CN209513688U - 一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，有一容器，该容器通过一保温供回水管与可调恒温水箱相连以提供循环的恒温水，该容器设有上盖，该容器内设有一定高度的恒温水，该容器管壁上设有一试管支架，该试管支架上设置一试管，该试管悬挂在恒温水中，所述试管内充满待测果汁，有一测试探头完全插入所述试管里的果汁内，所述测试探头的顶部设有两个电极，两个电极从容器的上盖处引出来，其中一电极利用电热丝引线与精密电阻箱Rs的一端连接，另一电极利用电热丝引线分别与稳压电源的一极和精密电阻R₁的一端连接。利用传热学和电学相结合对果汁可溶性固形物含量检测，原理新颖清晰、测试快速，结果准确可信。

Description

一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置

技术领域

本实用新型属于果汁饮料中可溶性固形物含量的测定技术，具体涉及一种利用热物理法实现果汁饮料中可溶性固形物含量测量装置。

背景技术

现代的人类生活中，果蔬作为日常不可缺少的一部分饮食，为我们提供了大量的维生素和膳食纤维，保持我们身体的健康。鲜榨果汁作为果蔬的一种副产物，口感更好，更易食用，是人们对吃得好的追求。国家对果汁中可溶性固形物含量有着明确的标准(《GBT31121-2014果蔬汁类及其饮料》)，因此通过测量果汁的可溶性固形物含量来预估果汁的质量是十分重要的一种检验方法。常规的可溶性固形物含量测量步骤繁琐，准确度难以把握。

目前国家规定可溶性固形物含量要在20℃时进行测量。现有技术对果汁中的可溶性固形物含量的测定方法如折光仪法和比重法等，由于环境温度的变化以及设备的局限性，无法保证测量温度保持在20℃，测量后还需加以校正，校正值为经验值，导致实验数据产生误差。折光仪是基于光学原理利用测定临界角以求得样品溶液的折射率，从折射率可以近似的换算出可溶性固形物含量，常用的折光仪有阿贝折射仪、手提式折光计和浸入式折光计。但是阿贝折射仪的操作复杂，价格也昂贵。手提式折光计和浸入式折光计虽然操作简单但精度不高，而且需人工观测读数，误差较大。比重法测定溶液可溶性固形物多是先取样然后再用液体比重计测量样品比重，用温度计测量被测液温度，最后查三者关系表得到可溶性固形物含量，这种方法手动操作，人工观测，读数误差因人而异。

上述诸种方法或存在复杂、昂贵，或存在效率低、精度差的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种简便、准确地测定果汁中可溶性固形物含量的(恒温)装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，有一容器，该容器通过一保温供回水管与可调恒温水箱相连以提供循环的恒温水，该容器设有上盖，该容器内设有一定高度的恒温水，该容器管壁上设有一试管支架，该试管支架上设置一试管，该试管悬挂在恒温水中，所述试管内充满待测果汁，有一测试探头完全插入所述试管里的果汁内，所述测试探头的顶部设有两个电极，两个电极从容器的上盖处引出来，其中一电极利用电热丝引线与精密电阻箱Rs的一端连接，另一电极利用电热丝引线分别与稳压电源的一极和精密电阻R₁的一端连接，精密电阻R₁和精密电阻R₂串联后与精密电阻箱Rs的另一端连接，再通过精密电阻R₃与稳压电源的另一极连接，精密电阻R₃并联一用于控制测试探头加热、检测的触发器，从精密电阻R₁和精密电阻R₂的连接点以及测试探头与精密电阻箱Rs的连接点引出取样电压△V，再经热电偶引线连接至直流放大器，直流放大器放大输出的电压信号和触发器控制测试探头加热的时间t分别通过显示装置显示，所述显示装置包括电压显示装置和时间显示装置。

本检测装置对果汁的热导率的测定是利用热物理学中的线热源瞬态传热模型,通过对插入无限均匀的果汁样品中的测试探头施加稳定电压进行加热,进而测量探针温度随时间对数变化的斜率,以求得被测量样品的热导率，再利用果汁所含有的可溶性固形物含量与其热导率之间呈现线性关系的原理而通过测定果汁的热导率来测定可溶性固形物含量，从而判断果汁质量是否达标。

其中，稳压电源通过精密电阻对特制的测试探头准确可控地供电进行微加热，在果汁中建立温度场，在温度场中的测试探头由于温度变化造成其电阻发生变化而引起输出电压△V的变化，所以，由输出电压△V的变化可知测试探头电阻的变化，由测试探头电阻的变化与温度变化的关系来测出果汁的热导率的变化。最后利用可溶性固形物含量与其热导率之间呈现线性关系的原理对测得的数据通过数学分析而求得被测值。

进一步，测试探头为无磁的测试探头，测试探头的金属管由食品级奥氏体不锈钢管制成。

进一步，测试探头的长径比大于10。

进一步，测试探头的构成包括细长的一端为尖头的金属管和铜线，铜线表面包覆绝缘漆；漆包的铜线按照每段长度略短于金属管的要求经若干次反复折转组成一扎铜线，该扎铜线包含有偶数段；将该扎铜线导入金属管中，并用真空硅脂填充空隙，金属管的前端用环氧树脂胶密封，金属管的后端用环氧树脂胶密封并从中导出引线；所述铜线兼具电热丝的作用。

进一步，检测装置设有抗干扰措施，包括静电屏蔽和磁场屏蔽，测试探头的外接线为屏蔽线，屏蔽线的外套接地；直流放大器用高导磁率和高导电率的材料制作成的屏蔽罩屏蔽，屏蔽罩妥善接地；直流放大器的输入线与输出线,且不可平行走线；选用高质量的稳压电源，选用精密电阻器件以及完善的接地技术。

进一步，精密电阻R1、精密电阻R2的阻值相等且温度系数同号,精密电阻R1、精密电阻R2及精密电阻R3远大于测试探头的电阻值R_P；精密电阻箱Rs最小可调值为0.01Ω，最大可调值为1000Ω。

进一步，所述可调恒温水箱具有调温功能，可以提供不同的实验温度来适应不同的实验要求。可调恒温水箱的调温功能是指温度可以设定,并不局限于某一温度值,根据不同的外界环境和试验要求,可以选择合适的温度,可调恒温水箱的恒温是指设定后的温度是恒定不变的,即保证了在特定温度下的被测值。

进一步，所述容器和可调恒温水箱由具有保温功能的保温供回水管连接,该保温供回水管上设有一提供循环动力的循环水泵。

进一步，已知质量分数的标准样品的可溶性固形物含量可由阿贝折射仪进行标定测量。

进一步，所述容器外围设有保温层。

进一步，所述容器内设有一对流叶片，该对流叶片通过一转轴被一扰动电机控制。

本实用新型的有益效果是：

1、利用传热学和电学相结合对果汁可溶性固形物含量进行检测，原理新颖且清晰、抓住本质特征，测试结果准确可信；

2、可以通过调整可调恒温水箱的温度来适应不同的实验要求温度；也可以提供一个规范要求的20℃测量环境来保证实验数据的准确性，消除校正所带来的误差。

3、批量测试时，在完成步骤的第一步后，后来的同类果汁样品测试能够省略第一步，即已得的预测方程可通用，因之可方便、快捷、准确地测试样品的可溶性固形物含量；

4、特制测试探头内部无磁，外部隔磁，防止干扰；

5、精密电阻电桥取样、高档稳压电源和控制器相结合，测试准确，操作方便；

6、适用于各种果汁中可溶性固形物含量的测定；

7、包括静电屏蔽和磁场屏蔽的多种抗干扰措施，抗干扰能力强；

附图说明

附图1是本实用新型的一种实施例装置结构的原理示意图；

附图2测试探头结构示意图；

附图3是一种苹果汁可溶性固形物含量与热导率实测对应关系函数图。

图中，测试探头1；环氧树脂胶10；铜线11；金属管12；真空硅脂13；容器2；精密电阻R₁31；精密电阻R₂32；精密电阻R₃33；精密电阻箱Rs34；稳压电源4；触发器5；电压显示装置6；引线7；保温层8；循环水泵9；可调恒温水箱14；保温供回水管15；扰动电机16；试管支架17；试管18；对流叶片19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

参见图1，本检测装置，有一容器2，该容器2设有上盖，该容器2通过一保温供回水管15与可调恒温水箱14相连以提供循环的恒温水，该容器2内设有一定高度的恒温水(20℃)，该容器2通过一保温供回水管线与一20℃的可调恒温水箱14相连以提供循环的恒温水该容器2管壁上设有一试管支架17，该试管支架17上设置一试管18，该试管18悬挂在恒温水中。试管18内充满待测果汁，有一测试探头1完全插入试管18里的果汁内。

测试探头1的顶部设有两个电极，两个电极从容器2的上盖处引出来，其中一电极利用电热丝引线与精密电阻箱Rs34的一端连接，另一电极利用电热丝引线分别与稳压电源的一极和精密电阻R₁31的一端连接，精密电阻R₁31和精密电阻R₂ 32串联后与精密电阻箱Rs34的另一端连接，再通过精密电阻R₃33与稳压电源的另一极连接，精密电阻R₃33并联一用于控制测试探头加热、检测的触发器，从精密电阻R₁31和精密电阻R₂32的连接点以及测试探头与精密电阻箱Rs34的连接点引出取样电压△V，再经热电偶引线连接至直流放大器，直流放大器放大输出的电压信号和触发器控制测试探头加热的时间t分别通过显示装置显示，所述显示装置包括电压显示装置和时间显示装置。

测试探头为无磁的测试探头，测试探头的金属管由食品级奥氏体不锈钢管制成。

精密电阻R₁31、精密电阻R₂ 32的阻值相等且温度系数同号,精密电阻R₁31、精密电阻R₂ 32及精密电阻R₃33远大于测试探头的电阻值R_P；精密电阻箱Rs34最小可调值为0.01Ω，最大可调值为1000Ω。

容器2通过保温供回水管15和一可调恒温水箱14之间形成回路，保温供回水管15上连接有一水泵9，水泵9工作，恒温水一直在可调恒温水箱14和容器2之间循环流动。容器2外围设有保温层8，用于和外界环境隔绝，防止温差交换，保证容器内恒温。容器2内设有一对流叶片19，该对流叶片19通过一转轴被一扰动电机16控制，对流叶片19搅拌的作用是，增强水温的均匀度，强化水与试管壁之间的换热，使试管壁(果汁外界)保持恒温环境，进而保证测试结果的准确度。

可调恒温水箱14具有调温功能，可以提供不同的实验温度来适应不同的实验要求。已知质量分数的标准样品的可溶性固形物含量可由阿贝折射仪进行标定测量。

参见图2，热探针1为无磁的热探针，热探针1的金属管12由食品级奥氏体不锈钢管制成，奥氏体不锈钢无磁，并为热探针1提供对外界的磁屏蔽。热探针1的长径比大于10，对于圆柱体结构的热探针1，当符合其长径比大于10的条件，则可认为其是无限长的，即可按一维模型进行传热分析和计算。热探针1的构成包括细长的一端为尖头的金属管12和铜线11，铜线11表面包覆绝缘漆；漆包的铜线11按照每段长度略短于金属管12的要求经若干次反复折转组成一扎铜线，该扎铜线包含有偶数段；将该扎铜线11导入金属管12中，并用真空硅脂13填充空隙，金属管12的前端用环氧树脂胶10密封，金属管12的后端用环氧树脂胶10密封并从中导出引线7；铜线11兼具电热丝的作用。若干次反复折转的结构类似于回形针的结构，偶数段铜线在通电后，电磁效应恰好全部抵消，构成内部无磁的热探针1。真空硅脂13导热性能优良且绝缘。

本实用新型所提供的利用微热探针法实现果汁中可溶性固形物含量测定的方法，包括如下二个步骤：

第一步，建立可溶性固形物含量关于热导率的预测方程：

1)取浓缩果清汁，分别用高纯水稀释成几种已知质量分数的标准果汁样品，其果汁可溶性固形物含量由阿贝折射仪进行测量。

2)每个样品在恒温条件下，采用微热探针法测定其热导率。

3)由人工通过简单的计算，对每个样品的可溶性固形物的含量及其热导率进行一元一次线性回归，建立可溶性固形物含量关于热导率的预测方程。图3是一种苹果汁可溶性固形物含量与热导率实测对应关系函数图。

第二步，实测产品样品：取待测果汁溶液，在上述恒温条件下测定热导率，代入从上述步骤3)所得的预测方程中，即可得到果汁可溶性固形物含量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，有一容器，该容器通过一保温供回水管与可调恒温水箱相连以提供循环的恒温水，该容器设有上盖，该容器内设有一定高度的恒温水，该容器管壁上设有一试管支架，该试管支架上设置一试管，该试管悬挂在恒温水中，所述试管内充满待测果汁，有一测试探头完全插入所述试管里的果汁内，所述测试探头的顶部设有两个电极，两个电极从容器的上盖处引出来，其中一电极利用电热丝引线与精密电阻箱Rs的一端连接，另一电极利用电热丝引线分别与稳压电源的一极和精密电阻R₁的一端连接，精密电阻R₁和精密电阻R₂串联后与精密电阻箱Rs的另一端连接，再通过精密电阻R₃与稳压电源的另一极连接，精密电阻R₃并联一用于控制测试探头加热、检测的触发器，从精密电阻R₁和精密电阻R₂的连接点以及测试探头与精密电阻箱Rs的连接点引出取样电压△V，再经热电偶引线连接至直流放大器，直流放大器放大输出的电压信号和触发器控制测试探头加热的时间t分别通过显示装置显示，所述显示装置包括电压显示装置和时间显示装置。

2.根据权利要求1所述一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，测试探头为无磁的测试探头，测试探头的金属管由食品级奥氏体不锈钢管制成。

3.根据权利要求2所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，测试探头的长径比大于10。

4.根据权利要求3所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，测试探头的构成包括细长的一端为尖头的金属管和铜线，铜线表面包覆绝缘漆；漆包的铜线按照每段长度略短于金属管的要求经若干次反复折转组成一扎铜线，该扎铜线包含有偶数段；将该扎铜线导入金属管中，并用真空硅脂填充空隙，金属管的前端用环氧树脂胶密封，金属管的后端用环氧树脂胶密封并从中导出引线；所述铜线兼具电热丝的作用。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，检测装置设有抗干扰措施，包括静电屏蔽和磁场屏蔽，测试探头的外接线为屏蔽线，屏蔽线的外套接地；直流放大器用高导磁率和高导电率的材料制作成的屏蔽罩屏蔽，屏蔽罩妥善接地；直流放大器的输入线与输出线，交流电源线分开走线，且不可平行走线；选用高质量的稳压电源，稳压电源中的电源变压器原副边之间加屏蔽层；交流地线和直流地线分开且只有交流地线接大地；选用精密电阻器件以及完善的接地技术。

6.根据权利要求5所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，精密电阻R1、精密电阻R2的阻值相等且温度系数同号,精密电阻R1、精密电阻R2及精密电阻R3远大于测试探头的电阻值R_P；精密电阻箱Rs最小可调值为0.01Ω，最大可调值为1000Ω。

7.根据权利要求1所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征在于，所述可调恒温水箱具有调温功能，可以提供不同的实验温度来适应不同的实验要求,所述容器和可调恒温水箱由具有保温功能的保温供回水管连接,该保温供回水管上设有一提供循环动力的循环水泵。

8.根据权利要求1所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，已知质量分数的标准样品的可溶性固形物含量可由阿贝折射仪进行标定测量。

9.根据权利要求1所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，所述容器外围设有保温层。

10.根据权利要求1所述的一种可调温度下果汁可溶性固形物含量的测量装置，其特征是，所述容器内设有一对流叶片，该对流叶片通过一转轴被一扰动电机控制。