一種基于物料內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，尤其是涉及一種能夠通過控制物料內(nèi)部溫度進(jìn)行干燥過程控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，并且微波功率連續(xù)可調(diào)。
【背景技術(shù)】
[0002]微波干燥過程中，物料內(nèi)部和外部同時(shí)加熱，改變了傳統(tǒng)的由表及里的加熱方式，可以極大提高物料干燥的速度。相比于熱風(fēng)、冷凍等干燥方式，微波干燥技術(shù)具有干燥速度快、產(chǎn)品質(zhì)量高、能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)，近年來年來在食品干燥領(lǐng)域應(yīng)用愈發(fā)廣泛。目前，主流的微波干燥技術(shù)是通過控制初始微波功率密度進(jìn)行干燥，然而在干燥中后期，由于樣品重量的下降，實(shí)時(shí)的微波功率密度將會(huì)增大，而這種干燥方式無法控制溫度，就會(huì)導(dǎo)致樣品內(nèi)部溫度過高，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)，極易出現(xiàn)焦糊、褐變等現(xiàn)象。因此，在干燥過程中，如果可以對溫度加以控制，既可以利用微波干燥的優(yōu)勢快速去除樣品中的水分，又能夠保證干燥后廣品的質(zhì)量。
[0003]微波與熱風(fēng)組合的方式一般分為串聯(lián)干燥和并聯(lián)干燥兩種，串聯(lián)干燥是指先將物料用熱風(fēng)干燥到一定含水率后再用微波干燥到終點(diǎn)，或是先進(jìn)行微波干燥再使用熱風(fēng)干燥到終點(diǎn)；并聯(lián)干燥，又稱耦合干燥，是指微波和熱風(fēng)同時(shí)進(jìn)行作用對物料進(jìn)行干燥，干燥過程中通過熱風(fēng)及時(shí)帶走物料表面的蒸氣，使物料內(nèi)外保持足夠的蒸氣壓力差，能夠在保證干燥品質(zhì)的同時(shí)極大地提高干燥速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本專利提供一種可以通過控制物料內(nèi)部溫度進(jìn)行熱風(fēng)微波耦合干燥的干燥系統(tǒng)，其微波功率連續(xù)可調(diào)，熱風(fēng)溫度、風(fēng)速一定范圍可調(diào)，結(jié)構(gòu)布局合理，能夠有效控制物料干燥過程，保證干燥后物料品質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種基于物料內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，它包括改造后的家用微波爐、熱風(fēng)加熱裝置、電子秤、熱風(fēng)溫度傳感器、熒光光纖測溫儀、計(jì)算機(jī)、控制軟件及程序和控制裝置。
[0006]上述熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的家用微波爐通過改造后可以輸出功率為O?450W、頻率為2450±50MHz的微波，并且功率連續(xù)可調(diào)，磁控管發(fā)射的微波經(jīng)波導(dǎo)傳輸?shù)街C振腔入口處后經(jīng)過磁場攪拌器均勻射入干燥腔，保證微波干燥的均勻性。
[0007]上述熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的熱風(fēng)加熱裝置位于微波爐上部，通過管道將熱風(fēng)槍產(chǎn)生的熱風(fēng)不斷輸入到干燥腔內(nèi)，管道內(nèi)的熱風(fēng)溫度傳感器可以獲取輸入到干燥腔內(nèi)的熱風(fēng)溫度并傳入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行溫度控制和記錄保存。
[0008]上述熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的電子秤裝置帶有RS232串口，可以將物料的實(shí)時(shí)重量傳入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行記錄保存，并可以檢測物料干燥所處階段，無需中斷干燥取出物料進(jìn)行稱重，避免人為誤差。
[0009]上述熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的熒光光纖測溫儀由光纖探頭和光纖測溫儀組成，光纖探頭獲取的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過光纖測溫儀轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓并通過控制裝置輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行物料內(nèi)部溫度的監(jiān)測與控制。
[0010]上述熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的控制裝置包括調(diào)壓器和數(shù)據(jù)采集卡，通過數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入接口可以將物料內(nèi)部溫度和熱風(fēng)溫度數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)，通過數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出接口可以將控制電壓(0-5V)輸入到調(diào)壓器進(jìn)而控制微波爐功率和熱風(fēng)槍熱風(fēng)溫度。
[0011]上述熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的控制程序包括監(jiān)控面板、微波控制面板和熱風(fēng)控制面板，其中監(jiān)控面板可以監(jiān)測物料實(shí)時(shí)重量和干燥過程是否完成；微波控制面板可以設(shè)定微波干燥相關(guān)參數(shù)并監(jiān)測物料內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度；熱風(fēng)控制面板可以設(shè)定熱風(fēng)槍相關(guān)參數(shù)并監(jiān)測熱風(fēng)輸入溫度。
【附圖說明】
[0012]圖1本發(fā)明的基于物料內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)主視圖
[0013]圖1中:1-電子秤2-微波爐3-出風(fēng)口 4-光纖測溫儀5-計(jì)算機(jī)(含LabVIEW軟件)6-控制單元7-熱風(fēng)槍和熱風(fēng)溫度傳感器8-物料9-支撐板10-熱風(fēng)進(jìn)口 11-光纖探頭12-物料罐
[0014]圖2物料內(nèi)部溫度控制曲線
[0015]圖3熱風(fēng)溫度控制曲線
[0016]圖4物料干燥曲線
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0018]熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)如圖1所示，物料準(zhǔn)備完畢放入物料罐12中后，在計(jì)算機(jī)5的LabVIEW程序中設(shè)定微波和熱風(fēng)干燥參數(shù)，設(shè)定完畢后即可開始干燥過程。
[0019]干燥過程中，電子秤I通過RS232接口將物料實(shí)時(shí)重量輸入到計(jì)算機(jī)5中進(jìn)行記錄保存，并可以檢測物料是否到達(dá)干燥終點(diǎn)；光纖探頭11獲取的物料內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度信號通過光纖測溫儀4轉(zhuǎn)換后變成0-5V的電壓信號，并通過控制單元6的數(shù)據(jù)采集卡輸入到計(jì)算機(jī)5中，如果實(shí)時(shí)的物料內(nèi)部溫度值大于設(shè)定值，計(jì)算機(jī)5將會(huì)通過控制單元6的數(shù)據(jù)采集卡輸出一個(gè)0-5V的控制電壓到控制單元6的調(diào)壓器中，從而控制微波爐暫停干燥直至物料內(nèi)部溫度值小于設(shè)定值；熱風(fēng)溫度傳感器7獲取的0-5V的熱風(fēng)溫度信號經(jīng)過控制單元6的數(shù)據(jù)采集卡輸入到計(jì)算機(jī)5中進(jìn)行熱風(fēng)溫度的控制。
[0020]實(shí)例:基于牛蒡內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥
[0021]將新鮮牛蒡(濕基含水率83.5% )洗凈去皮后切成5mm厚的圓片，稱取50g放入到物料罐12中，關(guān)閉微波爐2的爐門后，在計(jì)算機(jī)5中的LabVIEW程序中設(shè)定微波干燥參數(shù)為:微波功率密度5W/g、物料內(nèi)部控制溫度80°C、干燥終點(diǎn)濕基含水率15%;熱風(fēng)干燥溫度取80°C。設(shè)定完畢后運(yùn)行程序開始干燥過程，干燥完成后關(guān)閉程序，取出并保存物料。
[0022]上述實(shí)例僅為對本發(fā)明的實(shí)施方式做具體描述，并非對本發(fā)明的使用范圍進(jìn)行限定。同時(shí)，任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員均可以針對本發(fā)明的技術(shù)方案或?qū)嵤┓绞竭M(jìn)行各種改變和改進(jìn)，但所有這些改變或改進(jìn)必須屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于物料內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，它包括改造后的家用微波爐、熱風(fēng)加熱裝置、電子秤、熱風(fēng)溫度傳感器、熒光光纖測溫儀、計(jì)算機(jī)、控制軟件及程序和控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于物料內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，其特征在于: (1)物料罐下面放置有電子秤，該電子秤可以將物料的實(shí)時(shí)重量數(shù)據(jù)傳入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行記錄和保存，實(shí)現(xiàn)物料重量的實(shí)時(shí)、在線測量； (2)物料罐中放置有光纖溫度傳感器，干燥時(shí)取一片物料插入光纖探頭，該傳感器可以將物料內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)傳入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行記錄和保存，實(shí)現(xiàn)物料內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)、在線測量； (3)計(jì)算機(jī)的控制軟件可以在物料內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定值后，停止微波爐工作直至物料內(nèi)部溫度降到設(shè)定值以下，如此反復(fù)，保證物料內(nèi)部溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上下波動(dòng)，直到物料的含水率干燥到平衡水分； (4)控制裝置由晶閘管、數(shù)據(jù)采集卡組成，用于熱風(fēng)溫度和微波功率的設(shè)定和調(diào)節(jié)以及干燥過程中熱風(fēng)溫度和物料內(nèi)部溫度的采集；數(shù)據(jù)采集卡可以輸出0-5v的控制電壓，采集到0-5v的電壓信號(或4-20mA的電流信號)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種基于物料內(nèi)部溫度控制的熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，其特征在于:可以實(shí)時(shí)地獲取干燥過程中物料的內(nèi)部溫度和重量數(shù)據(jù)，并可以通過這些數(shù)據(jù)對干燥過程進(jìn)行控制；該系統(tǒng)可以使物料在接近恒溫環(huán)境中干燥，干燥過程可控性較高，適合多種物料干燥。
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)，包括改造后的家用微波爐、熱風(fēng)加熱裝置、電子秤、熱風(fēng)溫度傳感器、熒光光纖測溫儀、計(jì)算機(jī)、控制軟件及程序和控制裝置。系統(tǒng)中電子秤可以將物料的實(shí)時(shí)重量數(shù)據(jù)傳入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行記錄和保存，實(shí)現(xiàn)物料重量的實(shí)時(shí)、在線測量；物料罐中放置的光纖溫度傳感器可以將物料內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)傳入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行記錄和保存，實(shí)現(xiàn)物料內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)、在線測量；該系統(tǒng)可以使物料在接近恒溫環(huán)境中干燥，干燥過程可控性較高，適合多種物料干燥。
【IPC分類】F26B25-22, F26B9-06, F26B23-08, F26B21-10
【公開號】CN104807296
【申請?zhí)枴緾N201510196466
【發(fā)明人】紀(jì)飛, 周洪梅, 李臻鋒, 宋飛虎, 陸勇
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月23日