食品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)3

1、2022-3-71第三章第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù)利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)電特性的主要參數(shù) 第二節(jié)第二節(jié) 利用利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù)靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 利用利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù)交流電特性的檢測(cè)技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 電特性檢測(cè)的常用儀器與方法電特性檢測(cè)的常用儀器與方法第五節(jié)第五節(jié) 利用電特性檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例利用電特性檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例 2022-3-72第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)電特性的主要參數(shù)1 1電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)2 2電阻與電阻率電阻與電阻率3 3電容與介電常數(shù)電容與介電常數(shù)4 4阻抗與復(fù)電容量阻抗與復(fù)電容量5 5介質(zhì)耗散介質(zhì)

2、耗散6 6交流特性和松弛交流特性和松弛2022-3-73第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)1. 1. 電磁場(chǎng)電磁場(chǎng) 對(duì)于不同波段的電磁波，時(shí)常使用波數(shù)的概念。波對(duì)于不同波段的電磁波，時(shí)常使用波數(shù)的概念。波數(shù)的定義是每厘米長(zhǎng)度內(nèi)出現(xiàn)完整波形的個(gè)數(shù)，波數(shù)數(shù)的定義是每厘米長(zhǎng)度內(nèi)出現(xiàn)完整波形的個(gè)數(shù)，波數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系如下：與波長(zhǎng)的關(guān)系如下： 710式中：式中：電磁波的波長(zhǎng)，電磁波的波長(zhǎng)，n nm； 電磁波的波數(shù)電磁波的波數(shù)，cm-1。fc 真空中電磁波的波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系可用下式表示：真空中電磁波的波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系可用下式表示：2022-3-74第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電

3、特性的主要參數(shù)2. 電阻與電阻率電阻與電阻率 這里電阻這里電阻R 是物體的常數(shù)，是物體的常數(shù)，而與形狀或大小無(wú)關(guān)的電阻率而與形狀或大小無(wú)關(guān)的電阻率則是物質(zhì)的常數(shù)，同樣則是物質(zhì)的常數(shù)，同樣的倒數(shù)的倒數(shù)被稱為電導(dǎo)率或電傳導(dǎo)度。被稱為電導(dǎo)率或電傳導(dǎo)度。sdR 如果電阻棒長(zhǎng)如果電阻棒長(zhǎng)d d，斷面積，斷面積S S，那么電阻可用下式表示：那么電阻可用下式表示：2022-3-75第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)歐姆定律歐姆定律 電場(chǎng)是產(chǎn)生電流的必要條件，電場(chǎng)是產(chǎn)生電流的必要條件，導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)體兩導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)體兩端必定有電位差。我們稱導(dǎo)體端必定有電位差。我們稱導(dǎo)體兩

4、端的電位差為電壓。精確的兩端的電位差為電壓。精確的實(shí)驗(yàn)證明，在穩(wěn)恒條件下，通實(shí)驗(yàn)證明，在穩(wěn)恒條件下，通過(guò)一段導(dǎo)體的電流強(qiáng)度和導(dǎo)體過(guò)一段導(dǎo)體的電流強(qiáng)度和導(dǎo)體兩端的電壓成正比，這個(gè)結(jié)論兩端的電壓成正比，這個(gè)結(jié)論叫做歐姆定律。式中的比例系叫做歐姆定律。式中的比例系數(shù)數(shù)R 由導(dǎo)體的性質(zhì)確定，叫做由導(dǎo)體的性質(zhì)確定，叫做導(dǎo)體的電阻。導(dǎo)體的電阻。RUI RIU2022-3-76第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)3.3.電容與介電常數(shù)電容與介電常數(shù) 一個(gè)孤立的帶電導(dǎo)體，電量為一個(gè)孤立的帶電導(dǎo)體，電量為Q，電勢(shì)為，電勢(shì)為U，理，理論和實(shí)驗(yàn)都可以證明，隨著論和實(shí)驗(yàn)都可以證明，隨著Q 的增加，的

5、增加，U 將成比例將成比例增加，即增加，即Q/U 為一常量，用為一常量，用C 表示：表示：C=Q/U 1F=106微法微法(F)=1012微微法微微法(F)C 稱為導(dǎo)體的電容，它的物理意義是使導(dǎo)體的電勢(shì)提高一稱為導(dǎo)體的電容，它的物理意義是使導(dǎo)體的電勢(shì)提高一個(gè)單位所需的電量。電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法（個(gè)單位所需的電量。電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法（F）。）。2022-3-77第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)平板式電容器平板式電容器 平板式電容器的電容量為：平板式電容器的電容量為：dSUQCr0當(dāng)兩平板之間為真空時(shí)當(dāng)兩平板之間為真空時(shí)0 0 為為絕對(duì)介電常數(shù)絕對(duì)介電常數(shù) ( (單

6、位：?jiǎn)挝唬篎/m)F/m)d 兩電極間的距離，兩電極間的距離，m；S 電極的表面積，電極的表面積，m2 2； 物質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。物質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。 r容量真空介質(zhì)時(shí)電容器的電的電容量某種材料介質(zhì)時(shí)電容器=r2022-3-78第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù) 的由來(lái)的由來(lái)庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小與它們的帶電量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小與它們的帶電量q1，q2 的乘積成正比，與它們之間距離的乘積成正比，與它們之間距離r 的平方成反比，作用力方的平方成反比，作用力方向沿著它的聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。向沿著它的聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)

7、電荷相吸。 這里這里k 是比例系數(shù)，它的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定，在不同的單是比例系數(shù)，它的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定，在不同的單位制中，位制中，k 將有不同的數(shù)值。在國(guó)際單位制中，力的單位是將有不同的數(shù)值。在國(guó)際單位制中，力的單位是牛頓（牛頓（N），長(zhǎng)度單位是米（），長(zhǎng)度單位是米（m）, ,電量的單位是庫(kù)侖（電量的單位是庫(kù)侖（C ），），則則k 8.998.99109Nm2C-2。221rqqkF 041k02022-3-79第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)4. 4. 阻抗與復(fù)電容阻抗與復(fù)電容 食品與農(nóng)產(chǎn)品的電特性是介于食品與農(nóng)產(chǎn)品的電特性是介于導(dǎo)體和絕緣體之間?？陀^表示它導(dǎo)體和絕緣體之間。

8、客觀表示它們的電特性，是將電阻器和電容們的電特性，是將電阻器和電容器串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)考慮問(wèn)題。導(dǎo)器串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)考慮問(wèn)題。導(dǎo)體中，電是以自由電子的形式出體中，電是以自由電子的形式出現(xiàn)；絕緣體中，占主導(dǎo)地位的卻現(xiàn)；絕緣體中，占主導(dǎo)地位的卻是約束電荷。通常必須采用兩個(gè)是約束電荷。通常必須采用兩個(gè)參數(shù)（參數(shù)（R R，C ）來(lái)描述介于導(dǎo)體與）來(lái)描述介于導(dǎo)體與絕緣體之間物質(zhì)的電特性，以復(fù)絕緣體之間物質(zhì)的電特性，以復(fù)數(shù)形式來(lái)描述物質(zhì)的電特性。數(shù)形式來(lái)描述物質(zhì)的電特性。 阻抗與復(fù)電容量2022-3-710第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)式中：式中： R 電阻電阻；X 阻抗阻抗；介電常數(shù)介

9、電常數(shù)； 介電耗散因素介電耗散因素 。 ciRiXRZ1*dsdsiiCCC0*0*)(RC1012022-3-711第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)4. 4. 阻抗與復(fù)電容阻抗與復(fù)電容 另一種表示方法另一種表示方法 其中：其中：22*XRZ)1 ()1 (1220220XRCRXRXCdSC002022-3-712第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)5. 5. 介質(zhì)耗散介質(zhì)耗散 電介質(zhì)中的極性分子在交變電場(chǎng)作用下極化，分子部分電介質(zhì)中的極性分子在交變電場(chǎng)作用下極化，分子部分地沿著電場(chǎng)方向定向排列，隨著電場(chǎng)方向的變換，使分子間地沿著電場(chǎng)方向定向排列，隨著

10、電場(chǎng)方向的變換，使分子間發(fā)生碰撞和摩擦。摩擦使部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，稱為發(fā)生碰撞和摩擦。摩擦使部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，稱為介質(zhì)耗介質(zhì)耗散散。頻率愈高，介質(zhì)放出熱愈多。提高電場(chǎng)強(qiáng)度，放出熱量。頻率愈高，介質(zhì)放出熱愈多。提高電場(chǎng)強(qiáng)度，放出熱量也增多。此外，介質(zhì)耗散還和介質(zhì)的介電性質(zhì)有關(guān)。也增多。此外，介質(zhì)耗散還和介質(zhì)的介電性質(zhì)有關(guān)。 12210tan)9/5(fEQQ 電場(chǎng)消耗的功率，電場(chǎng)消耗的功率，W/cm3 ； f電場(chǎng)頻率，電場(chǎng)頻率，Hz；E電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m； 物質(zhì)的介電常數(shù)，物質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/m；tan介質(zhì)耗散的正切。介質(zhì)耗散的正切。 2022-3-713第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù)

11、第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)6 6交流特性和松弛交流特性和松弛 并聯(lián)電路兩端施加交流電壓并聯(lián)電路兩端施加交流電壓U，電，電流將分別流過(guò)電阻和電容器。流過(guò)電阻流將分別流過(guò)電阻和電容器。流過(guò)電阻的電流的電流IR 以與所施加電壓以與所施加電壓U 相同的相位相同的相位流過(guò)，消耗成為熱能流過(guò)，消耗成為熱能；流過(guò)電容器的電流過(guò)電容器的電流流IC則以與所施加電壓則以與所施加電壓U 成成9090的相位的相位流過(guò)，以電能形式貯存起來(lái)。所以，流流過(guò)，以電能形式貯存起來(lái)。所以，流過(guò)的全部電流過(guò)的全部電流I I 是矢量和，是矢量和， 稱為相稱為相位角，位角， coscos 稱為功率因素，稱為功率因素， 為耗散角，為耗散角

12、， tantan 稱為耗散正切稱為耗散正切，它它是所消耗的能量與所蓄積的能量之比。是所消耗的能量與所蓄積的能量之比。 I IICIR電流的矢量和電流的矢量和IU2022-3-714第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)吸收與松弛吸收與松弛 當(dāng)頻率增大時(shí)，由于偶極當(dāng)頻率增大時(shí)，由于偶極子取向的速率趕不上頻率，子取向的速率趕不上頻率，這時(shí)這時(shí)IC 值較小。因此，復(fù)介值較小。因此，復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部電常數(shù)的實(shí)部就隨之減少。就隨之減少。這種復(fù)介電常數(shù)隨頻率減少這種復(fù)介電常數(shù)隨頻率減少的變化叫做耗散，而相反的的變化叫做耗散，而相反的增加變化叫做吸收，兩者一增加變化叫做吸收，兩者一并被稱為松

13、弛。并被稱為松弛。 2022-3-715第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)電特性的主要物理量電特性的主要物理量表現(xiàn)內(nèi)容表現(xiàn)內(nèi)容物理常量物理常量物質(zhì)常量物質(zhì)常量導(dǎo)體的性質(zhì)導(dǎo)體的性質(zhì)電阻電阻 R復(fù)阻抗復(fù)阻抗 Z電阻率電阻率電導(dǎo)率電導(dǎo)率 K絕緣體的性質(zhì)絕緣體的性質(zhì)電容量電容量 C復(fù)電容量復(fù)電容量C介電常數(shù)介電常數(shù)復(fù)介電常數(shù)復(fù)介電常數(shù)2022-3-716第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié) 電特性的主要參數(shù)電特性的測(cè)量方法的分類電特性的測(cè)量方法的分類 測(cè)定物料電特性的難度較大，一般可分成非破壞性和測(cè)定物料電特性的難度較大，一般可分成非破壞性和破壞性兩種方法，非破壞性（無(wú)損）的難度更

14、大。破壞性兩種方法，非破壞性（無(wú)損）的難度更大。 破壞性檢測(cè)方法有切片法和突刺法，切片是將被測(cè)樣破壞性檢測(cè)方法有切片法和突刺法，切片是將被測(cè)樣品加工成規(guī)則形狀后，再放入平行平板電極間測(cè)定，品加工成規(guī)則形狀后，再放入平行平板電極間測(cè)定，突刺法采用探針電極刺入被測(cè)樣品內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。突刺法采用探針電極刺入被測(cè)樣品內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。 無(wú)損檢測(cè)方法分為接觸式和非接觸式，接觸式是將被無(wú)損檢測(cè)方法分為接觸式和非接觸式，接觸式是將被測(cè)樣品直接放入平行平板電極，非接觸式是將被測(cè)測(cè)樣品直接放入平行平板電極，非接觸式是將被測(cè)物放入一組平行平板電極間且浸入水槽中測(cè)定。物放入一組平行平板電極間且浸入水槽中測(cè)定。2022-3-7

15、17第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié)第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù)利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù)一、利用作物生理電阻檢測(cè)需水信息一、利用作物生理電阻檢測(cè)需水信息1 1植物生理電阻植物生理電阻 干旱缺水植株體液濃度干旱缺水植株體液濃度增高，反映在導(dǎo)電率增高，增高，反映在導(dǎo)電率增高，電阻下降，因而可以在植電阻下降，因而可以在植物莖桿上插入兩根金屬針，物莖桿上插入兩根金屬針，測(cè)量?jī)呻姌O間的生理電阻，測(cè)量?jī)呻姌O間的生理電阻，用電阻值的變化反映植株用電阻值的變化反映植株虧水程度。虧水程度。2022-3-718第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 套針式

16、傳感器的結(jié)構(gòu)套針式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，不銹鋼針如圖所示，不銹鋼針( (正正極極) )被細(xì)塑料管或環(huán)氧樹(shù)被細(xì)塑料管或環(huán)氧樹(shù)脂包裹絕緣，裝在不銹脂包裹絕緣，裝在不銹鋼套針中鋼套針中( (負(fù)極負(fù)極) )，再用，再用環(huán)氧樹(shù)脂牢固地錨嵌在環(huán)氧樹(shù)脂牢固地錨嵌在尼龍手柄中，接出正負(fù)尼龍手柄中，接出正負(fù)兩根導(dǎo)線與電阻表連接兩根導(dǎo)線與電阻表連接構(gòu)成通路，測(cè)量出針尖構(gòu)成通路，測(cè)量出針尖點(diǎn)的植物生理電阻值。點(diǎn)的植物生理電阻值。 2 2套針式點(diǎn)電阻傳感器套針式點(diǎn)電阻傳感器2022-3-719第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 葉子中的有機(jī)化合物沿著莖葉子中的有機(jī)化合物沿著莖的韌皮部篩管向下

17、輸送至根部，的韌皮部篩管向下輸送至根部，液流不僅沿管道上下移動(dòng)，也液流不僅沿管道上下移動(dòng)，也穿過(guò)維管束系統(tǒng)的薄壁組織進(jìn)穿過(guò)維管束系統(tǒng)的薄壁組織進(jìn)行橫向的運(yùn)動(dòng)。因此植株莖桿行橫向的運(yùn)動(dòng)。因此植株莖桿橫切面上細(xì)胞液濃度有差別。橫切面上細(xì)胞液濃度有差別。莖桿橫截面生理電阻分布，表莖桿橫截面生理電阻分布，表現(xiàn)出中心濃度低現(xiàn)出中心濃度低( (電阻大電阻大) )，周，周邊濃度高邊濃度高( (電阻小電阻小) )，圖中，圖中a 的的變差較小。變差較小。b 的變差較大。的變差較大。 3 3橫截面生理電阻分布橫截面生理電阻分布2022-3-720第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 莖節(jié)位

18、置莖節(jié)位置1 12 23 34 45 5A A 株株38383838383848484848B B 株株46464646464645455555C C 株株48484444464655558585平平 均均444443434343494963634 4植物縱向生理電阻分布植物縱向生理電阻分布 從植株莖桿水勢(shì)講，玉米桿基部比梢部更具負(fù)值從植株莖桿水勢(shì)講，玉米桿基部比梢部更具負(fù)值( (吸力吸力) )，每，每高高l lm要損耗要損耗0.30.30.40.4l0l05 5 Pa的勢(shì)差。反映在植株生理電阻情的勢(shì)差。反映在植株生理電阻情況是下基部汁液濃度高，電阻小，頂部汁液濃度低，電阻大。況是下基部汁液濃

19、度高，電阻小，頂部汁液濃度低，電阻大。 2022-3-721第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 土壤含水量的高或土壤含水量的高或低，在植物生理電阻低，在植物生理電阻上有反映，土壤干旱上有反映，土壤干旱時(shí)，根系吸水困難，時(shí)，根系吸水困難，植株體細(xì)胞液濃度高，植株體細(xì)胞液濃度高，生理電阻小，土壤水生理電阻小，土壤水分充足時(shí)，植株不缺分充足時(shí)，植株不缺水。細(xì)胞液濃度低，水。細(xì)胞液濃度低，生理電阻大。生理電阻大。 5 5生理電阻與土壤含水量生理電阻與土壤含水量2022-3-722第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 6 6生理電阻與葉面蒸騰生理電阻與葉

20、面蒸騰 生理電阻與葉面蒸騰速率的關(guān)系葉面蒸發(fā)速度 Z/（g/m2h）生理電阻 R/k 植株根系從土壤中植株根系從土壤中吸收水分，再通過(guò)葉吸收水分，再通過(guò)葉面蒸騰回到大氣中去，面蒸騰回到大氣中去，如果蒸騰量如果蒸騰量Z大于根系大于根系吸水量吸水量S，其差值就反，其差值就反映了水分虧缺值。映了水分虧缺值。2022-3-723第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 二、利用生物電特性鑒別受精蛋二、利用生物電特性鑒別受精蛋 它包括電極、雞蛋夾它包括電極、雞蛋夾緊裝置、放大器、緊裝置、放大器、A/D采采集器、計(jì)算機(jī)和監(jiān)控示集器、計(jì)算機(jī)和監(jiān)控示波器等。電極從蛋殼外波器等。電極從蛋殼外

21、采集的電信號(hào)送入放大采集的電信號(hào)送入放大器后分成兩路，一路接器后分成兩路，一路接示波器，一路接示波器，一路接A/D采集采集器。采樣后數(shù)據(jù)送入器。采樣后數(shù)據(jù)送入PCPC機(jī)，供處理分析用。機(jī)，供處理分析用。雞蛋生物電檢測(cè)系統(tǒng)圖1 1雞蛋生物電測(cè)試系統(tǒng)雞蛋生物電測(cè)試系統(tǒng) 2022-3-724第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 2 2雞蛋生物電信號(hào)的測(cè)試及分析雞蛋生物電信號(hào)的測(cè)試及分析 2022-3-725第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 1 1電阻式土壤水分傳感器的結(jié)構(gòu)電阻式土壤水分傳感器的結(jié)構(gòu) 土壤通常是導(dǎo)電的，其電土壤通常是導(dǎo)電的，其電阻率隨

22、著含水率的變化而變化。阻率隨著含水率的變化而變化。電阻式土壤水分傳感器就是基電阻式土壤水分傳感器就是基于這種原理進(jìn)行檢測(cè)的。傳感于這種原理進(jìn)行檢測(cè)的。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示器的結(jié)構(gòu)如圖所示 。傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu)1-1-電極引線；電極引線；2-2-內(nèi)電極；內(nèi)電極；3-3-外電極；外電極；4-4-石膏體石膏體三、利用電阻檢測(cè)土壤含水率三、利用電阻檢測(cè)土壤含水率 2022-3-726第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 2 2電阻與土壤含水率的關(guān)系電阻與土壤含水率的關(guān)系 對(duì)石膏體而言，水勢(shì)與其含水率與檢測(cè)電極間的電阻之間對(duì)石膏體而言，水勢(shì)與其含水率與檢測(cè)電極間的電阻之間有

23、一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，這種關(guān)系不隨土壤的質(zhì)地、種類的有一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，這種關(guān)系不隨土壤的質(zhì)地、種類的不同而不同。不同而不同。baSmnsAS/)(S S土壤水吸力，土壤水吸力，PaPa； 土壤含水率，土壤含水率，% %； 土壤飽和含水率，土壤飽和含水率，% %； sa、b、A、m、n 實(shí)驗(yàn)常數(shù)。實(shí)驗(yàn)常數(shù)。 2022-3-727第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 四、種子靜電清選分級(jí)裝置四、種子靜電清選分級(jí)裝置 種子生理研究表明，種子種子生理研究表明，種子的電特性（如膜電阻、介電的電特性（如膜電阻、介電常數(shù)等）與其活力相關(guān)?；畛?shù)等）與其活力相關(guān)?；盍Ω叩姆N子，膜電阻

24、大、介力高的種子，膜電阻大、介電常數(shù)小；活力低的種子，電常數(shù)?。换盍Φ偷姆N子，膜電阻小、介電常數(shù)大?；る娮栊　⒔殡姵?shù)大?；谏鲜鲈?，可以借助電場(chǎng)于上述原因，可以借助電場(chǎng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)按種子活力大小進(jìn)力來(lái)實(shí)現(xiàn)按種子活力大小進(jìn)行清選分級(jí)，靜電分選就是行清選分級(jí)，靜電分選就是其中的一種。其中的一種。 圖3-19 復(fù)合式靜電選種機(jī)結(jié)構(gòu)原理1-機(jī)架；2-篩箱；3-集種箱；4-負(fù)電極；5-風(fēng)機(jī)；6-沉降室；7-滑板；8-滾筒；9-升運(yùn)管；10-料斗2022-3-728第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第二節(jié) 利用靜電特性的檢測(cè)技術(shù) 種子在滾筒上所受的力有：種子在滾筒上所受的力有：離心力離心力F、重力、重力P、

25、摩擦力、摩擦力Ft、支承力、支承力N 和電場(chǎng)力和電場(chǎng)力Fe。當(dāng)種子所受各力處于平衡狀當(dāng)種子所受各力處于平衡狀態(tài)時(shí)，上述各力的矢量和為態(tài)時(shí)，上述各力的矢量和為零，即：零，即： 0etFNFPF)arccos(2mgFmRe2022-3-729第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù)利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 一、利用谷物的電特性檢測(cè)含水率一、利用谷物的電特性檢測(cè)含水率 谷物的電特性主要包括電阻特性和電容特性。其主要與谷物的電特性主要包括電阻特性和電容特性。其主要與含水率、品種和測(cè)試頻率等因素有關(guān)。干燥狀態(tài)下的谷物，含水率、品種和測(cè)試頻率等

26、因素有關(guān)。干燥狀態(tài)下的谷物，像電介質(zhì)一樣，其電阻值高達(dá)像電介質(zhì)一樣，其電阻值高達(dá)10108 8以上，而潮濕時(shí)，卻像以上，而潮濕時(shí)，卻像導(dǎo)體或半導(dǎo)體一樣。因此，這就決定了谷物既有電阻特性導(dǎo)體或半導(dǎo)體一樣。因此，這就決定了谷物既有電阻特性又有電容特性。根據(jù)谷物的結(jié)構(gòu)和生物膜電特性研究成果，又有電容特性。根據(jù)谷物的結(jié)構(gòu)和生物膜電特性研究成果，RC 并聯(lián)電路可作為谷物的等效電路并聯(lián)電路可作為谷物的等效電路。2022-3-730第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 谷物的電特性研究常采谷物的電特性研究常采用交流電測(cè)定法測(cè)定谷物用交流電測(cè)定法測(cè)定谷物的電阻率和介電常數(shù)，因的電阻率

27、和介電常數(shù)，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)的實(shí)用價(jià)值為這兩個(gè)參數(shù)的實(shí)用價(jià)值較大。較大。 BCABACUUUCRHIII第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) )cos(cos222BCBCACBCACHUUUUURRcos22)sin(22BCACBCACHBCUUUUfRUCcos2sinarcsin22BCACBCACBCUUUUULSRSCL0ftg021R谷物的電阻，谷物的電阻，；C谷物的電容，谷物的電容，F(xiàn)；谷物的介電耗散角；谷物的介電耗散角； f 測(cè)試頻率，測(cè)試頻率，HzHz； 電阻率，電阻率，mm2/m； 介電常數(shù)，介電常數(shù)，F(xiàn)/m；S 容器截面積，容器截面積，mm2；L

28、 電極距離，電極距離，m； tan 介電耗散正切。介電耗散正切。2022-3-732第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) ， 谷物的電阻率主要與其含水率和測(cè)試頻率有關(guān)。谷物的谷物的電阻率主要與其含水率和測(cè)試頻率有關(guān)。谷物的電阻率與其含水率的關(guān)系如下：電阻率與其含水率的關(guān)系如下：Caln式中：式中：a、C分別為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，由被測(cè)谷物的品種、容重、測(cè)試分別為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，由被測(cè)谷物的品種、容重、測(cè)試頻率，環(huán)境的溫度和濕度等因素決定，其值通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。頻率，環(huán)境的溫度和濕度等因素決定，其值通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。 結(jié)論結(jié)論：谷物的電阻隨其含水率的增加以指數(shù)形式減少。：谷物的電阻隨其含水率的

29、增加以指數(shù)形式減少。 原因原因：谷物是生命體，含水率低時(shí)，細(xì)胞中的原生質(zhì)呈凝膠：谷物是生命體，含水率低時(shí)，細(xì)胞中的原生質(zhì)呈凝膠狀態(tài)，離子運(yùn)動(dòng)十分緩慢，生理活動(dòng)極其微弱，因此細(xì)胞電狀態(tài)，離子運(yùn)動(dòng)十分緩慢，生理活動(dòng)極其微弱，因此細(xì)胞電阻很大，谷物的宏觀電阻率也很大；隨著谷物含水率的增加，阻很大，谷物的宏觀電阻率也很大；隨著谷物含水率的增加，細(xì)胞水勢(shì)急劇上升，代謝加快，細(xì)胞中的離子運(yùn)動(dòng)迅速增大，細(xì)胞水勢(shì)急劇上升，代謝加快，細(xì)胞中的離子運(yùn)動(dòng)迅速增大，降低了細(xì)胞的電阻，宏觀電阻率也隨之迅速下降。降低了細(xì)胞的電阻，宏觀電阻率也隨之迅速下降。1 exp()ab 谷物的介電常數(shù)與其含水率的關(guān)系如下：谷物的介電

30、常數(shù)與其含水率的關(guān)系如下：n利用谷物的電特性進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)n介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)n電特性檢測(cè)內(nèi)部品質(zhì)n電特性進(jìn)行谷物干燥谷物電特性檢測(cè)的應(yīng)用谷物電特性檢測(cè)的應(yīng)用2022-3-735第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 二、利用西紅柿的電特性無(wú)損檢測(cè)成熟度二、利用西紅柿的電特性無(wú)損檢測(cè)成熟度 西紅柿屬于生物體，故西紅柿屬于生物體，故它也可以看成是電介質(zhì)。它也可以看成是電介質(zhì)。電介質(zhì)都可以用理想電容電介質(zhì)都可以用理想電容和電阻組成的并聯(lián)電路或和電阻組成的并聯(lián)電路或串聯(lián)電路來(lái)等效。由于電串聯(lián)電路來(lái)等效。由于電介質(zhì)的等效電阻很大，因介質(zhì)的等效電阻很大，因此，并聯(lián)等效電路與電介此，并

31、聯(lián)等效電路與電介質(zhì)的實(shí)際性能相符合。質(zhì)的實(shí)際性能相符合。 西紅柿電特性檢測(cè)系統(tǒng)圖2022-3-736第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 采用新鮮的青（未成熟）、微紅（微成熟）和紅（已成熟）采用新鮮的青（未成熟）、微紅（微成熟）和紅（已成熟）不同成熟度且形狀規(guī)則、大小一致和無(wú)損傷的西紅柿為分析檢不同成熟度且形狀規(guī)則、大小一致和無(wú)損傷的西紅柿為分析檢測(cè)樣品。固定兩電極板間距，實(shí)際檢測(cè)時(shí)需要保持西紅柿的頂測(cè)樣品。固定兩電極板間距，實(shí)際檢測(cè)時(shí)需要保持西紅柿的頂部與上電極板的距離為定值。部與上電極板的距離為定值。西紅柿相對(duì)介電常數(shù)與頻率的關(guān)系西紅柿等效阻抗與頻率的關(guān)系2022

32、-3-737第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 三、利用電特性檢測(cè)茶葉的品質(zhì)三、利用電特性檢測(cè)茶葉的品質(zhì)茶葉的品質(zhì)國(guó)內(nèi)外歷來(lái)都是由評(píng)茶師通過(guò)感官審定的。茶葉的品質(zhì)國(guó)內(nèi)外歷來(lái)都是由評(píng)茶師通過(guò)感官審定的。感官評(píng)定包括干看審評(píng)外形、開(kāi)湯審評(píng)內(nèi)質(zhì)兩個(gè)方面。感官評(píng)定包括干看審評(píng)外形、開(kāi)湯審評(píng)內(nèi)質(zhì)兩個(gè)方面。外形、香氣、湯色、滋味和葉底等外形、香氣、湯色、滋味和葉底等5個(gè)審評(píng)項(xiàng)目。個(gè)審評(píng)項(xiàng)目。正確評(píng)定的難度很大。這種方法既要求評(píng)茶師有豐富的正確評(píng)定的難度很大。這種方法既要求評(píng)茶師有豐富的經(jīng)驗(yàn)和技藝，又要求他們不受主客觀條件的影響。經(jīng)驗(yàn)和技藝，又要求他們不受主客觀條件的影響。在茶葉

33、生產(chǎn)、流通過(guò)程中有一個(gè)嚴(yán)格、公證和統(tǒng)一的標(biāo)在茶葉生產(chǎn)、流通過(guò)程中有一個(gè)嚴(yán)格、公證和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，采用儀器檢測(cè)茶葉的品質(zhì)是有效的手段之一。準(zhǔn)，采用儀器檢測(cè)茶葉的品質(zhì)是有效的手段之一。 2022-3-738第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 以茶葉的電容值（以茶葉的電容值（C 值）和電阻值（值）和電阻值（R 值）兩個(gè)電特值）兩個(gè)電特性作為主要因素，為提高檢測(cè)精度將茶湯電導(dǎo)、干茶容重性作為主要因素，為提高檢測(cè)精度將茶湯電導(dǎo)、干茶容重等物理性狀等作為參考因素，對(duì)茶葉的品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)鑒定等物理性狀等作為參考因素，對(duì)茶葉的品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)鑒定。研究表面，通過(guò)研究表面，通過(guò) 1 1 2

34、2 個(gè)茶葉的電特性參數(shù)來(lái)評(píng)定茶葉品個(gè)茶葉的電特性參數(shù)來(lái)評(píng)定茶葉品質(zhì)的方法是可行的，其中尤其以電容參數(shù)的影響最為明顯。質(zhì)的方法是可行的，其中尤其以電容參數(shù)的影響最為明顯。對(duì)全國(guó)主要的對(duì)全國(guó)主要的7 7套炒青標(biāo)準(zhǔn)樣及杭炒青、平炒青套炒青標(biāo)準(zhǔn)樣及杭炒青、平炒青2 2套生套生產(chǎn)樣的檢測(cè)均反映出一致的規(guī)律性，其中對(duì)原商業(yè)部指定產(chǎn)樣的檢測(cè)均反映出一致的規(guī)律性，其中對(duì)原商業(yè)部指定鑒定用茶樣的檢測(cè)結(jié)果的判斷正確率達(dá)鑒定用茶樣的檢測(cè)結(jié)果的判斷正確率達(dá)94%94%。 2022-3-739第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 四、利用介電常數(shù)檢測(cè)酵母的濃度四、利用介電常數(shù)檢測(cè)酵母的濃度 1

35、 1發(fā)酵過(guò)程的檢測(cè)方法發(fā)酵過(guò)程的檢測(cè)方法 傳統(tǒng)檢測(cè)發(fā)酵液中生物量（生物體積）的方法是離傳統(tǒng)檢測(cè)發(fā)酵液中生物量（生物體積）的方法是離線的，主要有干重法、光密度法和亞甲基藍(lán)染色法等。線的，主要有干重法、光密度法和亞甲基藍(lán)染色法等。u 干重法看成是一種參照方法，因?yàn)橛闷渌椒y(cè)得的生干重法看成是一種參照方法，因?yàn)橛闷渌椒y(cè)得的生物量一般都要與用干重法測(cè)得的數(shù)值相對(duì)照。物量一般都要與用干重法測(cè)得的數(shù)值相對(duì)照。u 光密度法是另一種參照方法，當(dāng)用一定波長(zhǎng)的光線照射發(fā)光密度法是另一種參照方法，當(dāng)用一定波長(zhǎng)的光線照射發(fā)酵液時(shí)，酵母和顆粒狀懸浮物對(duì)光有反射和散射作用酵液時(shí)，酵母和顆粒狀懸浮物對(duì)光有反射和散射作

36、用。u用細(xì)胞計(jì)數(shù)器或用亞甲基藍(lán)染色，然后用顯微鏡觀察計(jì)數(shù)。用細(xì)胞計(jì)數(shù)器或用亞甲基藍(lán)染色，然后用顯微鏡觀察計(jì)數(shù)。 2022-3-740第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 理論依據(jù)是理論依據(jù)是MaxwellMaxwell效應(yīng)效應(yīng)( (或稱為或稱為Maxwell-WagnerMaxwell-Wagner分布分布) )，即發(fā)酵液的介電常數(shù)對(duì)于酵母濃度和測(cè)量頻率的依賴性。即發(fā)酵液的介電常數(shù)對(duì)于酵母濃度和測(cè)量頻率的依賴性。 2 2介電常數(shù)檢測(cè)的理論基礎(chǔ)介電常數(shù)檢測(cè)的理論基礎(chǔ)設(shè)酵母的形狀是球形的，在一定測(cè)量頻率范圍內(nèi)設(shè)酵母的形狀是球形的，在一定測(cè)量頻率范圍內(nèi)(0(0f），發(fā)酵液的

37、相對(duì)介電常數(shù)可表示為：），發(fā)酵液的相對(duì)介電常數(shù)可表示為： 049mfCrPr酵母的平均半徑酵母的平均半徑 m；Cm細(xì)胞膜單位面積的電容細(xì)胞膜單位面積的電容 Fm2；o是真空中的介電常數(shù)是真空中的介電常數(shù) F/m；P體積系數(shù)，所有酵母菌的體積與發(fā)酵液體積的比；體積系數(shù)，所有酵母菌的體積與發(fā)酵液體積的比；2022-3-741第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù)若用水作為培養(yǎng)基，水的相對(duì)介電常數(shù)在若用水作為培養(yǎng)基，水的相對(duì)介電常數(shù)在6060至至8585之間，其之間，其典型值是典型值是7878，隨著溫度和電導(dǎo)率的不同，隨著溫度和電導(dǎo)率的不同，f 會(huì)有所變化。培養(yǎng)會(huì)有所變化。培

38、養(yǎng)基中加入酵母后，其介電常數(shù)會(huì)顯著增加。當(dāng)測(cè)量頻率由高到基中加入酵母后，其介電常數(shù)會(huì)顯著增加。當(dāng)測(cè)量頻率由高到低變化時(shí)，發(fā)酵液的介電常數(shù)會(huì)在培養(yǎng)基的介電常數(shù)基礎(chǔ)上逐低變化時(shí)，發(fā)酵液的介電常數(shù)會(huì)在培養(yǎng)基的介電常數(shù)基礎(chǔ)上逐漸增加。漸增加。 當(dāng)培養(yǎng)基中沒(méi)有酵母時(shí)，即當(dāng)培養(yǎng)基中沒(méi)有酵母時(shí)，即P =0=0，f 因此由于酵母的因此由于酵母的存在所引起的介電常數(shù)的變化為：存在所引起的介電常數(shù)的變化為：f=9PrCm/40，其中，其中f稱為介電常數(shù)增量，它與體積系數(shù)稱為介電常數(shù)增量，它與體積系數(shù)P 成正比。成正比。 049mfCrP2022-3-742第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)

39、技術(shù) 發(fā)酵液的介電常數(shù)和電導(dǎo)率是兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，但要把發(fā)酵液的介電常數(shù)和電導(dǎo)率是兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，但要把它們準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)并非易事，特別是當(dāng)發(fā)酵液的介電常它們準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)并非易事，特別是當(dāng)發(fā)酵液的介電常數(shù)比較高時(shí)更是如此。數(shù)比較高時(shí)更是如此。 發(fā)酵液介電常數(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)示意圖3. 3. 測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介2022-3-743第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 如果在發(fā)酵液中放置一對(duì)電極如果在發(fā)酵液中放置一對(duì)電極( (構(gòu)成了一個(gè)電容器構(gòu)成了一個(gè)電容器) )，設(shè)，設(shè)電極的表面積為電極的表面積為A。距離為。距離為d，則發(fā)酵液的介電常數(shù)，則發(fā)酵液的介電常數(shù)f 與與電極電

40、極電容電容C 之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系： 0ACdfKCf0AdK 或其中：其中：上面的式子中，上面的式子中，d/A定義為電極常數(shù)，其單位為定義為電極常數(shù)，其單位為cm-1，電，電極常數(shù)與電極的形狀和電極尺寸有關(guān)。極常數(shù)與電極的形狀和電極尺寸有關(guān)。f 經(jīng)過(guò)標(biāo)定之后，經(jīng)過(guò)標(biāo)定之后，用來(lái)指示酵母濃度。用來(lái)指示酵母濃度。2022-3-744 電極示意圖電極示意圖第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 電極由工程塑料棒、橡膠密封電極由工程塑料棒、橡膠密封圈、引線和鉑電極組成。為了克服圈、引線和鉑電極組成。為了克服極化電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，電極極化電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，電極

41、用鉑片制作，電極具有同軸圓桶形用鉑片制作，電極具有同軸圓桶形結(jié)構(gòu)，內(nèi)電極的直徑大約為結(jié)構(gòu)，內(nèi)電極的直徑大約為5 5mmmm，外，外電極的直徑大約為電極的直徑大約為1414mmmm。在外電極。在外電極上鉆有許多小孔，一方面使得酵母上鉆有許多小孔，一方面使得酵母容易通過(guò)，另一方面使得內(nèi)、外電容易通過(guò)，另一方面使得內(nèi)、外電極的面積盡量相等。極的面積盡量相等。 特制的電極特制的電極2022-3-745第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第三節(jié) 利用交流電特性的檢測(cè)技術(shù) 4 4麥芽汁的檢測(cè)結(jié)果與分析麥芽汁的檢測(cè)結(jié)果與分析 2022-3-746第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第四節(jié) 電特性檢測(cè)的常用儀器與方法第四

42、節(jié)第四節(jié) 電特性檢測(cè)的常用儀器與方法電特性檢測(cè)的常用儀器與方法1 1食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性檢測(cè)的常用儀器食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性檢測(cè)的常用儀器 電特性的檢測(cè)的主要內(nèi)容包括電阻率、電導(dǎo)率、電容量、電特性的檢測(cè)的主要內(nèi)容包括電阻率、電導(dǎo)率、電容量、介電常數(shù)、磁通量和電流電壓的相位角等項(xiàng)目。食品與農(nóng)產(chǎn)介電常數(shù)、磁通量和電流電壓的相位角等項(xiàng)目。食品與農(nóng)產(chǎn)品的電特性檢測(cè)使用的設(shè)備主要是品的電特性檢測(cè)使用的設(shè)備主要是LCR檢測(cè)儀和電橋等常用檢測(cè)儀和電橋等常用儀器。儀器。 在電特性檢測(cè)中，電極是專用或?qū)ｉT設(shè)計(jì)制造的。電極在電特性檢測(cè)中，電極是專用或?qū)ｉT設(shè)計(jì)制造的。電極的好壞直接影響到檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、重復(fù)性和可靠性。

43、的好壞直接影響到檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、重復(fù)性和可靠性。 2022-3-747第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第四節(jié) 電特性檢測(cè)的常用儀器與方法食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性的檢測(cè)方法主要有食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性的檢測(cè)方法主要有4 4種：切片法，種：切片法，突刺法，接觸法和非接觸法。突刺法，接觸法和非接觸法。 2 2食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性檢測(cè)的常用方法食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性檢測(cè)的常用方法2022-3-748第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第四節(jié) 電特性檢測(cè)的常用儀器與方法 在食品與農(nóng)產(chǎn)品的電特性的檢測(cè)中，被檢測(cè)物體可在食品與農(nóng)產(chǎn)品的電特性的檢測(cè)中，被檢測(cè)物體可以看成是生物體，因此通常使用等效電路來(lái)模擬。以看成是生物體，因此通常使用等效電路來(lái)模擬。2022-3-750第三章 利用電特性的檢測(cè)技術(shù) 第五節(jié) 利用電特性檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例 第五節(jié)第五節(jié) 利用電特性檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例利用電特性檢測(cè)