红外辅助冷冻干燥装置的开发

摘要

真空冷冻干燥因其干燥产品质量优异，脱水彻底，质量轻等优点具有不可替代的作用，但干燥速率慢、能源消耗大等缺点成为制约其进一步发展的瓶颈。针对这一现状，本文研究并开发了一套红外辅助冷冻干燥装置用于提高冷冻干燥的干燥速率。该装置通过对冷冻干燥机的再开发，加入了红外辅助干燥并开发了一套自动控制系统，在提高冷冻干燥速率的同时达到以较高精度自动控制冷冻干燥实验过程的目的。
　　该装置在硬件方面加入了红外灯管、硅胶加热板等加热器件和数据采集卡、可控硅调压模块、温控仪表、继电器等控制元件。过程控制系统由数据采集系统、反馈控制系统、可控硅调压系统、仪表温控系统组成，可以实现在线测量并记录物料的温度和质量、改变干燥室内的冷冻温度、控制红外灯管的加热功率以及调节加热板的加热温度等功能。
　　上位机软件以labVIEW2010为开发平台，通过运用VISA节点与下位机进行通信，可以实现接收测量数据并绘制曲线、数据保存与历史数据查询、加热器件的加热温度和时间设置、压缩机和真空泵的开关设置等操作功能。
　　本文以该装置为实验平台，对马铃薯的红外冷冻干燥过程进行了搁板加热温度为30℃、红外加热功率为100W的实验研究，结果表明以红外辅助冷冻干燥可以提高干燥速率，缩短干燥时间。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的来源及意义

1．2 基本原理和特点

1．2．1 真空冷冻干燥的原理

1．2．2 真空冷冻干燥的特点

1．2．3 真空冷冻干燥的基本过程

1．2．3 红外辐射简介

1．2．4 红外辐射的基本概念

1．2．5 红外线的特性

1．2．6 红外辐射干燥的优点

1．2．7 红外线辐射干燥的过程

1．3 研究现状分析与综述

1．3．1 微波辅助真空冷冻干燥的国内外研究进展

1．3．2 真空冷冻干燥与其他干燥方式联合干燥的国内外研究进展

1．3．3 变温变压对真空冷冻干燥的影响国内外研究现状

1．3．4 前处理对真空冷冻干燥的影响国内外研究现状

1．3．5 发展趋势

1．4 论文的主要内容

2 实验装置的分析与开发方案

2．1 原有冷冻干燥装置系统分析

2．2 实验装置开发的技术方案

2．2．1 系统目标

2．2．2 总体方案设计

2．3 实验装置部分硬件构成及工作原理

2．3．1 红外灯管

2．3．2 硅胶加热板

2．3．3 实验装置整体结构图

3 控制系统的设计与开发

3．1 干燥控制系统的基本原理

3．1．1 干燥控制系统概述

3．1．2 控制系统的工作原理及其组成

3．1．3 闭环控制系统的组成

3．1．4 干燥对控制系统的基本要求

3．1．5 干燥控制系统中的基本量

3．2 技术方案

3．2．1 系统目标

3．2．2 总体方案设计

3．2．3 具体功能实现

3．3 系统构成

3．4 数据采集系统

3．4．1 数据采集的基本原理

3．4．2 数据采集技术的分类

3．4．3 采集系统的基本要求

3．4．4 采集方式

3．4．5 采集系统的选择与设计方案

3．5 反馈控制系统

3．5．1 反馈控制系统的基本原理

3．5．2 反馈控制系统的设计方案

3．6 可控硅调压系统

3．6．1 可控硅简介

3．6．2 可控硅调压系统的设计方案

3．7 仪表温控系统

3．7．1 仪表温控系统的设计方案

3．8 控制元器件简介及工作原理

3．8．1 数据采集卡

3．8．2 可控硅调压模块

3．8．3 温控仪表

3．8．4 继电器

3．8．5 温度传感器和变送器

3．8．6 称重传感器和变送器

3．9 控制系统整体实物图

4 软件的开发及应用

4．1 软件整体设计

4．2 开发平台选择

4．3 上位机界面

4．4 基于LabVIEW的数据通信

4．5 具体功能应用举例

4．5．1 温度曲线和质量曲线的显示

4．5．2 功率调节和温度调节

4．5．3 其他参数的设置

4．6 系统的安全措施

5 应用结果及分析

5．1 实验材料与实验方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．1．3 实验准备工作

5．1．4 实验步骤

5．2 实验结果与分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢