Способ определения электрофизических характеристик дисперсных материалов

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, молочной, сахарной, зерноперерабатывающей отрасли и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки дисперсных пищевых материалов, а именно зерна, муки, сухого молока, сахара-песка. Способ осуществляют следующим образом. Подготавливают дисперсный материал путем его очистки и увлажнения до установления равновесной влажности. Формируют образец насыпного слоя путем засыпки дисперсного материала в емкость. Измеряют температуру окружающей среды и температуру материала на верхней и нижней поверхностях насыпного слоя. Определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя перед инфракрасным (ИК) нагревом и облучением электромагнитной энергией СВЧ. Поддерживают температуру среды вокруг образца на постоянном уровне. Осуществляют ИК-нагрев верхней поверхности образца насыпного слоя. Измеряют плотность лучистого потока радиационной энергии на нагреваемой поверхности. Осуществляют облучение верхней поверхности образца насыпного слоя электромагнитной энергией СВЧ таким образом, что образец устанавливается в свободном пространстве между передающей антенной генератора и приемной антенной датчика электромагнитной энергии СВЧ так, что на верхней поверхности образца формируется электромагнитная волна с плоским фазовым фронтом, а сам образец (его верхняя и нижняя поверхности) располагается под углом 90° к геометрической оси антенной системы. Осуществляют согласование передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ, приемной антенны датчика электромагнитной энергии СВЧ и опытного образца. Определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя в течение ИК-нагрева и облучения электромагнитной энергией СВЧ. И датчиком электромагнитной энергии СВЧ измеряют тангенс угла фазового сдвига и модуля коэффициента прохождения диэлектрического слоя. Способ позволяет увеличить выход целевого продукта, снизить удельные энергозатраты и повысить точность измерения электрофизических характеристик при осуществлении технологических процессов. 7 табл.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, молочной, сахарной, зерноперерабатывающей отраслям и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки дисперсных пищевых материалов, а именно зерна, муки, сухого молока, сахара-песка.

Известен способ определения электрофизических характеристик материалов, заключающийся в том, что формируют опытный образец исследуемого материала в виде плоской пластины площадью 10×10 см2 и толщиной 4 мм. Размещают опытный образец внутри короткозамкнутого отрезка волновода электромагнитной энергии сверхвысоких частот (СВЧ). Осуществляют резистивный разогрев образца. Температуру образца измеряют с помощью термопар. С помощью датчика электромагнитной энергии СВЧ и радиоизмерительной аппаратуры определяют электрофизические характеристики исследуемого материала, а именно тангенс угла фазового сдвига и модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя (Арсаев И.Е. Влияние близости приемной и передающей антенн на измерение диэлектрической проницаемости - Радиотехника и электроника, 1990 г., т.15, №10, с.17-21).

Недостатком способа является низкая эффективность регулирования и точность контроля качественных показателей, вследствие конечных размеров образца. А также то, что реальная электромагнитная волна СВЧ в образце значительно отличается по распределению амплитуды и фазы от плоской волны, что приводит к тому, что значительно возрастает доля электромагнитной энергии СВЧ, попадающая в датчик электромагнитной энергии СВЧ, минуя образец, вследствие чего погрешность измерения электрофизических характеристик исследуемого материала недопустимо велика.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения электрофизических характеристик материалов, заключающийся в том, что формируют опытный образец исследуемого материала в виде плоской пластины площадью 10×10 см2 и толщиной 4,0 мм. Вводят опытный образец в резонансную полость объемного резонатора электромагнитной энергии СВЧ. Осуществляют индукционный разогрев опытного образца. Температуру образца измеряют с помощью термопар. Электрофизические характеристики исследуемого материала, а именно тангенс угла фазового сдвига и модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, рассчитываются на основе измерения резонансной частоты и добротности объемного резонатора при введении опытного образца в резонансную полость объемного резонатора электромагнитной энергии СВЧ («Исследования материалов в условиях лучистого нагрева». / Под. ред. Францевича И.Н. - Киев: Наукова думка, 1975 г., с.167-168).

Недостатком данного способа является низкая эффективность регулирования и точность контроля качественных показателей, вследствие того, что опытный образец не изолирован от теплового контакта с измерительной аппаратурой и с ростом температуры падает точность измерения электрофизических характеристик, а также то, что площадь поверхности нагрева меньше площади зоны облучения электромагнитной энергией СВЧ, что при измерении температурных зависимостей электрофизических характеристик приводит к систематическим погрешностям. Также характерный недостаток данного способа состоит в том, что ни генератор электромагнитной энергии СВЧ (объемный резонатор), ни нагрузка (приемная антенна датчика электромагнитной энергии СВЧ), ни сам объект измерения (опытный образец) не согласованы, что приводит к появлению значительных по величине многократных отражений электромагнитной энергии СВЧ в пространстве и суперпозиции (сложению) многократно отраженных волн и основной (несущей) волны генератора электромагнитной энергии СВЧ со случайными, так называемыми фазовыми соотношениями, что проводит к значительным погрешностям измерения электрофизических характеристик исследуемого материала.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности регулирования и точности определения качественных показателей.

Техническим результатом данного изобретения является увеличение выхода целевого продукта и снижение удельных энергозатрат при осуществлении технологических процессов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения электрофизических характеристик дисперсных материалов, преимущественно пищевых, осуществляют подготовку дисперсных материалов путем очистки и увлажнения до установления равновесной влажности, формируют образец плоского насыпного слоя, путем засыпки дисперсного материала в емкость, измеряют температуру окружающей среды и температуру материала на верхней и нижней поверхностях насыпного слоя, определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя перед инфракрасным (ИК) нагревом и облучением электромагнитной энергией СВЧ, поддерживают температуру среды вокруг образца на постоянном уровне, осуществляют ИК-нагрев верхней поверхности образца насыпного слоя, измеряют плотность лучистого потока радиационной энергии на нагреваемой поверхности, облучают верхнюю поверхность образца насыпного слоя электромагнитной энергией СВЧ, таким образом, что образец устанавливается в свободном пространстве между передающей антенной генератора и приемной антенной датчика электромагнитной энергии СВЧ так, что на верхней поверхности образца формируется электромагнитная волна с плоским фазовым фронтом, а сам образец (его верхняя и нижняя поверхности) располагается под углом 90° к геометрической оси антенной системы, осуществляют согласование передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ, приемной антенны датчика электромагнитной энергии СВЧ и опытного образца, определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя в течение ИК-нагрева и облучения электромагнитной энергий СВЧ, измеряют датчиком электромагнитной энергии СВЧ тангенса угла фазового сдвига и модуля коэффициента прохождения диэлектрического слоя.

Подготовка дисперсных материалов необходима для удаления сорных примесей и включений, а также для определения равновесной влажности.

Формирование образца насыпного слоя путем засыпки дисперсного материала в емкость необходимо для того, чтобы задать геометрическую форму образца и определить граничные условия.

Измерение температуры окружающей среды, а также температуры материала на верхней и нижней поверхностях образца насыпного слоя и определение температурного поля внутри образца насыпного слоя перед ИК-нагревом и облучением электромагнитной энергии СВЧ обусловлено тем, что в результате этого устанавливается информация о законе взаимодействия окружающей среды и поверхностей образца насыпного слоя материала.

Поддержание температуры среды вокруг образца на постоянном уровне позволяет устранить инерционность нагрева и влияние начальных условий на точность определяемых характеристик.

Инфракрасный нагрев верхней поверхности образца насыпного слоя обусловлен тем, что сводится к нулю влияние тепловых контактных сопротивлений между образцом, источником и стоками тепла, вследствие того, что тепловой поток вводится в образец радиационным (неконтактным) путем. А также тем, что появляется возможность измерения электрофизических характеристик дисперсных материалов в условиях равномерного объемного прогрева диэлектрического слоя (статический режим) и интенсивного одностороннего разогрева (динамический режим), то есть в условиях максимально приближающихся к реальным условиям работы СВЧ и ИК-установок.

Измерение плотности лучистого потока радиационной энергии на ИК-нагреваемой поверхности обусловлено тем, что устраняется погрешность, связанная с неравномерностью распределения плотности лучистого потока в фокальном пятне на ИК-нагреваемой верхней поверхности образца.

Облучение верхней поверхности образца насыпного слоя электромагнитной энергией СВЧ, таким образом, что образец устанавливается в свободном пространстве между передающей антенной генератора и приемной антенной датчика электромагнитной энергии СВЧ так, что на верхней поверхности образца формируется электромагнитная волна с плоским фазовым фронтом, а сам образец (его верхняя и нижняя поверхности) располагается под углом 90° к геометрической оси антенной системы, а также согласование передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ, приемной антенны датчика электромагнитной энергии СВЧ и опытного образца составляет суть данного способа, обусловлено тем, что необходимо создать модель нормального падения плоской электромагнитной волны на слой диэлектрика бесконечных поперечных размеров, по отношению к длине волны.

Определение температурного поля внутри образца насыпного слоя в течение ИК-нагрева и облучения электромагнитной энергией СВЧ обусловлено тем, что устанавливается температурная динамическая зависимость нарастания температуры по толщине образца во времени, определяется степень взаимного влияния ИК-нагрева и облучения электромагнитной энергией СВЧ на распределение температуры внутри образца, определяются температурные зависимости электрофизических характеристик дисперсных материалов.

Способ осуществляется следующим образом.

Подготавливают дисперсный материал, удаляя из него сорные примеси и включения, после чего взвешивают на электронных аналитических весах и определяют массу. Далее, дисперсный материал увлажняют, до получения требуемой влажности. Воду добавляют с помощью распылителя для обеспечения равномерного увлажнения. После этого увлажненный дисперсный материал помещают в герметичные емкости и выдерживают в течение 72-73 часов при температуре 3-5°С для установления равновесной влажности. После этого с помощью влагомера измеряют действительную влажность дисперсного материала, вторично взвешивают и распределяют по навескам. Формируют опытный образец насыпного слоя одинаковой высоты по всему объему, путем засыпки дисперсного материала в емкость заданной геометрической формы в виде тонкого диска, со следующим соотношением сторон: h:Dобр=1:20, причем DСВЧ≤DИК, 0,5×λD≤h<<DСВЧ≤0,5×Dобр, где h - толщина образца, Doбp - диаметр образца, DИК - диаметр зоны ИК-нагрева (фокального пятна), DСВЧ-диаметр зоны облучения электромагнитной энергией СВЧ, λD - длина волны электромагнитной энергии СВЧ в диэлектрическом слое опытного образца.

Если DСВЧ≥Doбр, то доля электромагнитной энергии СВЧ, попадающая в приемную антенну датчика электромагнитной энергии СВЧ, минуя образец, значительная, что приводит к ошибкам измерения модуля и фазы коэффициента прохождения диэлектрического слоя. В частности, если в приемную антенну датчика электромагнитной энергии СВЧ, минуя образец, просачивается только 0,001 мощности, поступающей через образец, то соответствующая ошибка измерения фазы уже составит ±2°, а ошибка измерения квадрата модуля коэффициента прохождения диэлектрического слоя ±6%, следовательно, доля просачивающейся электромагнитной энергии через образец не должна превышать 40 дБ, и должно выполняться условие DСВЧ≤0,5×Dобp. Остальные соотношения сторон обусловлены моделью плоского цилиндра, на основании чего выбираются граничные и краевые условия. Температуру окружающей среды измеряют с помощью термопары. Измерение температуры материалы на верхней и нижней поверхностях насыпного слоя и определение температурного поля внутри образца осуществляют следующим образом. На верхней и нижней поверхностях образца насыпного слоя визуализируют Декартову координатную сетку, состоящую из квадратных сегментов с длиной ребра 5 мм. Измерение температуры осуществляют с помощью микротермопар в вершинах квадратных сегментов, расположенных на базовой плоскости, параллельной верхней поверхности образца и отстоящей от нее на расстоянии 5 мм. Определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя перед ИК-нагревом и облучением электромагнитной энергией СВЧ в точках, расположенных на базовой плоскости в вершинах квадратных сегментов и аналогично в параллельных плоскостях, располагающихся ниже базовой плоскости по толщине слоя с шагом 5 мм вплоть до нижней поверхности образца. Дополнительно измеряют температуру на верхней поверхности образца насыпного слоя с помощью дистанционного пирометра.

Поддерживают температуру среды вокруг образца насыпного слоя на постоянном уровне и выдерживают образец до достижения им однородного распределения температуры по всему объему, поместив емкость с образцом в термостат. Осуществляют ИК-нагрев верхней поверхности образца насыпного слоя с помощью ИК-генератора с параболическим отражателем с известными геометрическими характеристиками. Применение ИК-нагрева позволяет плавно регулировать DИК и добиться выполнения соотношения DСВЧ≥DИК. Измеряют плотность лучистого потока радиационной энергии в фокальном пятне на ИК-нагреваемой верхней поверхности образца с помощью дифференциального стержневого радиометра по известной методике, позволяющей определить неравномерность распределения амплитуды температуры в пределах фокального пятна и установить, что это не вносит существенной ошибки в измерения, так как это распределение остается постоянным как при наличии, так и при отсутствии диэлектрического образца. Температуру и скорость нагрева образца регулируют помещением ИК-генератора относительно верхней поверхности образца или изменением мощности ИК-лучей вследствие изменения напряжения питания на входе ИК-генератора. Облучают верхнюю поверхность образца насыпного слоя электромагнитной энергии СВЧ таким образом, что образец устанавливается в свободном пространстве между передающей антенной генератора и приемной антенной датчика электромагнитной энергии СВЧ так, что на верхней поверхности образца формируется электромагнитная волна с плоским фазовым фронтом, а сам образец (его верхняя и нижняя поверхности) располагается под углом 90° к геометрической оси антенной системы. То есть реализуется случай нормального падения плоской электромагнитной волны СВЧ на слой диэлектрика бесконечных поперечных размеров.

Характерной особенностью предлагаемого способа является согласование передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ, приемной антенны датчика электромагнитной энергии СВЧ и опытного образца, с целью устранения многократных отражений электромагнитной энергии СВЧ в пространстве от образца и с целью устранения суперпозиции (сложения) многократно отраженных волн и основной (несущей) волны генератора электромагнитной энергии СВЧ со случайными фазовыми отношениями, вследствие переотражения между антеннами.

Согласование осуществляется следующим образом. Влияние многократных отражений от образа устраняется путем усреднения результатов измерений при двух положениях образца, отличающихся между собой на 1/4 длины волны, что достигается в процессе измерения отворачиванием образца относительно положения, соответствующего нормальному падению плоской электромагнитной волны СВЧ на слой диэлектрика бесконечных поперечных размеров. Также выбирают толщину образца близкой (равной) к половине длины электромагнитной волны в диэлектрическом слое образца. Переотражение (суперпозиция) волн между антеннами устраняется вследствие увеличения затухания электромагнитной волны СВЧ в пространстве между антеннами в основном за счет рассеяния электромагнитной энергии, обусловленной острой фокусировкой передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ и уменьшением размеров приемной антенны датчика электромагнитной энергии СВЧ. Причем соотношение фокусного расстояния (расстояние от передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ до центра фокального пятна на СВЧ-облучаемой поверхности образца) и диаметра апертуры D (диаметру площади фокального пятна на СВЧ-облучаемой поверхности образца) должно быть следующим: F/D >> 1. В частности, для образцов толщиной порядка 20 мм соотношение F/D≤1 приводит к значительному изменению фазового сдвига, т.е. значительно возрастает доля электромагнитной волны СВЧ, которая падает на верхнюю поверхность диэлектрического образца не под прямым углом, и погрешность измерения фазы коэффициента прохождения диэлектрического слоя, то есть затухание энергии при прохождение электромагнитной волны диэлектрического слоя образца превышает 7°.

Далее, определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя в течение ИК-нагрева и облучения электромагнитной энергией СВЧ с помощью батареи микротермопар по указанной выше схеме.

Устанавливают датчик электромагнитной энергии СВЧ на нижней поверхности образца насыпного слоя.

Осуществляют измерения электрофизических характеристик дисперсных материалов.

Пример 1. Определение электрофизических характеристик дисперсных пищевых материалов осуществляют следующим образом. В качестве дисперсного материала выбирают: 1) зерно стекловидной пшеницы «Мироновская-808», 2) муку ржаную обойную, 3) сухое молоко, 4) сахар-песок. Осуществляют подготовку, определяют равновесную влажность, насыпную плотность, массу навески выбранных дисперсных пищевых материалов, таблица 1.

Таблица 1
Исходные характеристики выбранных дисперсных пищевых материалов
Вид дисперсного пищевого материала Насыпная плотность, кг/м3 Равновесная влажность, % Масса навески, кг
зерно стекловидной пшеницы «Мироновская-808» 1050,0 12,1 1,3188
мука ржаная обойная 700,0 10,3 0,8792
сухое молоко 819,0 3,8 1,0286
сахар-песок 985,0 1,2 1,2372

Для каждого вида выбранного дисперсного пищевого материала (зерно пшеницы, мука ржаная, сухое молоко, сахар-песок) формируется опытный образец насыпного слоя одинаковой высоты по всему объему, путем засыпки выбранного дисперсного пищевого материала в емкость в виде правильного плоского цилиндра (диска) с соотношением сторон: высота h=10 мм, Doбp=200 мм. Температура окружающей среды 21,3°С. Измерение температуры дисперсного пищевого материала на верхней, нижней поверхностях насыпного слоя, а также определение температурного поля внутри образца осуществляют по указанной выше схеме. Помещают образец в термостат, для достижения однородного распределения температуры по всему объему. Осуществляют ИК-нагрев верхний поверхности образца насыпного слоя с помощью ИК-лампы марки OSRAM, грушевидной формы с индивидуальным параболическим рефлектором со следующими геометрическими характеристиками: ширина рефлектора х=0,15 м, высота рефлектора у=0,25 м, фокусное расстояние f=0,12 м, мощность генератора Р=1000 Вт. Плотность лучистого потока радиационной энергии в фокальном пятне на ИК-нагреваемой верхней поверхности образца измеряют дифференциальным стержневым радиометром по известной методике. Далее, формируют оптическую схему облучения образца насыпного слоя электромагнитной энергией СВЧ следующим образом. Образец устанавливается в свободном пространстве между передающей антенной СВЧ-генератора и приемной антенной СВЧ-датчика, так что геометрическая ось антенной СВЧ-системы проходит через геометрический центр плоского цилиндрического образца дисперсного пищевого материала. А сам образец (его верхняя и нижняя поверхности) располагаются под углом 90° к геометрической оси антенной системы. То есть реализуется случай нормального падения плоской электромагнитной волны СВЧ на поверхность образца.

Согласование передающей антенны СВЧ генератора, приемной антенны СВЧ датчика и опытного образца достигается в процессе измерения электрофизических характеристик отворачиванием образца на телесный угол 10-15° относительно положения, соответствующего нормальному падению плоской электромагнитной СВЧ волны на слой диэлектрика бесконечных поперечных размеров. Переотражение волн между передающей и приемной СВЧ антеннами устраняется острой фокусировкой передающей СВЧ антенны в пределах (5-7)° телесного угла.

Температурное поле внутри образца насыпного слоя в течение ИК-нагрева и СВЧ-облучения определяют с помощью батареи микротермопар по указанной выше схеме. Приемную антенну СВЧ датчика устанавливают на нижней поверхности образца насыпного слоя. Измерение электрофизических характеристик дисперсных пищевых материалов осуществляют следующим образом. Электрофизические характеристики дисперсных пищевых материалов измеряются в двухканальной фазометрической схеме, состоящей из опорного и измерительного каналов, где с целью устранения влияния изменений амплитуды на фазовые измерения используется метод модулированной поднесу щей, когда сигнал от датчика электромагнитной энергии СВЧ частоты φ в измерительном канале модулируется по амплитуде сигналом низкой частоты Ф, а в опорном канале выделяется сигнал частоты модуляции, амплитуда которого функционально связана с измерительными электрофизическими характеристиками. Таким образом, на выходе промодулированный по амплитуде сигнал содержит боковые частоты φ±Ф с почти полностью подавленной несущей, что позволяет более свободно выбирать соотношения амплитуд сигналов от датчика электромагнитной энергии СВЧ в измерительном и опорном каналах.

При статическом режиме измерение модуля коэффициента прохождения диэлектрического слоя измеряется методом прямого отсчета следующим образом. Сигнал от датчика электромагнитной энергии СВЧ преобразуется в напряжение низкой частоты. В соответствии с описанной выше работой двухканальной фазометрической схемы сигнал низкой частоты в опорном канале осуществляется прямой отсчет искомого фазового сдвига, который пропорционален модулю коэффициента прохождения диэлектрического слоя.

При динамическом режиме измерение модуля коэффициента прохождения диэлектрического слоя измеряется следующим образом. Сигнал от датчика электромагнитной энергии СВЧ преобразуется в напряжение низкой частоты, которое зависит от амплитуды измеряемого сигнала.

Для устранения амплитудной зависимости, в соответствии с описанной выше работой двухканальной фазометрической схемы, полученное низкочастотное напряжение разбивается на два низкочастотных сигнала (2 низкочастотных напряжения), один из которых пропорционален косинусу, другой синусу измеряемого фазового сдвига, который образуется в результате прохождения электромагнитной энергии СВЧ через образец. Отношения этих двух напряжений пропорционально тангенсу угла фазового сдвига и не зависит от изменения амплитуды измеряемого сигнала, поступающего от датчика электромагнитных колебаний СВЧ. На основании измеренных значений тангенса угла фазового сдвига определяется модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя по известной методике.

Электрофизические характеристики дисперсных пищевых материалов (зерна пшеницы, муки ржаной, сухого молока, сахара-песка) представлены в таблицах 2-6.

Таблица 2
Электрофизические характеристики для зерна стекловидной пшеницы «Мироновская-808», ρ=1050,0 кг/м3, ν=9,5 ГГц, t=21,3°С, статический режим
Влажность ω, % Тангенс угла фазового сдвига, tg δ Модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, ε
12,1 0,12986 3,5149
15,3 0,18935 3,9416
18,1 0,22956 4,5319

Таблица 3
Электрофизические характеристики для муки ржаной обойной, ρ=700 кг/м 3, ω=10,3%, t=21,3°С, статический режим
Частота ν, ГГц Тангенс угла фазового сдвига, tg δ Модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, ε
2,1 0,65781 2,5481
3,3 0,64325 2,5026
4,2 0,63948 2,4492
5,1 0,61210 2,3910
6,3 0,59185 2,3119
7,2 0,55148 2,2816
8,4 0,52581 2,2017
9,2 0,51948 2,1567
10,1 0,48135 2,1102

Таблица 4
Электрофизические характеристики для муки ржаной обойной, ρ=700 кг/м 3, ω=10,3%, ν=10,2 ГГц, динамический режим
t,°С Тангенс угла фазового сдвига, tg δ Модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, ε
31,2 0,528 2,2845
48,5 0,0741 2,3118
73,4 0,0925 2,9486
96,1 0,1137 3,1418

Таблица 5
Электрофизические характеристики для сухого молока, ρ=819,0 кг/м, ω=3,8%, ν=2,5 ГГц, динамический режим
t, °С Тангенс угла фазового сдвига, tg δ×10-2 Модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, ε
30,5 2,098 0,0498
42,8 2,151 0,0509
53,1 2,219 0,0521
62,7 2,257 0,0537
71,8 2,998 0,0548

Таблица 6
Электрофизические характеристики для сахара-песка, ρ=985,0 кг/м3, ω=1,2%, ν=10,3 ГГц, динамический режим
t, °С Тангенс угла фазового сдвига, tg δ×10-3 Модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, ε
31,8 10,927 2,3415
42,5 11,048 2,4184
56,7 11,345 2,5493
69,8 11,597 2,6217
97,3 11,986 2,6991

Погрешность измерения электрофизических характеристик по данному способу составит не более 1,5%.

Пример 2. Способ определения электрофизических характеристик осуществляли по прототипу. Формируют опытный образец (керамика на основе Al2O3) в виде плоской пластины 10,0×10,0×0,4 см3. Индукционный разогрев опытного образца осуществляют с помощью дугового плазмотрона в ионизирующей камере с аксиальной подачей газа. Температуру образца осуществляют с помощью термопар. Погрешность измерения температуры образца составляет ±10%. Электрофизические характеристики определяются на основе измерения резонансной частоты и добротности объемного резонатора при введении опытного образца в резонансную полость объемного резонатора электромагнитной энергии СВЧ по известной методике, табл.7.

Таблица 7
Электрофизические характеристики керамики на основе Al2O3 ν=3,0 ГГц, динамический режим
t, °с Тангенс угла фазового сдвига, tg δ×10-3 Модуль коэффициента прохождения диэлектрического слоя, ε
20 1,10 8,10
40 1,12 8,15
60 1,21 8,27
100 1,35 8,39
120 1,48 8,45
140 1,61 8,59
Погрешность измерений электрофизических характеристик составит 10,0%.

Были получены электрофизические характеристики дисперсных пищевых материалов, которые были использованы при управлении технологическим процессом термообработки дисперсных материалов при комбинированном радиационном энергоподводе.

Мерой эффективности управления технологическим процессом является выход целевого продукта - производительность по целевому продукту и величина удельных энергозатрат, а показатель качества - точность измерения электрофизических характеристик.

В случае, когда электрофизические характеристики были определены по прототипу, показатели технологического процесса следующие:

- выход целевого продукта (керамика) 210 кг/ч

- удельные энергозатраты 140 кВт·ч/тонну

- погрешность определения электрофизических характеристик 10%.

В случае, когда электрофизические характеристики были определены по предложенному способу, показатели технологического процесса следующие:

- выход целевого продукта 240 кг/ч (по зерну)

- удельные энергозатраты 115 кВт·ч/тонну

- погрешность измерения не более 1,5%.

Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность регулирования технологического процесса, мерой которого является выход целевого продукта, и повысить точность контроля качественных показателей за счет более высокой точности и надежности средств измерения. А также улучшить по сравнению с прототипом качественные показатели:

- увеличить выход целевого продукта на 14,3%

- снизить удельные энергозатраты на 21,7%

- повысить точность измерения электрофизических характеристик более чем в 6 раз.

Способ определения электрофизических характеристик дисперсных материалов, преимущественно пищевых, включающий подготовку дисперсных материалов путем очистки и увлажнения до установления равновесной влажности, формирование образца насыпного слоя путем засыпки дисперсного материала в емкость, измерение температуры окружающей среды, измерение температуры материала на верхней и нижней поверхностях насыпного слоя, определение температурного поля внутри образца насыпного слоя перед инфракрасным (ИК) нагревом и облучением электромагнитной энергией СВЧ, поддержание температуры среды вокруг образца на постоянном уровне, ИК-нагрев верхней поверхности образца насыпного слоя, измерение плотности лучистого потока радиационной энергии на нагреваемой поверхности, облучение верхней поверхности образца насыпного слоя электромагнитной энергией СВЧ таким образом, что образец устанавливают в свободном пространстве между передающей антенной генератора и приемной антенной датчика электромагнитной энергии СВЧ так, что на верхней поверхности образца формируется электромагнитная волна с плоским фазовым фронтом, а сам образец, его верхняя и нижняя поверхности, располагается под углом 90° к геометрической оси антенной системы, согласование передающей антенны генератора электромагнитной энергии СВЧ, приемной антенны датчика электромагнитной энергии СВЧ и опытного образца, определение температурного поля внутри образца насыпного слоя в течение ИК-нагрева и облучения электромагнитной энергией СВЧ, измерение датчиком электромагнитной энергии СВЧ тангенса угла фазового сдвига и модуля коэффициента прохождения диэлектрического слоя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, крупяной и зерноперерабатывающей отраслям, и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки плоских изделий и насыпных слоев дисперсных пищевых материалов, а именно зерна, крупы, муки.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, крупяной, крахмало- и сахароперерабатывающим отраслям, и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки дисперсных пищевых продуктов, а именно зерна, крупы, муки, крахмала, сахара-песка и соли.

Изобретение относится к пищевой промышленности, где используют лучистый нагрев в технологических процессах, и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки плоских изделий и насыпных слоев.

Изобретение относится к масложировой промышленности. .

Изобретение относится к санитарной паразитологии и может быть применено в санитарно-эпидемиологическом надзоре и экологии. .

Изобретение относится к санитарной микробиологии и может быть использовано при оценке качества (интегральной биотоксичности) питьевых минеральных вод с использованием жизнеспособных люминесцирующих (спонтанно светящихся) бактерий.

Изобретение относится к устройству для извлечения продуктов ненадлежащего качества, например яиц или фруктов, из потока продуктов. .

Изобретение относится к медицине, в частности к исследованиям и регистрации нарушения здоровья человека из-за воздействия различной продукции, в том числе потребительской, и может быть использовано на практике при разработке общих и специальных регламентов в системе технического регулирования с целью установления минимально необходимых требований, обеспечивающих безопасность, т.е.

Изобретение относится к области оценки качества продуктов живой и неживой природы, а именно биологической оценки качества продуктов питания человека, кормов для животных, пищевых добавок и иных веществ, контактирующих с организмом человека, природных и сточных вод, вод рыбохозяйственных водоемов, почв и грунтов.

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано при автоматизации процесса измерений в микробиологии, пищевой промышленности при оценке жизнеспособности одноклеточных микроорганизмов (дрожжей и др.) путем определения в смеси процентного содержания живых и неживых одноклеточных микроорганизмов по данным измерений диэлектрической проницаемости в диапазоне радиоволн.

Изобретение относится к измерительной технике в области микроэлектроники и предназначено для измерения чистоты поверхности подложек. .

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, крупяной и зерноперерабатывающей отраслям, и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки плоских изделий и насыпных слоев дисперсных пищевых материалов, а именно зерна, крупы, муки.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к приборам и оптическим системам, в которых кварцевая линза является одним из основных элементов: в оптической литографии, поляризационной технике.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к приборам и оптическим системам, в которых кварцевая линза является одним из основных элементов: в оптической литографии, поляризационной технике.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для наблюдения биологических объектов. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству обработки сигналов биологических наблюдений, которое использует сигнал цветного изображения на мониторе в качестве спектрального изображения.

Изобретение относится к хемилюминесцентным композициям, которые могут быть широко использованы в аналитической и биологической химии. .

Изобретение относится к аналитической химии и позволяет определять содержание йодид-ионов в различных объектах, например в водах (питьевых, поверхностных, артезианских, расфасованных минеральных и др.), в пищевых продуктах, продовольственном сырье и т.д.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий, а более конкретно к устройствам рентгеновской и/или изотопной дефектоскопии объектов, находящихся в труднодоступных полостях.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, крупяной и зерноперерабатывающей отраслям, и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки плоских изделий и насыпных слоев дисперсных пищевых материалов, а именно зерна, крупы, муки.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, молочной, сахарной, зерноперерабатывающей отрасли и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки дисперсных пищевых материалов, а именно зерна, муки, сухого молока, сахара-песка

Наверх