一种新型射频糖液浓度检测仪的应用及其计算机控制

1、    一种新型射频糖液浓度检测仪的应用及其计算机控制糖液浓度的检测方法多种多样。具体到制糖生产过程中的糖液，由于它的物性复杂，受母液纯度、入料浓度、蒸汽、色值、温度和真空程度等变化的影响，而且它的粘度大，容易结垢，因而它的物性参数不易测定。糖液浓度检测仪主要有基于粘稠性和浓度关系的流变仪，基于光学特性的光电折光仪，利用电磁特性的电导仪和射频仪。由于微波和射频技术的迅速发展，射频测量浓度技术的得到不断发展。射频仪与传统浓度仪的比较：（1）电导值。糖液糖液浓度的检测方法多种多样。具体到制糖生产过程中的糖液，由于它的物性复杂，受母液纯度、入料浓度、蒸汽、色值

2、、温度和真空程度等变化的影响，而且它的粘度大，容易结垢，因而它的物性参数不易测定。糖液浓度检测仪主要有基于粘稠性和浓度关系的流变仪，基于光学特性的光电折光仪，利用电磁特性的电导仪和射频仪。由于微波和射频技术的迅速发展，射频测量浓度技术的得到不断发展。     射频仪与传统浓度仪的比较：    （1）电导值。糖液的电导值与糖液的非糖份有密切的关系，电导率随纯度的增大而急剧降低，由于甘蔗糖原料纯度变化较大，糖膏的电导值不稳定，因此，许多国外盛产甘蔗糖的地区起初很少采用电导值煮糖，而且电导电极在使用时会出现腐蚀

3、，积垢问题，要经常清理，很麻烦。    （2）折光浓度。利用溶液的折射。率可以测出溶液中的固溶物浓度。但是经过实践，普遍认为折光仪存在一些缺点：对糖液浓度变化的反应较慢，价格较贵，需作温度补偿。    （3）流变仪。电机通过连杆和摆轴式感测元件做弧形的往复摆动干测元件收到的糖液阻力与糖液的助理系数有关，进而与粘稠度有关。糖液制动力矩的大小反映了糖液的浓度。但是这种摆动式流变仪大体上属机械传动装置，安装要求高，不能任意改变其部件的安装位置，调试也比较麻烦。因此使用受到一定的限制。   &

4、#160;（4）射频仪。80年代初期，丹麦DDS公司的科研人员将以上集中测量糖液浓度的方法进行了对比试验研究以后，以性能价格比作为根据，选定了射频糖液浓度测量方法作为糖液生产在线测量仪表进行开发研究。DDS科研人员对射频糖液浓度测量原理进行了探讨，到了80年代中期，DDS开发出应用射频糖液浓度测量仪的结晶罐控制系统，并将起商品化推向市场。实践证明，射频糖液浓度测量仪有着价格低，使用安全，维护方便等优点。    1 射频测量糖溶液的理论依据    1.1 射频测量糖溶液浓度的基本得原理 

5、   射频仪实际上是测量非纯糖液的电容。测量时，测量电极与结晶罐（或煮糖罐）形成等效电容的两极板，而糖液则是填充在两极板之间的电介质。通过射频仪检测出这个等效电容，从而得出填充糖液的浓度。    1.2 传感器的测量原理    电介质本身的特性可用相对介电系数r来表示：    式中：Co为电容两极板之间的电容为真空时的电容值；C为电极板之间充满某种均匀电介质时的电容值。    不同的物质有着不同的

6、介电系数，糖液可视为由下列物质组成：晶粒糖份、非晶粒糖份、水份、杂质。    液体的介电常数比固体的高，水的介电常数又更高。糖属于非电介质，因此，溶液介电常数的变化主要是由水分的变化引起的，而晶粒糖份的影响很小。但是一些诸如无机盐杂质的影响是不容忽视的（以往经常被忽视），因此，糖液的介电系数近似为一个关于非晶粒糖份、水和杂质的三元函数。    Dcf（S，W，I）    数值处理时可以分段线性化为    DcAlSA2WA3I 

7、;   式中A，A2，A3为待定系数。    由于物质的介电特性与温度有关，所以Dc为温度的函数    DcA1S（t）A2W （t）A3I（t）      （1）    则测量电极与煮糖罐和糖液形成的等效电容为：    CDc·Co        

8、 （2）    混合介质的射频阻抗为    Z1/jC          （3）    式中：。为射频信号角频率（f=10 MHz）；C为电容量。    由上式可以看出，传感器的射频阻抗与糖液的介电常数有关，进而与糖液的浓度（糖份和水的比例）有关。这就是该射频传感器的测量原理。   

9、60;FS DUOTRAC传感器插装在煮糖管的外壁上是一个被动组件，它直接与包含电子电路的单元相连，电路被封装以防止受到糖膏和机械损伤的影响，电路输出两个420 mA的信号，分别与糖膏的串联电阻和串联电容成比例关系，这两个信号可以单独地也可以联合起来来控制真空罐糖蜜或母液的流量。    2 射频频率的选择    如果振荡器的频率足够高，就有足够的电流通过糖膏，从而可测量出糖膏对振荡器的负载效应。频率越高，藕合越大，负载效应就越明显。但频率过高，不需要的寄生电容效应也增大电路越复杂，频率

10、的稳定性就越难保证。从而使测量发生困难。因此，频率的选择应兼顾到足够的藕合和设备结构的简易。实验证明：对于糖膏的测量，1015 MHz的频率是比较合适的。    3 与计算机的连接    FS DUOTRAC数字传感器用来测量真空罐煮糖过程中糖膏电导率的变化，把糖膏的介电特性的变化和已调谐的射频电路进行比较来测量。利用射频的优点使传感器上的积垢和覆盖物对信号的灵敏性几乎没有影响。这就意味着在间歇罐煮糖时不需要经常清理传感器，使连续煮糖时清理传感器的时间间隔大大延长。而用直接接触电极测量

11、糖膏浓度时则不能这样。    仪表在投入使用前要在现场进行动态标定。根据现场试验测定的数据，得到了浓度y与仪表输出电流x的回归关系式    为了使浓度仪的输出值更为平稳和准确，特配置了一个微处理器对数据进行处理预先将式（4）和修正用曲线写人微处理器微处理器即按式（4）将射频仪的电流值不断转换成浓度值，其转换频率（采样频率）约50次/s，每经1.5 min，微处理器即将此段时间内的浓度进行平均并将平均值输出作指示和控制之用，其后每经15 min、2 h和8h均各计算1次总平均值并进行打印记录。微处理器的程序框图如图3所示。    该微处理器的结构包括有1只CPU、1只A/D转换器、1个数字显示器和1台小型打印机，其结构框图如图4所示。    4 结论    糖膏的介电常数随着浓度的变化而变化，而射频传感器对介电常数的变化很敏感，所以，可以把糖膏的浓度