專利名稱：在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滅菌處理裝置，尤其是涉及一種在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖 電場滅菌處理室。
背景技術(shù)：
高壓脈沖電場滅菌技術(shù)作為近年來研究最多的非熱加工技術(shù)之一，不但具有良好 的殺菌鈍酶效果，能最大限度地維持食品的新鮮度，而且處理溫度低，處理時間短，不僅可 以延長食品的貨架期，還能節(jié)省能源，節(jié)約成本，并且對環(huán)境無污染。高壓脈沖電場滅菌系 統(tǒng)主要由二部分組成高壓脈沖發(fā)生器和滅菌處理室。處理室是用于裝載被處理樣品和安 放電極的，樣品在處理室中可以被均勻地施加電壓，從而達(dá)到滅菌的目的。因此，處理室的 設(shè)計對于高壓脈沖電場技術(shù)來說是一個非常重要的因素，要求提供均勻的電場強(qiáng)度，同時 盡可能減少溫度升高，并且避免電極腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。目前常用的高壓脈沖電場滅菌處理 室主要有3類平行平板型處理室、共場型處理室和同軸型處理室。平行平板型處理室電 場分布非常均勻，但由于它是靜態(tài)處理室，處理量非常小，只適用于實(shí)驗(yàn)室研究；共場型處 理室是目前應(yīng)用最為廣泛的一種連續(xù)式處理室，由俄亥俄州立大學(xué)研制開發(fā)，并且被應(yīng)用 于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，但是由于其電場方向和物料流動方向平行，殺菌效果受到一定的制 約。在同軸型處理室中，物料能夠光滑、均勻地流動，在工業(yè)化應(yīng)用上很有吸引力。Qin等 人(US Patent5662031)所描述的一種同軸型處理室，其電場強(qiáng)度分布非常均勻，但是由于 處理室結(jié)構(gòu)的制約，導(dǎo)致處理室的處理流量難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求；此外，在處理室內(nèi)存 在的“死區(qū)”，會造成被處理物料停留時間過長，引起處理室內(nèi)局部溫度升高過快，從而影響 被處理食品的感官和營養(yǎng)品質(zhì)。此外，由于高壓脈沖電場滅菌處理室內(nèi)部空間非常狹小，傳統(tǒng)的測量電場強(qiáng)度方 法——小球微擾法并不適用。在多點(diǎn)測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號采樣后進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換，要想獲得較高的測量精度，就必須解決多點(diǎn)測量切換以及放大電路零點(diǎn)漂移 等因素造成的誤差補(bǔ)償問題。目前國內(nèi)外所研制的高壓脈沖電場滅菌處理室都沒有直接通 過儀器測量其內(nèi)部的場強(qiáng)、溫度以及液體的流動特性，通常情況下借助于計算機(jī)仿真技術(shù) 來評價處理室內(nèi)部處理?xiàng)l件的均勻性，因此其可靠性和準(zhǔn)確性受到諸多質(zhì)疑。采用現(xiàn)代傳 感技術(shù)在線實(shí)時監(jiān)測處理室內(nèi)部各參數(shù)的變化情況是非常有必要的，通過傳感器監(jiān)測到的 結(jié)果，不僅可以為處理室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供直接的數(shù)據(jù)支持，也可以驗(yàn)證計算機(jī)仿真結(jié)果的 精確性，從而修正模型，更好地提高計算機(jī)仿真的效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在線監(jiān)測電場 強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理室，并通過傳感器在線實(shí)時監(jiān)測處理室內(nèi)電場強(qiáng)度和 處理溫度的變化情況。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下
管狀接地電極的一端安裝在第一絕緣保護(hù)套的一端，管狀接地電極的另一端安裝 在第二絕緣保護(hù)套的一端，第一絕緣保護(hù)套徑向開有物料出口，第二絕緣保護(hù)套徑向開有 物料入口 ；同軸安裝在管狀接地電極內(nèi)的絕緣管的一端與第一管狀高壓電極的一端連接， 第一管狀高壓電極的另一端伸出第一絕緣保護(hù)套外；同軸安裝在管狀接地電極內(nèi)的絕緣管 的另一端與第二管狀高壓電極的另一端連接，第二管狀高壓電極的另一端伸出第二絕緣保 護(hù)套外；第一管狀高壓電極與管狀接地電極間和第二管狀高壓電極與管狀接地電極間，分 別形成第一處理腔和第二處理腔；在物料出口安裝第一個一線式溫度傳感器，在物料入口 安裝第二個一線式溫度傳感器，在第一處理腔的管狀接地電極內(nèi)壁從上至下對稱安裝兩個 霍爾傳感器和第三個、第四個一線式溫度傳感器，在第二處理腔的管狀接地電極內(nèi)壁從下 至上對稱安裝另外兩個霍爾傳感器和第五個、第六個一線式溫度傳感器；四個霍爾傳感器 和六個一線式溫度傳感器分別與在線監(jiān)測系統(tǒng)電路連接。所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)電路包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和液晶顯示模 塊；四個霍爾傳感器分別采集電場強(qiáng)度的霍爾電位差信號，經(jīng)信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路 接單片機(jī)，六個一線式溫度傳感器通過總線接單片機(jī)，單片機(jī)將參數(shù)值通過接口電路接到 液晶顯示模塊進(jìn)行電場強(qiáng)度和溫度值的顯示。所述的六個一線式溫度傳感器為DS18B20芯片。所述的兩個管狀高壓電極和管狀接地電極的材料為不銹鋼316-L ；所述的絕緣管 和兩個絕緣保護(hù)套的材料為聚四氟乙烯。本發(fā)明具有的有益效果是傳統(tǒng)的同軸型連續(xù)式高壓脈沖電場滅菌處理室受到結(jié)構(gòu)的制約，其處理流量難以 滿足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的需求；而目前被廣泛應(yīng)用的共場型連續(xù)式處理室的電場分布并不 均勻，且其場強(qiáng)方向與物料流動方向平行，影響了滅菌的效果。本發(fā)明將兩者的優(yōu)點(diǎn)融合， 取長補(bǔ)短，借鑒共場型處理室的管道式連接方式，同時采用同軸型處理室結(jié)構(gòu)，既可以保證 電場分布的均勻性，又使處理流量得以提高，并且避免了“死區(qū)”的出現(xiàn)，可以使處理效果大 大提高。本發(fā)明提出的處理室內(nèi)電場強(qiáng)度和處理溫度在線監(jiān)測方法，可以定量地實(shí)時檢測 處理過程中參數(shù)的變化情況。采用霍爾傳感器測量電場強(qiáng)度，相對于傳統(tǒng)的小球微擾法，更 加方便、快捷。采用一線式數(shù)字溫度傳感器，具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)的 特點(diǎn)，直接輸出數(shù)字信號，避免了傳統(tǒng)測溫方法因信號放大電路零點(diǎn)漂移等因素造成的誤 差補(bǔ)償問題，特別適合于在復(fù)雜環(huán)境下多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)。該在線監(jiān)測方法的提出，不僅為 高壓脈沖電場處理室的模型建立提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時也為整個高壓脈沖電場處理系統(tǒng)監(jiān)控 系統(tǒng)的構(gòu)建提供了參考價值。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明的在線監(jiān)測系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖。圖中，1、管狀高壓電極；2、管狀高壓電極；3、管狀接地電極；4、絕緣保護(hù)套；5、絕 緣保護(hù)套；6、絕緣管；7、物料入口 ；8、物料出口 ；9、冷卻水入口 ；10、冷卻水出口 ；11、第一 處理腔；12、第二處理腔；13-18、一線式數(shù)字溫度傳感器；19-22、霍爾傳感器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，管狀接地電極3的一端安裝在第一絕緣保護(hù)套4的一端，管狀接地電 極3的另一端安裝在第二絕緣保護(hù)套5的一端，第一絕緣保護(hù)套4徑向開有物料出口 8，第 二絕緣保護(hù)套5徑向開有物料入口 7 ；同軸安裝在管狀接地電極3內(nèi)的絕緣管6的一端與 第一管狀高壓電極1的一端連接，第一管狀高壓電極1的另一端伸出第一絕緣保護(hù)套4外； 同軸安裝在管狀接地電極3內(nèi)的絕緣管6的另一端與第二管狀高壓電極2的另一端連接， 第二管狀高壓電極2的另一端伸出第二絕緣保護(hù)套5外；第一管狀高壓電極1與管狀接地 電極3間和第二管狀高壓電極2與管狀接地電極3間，分別形成第二處理腔12和第一處理 腔11 ；在物料出口 8安裝第一個一線式溫度傳感器14，在物料入口 8安裝第二個一線式溫 度傳感器13，在第一處理腔11的管狀接地電極3內(nèi)壁從上至下對稱安裝兩個霍爾傳感器 21、22和第三個、第四個一線式溫度傳感器17、18，在第二處理腔12的管狀接地電極3內(nèi)壁 從下至上對稱安裝另外兩個霍爾傳感器19、20和第五個、第六個一線式溫度傳感器15、16 ； 四個霍爾傳感器和六個一線式溫度傳感器分別與在線監(jiān)測系統(tǒng)電路連接。所述的兩個管狀高壓電極和管狀接地電極的材料為不銹鋼316-L，對不銹鋼表面 進(jìn)行拋光處理；所述的絕緣管和兩個絕緣保護(hù)套的材料為聚四氟乙烯。在管狀高壓電極和 絕緣管中通入冰水用來冷卻電極，9為冷卻水入口，10為冷卻水出口。如圖2所示，所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)電路包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片 機(jī)和液晶顯示模塊；四個霍爾傳感器分別采集電場強(qiáng)度的霍爾電位差信號，經(jīng)信號調(diào)理電 路、A/D轉(zhuǎn)換電路接單片機(jī)，六個一線式溫度傳感器通過總線接單片機(jī)，單片機(jī)將參數(shù)值通 過接口電路接到液晶顯示模塊進(jìn)行電場強(qiáng)度和溫度值的顯示。信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路、單片機(jī)和液晶顯示模塊均可按照要求在市場上選購。所述的六個一線式溫度傳感器為 DS18B20 芯片。實(shí)施例本發(fā)明所涉及的同軸型連續(xù)式高壓脈沖電場滅菌處理室將內(nèi)徑為26mm、外徑為 36mm的管狀接地電極3的一端安裝在第一絕緣保護(hù)套4的一端，管狀接地電極3的另一端 安裝在第二絕緣保護(hù)套5的一端，第一絕緣保護(hù)套4徑向開有物料出口 8，第二絕緣保護(hù)套 5徑向開有物料入口 7 ；同軸安裝在管狀接地電極3內(nèi)的內(nèi)徑為6mm、外徑為18mm的絕緣管 6的一端與內(nèi)徑為6mm、外徑為16mm的第一管狀高壓電極1的一端連接，第一管狀高壓電極 1的另一端伸出第一絕緣保護(hù)套4外；同軸安裝在管狀接地電極3內(nèi)的絕緣管6的另一端 與內(nèi)徑為6mm、外徑為16mm的第二管狀高壓電極2的另一端連接，第二管狀高壓電極2的 另一端伸出第二絕緣保護(hù)套5外；第一管狀高壓電極1與管狀接地電極3間和第二管狀高 壓電極2與管狀接地電極3間，分別形成第二處理腔12和第一處理腔11。各個空心管之 間采用密封管螺紋連接，便于清洗和更換。兩個絕緣保護(hù)套4、5與管狀高壓電極1、2之間 均采用過盈配合，既起到保護(hù)作用，又起到固定接地電極的作用。在高壓脈沖電場滅菌處理 時，管狀高壓電極1、2和管狀接地電極3分別與脈沖發(fā)生器的兩個接線端子連接。將脈沖 發(fā)生器的輸出電壓調(diào)為18kV，在第一處理腔11和第二處理腔12中均產(chǎn)生與液體物料(如 牛奶、果汁等)流動方向垂直的脈沖電場，平均電場強(qiáng)度為36kV/cm。在管狀高壓電極和絕緣管中通入冰水用來冷卻電極，可以將處理過程中的溫度升高控制在10°C以內(nèi)。整個處理 室不存在“死區(qū)”，物料流動更加流暢、均勻。由于采用的是同軸型電極結(jié)構(gòu)，因此，電場強(qiáng)度 分布的均勻性也可以得到保證。 分別在兩個處理腔體11、12的中間位置的內(nèi)壁處安裝4個霍爾傳感器19-22，霍爾 傳感器由外部電源供電，將采集到的霍爾電位差信號，經(jīng)過調(diào)理電路，消除環(huán)境中噪聲的干 擾，然后由模擬量信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接受的數(shù)字量信號，送入單片機(jī)中。在處理室的物 料入口 7、物料出口 8、第二處理腔體12的出口處以及第一處理腔體11的入口處安裝6個 一線式溫度傳感器DS18B20芯片13-18，DS18B20芯片采用外部電源供電方式，輸出的數(shù)字 信號直接送入單片機(jī)中。通過單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)建的模型算法得出處理室內(nèi)各個位置的電場強(qiáng) 度和處理溫度，最后這些參數(shù)值會通過單片機(jī)外圍液晶顯示模塊電路實(shí)時地顯示。
權(quán)利要求
1.一種在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理室，其特征在于管狀接地 電極(3)的一端安裝在第一絕緣保護(hù)套(4)的一端，管狀接地電極(3)的另一端安裝在第 二絕緣保護(hù)套(5)的一端，第一絕緣保護(hù)套(4)徑向開有物料出口(8)，第二絕緣保護(hù)套 (5)徑向開有物料入口(7)；同軸安裝在管狀接地電極(3)內(nèi)的絕緣管(6)的一端與第一管 狀高壓電極(1)的一端連接，第一管狀高壓電極(1)的另一端伸出第一絕緣保護(hù)套(4)外； 同軸安裝在管狀接地電極(3)內(nèi)的絕緣管(6)的另一端與第二管狀高壓電極(2)的另一端 連接，第二管狀高壓電極(2)的另一端伸出第二絕緣保護(hù)套(5)外；第一管狀高壓電極(1) 與管狀接地電極(3)間和第二管狀高壓電極(2)與管狀接地電極(3)間，分別形成第一處 理腔(12)和第二處理腔(11)；在物料出口(8)安裝第一個一線式溫度傳感器(14)，在物料 入口(8)安裝第二個一線式溫度傳感器(13)，在第一處理腔(12)的管狀接地電極(3)內(nèi)壁 從上至下對稱安裝兩個霍爾傳感器(21、22)和第三個、第四個一線式溫度傳感器(17、18)， 在第二處理腔(11)的管狀接地電極(3)內(nèi)壁從下至上對稱安裝另外兩個霍爾傳感器(19、 20)和第五個、第六個一線式溫度傳感器(15、16)；四個霍爾傳感器和六個一線式溫度傳感 器分別與在線監(jiān)測系統(tǒng)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理室， 其特征在于所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)電路包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電、單片機(jī)和液晶顯示 模塊；四個霍爾傳感器分別采集電場強(qiáng)度的霍爾電位差信號，經(jīng)信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路接單片機(jī)，六個一線式溫度傳感器通過總線接單片機(jī)，單片機(jī)將參數(shù)值通過接口電路接 到液晶顯示模塊進(jìn)行電場強(qiáng)度和溫度值的顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理 室，其特征在于所述的六個一線式溫度傳感器為DS18B20芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理 室，其特征在于所述的兩個管狀高壓電極和管狀接地電極的材料為不銹鋼316-L ；所述的 絕緣管和兩個絕緣保護(hù)套的材料為聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線監(jiān)測電場強(qiáng)度和溫度的高壓脈沖電場滅菌處理室。由兩根管狀高壓電極和管狀接地電極組成兩個同軸型處理腔體，兩根管狀高壓電極中間用絕緣管隔開，并在管狀接地電極兩端套有絕緣保護(hù)套，形成同軸型連續(xù)式高壓脈沖電場處理室。在處理室內(nèi)部安裝霍爾元件和一線式數(shù)字溫度傳感器，信號經(jīng)過調(diào)理、放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)中，通過液晶顯示模塊顯示各個參數(shù)。本發(fā)明既可以保證電場分布的均勻性，又使液體物料的流動特性得以改善，使處理流量得以提高，并且避免了“死區(qū)”的出現(xiàn)，處理效果明顯提高，并且實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時定量監(jiān)測處理室內(nèi)部電場強(qiáng)度和溫度值，可以為處理系統(tǒng)的仿真建模提供數(shù)據(jù)支持。
文檔編號G01K7/00GK101999733SQ201010281569
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者余琳, 王劍平, 蓋玲, 黃康 申請人:浙江大學(xué)