食品品质无损检测新技术 3

1、2022-5-261第三章第三章 利用电特性的检测技术利用电特性的检测技术 第一节第一节 电特性的主要参数电特性的主要参数 第二节第二节 利用利用静电特性的检测技术静电特性的检测技术 第三节第三节 利用利用交流电特性的检测技术交流电特性的检测技术第四节第四节 电特性检测的常用仪器与方法电特性检测的常用仪器与方法第五节第五节 利用电特性检测的应用实例利用电特性检测的应用实例 2022-5-262第三章 利用电特性的检测技术第一节第一节 电特性的主要参数电特性的主要参数1 1电磁场电磁场2 2电阻与电阻率电阻与电阻率3 3电容与介电常数电容与介电常数4 4阻抗与复电容量阻抗与复电容量5 5介质耗散

2、介质耗散6 6交流特性和松弛交流特性和松弛2022-5-263第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数1. 1. 电磁场电磁场 对于不同波段的电磁波，时常使用波数的概念。波对于不同波段的电磁波，时常使用波数的概念。波数的定义是每厘米长度内出现完整波形的个数，波数数的定义是每厘米长度内出现完整波形的个数，波数与波长的关系如下：与波长的关系如下： 710式中：式中：电磁波的波长，电磁波的波长，n nm； 电磁波的波数电磁波的波数，cm-1。fc 真空中电磁波的波长与频率的关系可用下式表示：真空中电磁波的波长与频率的关系可用下式表示：2022-5-264第三章 利用电特性的检测技术 第

3、一节 电特性的主要参数2. 电阻与电阻率电阻与电阻率 这里电阻这里电阻R 是物体的常数，是物体的常数，而与形状或大小无关的电阻率而与形状或大小无关的电阻率则是物质的常数，同样则是物质的常数，同样的倒数的倒数被称为电导率或电传导度。被称为电导率或电传导度。sdR 如果电阻棒长如果电阻棒长d d，断面积，断面积S S，那么电阻可用下式表示：那么电阻可用下式表示：2022-5-265第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数欧姆定律欧姆定律 电场是产生电流的必要条件，电场是产生电流的必要条件，导体中有电流通过时，导体两导体中有电流通过时，导体两端必定有电位差。我们称导体端必定有电位差。我

4、们称导体两端的电位差为电压。精确的两端的电位差为电压。精确的实验证明，在稳恒条件下，通实验证明，在稳恒条件下，通过一段导体的电流强度和导体过一段导体的电流强度和导体两端的电压成正比，这个结论两端的电压成正比，这个结论叫做欧姆定律。式中的比例系叫做欧姆定律。式中的比例系数数R 由导体的性质确定，叫做由导体的性质确定，叫做导体的电阻。导体的电阻。RUI RIU2022-5-266第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数3.3.电容与介电常数电容与介电常数 一个孤立的带电导体，电量为一个孤立的带电导体，电量为Q，电势为，电势为U，理，理论和实验都可以证明，随着论和实验都可以证明，随着Q

5、 的增加，的增加，U 将成比例将成比例增加，即增加，即Q/U 为一常量，用为一常量，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 称为导体的电容，它的物理意义是使导体的电势提高一称为导体的电容，它的物理意义是使导体的电势提高一个单位所需的电量。电容的单位是法拉，简称法（个单位所需的电量。电容的单位是法拉，简称法（F）。）。2022-5-267第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数平板式电容器平板式电容器 平板式电容器的电容量为：平板式电容器的电容量为：dSUQCr0当两平板之间为真空时当两平板之间为真空时0 0 为为绝对介电常数绝对介电

6、常数 ( (单位：单位：F/m)F/m)d 两电极间的距离，两电极间的距离，m；S 电极的表面积，电极的表面积，m2 2； 物质的相对介电常数。物质的相对介电常数。 r容量真空介质时电容器的电的电容量某种材料介质时电容器=r2022-5-268第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数 的由来的由来库仑定律库仑定律 两个点电荷之间的相互作用力的大小与它们的带电量两个点电荷之间的相互作用力的大小与它们的带电量q1，q2 的乘积成正比，与它们之间距离的乘积成正比，与它们之间距离r 的平方成反比，作用力方的平方成反比，作用力方向沿着它的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。向沿着它的联线，同

7、号电荷相斥，异号电荷相吸。 这里这里k 是比例系数，它的数值由实验确定，在不同的单是比例系数，它的数值由实验确定，在不同的单位制中，位制中，k 将有不同的数值。在国际单位制中，力的单位是将有不同的数值。在国际单位制中，力的单位是牛顿（牛顿（N），长度单位是米（），长度单位是米（m）, ,电量的单位是库仑（电量的单位是库仑（C ），），则则k 8.998.99109Nm2C-2。221rqqkF 041k02022-5-269第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数4. 4. 阻抗与复电容阻抗与复电容 食品与农产品的电特性是介于食品与农产品的电特性是介于导体和绝缘体之间。客观表示它

8、导体和绝缘体之间。客观表示它们的电特性，是将电阻器和电容们的电特性，是将电阻器和电容器串联或并联起来考虑问题。导器串联或并联起来考虑问题。导体中，电是以自由电子的形式出体中，电是以自由电子的形式出现；绝缘体中，占主导地位的却现；绝缘体中，占主导地位的却是约束电荷。通常必须采用两个是约束电荷。通常必须采用两个参数（参数（R R，C ）来描述介于导体与）来描述介于导体与绝缘体之间物质的电特性，以复绝缘体之间物质的电特性，以复数形式来描述物质的电特性。数形式来描述物质的电特性。 阻抗与复电容量2022-5-2610第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数式中：式中： R 电阻电阻；X

9、阻抗阻抗；介电常数介电常数； 介电耗散因素介电耗散因素 。 ciRiXRZ1*dsdsiiCCC0*0*)(RC1012022-5-2611第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数4. 4. 阻抗与复电容阻抗与复电容 另一种表示方法另一种表示方法 其中：其中：22*XRZ)1 ()1 (1220220XRCRXRXCdSC002022-5-2612第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数5. 5. 介质耗散介质耗散 电介质中的极性分子在交变电场作用下极化，分子部分电介质中的极性分子在交变电场作用下极化，分子部分地沿着电场方向定向排列，随着电场方向的变换，使分子间地沿

10、着电场方向定向排列，随着电场方向的变换，使分子间发生碰撞和摩擦。摩擦使部分电能转变为热能，称为发生碰撞和摩擦。摩擦使部分电能转变为热能，称为介质耗介质耗散散。频率愈高，介质放出热愈多。提高电场强度，放出热量。频率愈高，介质放出热愈多。提高电场强度，放出热量也增多。此外，介质耗散还和介质的介电性质有关。也增多。此外，介质耗散还和介质的介电性质有关。 12210tan)9/5(fEQQ 电场消耗的功率，电场消耗的功率，W/cm3 ； f电场频率，电场频率，Hz；E电场强度，电场强度，V/m； 物质的介电常数，物质的介电常数，F/m；tan介质耗散的正切。介质耗散的正切。 2022-5-2613第三

11、章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数6 6交流特性和松弛交流特性和松弛 并联电路两端施加交流电压并联电路两端施加交流电压U，电，电流将分别流过电阻和电容器。流过电阻流将分别流过电阻和电容器。流过电阻的电流的电流IR 以与所施加电压以与所施加电压U 相同的相位相同的相位流过，消耗成为热能流过，消耗成为热能；流过电容器的电流过电容器的电流流IC则以与所施加电压则以与所施加电压U 成成9090的相位的相位流过，以电能形式贮存起来。所以，流流过，以电能形式贮存起来。所以，流过的全部电流过的全部电流I I 是矢量和，是矢量和， 称为相称为相位角，位角， coscos 称为功率因素，称为功率

12、因素， 为耗散角，为耗散角， tantan 称为耗散正切称为耗散正切，它它是所消耗的能量与所蓄积的能量之比。是所消耗的能量与所蓄积的能量之比。 I IICIR电流的矢量和电流的矢量和IU2022-5-2614第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数吸收与松弛吸收与松弛 当频率增大时，由于偶极当频率增大时，由于偶极子取向的速率赶不上频率，子取向的速率赶不上频率，这时这时IC 值较小。因此，复介值较小。因此，复介电常数的实部电常数的实部就随之减少。就随之减少。这种复介电常数随频率减少这种复介电常数随频率减少的变化叫做耗散，而相反的的变化叫做耗散，而相反的增加变化叫做吸收，两者一增加变

13、化叫做吸收，两者一并被称为松弛。并被称为松弛。 2022-5-2615第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数电特性的主要物理量电特性的主要物理量表现内容表现内容物理常量物理常量物质常量物质常量导体的性质导体的性质电阻电阻 R复阻抗复阻抗 Z电阻率电阻率电导率电导率 K绝缘体的性质绝缘体的性质电容量电容量 C复电容量复电容量C介电常数介电常数复介电常数复介电常数2022-5-2616第三章 利用电特性的检测技术 第一节 电特性的主要参数电特性的测量方法的分类电特性的测量方法的分类 测定物料电特性的难度较大，一般可分成非破坏性和测定物料电特性的难度较大，一般可分成非破坏性和破坏性两

14、种方法，非破坏性（无损）的难度更大。破坏性两种方法，非破坏性（无损）的难度更大。 破坏性检测方法有切片法和突刺法，切片是将被测样破坏性检测方法有切片法和突刺法，切片是将被测样品加工成规则形状后，再放入平行平板电极间测定，品加工成规则形状后，再放入平行平板电极间测定，突刺法采用探针电极刺入被测样品内进行测定。突刺法采用探针电极刺入被测样品内进行测定。 无损检测方法分为接触式和非接触式，接触式是将被无损检测方法分为接触式和非接触式，接触式是将被测样品直接放入平行平板电极，非接触式是将被测测样品直接放入平行平板电极，非接触式是将被测物放入一组平行平板电极间且浸入水槽中测定。物放入一组平行平板电极间且

15、浸入水槽中测定。2022-5-2617第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 第二节第二节 利用静电特性的检测技术利用静电特性的检测技术一、利用作物生理电阻检测需水信息一、利用作物生理电阻检测需水信息1 1植物生理电阻植物生理电阻 干旱缺水植株体液浓度干旱缺水植株体液浓度增高，反映在导电率增高，增高，反映在导电率增高，电阻下降，因而可以在植电阻下降，因而可以在植物茎杆上插入两根金属针，物茎杆上插入两根金属针，测量两电极间的生理电阻，测量两电极间的生理电阻，用电阻值的变化反映植株用电阻值的变化反映植株亏水程度。亏水程度。2022-5-2618第三章 利用电特性的检测技术 第

16、二节 利用静电特性的检测技术 套针式传感器的结构套针式传感器的结构如图所示，不锈钢针如图所示，不锈钢针( (正正极极) )被细塑料管或环氧树被细塑料管或环氧树脂包裹绝缘，装在不锈脂包裹绝缘，装在不锈钢套针中钢套针中( (负极负极) )，再用，再用环氧树脂牢固地锚嵌在环氧树脂牢固地锚嵌在尼龙手柄中，接出正负尼龙手柄中，接出正负两根导线与电阻表连接两根导线与电阻表连接构成通路，测量出针尖构成通路，测量出针尖点的植物生理电阻值。点的植物生理电阻值。 2 2套针式点电阻传感器套针式点电阻传感器2022-5-2619第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 叶子中的有机化合物沿着茎叶

17、子中的有机化合物沿着茎的韧皮部筛管向下输送至根部，的韧皮部筛管向下输送至根部，液流不仅沿管道上下移动，也液流不仅沿管道上下移动，也穿过维管束系统的薄壁组织进穿过维管束系统的薄壁组织进行横向的运动。因此植株茎杆行横向的运动。因此植株茎杆横切面上细胞液浓度有差别。横切面上细胞液浓度有差别。茎杆横截面生理电阻分布，表茎杆横截面生理电阻分布，表现出中心浓度低现出中心浓度低( (电阻大电阻大) )，周，周边浓度高边浓度高( (电阻小电阻小) )，图中，图中a 的的变差较小。变差较小。b 的变差较大。的变差较大。 3 3横截面生理电阻分布横截面生理电阻分布2022-5-2620第三章 利用电特性的检测技术

18、 第二节 利用静电特性的检测技术 茎节位置茎节位置1 12 23 34 45 5A A 株株38383838383848484848B B 株株46464646464645455555C C 株株48484444464655558585平平 均均444443434343494963634 4植物纵向生理电阻分布植物纵向生理电阻分布 从植株茎杆水势讲，玉米杆基部比梢部更具负值从植株茎杆水势讲，玉米杆基部比梢部更具负值( (吸力吸力) )，每，每高高l lm要损耗要损耗0.30.30.40.4l0l05 5 Pa的势差。反映在植株生理电阻情的势差。反映在植株生理电阻情况是下基部汁液浓度高，电阻小，

19、顶部汁液浓度低，电阻大。况是下基部汁液浓度高，电阻小，顶部汁液浓度低，电阻大。 2022-5-2621第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 土壤含水量的高或土壤含水量的高或低，在植物生理电阻低，在植物生理电阻上有反映，土壤干旱上有反映，土壤干旱时，根系吸水困难，时，根系吸水困难，植株体细胞液浓度高，植株体细胞液浓度高，生理电阻小，土壤水生理电阻小，土壤水分充足时，植株不缺分充足时，植株不缺水。细胞液浓度低，水。细胞液浓度低，生理电阻大。生理电阻大。 5 5生理电阻与土壤含水量生理电阻与土壤含水量2022-5-2622第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检

20、测技术 6 6生理电阻与叶面蒸腾生理电阻与叶面蒸腾 生理电阻与叶面蒸腾速率的关系叶面蒸发速度 Z/（g/m2h）生理电阻 R/k 植株根系从土壤中植株根系从土壤中吸收水分，再通过叶吸收水分，再通过叶面蒸腾回到大气中去，面蒸腾回到大气中去，如果蒸腾量如果蒸腾量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亏缺值。映了水分亏缺值。2022-5-2623第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 二、利用生物电特性鉴别受精蛋二、利用生物电特性鉴别受精蛋 它包括电极、鸡蛋夹它包括电极、鸡蛋夹紧装置、放大器、紧装置、放大器、A/D采采集器、计算机和监控示集器、计算机和

21、监控示波器等。电极从蛋壳外波器等。电极从蛋壳外采集的电信号送入放大采集的电信号送入放大器后分成两路，一路接器后分成两路，一路接示波器，一路接示波器，一路接A/D采集采集器。采样后数据送入器。采样后数据送入PCPC机，供处理分析用。机，供处理分析用。鸡蛋生物电检测系统图1 1鸡蛋生物电测试系统鸡蛋生物电测试系统 2022-5-2624第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 2 2鸡蛋生物电信号的测试及分析鸡蛋生物电信号的测试及分析 2022-5-2625第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 1 1电阻式土壤水分传感器的结构电阻式土壤水分传感器的结构

22、土壤通常是导电的，其电土壤通常是导电的，其电阻率随着含水率的变化而变化。阻率随着含水率的变化而变化。电阻式土壤水分传感器就是基电阻式土壤水分传感器就是基于这种原理进行检测的。传感于这种原理进行检测的。传感器的结构如图所示器的结构如图所示 。传感器的结构传感器的结构1-1-电极引线；电极引线；2-2-内电极；内电极；3-3-外电极；外电极；4-4-石膏体石膏体三、利用电阻检测土壤含水率三、利用电阻检测土壤含水率 2022-5-2626第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 2 2电阻与土壤含水率的关系电阻与土壤含水率的关系 对石膏体而言，水势与其含水率与检测电极间的电阻之间

23、对石膏体而言，水势与其含水率与检测电极间的电阻之间有一一对应的函数关系，这种关系不随土壤的质地、种类的有一一对应的函数关系，这种关系不随土壤的质地、种类的不同而不同。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，% %； 土壤饱和含水率，土壤饱和含水率，% %； sa、b、A、m、n 实验常数。实验常数。 2022-5-2627第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 四、种子静电清选分级装置四、种子静电清选分级装置 种子生理研究表明，种子种子生理研究表明，种子的电特性（如膜电阻、介电的电特性（如膜电阻、介电常数等）与其

24、活力相关。活常数等）与其活力相关。活力高的种子，膜电阻大、介力高的种子，膜电阻大、介电常数小；活力低的种子，电常数小；活力低的种子，膜电阻小、介电常数大。基膜电阻小、介电常数大。基于上述原因，可以借助电场于上述原因，可以借助电场力来实现按种子活力大小进力来实现按种子活力大小进行清选分级，静电分选就是行清选分级，静电分选就是其中的一种。其中的一种。 图3-19 复合式静电选种机结构原理1-机架；2-筛箱；3-集种箱；4-负电极；5-风机；6-沉降室；7-滑板；8-滚筒；9-升运管；10-料斗2022-5-2628第三章 利用电特性的检测技术 第二节 利用静电特性的检测技术 种子在滚筒上所受的力有

25、：种子在滚筒上所受的力有：离心力离心力F、重力、重力P、摩擦力、摩擦力Ft、支承力、支承力N 和电场力和电场力Fe。当种子所受各力处于平衡状当种子所受各力处于平衡状态时，上述各力的矢量和为态时，上述各力的矢量和为零，即：零，即： 0etFNFPF)arccos(2mgFmRe2022-5-2629第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术第三节第三节 利用交流电特性的检测技术利用交流电特性的检测技术 一、利用谷物的电特性检测含水率一、利用谷物的电特性检测含水率 谷物的电特性主要包括电阻特性和电容特性。其主要与谷物的电特性主要包括电阻特性和电容特性。其主要与含水率、品种和测试

26、频率等因素有关。干燥状态下的谷物，含水率、品种和测试频率等因素有关。干燥状态下的谷物，像电介质一样，其电阻值高达像电介质一样，其电阻值高达10108 8以上，而潮湿时，却像以上，而潮湿时，却像导体或半导体一样。因此，这就决定了谷物既有电阻特性导体或半导体一样。因此，这就决定了谷物既有电阻特性又有电容特性。根据谷物的结构和生物膜电特性研究成果，又有电容特性。根据谷物的结构和生物膜电特性研究成果，RC 并联电路可作为谷物的等效电路并联电路可作为谷物的等效电路。2022-5-2630第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 谷物的电特性研究常采谷物的电特性研究常采用交流电测定法

27、测定谷物用交流电测定法测定谷物的电阻率和介电常数，因的电阻率和介电常数，因为这两个参数的实用价值为这两个参数的实用价值较大。较大。 BCABACUUUCRHIII第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 )cos(cos222BCBCACBCACHUUUUURRcos22)sin(22BCACBCACHBCUUUUfRUCcos2sinarcsin22BCACBCACBCUUUUULSRSCL0ftg021R谷物的电阻，谷物的电阻，；C谷物的电容，谷物的电容，F；谷物的介电耗散角；谷物的介电耗散角； f 测试频率，测试频率，HzHz； 电阻率，电阻率，mm2/m； 介电常

28、数，介电常数，F/m；S 容器截面积，容器截面积，mm2；L 电极距离，电极距离，m； tan 介电耗散正切。介电耗散正切。2022-5-2632第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 ， 谷物的电阻率主要与其含水率和测试频率有关。谷物的谷物的电阻率主要与其含水率和测试频率有关。谷物的电阻率与其含水率的关系如下：电阻率与其含水率的关系如下：Caln式中：式中：a、C分别为实验常数，由被测谷物的品种、容重、测试分别为实验常数，由被测谷物的品种、容重、测试频率，环境的温度和湿度等因素决定，其值通过实验确定。频率，环境的温度和湿度等因素决定，其值通过实验确定。 结论结论：谷物

29、的电阻随其含水率的增加以指数形式减少。：谷物的电阻随其含水率的增加以指数形式减少。 原因原因：谷物是生命体，含水率低时，细胞中的原生质呈凝胶：谷物是生命体，含水率低时，细胞中的原生质呈凝胶状态，离子运动十分缓慢，生理活动极其微弱，因此细胞电状态，离子运动十分缓慢，生理活动极其微弱，因此细胞电阻很大，谷物的宏观电阻率也很大；随着谷物含水率的增加，阻很大，谷物的宏观电阻率也很大；随着谷物含水率的增加，细胞水势急剧上升，代谢加快，细胞中的离子运动迅速增大，细胞水势急剧上升，代谢加快，细胞中的离子运动迅速增大，降低了细胞的电阻，宏观电阻率也随之迅速下降。降低了细胞的电阻，宏观电阻率也随之迅速下降。1

30、exp()ab 谷物的介电常数与其含水率的关系如下：谷物的介电常数与其含水率的关系如下：n利用谷物的电特性进行品质检测n介电常数测量技术n电特性检测内部品质n电特性进行谷物干燥谷物电特性检测的应用谷物电特性检测的应用2022-5-2635第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 二、利用西红柿的电特性无损检测成熟度二、利用西红柿的电特性无损检测成熟度 西红柿属于生物体，故西红柿属于生物体，故它也可以看成是电介质。它也可以看成是电介质。电介质都可以用理想电容电介质都可以用理想电容和电阻组成的并联电路或和电阻组成的并联电路或串联电路来等效。由于电串联电路来等效。由于电介质的等

31、效电阻很大，因介质的等效电阻很大，因此，并联等效电路与电介此，并联等效电路与电介质的实际性能相符合。质的实际性能相符合。 西红柿电特性检测系统图2022-5-2636第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 采用新鲜的青（未成熟）、微红（微成熟）和红（已成熟）采用新鲜的青（未成熟）、微红（微成熟）和红（已成熟）不同成熟度且形状规则、大小一致和无损伤的西红柿为分析检不同成熟度且形状规则、大小一致和无损伤的西红柿为分析检测样品。固定两电极板间距，实际检测时需要保持西红柿的顶测样品。固定两电极板间距，实际检测时需要保持西红柿的顶部与上电极板的距离为定值。部与上电极板的距离为定值

32、。西红柿相对介电常数与频率的关系西红柿等效阻抗与频率的关系2022-5-2637第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 三、利用电特性检测茶叶的品质三、利用电特性检测茶叶的品质茶叶的品质国内外历来都是由评茶师通过感官审定的。茶叶的品质国内外历来都是由评茶师通过感官审定的。感官评定包括干看审评外形、开汤审评内质两个方面。感官评定包括干看审评外形、开汤审评内质两个方面。外形、香气、汤色、滋味和叶底等外形、香气、汤色、滋味和叶底等5个审评项目。个审评项目。正确评定的难度很大。这种方法既要求评茶师有丰富的正确评定的难度很大。这种方法既要求评茶师有丰富的经验和技艺，又要求他们不受

33、主客观条件的影响。经验和技艺，又要求他们不受主客观条件的影响。在茶叶生产、流通过程中有一个严格、公证和统一的标在茶叶生产、流通过程中有一个严格、公证和统一的标准，采用仪器检测茶叶的品质是有效的手段之一。准，采用仪器检测茶叶的品质是有效的手段之一。 2022-5-2638第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 以茶叶的电容值（以茶叶的电容值（C 值）和电阻值（值）和电阻值（R 值）两个电特值）两个电特性作为主要因素，为提高检测精度将茶汤电导、干茶容重性作为主要因素，为提高检测精度将茶汤电导、干茶容重等物理性状等作为参考因素，对茶叶的品质进行检测鉴定等物理性状等作为参考因素

34、，对茶叶的品质进行检测鉴定。研究表面，通过研究表面，通过 1 1 2 2 个茶叶的电特性参数来评定茶叶品个茶叶的电特性参数来评定茶叶品质的方法是可行的，其中尤其以电容参数的影响最为明显。质的方法是可行的，其中尤其以电容参数的影响最为明显。对全国主要的对全国主要的7 7套炒青标准样及杭炒青、平炒青套炒青标准样及杭炒青、平炒青2 2套生套生产样的检测均反映出一致的规律性，其中对原商业部指定产样的检测均反映出一致的规律性，其中对原商业部指定鉴定用茶样的检测结果的判断正确率达鉴定用茶样的检测结果的判断正确率达94%94%。 2022-5-2639第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检

35、测技术 四、利用介电常数检测酵母的浓度四、利用介电常数检测酵母的浓度 1 1发酵过程的检测方法发酵过程的检测方法 传统检测发酵液中生物量（生物体积）的方法是离传统检测发酵液中生物量（生物体积）的方法是离线的，主要有干重法、光密度法和亚甲基蓝染色法等。线的，主要有干重法、光密度法和亚甲基蓝染色法等。u 干重法看成是一种参照方法，因为用其他方法测得的生干重法看成是一种参照方法，因为用其他方法测得的生物量一般都要与用干重法测得的数值相对照。物量一般都要与用干重法测得的数值相对照。u 光密度法是另一种参照方法，当用一定波长的光线照射发光密度法是另一种参照方法，当用一定波长的光线照射发酵液时，酵母和颗粒

36、状悬浮物对光有反射和散射作用酵液时，酵母和颗粒状悬浮物对光有反射和散射作用。u用细胞计数器或用亚甲基蓝染色，然后用显微镜观察计数。用细胞计数器或用亚甲基蓝染色，然后用显微镜观察计数。 2022-5-2640第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 理论依据是理论依据是MaxwellMaxwell效应效应( (或称为或称为Maxwell-WagnerMaxwell-Wagner分布分布) )，即发酵液的介电常数对于酵母浓度和测量频率的依赖性。即发酵液的介电常数对于酵母浓度和测量频率的依赖性。 2 2介电常数检测的理论基础介电常数检测的理论基础设酵母的形状是球形的，在一定测量

37、频率范围内设酵母的形状是球形的，在一定测量频率范围内(0(0f），发酵液的相对介电常数可表示为：），发酵液的相对介电常数可表示为： 049mfCrPr酵母的平均半径酵母的平均半径 m；Cm细胞膜单位面积的电容细胞膜单位面积的电容 Fm2；o是真空中的介电常数是真空中的介电常数 F/m；P体积系数，所有酵母菌的体积与发酵液体积的比；体积系数，所有酵母菌的体积与发酵液体积的比；2022-5-2641第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术若用水作为培养基，水的相对介电常数在若用水作为培养基，水的相对介电常数在6060至至8585之间，其之间，其典型值是典型值是7878，随着温

38、度和电导率的不同，随着温度和电导率的不同，f 会有所变化。培养会有所变化。培养基中加入酵母后，其介电常数会显著增加。当测量频率由高到基中加入酵母后，其介电常数会显著增加。当测量频率由高到低变化时，发酵液的介电常数会在培养基的介电常数基础上逐低变化时，发酵液的介电常数会在培养基的介电常数基础上逐渐增加。渐增加。 当培养基中没有酵母时，即当培养基中没有酵母时，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电常数的变化为：存在所引起的介电常数的变化为：f=9PrCm/40，其中，其中f称为介电常数增量，它与体积系数称为介电常数增量，它与体积系数P 成正比。成正比。 049mfCrP2

39、022-5-2642第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 发酵液的介电常数和电导率是两个独立的参数，但要把发酵液的介电常数和电导率是两个独立的参数，但要把它们准确地测量出来并非易事，特别是当发酵液的介电常它们准确地测量出来并非易事，特别是当发酵液的介电常数比较高时更是如此。数比较高时更是如此。 发酵液介电常数的检测系统示意图3. 3. 测量系统简介测量系统简介2022-5-2643第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 如果在发酵液中放置一对电极如果在发酵液中放置一对电极( (构成了一个电容器构成了一个电容器) )，设，设电极的表面积为电极的表

40、面积为A。距离为。距离为d，则发酵液的介电常数，则发酵液的介电常数f 与与电极电极电容电容C 之间有如下关系：之间有如下关系： 0ACdfKCf0AdK 或其中：其中：上面的式子中，上面的式子中，d/A定义为电极常数，其单位为定义为电极常数，其单位为cm-1，电，电极常数与电极的形状和电极尺寸有关。极常数与电极的形状和电极尺寸有关。f 经过标定之后，经过标定之后，用来指示酵母浓度。用来指示酵母浓度。2022-5-2644 电极示意图电极示意图第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 电极由工程塑料棒、橡胶密封电极由工程塑料棒、橡胶密封圈、引线和铂电极组成。为了克服圈、引线

41、和铂电极组成。为了克服极化电压对测量结果的影响，电极极化电压对测量结果的影响，电极用铂片制作，电极具有同轴圆桶形用铂片制作，电极具有同轴圆桶形结构，内电极的直径大约为结构，内电极的直径大约为5 5mmmm，外，外电极的直径大约为电极的直径大约为1414mmmm。在外电极。在外电极上钻有许多小孔，一方面使得酵母上钻有许多小孔，一方面使得酵母容易通过，另一方面使得内、外电容易通过，另一方面使得内、外电极的面积尽量相等。极的面积尽量相等。 特制的电极特制的电极2022-5-2645第三章 利用电特性的检测技术 第三节 利用交流电特性的检测技术 4 4麦芽汁的检测结果与分析麦芽汁的检测结果与分析 20

42、22-5-2646第三章 利用电特性的检测技术 第四节 电特性检测的常用仪器与方法第四节第四节 电特性检测的常用仪器与方法电特性检测的常用仪器与方法1 1食品与农产品电特性检测的常用仪器食品与农产品电特性检测的常用仪器 电特性的检测的主要内容包括电阻率、电导率、电容量、电特性的检测的主要内容包括电阻率、电导率、电容量、介电常数、磁通量和电流电压的相位角等项目。食品与农产介电常数、磁通量和电流电压的相位角等项目。食品与农产品的电特性检测使用的设备主要是品的电特性检测使用的设备主要是LCR检测仪和电桥等常用检测仪和电桥等常用仪器。仪器。 在电特性检测中，电极是专用或专门设计制造的。电极在电特性检测

43、中，电极是专用或专门设计制造的。电极的好坏直接影响到检测数据的准确性、重复性和可靠性。的好坏直接影响到检测数据的准确性、重复性和可靠性。 2022-5-2647第三章 利用电特性的检测技术 第四节 电特性检测的常用仪器与方法食品与农产品电特性的检测方法主要有食品与农产品电特性的检测方法主要有4 4种：切片法，种：切片法，突刺法，接触法和非接触法。突刺法，接触法和非接触法。 2 2食品与农产品电特性检测的常用方法食品与农产品电特性检测的常用方法2022-5-2648第三章 利用电特性的检测技术 第四节 电特性检测的常用仪器与方法 在食品与农产品的电特性的检测中，被检测物体可在食品与农产品的电特性的检测中，被检测物体可以看成是生物体，因此通常使用等效电路来模拟。以看成是生物体，因此通常使用等效电路来模拟。2022-5-2650第三章 利用电特性的检测技术 第五节 利用电特性检测的应用实例 第五节第五节 利用电特性检测的应用实例利用电特性