厚度、树脂种类和配方等，获得一种比较适宜的气体成分；（4）气调贮藏。其特点是在控制适宜温度和相对湿度的基础上，通过制氮机和二氧化碳脱除机等调控贮藏环境中的氧、二氧化碳和乙烯等气体的浓度，以满足贮藏对象所要求的适宜气体组分；（5）减压贮藏。是指在适宜的低温基础上，根据不同果蔬的特性，将贮藏环境中的压力降低，即形成一个适宜的真空度，随着真空度的提高，贮藏环境中氧的绝对含量降低，以保持果蔬的质量，延长贮藏时间；（6）其他贮藏方式。如高压电场处理、臭氧或二氧化氯处理、静电或辐射处理等。

为了保障食品加工车间、医院等环境空间的卫生标准，或实现粮食贮藏库粮食的防霉防虫。目前多数方法是采用物理方法（紫外线或臭氧）定时消毒和化学方法熏蒸消毒（如粮食贮藏用磷化铝熏蒸）。

臭氧是一种强氧化剂，因杀菌彻底且速度快、在杀菌过程中仅产生无毒的氧化物和氧分子，没有二次污染产生，这是臭氧技术应用的最大优势。目前臭氧已被广泛应用于新鲜果蔬、切分果蔬、食品加工车间、医院等环境空间和粮食贮藏库的消毒保鲜和防霉灭虫上。然而，由于臭氧是一种极不稳定的强氧化剂，其分解过程、杀菌作用、对果蔬代谢的抑制作用；不同果蔬对臭氧的敏感性；不同温度、不同相对湿度下同一果蔬对臭氧的反应差异；不同果蔬和不同贮藏场所对臭氧的吸收差异以及上述因子的交互效应；食品加工车间、医院等环境空间对臭氧使用的安全浓度要求；粮食贮藏库防霉灭虫对较高浓度臭氧的精确控制等等，都会对臭氧保鲜果蔬、环境杀菌、粮食贮藏库防霉灭虫产生影响。申请号为03154228的中国专利“一种利用臭氧保鲜水果的方法及储存库”公开了一种臭氧保鲜水果的方法。该方法的要点是：通过三种浓度的臭氧间隙性投放贮藏库，抑制和杀死水果表面和空气中的各种细菌，氧化贮藏库内积累的乙烯。缺陷是只能通过臭氧发生器本身标称的产量并凭借经验来设定运行时间，获得期盼的处理效果，对实际作用于被处理果蔬的臭氧浓度是盲目的，更谈不上精准控制。申请号为200710113171.5 的中国专利“用于果蔬保鲜的通用型臭氧发生器自动控制方法及控制器”公开了一种通过果蔬采后生物学特性、臭氧忍耐性、作用于病原菌的最低臭氧浓度建立数学模型，再结合臭氧发生器产量、贮藏空间的大小、温度和相对湿度等动态参数校正数学模型后，然后通过ARM处理器计算出臭氧发生器的运行参数，控制臭氧发生器件运行。该发明虽然通过一些固定参数和动态参数建立了修正后的数学模型，并通过处理器处理后经计算发出指令，控制臭氧发生器件运行。但是该修正后的数学模型尚有许多不确定因素包含在其中，比如（1）臭氧发生器标称的产量通常是以氧气源在限定的温度下给出的，而实际运行时的条件会有较大出入，导致大部分臭氧发生器的实际发生能力低于标称发生能力；（2）目前生产上贮藏果蔬的冷藏库有土建砖混式冷库和组合式冷库两类，它们本身对臭氧的吸附消耗、泄露消耗等有较大差异，会导致在其他条件均相同的情况下库内臭氧浓度积累不同；（3）由于果蔬种类繁多，设定的固定参数实际也可能变化，比如产地、年份、露地或保护地生产等都会影响到果蔬的采后特性和对臭氧的敏感性，同时可变参数如温度和相对湿度之间也会有交互作用。因而，上述两专利都不是在对贮藏场所和环境空间内的实际臭氧浓度进行精确测定的基础上控制的，所以不会达到精准控制的要求和目的。

然而，无论对果蔬本身还是对引起果蔬腐烂的微生物而言，作用于它们的是臭氧的实际作用剂量，即浓度和时间的乘积。剂量适宜才会有良好的效果，剂量太高，就可能导致伤害，剂量太小，也起不到预期的效果。食品加工车间、医院等环境空间既要达到消毒杀菌的要求，又要控制适宜的臭氧浓度，以保障人员和使用器械的安全，粮食贮藏库使用较高浓度臭氧进行防霉杀虫，也要进行臭氧浓度的精准控制，以保证在达到防霉杀虫效果的基础上，臭氧浓度不会太高。

因此，通过使用电化学臭氧传感器，可精确测定贮藏场所和环境空间内的臭氧浓度，通过智能测控仪和微电脑时控开关，并根据果蔬种类、环境消毒处理、粮食贮藏库等对臭氧浓度和处理时间的要求，设定处理的臭氧浓度和处理时间及间隔，实现精准自动控制，以达到保持果蔬品质、保持食品厂或医院的环境消毒要求、实现粮食贮藏库防霉灭虫的目的。

目前果蔬冷藏库、环境消毒处理、粮食贮藏库等使用的臭氧发生装置均没有使用臭氧浓度测定传感器的，更没有浓度自动精准控制装置，主要是靠人为控制开机时间或设定开机时间来进行，使用空间内所获得的实际臭氧浓度并不清楚，所以给使用带有很大的盲目性。

发明内容

本发明的目的，在于克服了上述使用空间内臭氧浓度仅仅凭借控制时间或采用理论数学修正模型所存在的缺陷，提供了一种具有精准测控臭氧、根据实际使用场所的要求进行智能化控制臭氧浓度的装置。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种果蔬冷库及环境空间臭氧智能测控装置，其特征在于该装置包括二线制臭氧变送器、系统控制箱、臭氧发生器；其中系统控制箱3和臭氧发生器4设置在冷库及环境空间1外，二线制臭氧变送器2和与臭氧发生器4连接的臭氧输送系统5)安装在冷库及环境空间1内；系统控制箱3内设置有智能测控仪6、微电脑时控开关7、固态继电器（8）、DC 24V电源9、电源开关10和工作指示灯11，上述元器件通过一定的连接线路进行连接，实现果蔬冷库及环境空间中臭氧浓度、处理时间及间隔的精准控制，根据果蔬冷库及环境空间中所贮藏的果蔬产品的采后生物学特性，选择实现连续低浓度处理、间断较高浓度处理和一次性较高浓度处理，臭氧浓度的控制误差精度可达到±0.2ppm以内，处理时间及间隔的控制精度可达到±2秒以内。

本发明所述果蔬冷库及环境空间臭氧智能测控装置的工作过程是：二线制臭氧变送器2获得臭氧浓度信号，系统控制箱3内的元器件通过电信号转换和微电脑时间控制，实现浓度及时间的智能测控，臭氧发生器4的开停直接受系统控制箱3元器件控制，产生的臭氧通过臭氧输送系统5送入冷库及环境空间1内，以弥补冷库内不断分解消耗的臭氧，得以实现冷库内的精准的臭氧浓度、处理时间及间隔。

本发明所述的系统控制箱3内的智能测控仪6的220V电源输入端与电源开关10的输出端连接；二线制臭氧变送器2与智能测控仪6的电流输入端口连接；DC 24V电源9输出的两个端点与固态继电器8的相应的两个输入端连接，并将智能测控仪6的接点输出和微电脑时控开关7的通断继电器端点串联在固态继电器8的输入回路中；固态继电器8的输出端点控制臭氧发生器4的220V回路（见图3）。

本发明根据试验提供的参数及工艺，通过智能测控仪6灵活设定处理浓度，通过微电脑时控开关7灵活设定处理时间及其间隔；当果蔬冷库及环境空间1内的二线制臭氧变送器2测定得知的浓度低于设定的浓度值且在微电脑时控开关7设置的工作时间区段，固态继电器8的DC 24V回路接通，使得220V回路接通，果蔬冷库及环境空间1外安装的臭氧发生器4工作，工作指示灯11亮,产生的臭氧通过臭氧输送系统5送入果蔬冷库及环境空间1，反之，当果蔬冷库及环境空间1内达到设定的臭氧浓度或不在微电脑时控开关7设置的工作时间区段时，臭氧发生器4停止工作

实现上述果蔬冷库及环境空间内臭氧浓度的精准测控，进行智能化控制的技术方案是：采用测量范围为0～10ppm的二线制臭氧变送器，在线连续测定果蔬冷库及环境空间的臭氧浓度，该浓度范围的选择是依据绝大多数果蔬所能忍耐的臭氧极限浓度、环境消毒所要求的臭氧浓度范围、粮食贮藏库防霉灭虫所要求的臭氧浓度范围而选定的，测定范围为0～50ppm。将二线制臭氧变送器安装果蔬冷库及环境空间内气体交换良好、有代表性的位点，并在距离变送器传感器15～20cm处安装一个电压为DC 12V的轴流风扇，使传感器气体感应口具有0.2-0.4m/s的微风；二线制臭氧变送器采用标准电流信号输出，输出的4～20mA的标准电流信号送入智能测控仪；将智能测控仪、微电脑时控开关、固态继电器、DC24V电源和电源开关设置安装在一个控制箱内，组成系统控制箱，系统控制箱内所述元器件通过一定的连接线路进行连接。系统控制箱设置在贮藏库外或环境场所外便于观察控制的地方，以便观察读取臭氧浓度和设置调整参数；智能测控仪具有显示和控制功能，即将测定值与设定值进行计算比较发出通断指令；微电脑时控开关可灵活设定处理时间工艺，即根据需要可间隙、连续、定日期或定每日时刻进行工作；智能测控仪的通断触点和微电脑时控开关通断触点串联，控制固态继电器输入端DC 24V回路的的通断，从而达到控制固态继电器AC 220V输出回路的通断，实现臭氧发生器运行或停止的目的，保障果蔬冷库及环境空间内在使用期间能按照期望的处理工艺精确自动运行。

本发明的果蔬冷库及环境空间的臭氧浓度智能测控装置由三个主要部分组成：二线制臭氧变送器；由智能测控仪、微电脑时控开关、固态继电器和24V直流电源组成的系统控制箱；臭氧发生器。将二线制臭氧变送器安装在果蔬冷库及环境空间内，通过二线制臭氧变送器上的臭氧传感器与果蔬冷库或环境空间内的气体进行扩散交换，将冷库内的臭氧浓度变化转变为4～20毫安电流变化输出至智能测控仪，与智能测控仪上设定的参数进行比较，发出继电器通断信号，微电脑时控开关可根据需要设定不同处理时间和间隔，将智能测控仪继电器和微电脑时控开关继电器串联，共同控制固态继电器的通断，进而实现自动控制臭氧发生器开停的目的。通过该装置即可实现果蔬冷库及环境空间内贮藏的果蔬、粮食的保鲜或防霉灭虫，也可实现食品加工厂、医院等需要洁净的环境空间的消毒杀菌。

本发明的果蔬冷库及环境空间的臭氧浓度智能测控装置可以根据果蔬种类及环境空间（如食品加工厂、粮食贮藏库、医院等）对臭氧浓度和处理时间的要求，自动精确控制臭氧浓度和处理时间，实现保持果蔬品质、延长贮藏寿命、空间消毒灭菌、粮库抑菌防霉的目的，具有控制精准、智能化的特点，属于果蔬贮藏保鲜、粮库抑菌防霉、食品加工厂和医院消毒灭菌专用智能测控装置。

附图说明：

图1 为果蔬冷库及环境空间臭氧智能测控装置连接布置示意图；

图2为臭氧智能测控装置系统组成框图；

图3为果蔬冷库及环境空间臭氧智能测控装置的电路图；其中开关电源22V，50VA，固态继电器：直流控交流40A配散热器；

图1、图2的其中:

1:冷库及环境空间；2：二线制臭氧变送器；3：系统控制箱；4：臭氧发生器；5： 臭氧输送系统；6：智能测控仪；7：微电脑时控开关:8：固态继电器；9：DC 24VD电源；10：电源开关；11：工作指示灯。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。

实施例1

将拟贮藏的果蔬放置在适宜温度的果蔬冷库1内，将二线制臭氧变送器2安装在1内气体交换良好、有代表性的位点，并在距离2传感器15～20cm处安装一个电压为DC 12V的轴流风扇，使传感器气体感应口具有0.2～0.4 m/s的微风。系统控制箱3安装在冷库(1)外，系统控制箱内由智能测控仪6、微电脑时控开关7、固态继电器8、DC 24V电源9、电源开关10和工作指示灯11，系统控制箱3内的元器件通过一定的线路相连接。二线制臭氧变送器2感受的浓度变化传送至系统控制箱3内的智能测控仪6，智能测控仪的通断触点和微电脑时控开关7的通断触点串联，共同控制固态继电器8 ，DC 24V输入回路的通断，从而控制固态继电器AC 22OV回路，即可控制放置在库外的臭氧发生器4的开停。臭氧输送系统5将臭氧发生器4产生的臭氧送入冷库1内。臭氧发生器4工作时工作指示灯11亮。整个工作过程可归纳为：二线制臭氧变送器2获得臭氧浓度信号，是实现精准控制的基础；系统控制箱3内的元器件通过电信号转换和微电脑时间控制，实现浓度及时间的智能测控；臭氧发生器4的开停直接受系统控制箱3元器件控制，产生的臭氧通过臭氧输送系统5送入冷库及环境空间1内，以弥补冷库内不断分解消耗的臭氧，得以实现冷库内的精准的臭氧浓度、处理时间及间隔。

实施例2

实际应用实例

冷库为300m³的恒温冷库，贮藏成熟度为8.5成熟的磨盘柿，采用塑料周转箱装，库内温度控制在0±0.5℃，相对湿度控制为85%，将二线制臭氧变送器2安装在库内中央通道中部距离地面1.5m高处，通过连续工作的DC 12V的轴流风扇使2气体感应口具有0.2～0.4m/s的微风，以保证传感器反应灵敏。系统控制箱3安装在库门外一侧，3内由智能测控仪6、微电脑时控开关7、固态继电器8、DC 24V电源9、AC 220V电源开关10和工作指示灯11。系统控制箱3内的上述元器件通过一定的线路连接，其中智能测控仪6的通断触点和微电脑时控开关7的通断触点串联，共同控制固态继电器8输入回路的通断。库内的二线制臭氧变送器2与系统控制箱3内的智能测控仪6相连。臭氧发生器4放置在冷库:冷库及环境空间1外，与固态继电器8通断触点连接。通过智能测控仪6和微电脑时控开关7设定柿子臭氧处理的工艺参数：臭氧浓度1±0.1ppm,每天晚上９点开机，处理时间为1８min ，使用标称产量为5g/h的臭氧发生器。

本发明的测控装置按照所设定的处理工艺，使臭氧发生器4工作，并实现臭氧浓度的智能测控，实现了所提供处理工艺的精准控制。经检查，125天后的贮藏效果，与不用臭氧处理的对照组相比，采用臭氧智能测控装置贮藏的柿子，果实硬度高，果肉颜色金黄，质地紧密，硬好果率96％，而对照组果肉褐变软化，硬好果率仅34％。

Claims (3)

1.一种果蔬冷库及环境空间臭氧智能测控装置，其特征在于该装置包括二线制臭氧变送器、系统控制箱、臭氧发生器；其中系统控制箱（3）和臭氧发生器（4）设置在冷库及环境空间（1）外，二线制臭氧变送器（2）和与臭氧发生器（4）连接的臭氧输送系统(5) 安装在冷库及环境空间（1）内；系统控制箱（3）内设置有智能测控仪（6）、微电脑时控开关（7）、固态继电器（8）、DC 24V电源（9）、电源开关（10）和工作指示灯（11），上述元器件通过一定的连接线路进行连接，实现果蔬冷库及环境空间（1）中臭氧浓度、处理时间及间隔的精准控制，根据果蔬冷库及环境空间(1)中所贮藏的果蔬产品的采后生物学特性，选择实现连续低浓度处理、间断较高浓度处理和一次性较高浓度处理，臭氧浓度的控制误差精度可达到±0.2ppm以内，处理时间及间隔的控制精度可达到±2秒以内；

所述的系统控制箱（3）内的智能测控仪（6）的220V电源输入端与电源开关（10）的输出端连接；二线制臭氧变送器（2）与智能测控仪（6）的电流输入端口连接；DC 24V电源（9）输出的两个端点与固态继电器（8）的相应的两个输入端连接，并将智能测控仪（6）的接点输出和微电脑时控开关（7）的通断继电器端点串联在固态继电器（8）的输入回路中；固态继电器（8）的输出端点控制臭氧发生器（4）的220V回路；

所述的二线制臭氧变送器（2）获得臭氧浓度信号，系统控制箱（3）内的元器件通过电信号转换和微电脑时间控制，实现浓度及时间的智能测控，臭氧发生器（4）的开停直接受系统控制箱（3）元器件控制，产生的臭氧通过臭氧输送系统（5）送入冷库及环境空间（1）内，以弥补冷库内不断分解消耗的臭氧，实现冷库内的精准的臭氧浓度、处理时间及间隔。

2.根据权利要求1所述的智能测控装置，其特征在于根据试验提供的参数及工艺，通过智能测控仪（6）灵活设定处理浓度，通过微电脑时控开关（7）灵活设定处理时间及其间隔；当果蔬冷库及环境空间（1）内的二线制臭氧变送器（2）测定得知的浓度低于设定的浓度值且在微电脑时控开关（7）设置的工作时间区段，固态继电器（8）的DC 24V回路接通，使得220V回路接通，果蔬冷库及环境空间(1)外安装的臭氧发生器（4）工作，工作指示灯(11)亮,产生的臭氧通过臭氧输送系统(5)送入果蔬冷库及环境空间(1)，反之，当果蔬冷库及环境空间(1)内达到设定的臭氧浓度或不在微电脑时控开关（7）设置的工作时间区段时，臭氧发生器（4）停止工作。

3.根据权利要求1所述的智能测控装置，其特征在于二线制臭氧变送器（2）安装在冷库及环境空间（1）内，并在距离二线制臭氧变送器（2）15～20cm处安装一个电压为DC 12V的轴流风扇，使传感器气体感应口具有0.2～0.4 m/s的微风。