CN105842104B - 一种调味料生产工艺中含水量的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调味料生产工艺中含水量的检测方法，属于调味料生产技术领域，步骤包括：步骤一、测量待用湿料含水量及重量；步骤二、各原料称重混合搅拌后，测量实际含水量值；步骤三、利用控制器判断实际含水量值是否等于最佳含水量值；步骤四、如果实际含水量值等于最佳含水量值，进行下一步工序；如果不等，则显示出需要添加物料的重量；步骤五、自动上料机选择投放干料或湿料到称量箱；步骤六、输送带运送选定的物料投放到称量箱中，称量箱对投放的物料进行称重，将多余的物料清理到存储箱中，余下重量物料输送到搅拌机中，继续检测混料含水量，重复步骤三；步骤七、实时检测搅拌机物料上方的空气温湿度，减小温湿度对含水量的影响。
Description
技术领域
本发明属于调味料生产技术领域，涉及生产中的含水量检测方向，具体涉及一种调味料生产工艺中含水量的检测方法。
背景技术
生产实践中发现，调味料生产工艺过程中的含水量的控制对调味料的干燥影响很大，而调味料的干燥就会在极大程度上影响调味料的口味，调味料是由原料粉碎、混合、造粒、干燥制成，原料粉碎的混合过程中，由多种颗粒状干料和湿料等混合而成，根据需要还会加入水和油类。各种原料在进厂的时候都含有一定水分，造成各批次之间原料含水量不相同，所以在湿混时加入液体料的用量就要随着原料含水量的变化而变化，原料含水量大时，液体料加入就要相应减少，反之则要加大。湿料的粘度一般凭手感，根据经验而定，其主要通过调整增稠剂用量和混合时间来控制。通过经验确定湿料的粘度，就需要有经验的老员工一直在机器旁边，老员工一旦离职或请假，就会造成生产的不顺畅，新员工也不能及时上岗，所以工艺过程中的含水量检测是非常重要的问题。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种调味料生产工艺中含水量的检测方法，通过改进含水量各个工艺，对含水量实时检测，反馈回控制器，自动计算需要添加的物料并自动添加，解决了调味料的生产工艺中人力需求大，依赖经验不能自动化的问题，具有自动测量含水量，自动添加物料，多余物料分类送出的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种调味料生产工艺中含水量的检测方法，所述方法步骤包括：步骤一、测量待用湿料含水量及重量，并显示在显示屏上；步骤二、各原料称重后混合，搅拌后，测量实际含水量值和总重量；步骤三、在搅拌机内设有控制器，控制器判断实际含水量值是否等于最佳含水量值；步骤四、如果实际含水量值等于最佳含水量值，则调味料生产中搅拌工作完成，进行下一步工序；如果实际含水量值不等于最佳含水量值，则输出调节方案，显示出需要添加湿料的重量或需要添加干料的重量；步骤五、自动上料机上选择投放干料或湿料到称量箱；步骤六、输送带运送选定的物料到称量箱上方，投放到称量箱中，称量箱对投放的物料进行称重，并将多余的物料通过管道清理到存储箱中，称量箱内的精确重量物料输送到搅拌机中，继续检测混料含水量，重复步骤三；步骤七、调味料生产搅拌工艺中，实时检测搅拌机物料上方的空气温湿度。
所述步骤二中，利用搅拌机的搅拌桶内安装的四个含水量传感器实时检测含水量，含水量传感器发送检测到的数据到控制器，控制器取舍数据后，计算含水量传感器的平均值为实际含水量值。所述步骤四中，利用控制器内的计算单元，计算单元根据实际含水量值、最佳含水量值、总重量、待添加物料含水量计算出待添加物料的重量。
所述步骤五中，自动上料机的工作过程为：自动上料机输送带上的物料盒同时运输多种物料，物料盒内装有制定的物料，控制器发送运行命令到自动上料机的处理器，处理器开启，自动上料机运动，物料盒装载着各种物料在输送带上运动，称量箱上的读取器发出信号，物料盒中的感应片接收到读取器的信号发出反射信号，读取器检测到待添加物料种类所在的物料盒在称量箱上方，读取器发出暂停指令到控制器，控制器转发暂停指令到处理器，同时发出打开盒盖的指令到位于称量箱上方的物料盒，输送带暂停运行，位于称量箱上方的物料盒打开，所需物料倒入称量箱中，倾倒完毕，盒盖关闭，输送带继续转动。
所述步骤六中称量箱的工作过程为：待添加的物料通过自动上料机运送到称量箱内，重量传感器检测称量箱内的物料重量，当物料的重量大于重量阈值的时候，称量箱内的清扫杆转动，第二阀门打开，清理部分物料到第二管道内，第二阀门关闭，第一阀门打开，称量箱内的精确重量物料通过第一管道输送到搅拌机中，继续检测混料含水量。所述步骤六中多余的物料通过管道清理到存储箱的具体过程为：第二阀门打开，物料流入第二管道内，对应物料标记的横隔离片转动，打开相应的通道，物料流入对应编号的存储柜内，物料流入完，横隔离片关闭。
所述步骤七搅拌机物料上方空气温湿度的检测过程为：在搅拌机的搅拌杆上安装集成式传感器，搅拌机转动，集成式传感器工作检测搅拌机内的温湿度，实时检测数据发送到控制器，控制器比较温湿度阈值，实时检测数据大于或小于温湿度阈值，控制器发出警报。
所述步骤集成式传感器的控制方法为：步骤1、连接安装传感器电路，设置两个半导体应变片采集温度和气压；步骤2、调整两个半导体应变片的安装位置，确认两个半导体应变片的电阻变化量相等；步骤3、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单元进行脉宽转换，输出脉宽信号；步骤4、信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量，解析出温度和水蒸气分压信息，计算出待测点的相对湿度和大气压；步骤5、信号处理单元连接控制器，控制器中的显示屏显示待测点的温度、相对湿度和气压信息。所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻半导体应变片之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感电阻的计数之和的对数成反比关系，计算出半导体应变片所受差压值ΔP、水蒸气分压PW和温度值t。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，根据温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度，式中为相对湿度，PW为水蒸气分压，PWS为大气压中在某一温度下的饱和水汽分压力。
本发明有益效果是:本发明提供一种调味料生产工艺中含水量的检测方法，本方法中实时测量物料中的含水量，并显示出来与系统中设定的最佳含水量值进行比较，同时在实时含水量值达不到标准的时候，会提示需要添加物料的重量，并且利用改进后的自动上料机自动上料，进行称量需要添加的重量，自动加入搅拌机，并将多余的物料送出。调味料中制作中需要多种物料的混合，所以本发明中的自动上料机能够同时隔离运送多种物料，并将多余的物料送出存放在位于称量箱下方的存储箱中，为了避免多余物料的混合影响后期的使用，存储箱分开设置，能够分开存放各种物料。而且本发明中还对搅拌机内部上方的温湿度进行了测量，尽可能地检测影响含水量的因素，并进行改进，及时提醒，做出准备。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的调味料生产工艺中含水量的检测方法的流程图。
图2是本发明的具体实施方式的搅拌机的结构示意图。
图3是本发明的具体实施方式的称量存储机的安装结构示意图。
图4是本发明的具体实施方式的称量箱的内部俯视图。
图5是本发明的具体实施方式的第二管道的结构示意图。
图6是本发明的具体实施方式的第二管道内横竖隔离片的结构示意图。
图7是本发明的具体实施方式的存储箱的结构示意图。
图8是本发明的具体实施方式的传感器中应变片的安装示意图。
图9是本发明的具体实施方式的传感器的结构示意图。
图10是本发明的具体实施方式的应变片的应变分布图。
图11是本发明的具体实施方式的传感器工作原理结构框图。
图12是本发明的具体实施方式的传感器的信号流程框图。
图13是本发明的具体实施方式的脉宽信号转换电路图。
图中，1为搅拌机，2为显示屏，3为信息输入键，4为上料机，5为称量箱，6为第一管道，7为第二管道，8为存储箱，9为第一阀门，10为第二阀门，11为运动杆，12为清扫球，13为物料盒，14为横隔离片，15为竖隔离片，16为隔板，17为存储柜，18为杯形支座，19为空气密封腔，20为膜片，21为半导体应变片Rε1，22为半导体应变片Rε2，23为搅拌杆。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一种调味料生产工艺中含水量的检测方法，本方法着重强调适用于调味料生产中的搅拌混合工艺中，其他生产工艺中，含水量对生产的影响不大，所以本文中的含水量测量主要针对的物料搅拌过程，含水量的检测方法的流程图如图1所示，含水量的检测方法步骤包括：
步骤一、测量待用湿料含水量及重量，并显示在显示屏上。本发明中选择使用含水量传感器测量含水量数据信号，首先测量待用湿料的含水量值及重量，并显示在显示屏上。含水量传感器是可以移动的传感器，含水量传感器安装了第一无线通信单元，显示屏2安装在搅拌机1的控制器上，如图2所示，用来接收各个含水量传感器的检测数据信号，并实时显示出来。本发明中队搅拌机中安装的控制器进行了一些简单的改进，控制器安装在搅拌机上，控制器内设有第二无线通信单元，第二无线通信单元无线连接各个无线通信单元，从而接收各个传感器发来的信号或者各个阀门的信号。
步骤二、各原料称重后混合，搅拌，测量实际含水量值和总重量。由于湿料中水分较多，对含水量的影响最大，所以步骤中先进行湿料的含水量测量，以及湿料的重量，方便计算加入物料的重量。湿料计算完毕，称重混合各种原料，此处的原料是指盐、味精之类的干料，其中水分含量很低，所含水分可以不加计算，如果需要对干料的含水量进行测量，也是可以的，步骤如步骤一所示。各种原料称重在搅拌机内混合，进行搅拌后，测量实际含水量和总体重量。含水量测量可以继续使用含水量传感器，含水量传感器安装在搅拌机内部，优选四个传感器，含水量传感器对称安装在搅拌机的四个方向上，含水量传感器连接控制器，将检测到的含水量数据发送到控制器。
含水量传感器是实时检测搅拌机内的数据的，含水量检测数据在搅拌的初始时刻是不断变化的，属于不稳定数据，应该归类为无效数据。所以控制器中设有数据统计单元用来分辨取舍有效数据，数据统计单元连接在控制器的内部，对控制器接收的搅拌机的含水量检测数据进行初步筛选。湿料中的含水量传感器是通过第一无线通信单元传递到控制器的，而搅拌机内的含水量传感器是直接连接传递信号到控制器的，为了区分信号，还可以在第一无线通信单元上增设地址标记信号，地址标记信号随含水量检测数据一起发送到控制器中，方便控制器区分检测数据的来源地，搅拌机内的四个含水量传感器也可以增设地址标记信号。数据统计单元在收到含水量实时数据后对比搅拌机内的四个数据，任意两个数据相减得到差值，直到多个差值之间几乎相等，即四个检测数据几乎相等，四个数据之间的相减差额在误差范围允许之内，则数据统计单元选用此时的含水量检测数据，并计算出平均值用来表示搅拌机内的含水量实时数据。
搅拌机内的混合物的实时总重量可以通过计算各种原料的总重量来估计搅拌机内的总重量，因为在物料的倾倒、搅拌过程中，会有散落、风吹、倾倒不完全等问题影响搅拌机内的实际总重量，所以实时总重量可以估算。也可以通过安装重量传感器进行实时测量，在搅拌机的下方安装有重量传感器，重量传感器连接到控制器，用来检测搅拌机内部的实际总重量，数据更加准确。
步骤三、判断实际含水量值是否等于最佳含水量值。控制器内设有最佳含水量值，最佳含水量可以通过显示屏下方的信息输入键3输入最佳含水量值，控制器内设有比较判断单元，比较判断单元会拿实际含水量值与最佳含水量值进行比较，从而得出搅拌机内的实时含水量是否符合标准。
步骤四、如果实际含水量值等于最佳含水量值，则调味料生产中搅拌工作完成，进行下一步工序；如果实际含水量值不等于最佳含水量值，则输出调节方案，显示出需要添加湿料的重量或需要添加干料的重量。
如果搅拌机内的实际含水量值一次性符合最佳值，则最好，但是，调味料的生产中需要逐步增加待搅拌物料，所以含水量的实际测量很重要，添加物料的重量也很重要，物料添加的多少都影响含水量的实际值。所以在实际含水量值等于最佳含水量值的时候，如果需要继续添加物料，则可以点击设置在显示屏下方的继续按钮，输入需要添加的物料种类，由控制器内的计算单元计算出需要添加的重量。如果待添加的物料有干料或湿料或干料和湿料，计算单元可以根据待添加的物料种类和其含水量计算需要添加的重量，从而不影响整体的含水量。如果只是加入干料会降低整体含水量，所以需要添加干料和湿料的混合物，通过干料与总重量的比例关系、最佳含水量值和湿料的含水量值计算出干料的重量和湿料的重量并显示在显示屏；也可以直接加入湿料，这样计算更加方便。
如果实际含水量值不等于最佳含水量值，则输出实际含水量值显示在显示屏上，在信息输入键上输入待添加的物料，并根据实际含水量值、待添加物料种类及其含水量计算出需要添加的重量。
步骤五、自动上料机上选择投放干料或湿料到称量箱。现有上产工艺中，调味料后期的搅拌，物料的续加步骤中，为了保证含水量的准确，需要凭借经验，摸索添加，工作进度慢，占用劳动力。本发明中对现有生产中的自动上料机进行了改进，在自动上料的时候自动进行称量并倒入搅拌机中，在搅拌机1和自动上料机4中间安装了一个称量存储机，用来称量物料后投入搅拌机中。
但是调味料的生产工艺中会在搅拌过程中投入多种物料，如果一个个由自动上料机运输，需要在一种物料完全运输完成后，才可以运送另一种物料，所以本发明中对自动上料机的输送带也进行了稍微的改进，使得其能够同时运输多种物料，实现边搅拌边上料的过程。如图3所示，输送带上安装了一个个物料盒13，物料盒13是有盖科自动打开的盒体形状。物料盒13并列固定安装在输送带上，可以并列的几个物料盒存放相同的物料，一排物料盒可以存放多种物料，存放颗粒或粉末状装物料的物料盒可以选择锥形密封盖，不会一次性倒入称量箱内，存放湿料的物料盒就可以选用广口密封盖。特定的物料盒就存放指定的物料，这样不会因为倾倒不干净在物料盒内存留残渣，与其他的后加的物料混合倒入搅拌机内，影响调味料的口味。
物料盒内提前装有制定的物料，在刚开始的时候，在自动上料机的处理器上输入相应的信息，包括物料盒的编号和对应编号内的物料种类，处理器上同样设置了输入按钮，由输入按钮输入信息即可，处理器内设有第三无线通信单元，第三无线通信单元连接在处理器上，和控制器进行通信，传递物料盒的信息到控制器，并可以执行控制器的指令。物料盒13的密封盖上设有感应片，对应于称量箱5内的读取器，感应片内存储有自身物料盒的物料种类信息和物料盒的编号，读取器安装在称量箱5上，读取器能够读取运动到称量箱上方的物料盒。由于每个感应片上，都能够反射发射信号给读取器，所以读取器能够读取到每个物料盒，但是为了保证读取器读取到运动到上方的物料盒是所需要的，就要对读取到的物料盒进行数据分析，所以在读取器内设有一个测距单元，测距单元连接设置在读取器的内部，能够检测到每个物料盒距离读取器的距离。读取器连接控制器，能够发送信号到控制器，并接收控制器的指令。
在搅拌机需要添加特定的物料时，控制器发送运行命令到上料机的处理器，处理器开启带动上料机运动，物料盒中装载着各种物料在输送带上运动，称量箱上的读取器发出信号，物料盒中的感应片接收到读取器的信号会发出反射信号，读取器通过读取每个感应片的信息并计算读取器达到每个物料盒的距离，计算到待添加物料种类所在的物料盒距离称量箱最近，读取器发出暂停指令到控制器，控制器转发暂停指令到输送带，同时发出打开盒盖的指令到读取器读取到的物料盒编号所在的物料盒，输送带暂停运行，位于称量箱上方的物料盒打开，所需物料倒入称量箱中，倾倒完毕，盒盖关闭，输送带继续运动，继续添加下一种物料，完成物料的自动添加工作。
步骤六、输送带运送选定的物料到称量箱上方，投放到称量箱中，称量箱对投放的物料进行称重，并将多余的物料通过管道清理到存储箱中，称量箱内的精确重量物料输送到搅拌机中，继续检测混料含水量，重复步骤三。
如图3所示，在搅拌机1和自动上料机4中间安装了一个称量存储机，称量存储机包括称量箱5、第一管道6、第二管道7和存储箱8，称量箱5安装在搅拌机1的上方，通过第一管道6向搅拌机1的搅拌桶内倾倒物料，存储箱8安装在称量箱5的下方，称量箱5通过第二管道7连接到存储箱8，第一管道6的连接口设有第一阀门9，第二管道7的连接口处设有第二阀门10，第一阀门9和第二阀门10连接在电动机上，受控于控制器，根据控制器的指令开启或关闭。
称量箱5的下方设有重量传感器，重量传感器连接到控制器，步骤四中控制器计算显示出的重量会作为重量阈值应用于称量箱5内的传感器。待添加的物料通过自动上料机运送到称量箱内，重量传感器会检测箱内的物料重量，当物料的重量大于重量阈值的时候，称量箱内的清扫杆会轻微转动，清理一部分物料到第二管道内，减少称量箱内的物料重量。称量箱5的内部俯视图如图4所示，称量箱的底部安装有两个运动杆11，运动杆11的端部设有清扫球12，运动杆11以称量箱的中心为旋转点，第一阀门和第二阀门设置在管道内，不会影响到运动杆和清扫球的运动，并且清扫球选用软性材料，所以阀门更加不会影响到清扫球的运动。控制器内设有称量微控单元，称量微控单元就是为了在称量箱进入称量状态的时候，控制运动杆的运动速度的，此时，控制器会尽可能地减缓运动杆的运动速度，防止称量箱内的物料被多余的清理走。
自动上料机将物料运送到称量箱内，称量箱将接收的物料进行称量并与重量阈值进行比较，如果大于重量阈值，则打开第二阀门，称量微控单元开启，微控运动杆的速度，运动杆轻微运动将物料推送到第二管道中，堆积到存储箱中；在称量箱内的物料达到重量阈值的要求时，第一阀门关闭，第二阀门打开，运动杆带动清扫球在称量箱内运动，将物料倾倒在搅拌机内，搅拌机继续搅拌，检测实时含水量并显示在显示屏上，重复步骤三。
称量箱在收到物料后，重量发生改变，根据控制器的重量阈值对内部的物料进行称量，多余物料扫入存储箱中。但是多种物料的添加会将多种物料扫入同一个存储箱，所以本发明中对第二管道和存储箱进行了改进，使得不同的物料扫入存储箱中不同的柜子中。如图5，图6所示，第二管道内设有横隔离片14和竖隔离片15，横隔离片14是为了命名方便，不是水平方向的隔离片，横隔离片14有多个，和后期需要添加的物料种类数量相同，多个横隔离片与竖隔离片15组成密闭管道在第二管道内。横隔离片14相邻设置组成锥形面，每个横隔离片14的下方设有两个竖隔离片15，与第二管道的外壁组成密封体，相邻的横隔离片14共用竖隔离片15。横隔离片14能够转动，横隔离片14的输入端连接在电动机上，电动机根据控制器的指令控制横隔离片14的转动。横隔离片14上也有和对应物料相同的编号，在称量箱扫入某种物料到第二管道内的时候，控制器发出转动指令到电动机，电动机转动相应编号下的横隔离片14，横隔离片14转动，打开相应的通道，物料流入相应的存储箱中，物料流入完，横隔离片关闭。如图7所示，存储箱内是由一个个隔板16分开的，隔板16对应安装在第二管道的下方，和竖隔离片15的位置相同，存储箱由隔板16组成多个存储柜17，随着横隔离片14的转动，物料沿着竖隔离片15流入相应的隔板组成的存储柜17中。
本发明中根据现有技术调味料生产工艺中的人力需求量大的问题，所以进行的一系列改进，结合无线通信技术、标记识别技术、运动控制技术，使得调味料生产工艺中的上料、加料、含水量检测、搅拌更加自动化，减少了工作人员，有利于实现自动化，降低员工成本。
步骤七、调味料生产工艺中，同时实时检测搅拌机物料上方的空气温湿度。在搅拌机工作的时候，搅拌机内部的上下方的温度和湿度有很大不同，特别是搅拌机的上方会有很大的水雾，物料吸潮等现象，影响内部的含水量均衡问题，对含水量的影响也是很大的，所以本发明中在搅拌机的搅拌杆23上安装了集成式传感器，在搅拌工作进行的时候，用来检测搅拌机内部上方的温湿度。本发明中提供一种改进后的能够同时检测温湿度的集成式传感器，结构简单、易于实施，检测精度高，温度过高不利于物料含水量的时候，集成式传感器连接在控制器上，发送检测信号到控制器，在检测到搅拌机内部的空气湿度过大，控制器会发出警报提醒。
集成式传感器的原理结构介绍如下：
一、大气状态参数
道尔顿定律指出，混合大气的总压力等于各组成气体的分压力之和，如公式(1)所示：
PM＝Pd+PW(Pa) (1)
式中PM(Pa)为混合气体的总压力，Pd(Pa)为干燥大气的分压力，PW(Pa)为空气中所含水蒸气分压力，其中PW在PM占最大份额，仅为5％左右，故PM和Pd压力均比较接近标准大气压。
相对湿度的公式为：
式中表示相对湿度，PWS为大气压在某一温度下，饱和水汽分压力(Pa)，它随温度而变，可通过已知温度查表或由回归拟合曲线方程求得。由公式(1)可得，若通过仪表能测出差压PM–Pd，即可计算出PW，再以所测温度，在湿空气密度、水蒸气压力、含湿量对照表中找到PWS，便可由公式(2)算出相对湿度
二、应变片及其转换特性
传感器中应变片的安装示意图如图8所示，传感器的结构示意图如图9所示，应变片的转换特性及应变分布如图10所示。温集成度相对湿度气压传感器整体是一个圆柱外形外壳，外壳包括杯形支座18和黄铜膜片20，黄铜膜片20覆盖在杯形支座18上，二者之间形成一个空气密封腔19，两个半导体应变片安装在黄铜膜片20上，通过测量半导体应变片的电阻变化计算出集成温度相对湿度传感器(简称集成传感器)安装环境中的温度、相对湿度和大气压数据。分析计算温度、相对湿度和大气压所需的二次转换单元、信号处理单元可以安装在黄铜膜片20上，也可以安装在杯形支座的侧边，通过线路连接传递信号。
混合大气压PM均匀作用于弹性膜片的外表面，于是膜片两侧的差压为：
ΔP＝PM–Pre＝PW+Pd-Pre(Pa) (3)
式中Pre＝4·104(Pa)为密封腔中设定的参照压力，Pd＝101325(Pa)为标准大气压，从而可算出大气中水汽分压力PW(Pa)
在差压ΔP作用下，膜片表面上应力和应变的分布如下式所示：
径向应力：
径向应变：
式中，本发明中选用黄铜膜片弹性更好，E(Pa)为膜片弹性模量，约为7*1010Pa，μ约为0.33，为泊松比，r0为膜片3的外半径40(mm)，h为膜片3的膜片厚度0.1(mm)，b为杯形支座的厚度5(mm)，杯形支座的高度10(mm)，ΔP作用在膜片两侧的差压(Pa)，r(mm)为观察点的半径。
若将已知常数代入(4)式，可得圆心应力σr＝0＝8*104*ΔP(Pa) (6)
应变片的灵敏系数Kε和转换特性如公式(7)所示：
式中R0为t＝0℃和εr＝0时应变片电阻(Ω)，Kε约为125，ΔRε则为应变片在εr激励下电阻的变化量(Ω)，将(6)式代入(7)可得：
若将E＝7*1010Pa代入式可知，应变片所能输出的相对电阻变化，在最大量程下也只有10-2量级，故需在装置中加入二次变换和信号处理电路，以获取所需的灵敏度和分辨力。
三、二次变换和信号传送流程
工作原理结构框图如图11所示，集成传感器包括半导体检测单元、二次转换单元、信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，信号处理单元连接到控制器，控制器中的显示屏可以用来显示信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。
信号流程框图如图12所示，二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路由555定时器C1和C2组成，二次转换单元和信号处理单元还设有选通开关，选用C3开关，信号处理单元主要组成为C4单片机。图12中Rε1和Rε2在PW和t激励下，各自产生不同的R1和R2响应，它们经两个相同的脉冲信号转换电路的C1、C2芯片555变换后，各自产生τ1和τ2(S)脉宽输出，该脉宽信号经C3开关选通后再送至C4单片机进行信号处理。脉冲信号转换电路如图13所示，电阻R连接在C定时器555的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。由于应变片的不同，两个脉冲电路中的电阻和输出脉宽可以用R1和R2、τ1和τ2表示。
脉宽转换公式：τ＝ln2·C·R(S)对应到两个脉冲信号转换电路即为：
τ1＝ln2·C0·R1(S) (9)
τ2＝ln2·C0·R2(S) (10)
式中τ1和τ2为两个半导体应变片对应的两路脉宽输出信号，R1和R2为半导体应变片的电阻变化值计量单位为Ω，C0(F)为云母标准电容，约为0.72×10-6F，上式表明脉宽输出与各自所接电阻R1和R2成正比。
四、在多因素输入时，合成响应的解耦处理
在τ1和τ2中隐含有水汽分压PW和温度t两种信息，如何能让其在后续的数据处理中分离，需通过数据解耦技术来实现信息分离和复原。
R1和R2电阻变化公式为：
式中R0＝1000Ω为基准电阻；B＝4850(K)为半导体应变片的阻温系数；T0＝273(K)为参照温度；T(K)为输入温度；ΔRε1和ΔRε2分别为R1和R2在大气压力激励下各自产生的电阻增量。由以上两式可知，如能让ΔRε1和ΔRε2数值相同，但正负相反，即(11)和(12)式可变成：
将以上两式相减或相加，就可分离出PW和t两种输入信息，即相加时R1+R2＝ft(T)，和相减时R1-R2＝fε(PW)，即和与差的结果只与单一输入信息一一对应，ΔRε1＝-ΔRε2＝ΔRε。
参见图9，整个膜片外表面在差压ΔP作用下，以半径r＝0.63r0为界，区分为正负两个应变区。靠圆心部分内圆为正ε区，而靠周边外圆部分则为负ε区，在此两个区域的合适位置上，可以找到ε数值相等但极性相反的两个点，其一在圆心处，r1＝0，而另一点经(5)式计算为r2＝0.89r0处。在此两点上配置两片性能相同的半导体应变片，并让其中心与膜片上参照点重合，于是就实现了(13)和(14)式的定量关系。
将(13)式加(14)式得
上式中已消除了ε信息对(R1+R2)数量上的干扰，然而R1和R2分别联接到555芯片的充放电电路中，故已无法将R1和R2直接相加，此时就需经过数据运算处理来实现。若让脉宽τ1和τ2在单片机中对时钟频率f0计数，则有计数值N1和N2为：
N1＝τ1·f0 (16)
N2＝τ2·f0 (17)
τ1+τ2＝(N1+N2)/f0(S) (18)
联立以上公式，并经过整理可得：
摄氏温度：t＝T-273(℃) (20)
式中各常系数是在R0＝1000Ω，C0＝7.2*10-6F和f0＝10MHZ条件下算出的。从R1和R2的二次转换信息中分离出应变和水蒸气分压PW等信息，将(13)式减去(14)式，可得
R1-R2＝2ΔRε＝2R0Kε·ε(Ω) (21)
再利用τ1-τ2＝(N1-N2)/f0和(5)、(9)、(10)式等联立，经整理可得，
ΔP＝10·(N1-N2)(Pa) (22)
公式(19)和(22)即为传感器的两种输入-输出特性方程，均有足够的灵敏度和分辨力。已知式中PWS可通过温度t经查表或下述回归方程算出，
PWS＝a·EXP(b·t)(Pa) (23)
式中a为6.16(Pa)，b为0.064(1/℃)为拟合常数，于是得
PWS＝6.16·EXP(0.064·t)(Pa) (24)
大气压力不是一个定值，随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节温度变化而稍有改变，对PW计算可近似地用下式描述：
PW＝ΔP+Pre-Bf(T)+h·8.76(Pa) (25)
式中h为当地海拔高度(m)，系数8.76(Pa/m)为大气压衰减斜率，f(T)为温度修正系数可经过实验测量数据的拟合曲线而加以估算。由于在沿海地区冬夏气压变化比为1.02，而在青海地区冬夏比仅为1.0026。均随温度下降而略有增加。故当不考虑温度微小影响，且在沿海地区时，(25)式可简化为：
PW＝ΔP+(Pre-B)＝10(N1-N2)+(Pre-B)(Pa) (26)
本文解析过程的理论基础之一是标准大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，公式(3)中Pd应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。所以本发明在信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值即传感器中的干燥空气腔内的分压力，结合信号处理单元计算出的大气中水蒸气分压力值，进而利用公式(1)：PM＝Pd+PW(Pa)计算出混合大气的压力值，即安装点的压力值。
至此，温度、相对湿度和大气压的数值都能计算求解出来。本发明提供的集成温度相对湿度传感器具有结构简单、易于实施。本发明中经解析法得到：大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比，而大气环境温度则与敏感元件的计数之和的对数成反比关系。本文解析过程的理论基础是物理大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
步骤一、测量待用湿料含水量及重量，并显示在显示屏上；
步骤二、各原料称重后混合，搅拌后，测量实际含水量值和总重量；
步骤三、使用搅拌机内设置的控制器，判断实际含水量值是否等于最佳含水量值；
步骤四、如果实际含水量值等于最佳含水量值，则调味料生产中搅拌工作完成，进行下一步工序；如果实际含水量值不等于最佳含水量值，则输出调节方案，显示出需要添加湿料的重量或需要添加干料的重量；
步骤五、自动上料机上选择投放干料或湿料到称量箱；步骤五中，自动上料机的工作过程为：自动上料机输送带上的物料盒同时运输多种物料，物料盒内装有制定的物料，控制器发送运行命令到自动上料机的处理器，处理器开启，自动上料机运动，物料盒装载着各种物料在输送带上运动，称量箱上的读取器发出信号，物料盒中的感应片接收到读取器的信号发出反射信号，读取器检测到待添加物料种类所在的物料盒在称量箱上方，读取器发出暂停指令到控制器，控制器转发暂停指令到处理器，同时发出打开盒盖的指令到位于称量箱上方的物料盒，输送带暂停运行，位于称量箱上方的物料盒打开，所需物料倒入称量箱中，倾倒完毕，盒盖关闭，输送带继续转动；
步骤六、输送带运送选定的物料到称量箱上方，投放到称量箱中，称量箱对投放的物料进行称重，并将多余的物料通过管道清理到存储箱中，称量箱内的精确重量物料输送到搅拌机中，继续检测混料含水量，重复步骤三；
步骤七、调味料生产搅拌工艺中，实时检测搅拌机物料上方的空气温湿度。
2.根据权利要求1所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述步骤二中，利用搅拌机的搅拌桶内安装的四个含水量传感器实时检测含水量，含水量传感器发送检测到的数据到控制器，控制器取舍数据后，计算含水量传感器的平均值为实际含水量值。
3.根据权利要求1所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述步骤四中，利用控制器内的计算单元，计算单元根据实际含水量值、最佳含水量值、总重量、待添加物料含水量计算出待添加物料的重量。
4.根据权利要求1所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述步骤六中称量箱的工作过程为：待添加的物料通过自动上料机运送到称量箱内，重量传感器检测称量箱内的物料重量，当物料的重量大于重量阈值的时候，称量箱内的清扫杆转动，第二阀门打开，清理部分物料到第二管道内，第二阀门关闭，第一阀门打开，称量箱内的精确重量物料通过第一管道输送到搅拌机中，继续检测混料含水量。
5.根据权利要求1所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述步骤六中多余的物料通过管道清理到存储箱的具体过程为：第二阀门打开，物料流入第二管道内，对应物料标记的横隔离片转动，打开相应的通道，物料流入对应编号的存储柜内，物料流入完，横隔离片关闭。
6.根据权利要求1所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述步骤七搅拌机物料上方空气温湿度的检测过程为：在搅拌机的搅拌杆上安装集成式传感器，搅拌机转动，集成式传感器工作检测搅拌机内的温湿度，实时检测数据发送到控制器，控制器比较温湿度阈值，实时检测数据大于或小于温湿度阈值，控制器发出警报。
7.根据权利要求6所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于，所述步骤集成式传感器的控制方法为：
步骤1、连接安装传感器电路，设置两个半导体应变片采集温度和气压；
步骤2、调整两个半导体应变片的安装位置，确认两个半导体应变片的电阻变化量相等；
步骤3、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单元进行脉宽转换，输出脉宽信号；
步骤4、设置有信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量，解析出温度和水蒸气分压信息，计算出待测点的相对湿度和大气压；
步骤5、信号处理单元连接控制器，控制器中的显示屏显示待测点的温度、相对湿度和气压信息。
8.根据权利要求7所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于, 所述信
号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻半导体应变片之差，经二次变换后的脉宽
及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感电阻的计数之和的对数成反比关
系，计算出半导体应变片所受差压值、水蒸气分压PW和温度值t。
9.根据权利要求8所述的调味料生产工艺中含水量的检测方法，其特征在于, 所述信
号处理单元利用温度饱和水汽分压表，根据温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对
湿度的公式计算出相对湿度，式中为相对湿度，为大气压中在某一温度
下的饱和水汽分压力。
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