一种含水率实时监控的坚果烘干装置的制作方法

本发明属于食品加工领域，涉及一种含水率实时监控的坚果烘干装置。

背景技术：

坚果种类繁多，在日常生活中也有非常大的应用，其中很大一部分用作零食，成为大家茶余饭后的休闲食品。现有的坚果生产企业中，坚果类零食的生产制作过程有较为固定的流程，以日常生活中最常见的葵花瓜子为例。瓜子加工过程中需要先将生的葵花子风选和清洗，接着放入煮锅进行煮制入味，随后将煮好的瓜子放进干燥塔中进行高温烘干，烘干成一定含水率的瓜子后进行成品筛选，最近冷却包装便形成了我们食用的瓜子。瓜子的口感与瓜子的烘干程度密切相关，烘干程度也即瓜子成品中的含水率程度，坚果的生产过程对水分有比较苛刻的要求，成品中要存有适量的水分，以保证瓜子颗颗入味，口感酥脆，香气饶舌。若成品瓜子所含水分过多，则口感湿而不脆，且保存时间变短，极易发霉；相反，若成品瓜子所含水分过少，则瓜子颗粒不饱满，干瘪坚硬，咀嚼困难，食用过程中瓜子皮易散落在口腔中，且保存运输过程中极易产生灰土，严重影响口感。因此坚果生产过程中需要对坚果含水率进行实时监测，以保证瓜子良好的口感。

坚果的烘干过程其实就是坚果含水率降低的过程，现有技术的坚果烘干过程通常是根据生产经验，通过设定烘干时间来间接控制坚果成品的含水率的。这种方法存在很多的不确定性，在设定的烘干时间内，若加热温度没有达到理想的温度值，则会导致坚果中含水率过大，降低坚果的口感，同时不利于产品的储存；若加热温度大于理想温度值时，则坚果干瘪坚硬，同样会对坚果的食用口感产生不良的影响；而且在坚果的烘干过程中，热气流并不是一成不变的，这些变化会造成坚果烘干时间的不可控性。同样的，环境温度也是影响坚果烘干过程的一个重要因素，生产中的环境温度也会随着时间的推移发生一些不规律的变化，我们难以用一个恒定的烘干时间来考量坚果的烘干程度。此外，物料摊铺厚度、坚果物理特征以及调料组分的变化都会对坚果的烘干过程产生重要的影响。

因此通过设定烘干时间而间接控制含水率的方式是不合理的，这种基于生产经验的控制方法存在较大局限性。首先，该方法受多种因素的影响，产出的坚果含水率随机性较大，产品质量不稳定，成品率低；其次，由于烘干时间的设定需要人为的逐次调试，故其不适宜大规模的工业化生产；最后，当环境温度、物料摊铺厚度、坚果物理特征以及调料组分的发生变化时，烘干时间的设定需要进行相应的调整，这大大提高生产过程控制的难度，是坚果加工质量不稳定的决定因素，也是目前坚果行业亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中坚果烘干程度难以控制，坚果烘干质量不稳定，成品率低，且烘干过程复杂的缺点，提供一种含水率实时监控的坚果烘干装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种含水率实时监控的坚果烘干装置，包括烘干箱体和含水率监控装置；含水率监控装置与烘干箱体顶端连接，烘干箱体内部设置热风通道，底部开设出料口；含水率监控装置包括工作箱体、显示面板和工作箱体落料装置；工作箱体侧壁上设置测试电路集成式模块，测试电路集成式模块包括依次连接的电容变换器、振荡器、鉴频器和取样计数器，取样计数器与显示面板连接；工作箱体内部设置两个陶瓷极板，两个陶瓷极板分别设置在工作箱体对称的两个内壁上，两个陶瓷极板均与电容变换器连接；工作箱体落料装置一端与工作箱体侧壁连接，另一端伸入工作箱体内部且位于陶瓷极板下方，用于打开或关闭工作箱体底部。

本发明进一步的改进在于：

所述测试电路集成式模块还包括限幅放大器，振荡器通过限幅放大器连接鉴频器。

还包括单片机，单片机一端与取样计数器连接，另一端与工作箱体落料装置连接，当单片机接收的取样计数器发送的数值小于第一预设数值时，单片机关闭工作箱体落料装置，工作箱体底部关闭；当单片机接收的取样计数器发送的数值大于第二预设数值时，单片机打开工作箱体落料装置，工作箱体底部打开。

所述工作箱体顶端设置料仓，料仓包括储料箱体和料仓落料装置；储料箱体与工作箱体连接，料仓落料装置一端与储料箱体侧壁连接，另一端伸入储料箱体内部，料仓落料装置用于阻断或连通料仓与工作箱体之间的通道。

所述料仓落料装置包括料仓气缸、料仓连杆机构和若干个料仓旋转挡板；料仓气缸固定设置在储料箱体侧壁上，料仓气缸的伸缩端依次连接料仓连杆机构和若干个料仓旋转挡板，若干个料仓旋转挡板平铺在储料箱体的内底部。

所述显示控制系统还包括红外对射传感器，红外对射传感器与工作箱体内壁连接且位于陶瓷极板上方，红外对射传感器和料仓气缸均与单片机连接；当单片机接收到红外对射传感器的发射端和接收端被阻挡的信号时，单片机关闭料仓气缸，料仓与工作箱体之间的通道阻断；否则，单片机在预设时间后打开料仓气缸，料仓与工作箱体之间的通道连通。

所述工作箱体落料装置包括工作箱体气缸、工作箱体连杆机构和若干个工作箱体旋转挡板；工作箱体气缸固定设置在储料箱体侧壁上，工作箱体气缸的伸缩端依次连接工作箱体连杆机构和若干个工作箱体旋转挡板，若干个工作箱体旋转挡板平铺在储料箱体的内底部且均位于陶瓷极板下方。

所述工作箱体气缸与单片机连接；当单片机接收的取样计数器发送的数值小于第一预设数值时，单片机关闭工作箱体气缸，工作箱体底部关闭；当单片机接收的取样计数器发送的数值大于第二预设数值时，单片机打开工作箱体气缸，工作箱体底部打开。

所述烘干箱体外侧设置支撑架，所述单片机和显示面板均设置在支撑架外表面上设置的控制柜内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明含水率实时监控的坚果烘干装置，加热后的风通过烘干箱体的热风通道进入工作箱体内部对处于其内部的坚果进行烘干，通过在烘干箱体顶端设置含水率监控装置，实现对装置内部的坚果含水率进行实时监控，当含水率的检测符合预设要求时，即说明完成烘干，通过烘干箱体底部开设的出料口出料。坚果烘干过程中实时检测坚果的含水率，进而实时控制坚果的落料、出料过程，避免现有技术中通过控制出料间隔时间的间接方式控制含水率，导致成品的含水率实际往往偏离预期的缺陷，大大的提高坚果的成品率，这种直接的坚果含水率检测的方式，使得坚果烘干的过程中不需要考虑其他的影响因素，极大的降低了加工和控制的难度，保证坚果加工成品的质量。同时，烘干过程全程基于含水率的检测结果，不需要人为干预，可省去现在烘干设备工作前的预热环节，同时可以减去现有技术的出料间隔调试过程，提高产品设备的可操作性，便于大规模生产；陶瓷极板、测试电路集成式模块和显示控制系统模块集成在一个工作箱体上，结构简单，便于安装与拆卸，具有很高的通用性，基本可以适应现有的所有烘干设备。同时，含水率监控装置通过利用介质含水量的不同会导致对应的介电常数不同，而介电常数不同又会引起介质电容量产生线性变化，根据电容量变化进而可以反应含水率的多少这一原理，通过设置两个陶瓷极板检测工作箱体内部空间的电容量变化，再依次经过电容变换器、振荡器、鉴频器和取样计数器将检测的电容量变化转换为直观的数字信号，并通过显示面板进行显示，可以使得工作人员随时了解当前介质的含水率，方便快捷。同时，设置工作箱体落料装置，通过工作箱体落料装置打开或关闭工作箱体底部，实现大量介质的含水率连续检测，大大缩短检测时间，提高检测效率。

进一步的，设置限幅放大器，将检测到的电容量变化信号放大，提升整个装置的检测精度。

进一步的，工作箱体顶端设置料仓，料仓包括储料箱体和料仓落料装置，储料箱体完成储料功能，料仓落料装置用于阻断或连通料仓与工作箱体之间的通道，实现储料箱体内坚果的分批出料，分批烘干，可一次进行大批量的坚果烘干，提高坚果烘干效率，通过料仓落料装置和工作箱体落料装置的双层落料装置，保证整个烘干过程的稳定性和连续性。

进一步的，还设置红外对射传感器，用于实现料仓落料装置的自动化，减少人工投入，保证每次烘干的坚果量相同，保证烘干质量。

进一步的，工作箱体气缸与单片机连接，实现工作箱体气缸的自动化，减少人工投入，提高烘干效率。

附图说明

图1为本发明的含水率监测装置的结构示意图；

图2为本发明的含水率监测装置的测试电路集成式模块结构示意图；

图3为本发明的含水率监测装置的显示控制系统模块结构示意图；

图4为本发明的坚果烘干装置的整体结构主视图；

图5为本发明的坚果烘干装置的整体结构后视图；

图6为本发明的坚果烘干装置的料仓结构示意图；

图7为本发明的坚果烘干装置的烘干箱体的结构示意图；

图8为本发明的坚果烘干装置的工作流程图；

图9为本发明的坚果烘干装置的控制系统流程图。

其中：1-料仓；101-储料箱体；102-料仓气缸；103-料仓连杆机构；104-料仓旋转挡板；2-工作箱体；201-陶瓷极板；202-红外对射传感器；203-气缸；204-连杆机构；205-旋转挡板；206-线路管道；3-烘干箱体；301-热风管道；302-出料口；4-支撑架；5-测试电路集成式模块；501-电容变换器；502-振荡器；503-限幅放大器；504-鉴频器；505-取样计数器；6-控制柜；601-单片机；602-显示面板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至7，本发明含水率实时监控的坚果烘干装置，包括料仓1、含水率监测装置、烘干箱体3和支撑架4四部分。其中，含水率监测装置是变介质式电容传感器装置，可以实时检测坚果中的含水率，并控制成品的出料过程。电容传感器是一种将被测非电量的变化转换成电容式变化的传感器，电容传感器的电容量随极板极距、极板面积以及两极板间介电常数的变化而变化。对于坚果烘干设备，是将煮好的坚果逐步烘干至具有一定含水率的坚果，不同含水率的坚果对应的介电常数是不同的，且其介电常数随坚果的含水率呈线性变化，进而引起湿坚果中电容量产生线性变化。

含水率监测装置包括工作箱体2和工作箱体落料装置。工作箱体2上设置用于检测含水率的两个陶瓷极板201、测试电路集成式模块5和显示控制系统模块。两个陶瓷极板201对称安装于工作箱体2的内壁，陶瓷极板201的下表面位于工作箱体落料装置一端上方，陶瓷极板201用于检测工作箱体2内部空间的电容量变化，本实施例中，以用于坚果的含水率检测为例，两个陶瓷极板201可以将坚果中的含水率变化为转化为电容量的变化。

工作箱体落料装置包括工作箱体气缸203、工作箱体连杆机构204和多个工作箱体旋转挡板205；多个工作箱体旋转挡板205平铺在工作箱体2的底部，工作箱体旋转挡板205的一端与工作箱体连杆机构204的末端相连，工作箱体连杆机构204的驱动臂与工作箱体气缸203的伸缩端相连，工作箱体气缸203安装在工作箱体2外侧壁上设置的支撑架上。工作箱体气缸102的伸缩运动转换为工作箱体旋转挡板104的旋转开合运动，工作箱体气缸102伸出时工作箱体旋转挡板104旋转打开，反之工作箱体旋转挡板104关闭；或工作箱体气缸102伸出时工作箱体旋转挡板104旋转关闭，反之工作箱体旋转挡板104开启，但不以此为限。

测试电路集成式模块5安装在工作箱体2的外侧壁，包括依次连接的电容变换器501、振荡器502、限幅放大器503、鉴频器504和取样计数器505，电容变换器501采用通用产品，由电容电感组成并通过导线与陶瓷极板201相连，取样计数器505与显示控制系统模块连接。测试电路集成式模块5用于将电容量变化转化为数字信号输出，其中，电容转换器501和振荡器502用于将电容量变化转化为频率变化信号，限幅放大器503用于将转化的频率变化信号放大，提高该装置的测量精度，鉴频器504用于将频率变化信号转化为振幅变化信号，最终用取样计数器505将振幅变化信号转化为数字信号输出至显示控制系统模块。

显示控制系统模块包括单片机601、显示面板602和红外对射传感器202，单片机601选用8051单片机；红外对射传感器202安装在工作箱体2的内壁上，且位于陶瓷极板201的上方，外对射传感器202的信号输出端通过导线与单片机601的引脚相连；单片机601和显示面板602安装在控制柜6中，控制柜6可以设置在工作箱体2的外表面上，也可以设置在其他的支撑部件上，单片机601的一个引脚通过导线与测试电路集成式模块5的输出端即取样计数器505的输出端相连，红外对射传感器202用于检测坚果落在工作箱体2中的体积，显示面板602与取样计数器505的输出端相连，用于显示取样计数器505发送的数字信号。

料仓1由上层的储料箱体101和下层的料仓落料装置组成，料仓落料装置包括料仓气缸102、料仓连杆机构103和多个料仓旋转挡板104。多个料仓旋转挡板104平铺在储料箱体101的底部，料仓旋转挡板104的一端与料仓连杆机构103的末端相连，料仓连杆机构103的驱动臂与料仓气缸102的伸缩端相连，料仓气缸102安装在料仓1外壁的支撑架上。储料箱体101用于保证热量充分使用，同时也保证加工的连续性；料仓气缸102的伸缩运动转换为料仓旋转挡板104的旋转开合运动，料仓气缸102伸出时料仓旋转挡板104旋转打开，反之料仓旋转挡板104关闭；或者料仓气缸102伸出时料仓旋转挡板104旋转关闭，反之料仓旋转挡板104开启，但不以此为限。

料仓落料装置用于控制料仓1的放料过程，料仓落料装置与红外对射传感器202和单片机601配合使用，单片机601用于接收信号并控制坚果的落料和出料过程，显示面板602实时显示工作箱体2内部坚果的含水率变化，实现坚果烘干过程中的含水率自动监控，即根据烘干过程中坚果含水率线性变化过程，实现烘干时坚果的落料和成品出料过程。

含水率监测装置的工作箱体2上表面与料仓1连接，下表面连接烘干箱体3，用于实现坚果烘干过程的持续进料与出料。烘干箱体3实现瓜子烘干和成品出料的功能，内部包含热风通道301和出料口302两部分。工作过程中，风机将加热的风通过热风通道301的进风口吹进烘干箱体3内部，热风通过工作箱体2和料仓1的内部间隙对坚果进行烘干；当坚果满足设定含水率时，工作箱体2的落料机构打开，坚果落到烘干箱体3中，通过烘干箱体的出料口302出料。

支撑架4用于支持整个设备，支撑架4的上表面与烘干箱体3的双耳相接，控制柜6还可以固定设置在支撑架4侧壁上，支撑架4底部设置若干用于移动的万向轮。

参见图8和9，本发明的工作过程如下所示：

坚果烘干装置在进行工作时，加热后的风通过烘干箱体3的热风通道301进入烘干箱体3、工作箱体2和料仓1内部，然后将煮好的坚果放入料仓1中，接着开始进行坚果的烘干以及成品出料的过程。

工作箱体2开始工作，工作箱体2内部无坚果时介质为空气，其对应介电常数最小，单片机601检测到测试电路集成式模块5传出的数字信号小于第一预设值时，输出控制信号至料仓气缸102，控制料仓气缸102伸出，料仓连杆机构103带动料仓旋转挡板104旋转打开，此时工作箱体落料装置处于关闭状态，煮好的坚果经料仓1落到工作箱体2内部。

当落下的坚果体积到达陶瓷极板201的上表面时，坚果阻挡了安装在陶瓷极板201上表面的红外对射传感器202两极的光线传播，单片机601采集红外对射传感器202的信号，输出控制信号至料仓气缸102，控制料仓气缸102缩回，料仓落料装置关闭。待烘干坚果的介电常数随着含水率的减少而线性减少，当煮好的坚果刚落到工作箱体2时，陶瓷极板201之间的电容量最大，对应的数值最大；随着烘干时间和烘干程度的增加，坚果的含水率逐渐减少，两陶瓷极板102间的电容量随之逐渐减少，取样计数器505发送的数字信号的数值也逐渐降低；当到单片机601接收到测试电路集成式模块5传出的数字信号大于第二预设值时，单片机601输出控制信号至工作箱体气缸203，控制工作箱体气缸203伸出，工作箱体旋转挡板205旋转打开，成品坚果出料。

当工作箱体2中的成品坚果全部出料完成后，两陶瓷极板201之间的介质为空气，此时两极板间电容量最小，单片机601检测到数值复位后即单片机601检测到测试电路集成式模块5传出的数字信号为第一预设值，输出控制信号至工作箱体气缸203，控制工作箱体气缸203缩回，工作箱体落料装置关闭，系统间隔预设时间后，本实施例中为5秒，单片机601输出控制信号至料仓气缸102，控制料仓气缸102伸出，料仓落料装置打开，煮好的坚果通过料仓落料装置落料到工作箱体2中，完成一次工作循环。

重复上述过程，直到料仓1中煮好的坚果全部放完后重新加料，在烘干过程中，工作箱体2中坚果含水率逐渐减少，导致介电常数逐渐减少，表现为该变介质式电容含水率监控装置的取样计数器505发送的数字信号的数值变化，并通过安装于控制柜6上的显示面板602实时显示。

本发明含水率实时监控的坚果烘干装置，利用坚果烘干过程中的电容量变化，实现了工作过程全程含水率的检测与控制，产品的落料出料过程随含水率的变化实时变化，避免了现有技术产品质量随机性大的问题，大大提高成品率；采用双层落料装置，坚果落料和成品出料过程均由单片机进行控制，可保证每次成品出料体积相同；烘干过程全程自动控制，不需要人为干预，可省去现在烘干设备工作前的预热环节，同时可以减去现有技术的出料间隔调试过程，提高产品设备的可操作性，便于大规模生产；陶瓷极板201、测试电路集成式模块5和显示控制系统模块集成在一个工作箱体2上，工作箱体2上下表面设有法兰，结构简单，便于安装与拆卸，具有很高的通用性，基本可以对所有烘干设备中的成品的含水率进行检测。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。