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基于虛拟儀器的濕冷保鮮庫監測儀 [2014/12/5]

本文詳細介紹了一種基于虛拟儀器的濕冷保鮮庫中溫度濕度臭氧濃度監測儀的設計應用。濕冷保鮮技術是一項新型果蔬花卉保鮮技術,它具有安全方便節能等優點;虛拟儀器
 
摘要 本文詳細介紹了一種基于虛拟儀器的濕冷保鮮庫中溫度濕度臭氧濃度監測儀的設計應用。濕冷保鮮技術是一項新型果蔬花卉保鮮技術,它具有安全方便節能等優點;虛拟儀器技術綜合運用了計算機技術、數字信号處理技術、标準總線技術和軟件工程方法,代表測量儀器如:液位計電容式液位變送器和自動測控系統的發展方向,該監測儀是兩種新型技術的結合應用,具有較大的應用發展空間。

1 前言:

目前,食品安全問題日益引起大衆關注,在對新鮮果蔬的品種、數量和品質都提出更高的要求同時,人們也對貯藏中長期采用的化學合成保鮮劑的食品安全性提出質疑。濕冷貯藏保鮮,作為一種物理保鮮方法,由于儲存果蔬安全,而且冷卻速度快耗能小,可以免除冷庫的加濕和除霜作業,具有預冷處理和保鮮貯藏雙重功能等獨特優勢而逐步得到重視。很明顯,這種保鮮技術的關鍵是保證冷庫内合适的溫度、濕度和必要的臭氧濃度。虛拟儀器(VI - Virtual Instrument)是指通過應用程序将通用計算機與功能化硬件結合起來,用戶通過友好的圖形化操作界面來使用計算機完成測控任務,就像操作自己定義、自己設計的測控儀器一樣,可以高效的完成對被測對象的數據采集、分析、判斷、結果顯示、數據存儲等。虛拟儀器技術是自動化測量監控技術的最新發展,本監測儀利用虛拟儀器技術對濕冷保鮮庫裡的溫度濕度及臭氧濃度參數自動監測,這是對一種新型測控方法的嘗試。
 
2 系統原理

濕冷技術是在機械制冷技術基礎上發展起來的一項新型技術。它通過機械制冰降低溫度的方法,獲取低溫的冰水經過混合換熱器,讓冰水與庫内空氣進行熱交換,得到接近冰點溫度的高濕空氣來冷卻果蔬。它能把果蔬快速冷卻到貯藏溫度,并維持在該溫度,同時結合臭氧的協同作用,使果蔬處于低溫高濕環境中,又不會受到黴菌的危害。可以看出,上述過程中不僅存在着物質流,能量流,還存在着信息流,溫度、濕度和臭氧濃度三個參數的變化正是濕冷庫中信息流的關鍵,因此,分别利用溫度、濕度和臭氧濃度傳感器或檢測儀獲取相應信号,并把這些信号進行傳輸,處理,顯示和儲存構成了本測控系統的原理。

3 系統介紹

虛拟儀器有硬件部分和軟件部分組成,本系統中硬件部分主要有溫度傳感器、濕度檢測儀和臭氧濃度檢測儀,數據采集卡,普通個人計算機等組成,軟件部分采用美國國家儀器公司的Labview 7 EXPRESS學生版編制而成,下面對其進行詳細介紹。

3.1 硬件部分

3.1.1溫度傳感器

溫度傳感器,用來檢測冷庫裡的溫度,并将其轉化成電壓信号,通過數據采集卡(PCI-6014)的模拟信号輸入通道進入計算機,計算機隻能處理數字信号,數據采集卡必須對其進行模拟量轉換為數字量(A/D轉換)。由于在溫度變化的過程中,溫度傳感器的電阻會有相應的改變,而給溫度傳感器提供一個恒定的電流,随着電阻的改變,溫度傳感器兩端的電壓發生改變,由此确定溫度的變化。


輸出電流的大小可以通過電位器來調節。由于數據采集卡的模拟輸入輸出範圍為-10V~+10V,為使數據采集卡的模拟輸入端電壓不超過10V,此電路的輸出電流必須小于2.5mA。為了便于計算,把恒流源輸出電流控制為2mAl。

測控系統設定了溫度變化的最高最低數值,當溫度的變化超過設定極限時,需要計算機自動輸出一個電壓信号來控制繼電器的吸合和斷開,這個電壓信号也是有數據采集卡輸出的,由于帶負載能力有限,需要一個将低功率轉化成較高功率的觸發控制電路,通過它控制繼電器的吸合和斷開,以達到計算機的自動控制溫度變化。


圖2:溫度觸發控制電路

3.1.2濕度測控儀

濕度測控儀采用新穎的半導體陶瓷濕敏元件,将傳感器、線性回歸處理和A/D轉換技術融為一體,從原理上根本解決了空氣中水分的準确測量。MSC307半導體陶瓷濕敏器件的主要技術指标是:工作環境0℃--45℃,相對濕度≤90 %RH;連續工作;控濕精度≤5 %RH;功耗≤0.5W。


3.1.3臭氧檢測儀

臭氧檢測儀采用臭氧傳感器,在測量過程中被測量的O3氣體擴散透過多孔的膜,在其電極上發生反應産生電流。這一電流與O3濃度成正比。可實時檢測環境空氣中的臭氧濃度。臭氧檢測儀電容式液位計液位變送器必須具有精度高、響應快、準确性好、抗幹擾、耐腐蝕等特點。BF2-CPR系列遠臭氧監控儀的主要技術指标如下:檢測範圍:0-100ppm 時,分辨率:0.1ppm;工作溫度:-20℃-+50℃;精度:±1%F.S。


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