CN201060171Y - 蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器，其特制的“8”字形或双“6”字形的蔗汁饱和度敏感电感线圈接于微波信号激励电路，该线圈随周围介质的电容和电感变化阻抗变化，使微波信号激励电路产生的微波频率便随之改变。此激励电路紧贴煮糖罐外壁，检测微波频率的变化，即得蔗汁的过饱和度。本检测器包括微波信号激励电路，微波频率检测及电压转换电路，微处理器及电源和显示器。微处理器中存储有微波频率电参数信号与蔗汁晶化过饱和度关系数据，根据微波频率直接输出蔗汁晶化过饱和度值。本检测器非接触式检测煮糖罐内蔗糖液不饱和度，使用简单方便，检测抗干扰能力强，测量精度高，可测范围宽。

Description

蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测器

(一)技术领域

本实用新型涉及蔗汁晶化浓度检测装置，具体为一种非接触式的蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器。

(二)背景技术

糖业是关系国计民生的重要产业，蔗糖是主要的糖产品。蔗糖由甘蔗汁浓缩晶化而成。现在从甘蔗汁中提取精糖工艺仍然还很落后，其最主要的工艺步骤——蔗糖溶液晶化，即俗称煮糖过程，远未实现自动化。这也使制糖业的能耗高，成本高，销售价格难以下降。也直接影响生产厂家的收益，

高效自动化制糖是业内人士长期以来努力的方向，其中关键是实现煮糖过程自动化，而要解决的热点难点问题之一是蔗糖溶液晶化过程过饱和度的检测装置。

蔗糖的结晶过程十分复杂。到目前为止，人们已试用了多种方法对蔗汁晶化过饱和度进行检测。

接触式的检测法通常有电导值法、沸点升高法、折光法、电极法和化学法。这些方法各有优点，测量精度也较高，但是缺点也是明显的。如折光法、电导值法、沸点升高法、折光法和化学法测量过程均需提取样品，不能直接测量高浓度的溶液，需要加入一定比例的试剂进行稀释反应，然后才能得出结果。耗时费力，不易用于工业自动化生产的在线测量。电导值法虽然可在线得到检测结果，但由于浓稠的糖汁很快就在极板上结垢，影响检测结果，可靠性无法达到要求。

非接触式的检测法通常有伽马射线法、红外线法、近红外线法。伽马射线法检测精度高，也可在线检测。但稳定性不好，且射线残留在糖制品内，对人体有害，生产过程中难以保证对射线源的严格管理，一旦发生故障影响太大，因此射线法的使用推广也较为困难。红外线法的原理是蔗汁对红外线的透光率随温度的上升而缓慢下降，当达到饱和点时透光率会发生突变，出现极小值，然后再急剧上升。这种方法检测范围窄，准确度还不够高。近红外线法虽然克服了红外线法存在的不足，但近红外线法的在线检测装置尚未成熟，且造价昂贵，在制糖工业自动化生产线上无法应用。为了实现自动化煮糖，需要研究开发非接触式的、易于操作的蔗汁晶化过饱和度的实时检测装置。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计制糖业煮糖过程蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器，不接触糖液而完成检测。

本实用新型设计的蔗汁饱和度敏感电感线圈连接于微波信号激励电路。特制的蔗汁饱和度敏感电感线圈，为“8”字形或双“6”字形的线圈，在微波频率段，该线圈周围介质的电容和电感变化会使该线圈的阻抗发生变化。微波信号激励电路的总阻抗决定其产生的微波振荡频率。该蔗汁饱和度敏感电感线圈作为电感元件，与其它元件配合构成微波信号激励电路。在微波频段，该电感线圈因周围介质的分布电感和分布电容的变化其等效阻抗改变，从而导致微波信号激励电路总阻抗的改变，因此其产生的微波振荡频率便随之改变。随着煮糖罐内的蔗汁水份减少，过饱和度提高，蔗糖晶体颗粒不断生成，并不断长大，蔗汁构成的分布电感和分布电容在不断变化。将微波信号激励电路的蔗汁饱和度敏感电感线圈紧贴煮糖罐外壁，检测其所产生的微波频率的变化，即可得到煮糖罐内的蔗汁的过饱和度。

本实用新型设计的蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测器包括微波信号激励电路，微波频率检测及电压转换电路，微处理器。微波信号激励电路内接有蔗汁饱和度敏感电感线圈，用于产生100MHz～2600MHz的微波信号。蔗汁饱和度敏感电感线圈为同一平面上的“8”字形或双“6”字形线圈。微波信号激励电路输出的微波信号接入微波频率检测及电压转换电路，微波频率检测及电压转换电路的输出与微处理器模数转换输入连接。微处理器有多路输出口，其中一路连接微波信号激励电路，控制其产生100MHz～2600MHz的微波信号。微处理器还可以连接PC机或其他测控装备，或连接显示器，显示检测结果。微处理器中存储有微波频率电参数信号与蔗汁晶化过饱和度关系数据，可直接输出蔗汁晶化过饱和度值。

蔗汁饱和度敏感电感线圈贴靠于煮糖罐外壁的观测窗，微波频率检测及电压转换电路将检测到的微波频率信号转换为代表微波频率的电压值送入微处理器，微处理器根据其存储的微波频率信号与蔗汁晶化过饱和度关系数据换算出煮糖罐内的蔗汁晶化过饱和度值。

本实用新型的蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测器的优点为：1、非接触式检测煮糖罐内蔗糖液不饱和度，不受污垢变化影响，有效克服接触式的直流电导率检测装置以及其他检测装置存在的不足；2、蔗糖煮制过程中蔗汁饱和度可在线实时检测，有助于改进当前制糖工艺技术，提升制糖自动化水平，降低生产成本，节约能源；3、本检测器使用简单方便，无需专业操作；4、检测抗干扰能力强，不受被测物体的形状、状态、位置的影响；5、测量精度高，误差小于0.2％，可测范围宽；6、本检测器结构紧凑、小巧，便于携带使用。

(四)附图说明

图1为本蔗糖晶化过饱和度微波感应在线检测器实施例电路结构框图；

图2为本蔗糖晶化过饱和度微波感应在线检测器实施例蔗汁饱和度敏感电感线圈的放大示意图；

图3为本蔗糖晶化过饱和度微波感应在线检测器实施例元件安装结构示意图；

图中标号为：1、外壳，2、微处理器电路板，3、显示屏，4、微波信号激励电路板，5、微波频率检测及电压转换电路板，6、电源。

(五)具体实施方式

本蔗糖晶化过饱和度微波感应在线检测器实施例电路结构如图1所示，包括微波信号激励电路，微波频率检测及电压转换电路，微处理器和数据输出接口。微波信号激励电路连接蔗汁饱和度敏感电感线圈，微波信号激励电路产生的微波信号接入微波频率检测及电压转换电路，微波频率检测及电压转换电路的输出端与微处理器连接，将微波频率信号转换为电压信号送入微处理器。微处理器有多路数据输出接口，其中一路连接微波信号激励电路，控制调节其产生100MHz～2600MHz的信号。微处理器另一路输出连接PC机或其他测控装备，还有一路输出连接显示器。微处理器中存储有微波频率电压信号与蔗汁晶化过饱和度关系数据。检测处理后的结果数据可以自动保存，或在显示器上直接显示，或直接输出，或送入测控设备作为控制煮糖罐温度的信号。

本实施例的蔗汁饱和度敏感电感线圈如图2所示，线圈由直径为0.15～0.3mm一根漆包线绕制成环后再按反方向在同一平面上绕制与前环相切的另一环，成为“8”字形状或双“6”字形状，其匝数为1匝，“8”字二环或双“6”字二环的直径为2～4mm，二环直径相等，二环各有一接线端。

微波频率信号与蔗汁晶化过饱和度关系数据由实测得到。配制不同标准浓度的蔗糖过饱和溶液，置于与煮糖罐材质相同的容器内，用本检测器进行检测，即可得到不同饱和度的蔗糖溶液与微波频率信号的关系数据，将此存储在微处理器内。本例中蔗糖溶液完全结晶(即蔗糖浓度为100％)过饱和度的电压参数为2.410v，自来水(即蔗糖浓度为零)与之相对应的电参数为4.520v。

图3所示为本蔗糖晶化过饱和度微波感应在线检测器元件安装情况。检测器的外壳1内固装微处理器电路板2、微波信号激励电路板4和微波频率检测及电压转换电路板5及电源6和显示器3。电路板相互平行，且微波信号激励电路板4贴靠于外壳1的非金属面，即该电路板上的“8”字形的蔗汁饱和度敏感电感线圈贴靠于外壳1的非金属面。外壳1窗口上安装有与微处理器相接的显示器3，微处理器电路板2连接安装于外壳1的电源开关按键、测量按键。外壳1上还安装有微处理器的数据输出接口，如RS-232接口，和/或MAX488接口。

将本检测器外壳1的非金属面紧贴煮糖罐的玻璃钢外壳或其玻璃钢的观察窗，按下电源开关按键、测量按键即可完成检测，测量结果在显示器上显示。本检测器检测蔗糖溶液过饱和度的模拟实验结果如表1所示，可见测量结果稳定，误差小于0.2％。且测量范围宽，可检测蔗糖浓度由0至100％。

表1蔗糖溶液过饱和度模拟实验结果

本检测器用于生产中的实测，将其紧贴煮糖罐外壁，自动进行数据采集与处理。表2所示为本检测器检测多个煮糖罐煮糖过程中罐内蔗汁晶化过饱和度的结果，煮制过程中，逐步加入蔗汁。表2所示为罐内蔗汁不同容量时的检测结果。表2的第一列为煮糖罐的编号，第一行为检测时罐内蔗汁的容量，以下行内为检测所得的蔗汁不饱和度值。由此可见本法检测结果稳定，误差小，能正确反映出煮糖罐中蔗汁晶化的实际情况。误差小于1％。

表2煮糖罐内蔗汁晶化过程的过饱和度变化检测结果

Claims (4)

1.一种蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器，其特征在于：

包括微波信号激励电路，微波频率检测及电压转换电路，微处理器；蔗汁饱和度敏感电感线圈为“8”字形或双“6”字形的线圈，微波信号激励电路接有蔗汁饱和度敏感电感线圈，微波信号激励电路产生的微波信号接入微波频率检测及电压转换电路，微波频率检测及电压转换电路的输出端与微处理器连接，将检测所得微波频率信号转换为电压信号送入微处理器；微处理器有多路输出接口，其中一路连接微波信号激励电路，控制调节其产生100MHz～2600MHz的信号；还有一路输出连接显示器；微处理器中存储有微波频率电压信号与蔗汁晶化过饱和度关系数据。

2.根据权利要求1所述的蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器，其特征在于：

所述蔗汁饱和度敏感电感线圈由直径为0.15～0.3mm漆包线绕制成环后再按反方向在同一平面上绕制与前环相切的另一环，成为“8”字形状或双“6”字形状，其匝数为1匝，“8”字二环或双“6”字二环的直径为2～4mm，二环直径相等，二环各有一接线端。

3.根据权利要求1或2所述的蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器，其特征在于：

检测器的外壳(1)内固装微处理器电路板(2)、微波信号激励电路板(4)和微波频率检测及电压转换电路板(5)及电源(6)和显示器(3)，电路板相互平行，微波信号激励电路板(4)上的“8”字形或双“6”字形的蔗汁饱和度敏感电感线圈紧贴靠于外壳(1)的非金属面，外壳(1)窗口上安装有与微处理器相接的显示器(3)，微处理器电路板(4)连接安装于外壳(1)的电源开关按键、测量按键；外壳(1)上安装有微处理器的数据输出接口。

4.根据权利要求4所述的蔗汁晶化过饱和度的微波感应在线检测器，其特征在于：

所述微处理器的数据输出接口为RS-232接口，和/或MAX488接口。

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