مهندسی بیوسیستم ایران

مهندسی بیوسیستم ایران

توسعه و آزمون حسگر دی‌الکتریک استوانه‌ای برای اندازه‌گیری غلظت قند شربت چغندرقند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل
2 استادیار گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم دانشگاه شهرکرد
3 عضو هیئت علمی
چکیده
اندازه­گیری و پایش غلظت قند شربت چغندرقند به شکل پیوسته و در مراحل مختلف پخت و تغلیظ یکی از نیازهای اساسی صنعت شکر می­باشد. در این مطالعه یک نمونه حسگر دی­الکتریک استوانه­ای با قابلیت توسعه برای اندازه­گیری برخط غلظت قند شربت چغندرقند ساخته شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. این حسگر متشکل از یک استوانه فولادی و مغزی به عنوان قطب­های خازن می­باشد که  توسط کابل هم­محور به دستگاه­های ژنراتور و تحلیل­گر طیف متصل می­شود. با آزمون آزمایشگاهی، پاسخ حسگر در پنج غلظت مختلف شربت چغندرقند با درصدهای بریکس 5/26، 9/37، 7/48، 1/54 و 62 آزمون شد و طیف­های دامنه بر حسب فرکانس (A-F) در بازهMHz  150-0 بدست آمد. نتایج  نشان داد که فرکانس تشدید در تناوب­های اول و دوم با درصد بریکس رابطه قوی خطی با شیب مثبت دارد. به طور معکوس این ارتباط قوی با ضرایب تبیین 99/0 و 98/0 به ترتیب برای تناوب اول و دوم تشدید بین ضریب دی­الکتریک شربت و درصد بریکس حاصل شد به طوری که با افزایش درصد بریکس ضریب دی‌الکتریک کاهش یافت. یافته­های این مطالعه نشان داد که روش دی­الکتریک می­تواند یک روش توانمند و کاربردی در اندازه‌گیری درصد بریکس شربت چغندرقند در کارخانه­های قند باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Developing and testing of a cylindrical dielectric sensor for measuring sugar concentration of sugar beet syrup

نویسنده English

Mahdi Ghasemi-Varnamkhasti 2
چکیده English

Continuous (on-line) measuring and monitoring of sugar concentration of sugar beet syrup at different stages of cooking and concentrating processes is one of the fundamental needs of sugar industry. In this study, a cylindrical dielectric sensor was developed and evaluated for measuring the sugar concentration of sugar beet syrup in terms of %Brix. The sensor consists of a cylindrical steel tube and a central core as the capacitor electrodes connected to function generator and spectrum analyzer by coaxial cable. For the laboratory tests, sugar beet syrups at five different concentrations of sugar (i.e. %Brix of 26.5, 37.9, 48.7, 54.1 and 62) were tested using the sensor where frequency was swept between 0-150 MHz. Amplitude-frequency spectra at different %Brix were further analyzed. The results showed strong positive correlations between the first (R2= 0.99) and second (R2= 0.98) resonance frequency and %Brix. Calculated dielectric constants decreased with increasing %Brix of the syrup samples. It was concluded that the dielectric sensor is a promising instrument for measuring the %Brix of sugar beet syrup. The development of this sensor for online measurement of sugar concentration in sugar factory is recommended.

کلیدواژه‌ها English

Cylindrical dielectric sensor
Sugar beet syrup
Brix
Resonant frequency
Angkawisittpan, N. & Manasri, T. (2012). Determination of sugar content in sugar solutions using interdigital capacitor sensor. Measurement Science Review, 12, 8-13.
Bagheri, R., Mireei, A., Sadeghi, M., Masumi, A. & Mumkesh, Sh. (2015). Non-destructive dielectric method to measure moisture of date. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 45, 97-104, (In Farsi)
Bionutrient Food Association. )2015(. Brix. Retrieved January 17, 2016, from https://bionutrient.org/bionutrient-rich-food/brix
Farokhi, F. (2012). Measure important chemical changes dilute & concentrated syrup storage in order to optimize the production of sugar & waste control, National conference on food, Islamic Azad University of Quchan, Iran.
Guo, W., Fang, L., Liu, D. & Wang, Zh. (2015). Determination of soluble solids content & firmness of pears during ripening by using dielectric spectroscopy. Computers & Electronics in Agriculture, 117, 226-233.
Guo, W., Liu, Y., Zhu, X. & Wang, Sh. (2011). Dielectric properties of honey adulterated with sucrose syrup. Food Engineering, 107, 1-7.
Guo, W., Nelson, S. O., Trabelsi, S. & Kays, S. J. (2007). Dielectric properties of honeydew melons & correlation with quality. Microwave Power & Electromagnetic Energy, 41, 44-54.
Guo, W., Zhu, X. & Nelson, S. O. (2010). Permittivities of watermelon pulp & juice & correlation with quality indicators. Food Properties, 16, 475-484.
Harland, J. I., Jones, C. K. & Hufford, C. (2006) Sugar beet. In: Draycott, A. P. (ed.), Chicester, United Kingdom, Blackwell Publishing. 514 p.
Hayati, A., Raoufat, M. H. & Kamgar, S. 2014. Feasibility of fruit capacitive characteristics for estimating sugar of apple. In Proceedings of 8th National Congress on Agr., Machinery Eng. (Biosystem) & Mechanization, 29-31 June, Ferdowsi University, Mashhad, Iran, pp.801-816. (In Farsi)
Hoog, N. A., Olthuis, W., Mayer, M. J. J., Yntema, D., Miedema, H. & van-den-Berg, A. (2012). On-line fingerprinting of fluids using coaxial stub resonator technology. Sensors and Actuators B: Chemical, 163, 90-96.
Hoog, N. A. (2014). Stub resonators transmission line based water sensors. Ph. D. dissertation. University of Twente.
Jackson, B. & Jayanthy, T. (2014). Determination of sucrose in raw sugarcane juice by microwave method. Indian Journal of Science & Technology, 7, 566-570.
Kudra, T., Raghavan, G. S. V., Akyel, C., Bosisio, R. & van-de-Voort, F. R. (1992). Electromagnetic properties of milk & its constituents at 2.45 MHz. International Microwave Power Institute Journal, 27, 199-204.
Mireei, A., Bagheri, R., Sadeghi, M. & Shahraki, A. (2016). Developing an electronic portable device based on dielectric power spectroscopy for non-destructive prediction of date moisture content. Sensors and Actuators A, 247,289-297.
Naderi-Boldaji, M., Fazeliyan-Dehkordi, M., Mireei, S. A. & Ghasemi-Varnamkhasti, M. (2015). Dielectric power spectroscopy as a potential technique for the non-destructive measurement of sugar concentration in sugarcane. Biosystems Engineering, 140, 1-10.
Skierucha, W., Wilczek, A. & Szyplowska, A. (2012). Dielectric spectroscopy in agrophysics. International Agrophysics, 26, 187-197. 
Tanaka, F., Uchino, T., Hamanaka, D., Gregory-Atungulu, G. & Hung, Y. (2008). Dielectric properties of mirin in the microwave frequency range. Food Engineering, 89, 435-440.
Tulasidas, T. N., Raghavan, G. S. V., van-de-Voort, F. & Girard, R. (1995). Dielectric properties of grapes & sugar solutions at 2.45 GHz. Microwave Power & Electromagnetic Energy, 30, 117-123.
Venkatesh, M. S. & Raghavan, G. S. V. (2004). An overview of microwave processing & dielectric properties of agri-food materials. Biosystems Engineering, 88, 1-18.
Zhu, X., Guo, W. & Wu, X. (2011). Frequency & temperature dependent dielectric properties of fruit juices associated with pasteurization by dielectric heating. Food Engineering, 109(2), 258-266.
دوره 48، شماره 1
بهار 1396
صفحه 144-137

  • تاریخ دریافت 16 مرداد 1395
  • تاریخ بازنگری 27 آذر 1395
  • تاریخ پذیرش 15 دی 1395