基于珀尔帖效应的食品水分活度检测技术研究

论文摘要

食源性疾病是食品安全问题之一，是危害公众健康的重要因素。摄入变质食品是引起食源性疾病最普遍的病因，而微生物污染食品是食品变质的最重要因素。水分是微生物生长必须依赖的因素之一，水分活度反映了食品中水分能够被微生物利用的程度，是食品质量控制的一个重要指标，也是食品安全的重要控制参数。在一定条件下，控制住食品的水分活度，也就意味着控制住食品中微生物的生长，防止食品发生变质。对于食品水分活度的测定，国家标准推荐的方法是康卫氏皿扩散法和水分活度仪扩散法。本课题来源于河南省重点科技攻关项目(102102210124)《农产品(食品)水分活度智能检测仪》，从露点—平衡相对湿度—水分活度之间的对应关系出发，应用冷凝露点法检测原理，研究基于珀尔帖效应的食品水分活度快速检测装置的设计方案。该装置以32位新型微控制器作为检测系统的控制核心，采用铂电阻作为温度检测传感器，利用半导体制冷器件作为降温元件，运用积分项改进的数字PID智能控制算法，实现了食品水分活度的快速检测及数据显示。本课题的主要工作如下：(1)研究测控系统模块的硬件电路构成，包括微控制器模块、温度测控模块、结露状态检测模块和人机界面模块。(2)结合电桥测温原理，研究半导体制冷器件的温度精准控制的实现方法，保证露点温度检测精度满足食品水分活度检测的要求。(3)研究光电检测技术在结露状态判断过程中的应用，通过实验发现结露变化引起的检测电路对应电压值的变化规律。(4)根据冷凝露点法测量原理，设计以微控制器LPC1114为核心的测控系统软件，包括微控制器初始化程序、人机界面程序、温度测控程序和积分项改进的数字PID控制算法。本课题试制了食品水分活度检测的原理性装置，并进行了食品水分活度检测的相关实验。实验结果表明，本装置可以在5~10分钟内实现食品水分活度的快速检测功能，温度测控精度可达0.1℃，水分活度值检测数据稳定，具有较好的重复性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 食品安全问题
• 1.1.2 食品水分活度的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第二章 食品水活度仪的技术原理
• 2.1 珀尔帖效应
• 2.1.1 珀尔帖效应的原理
• 2.1.2 半导体制冷
• 2.2 水分活度
• 2.2.1 水分活度的定义
• 2.2.2 水分活度（Aw）与平衡相对湿度（ERH）的关系
• 2.2.3 水分活度与露点的关系
• 2.3 冷凝露点法的实现方案及关键技术
• 2.3.1 冷凝露点法的实现方案
• 2.3.2 冷凝露点法的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 食品水活度仪系统结构
• 3.1 系统硬件结构框图
• 3.2 微控制器模块
• 3.2.1 微控制器 LPC1114
• 3.2.2 A/D 转换模块
• 3.2.2.1 A/D 转换模块工作过程
• 3.2.2.2 A/D 转换模块的技术指标
• 3.3 温度测控模块
• 3.3.1 半导体制冷模块
• 3.3.2 温度检测模块
• 3.3.2.1 温度传感器
• 3.3.2.2 温度检测信号的放大
• 3.4 结露状态检测模块
• 3.5 人机界面模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 食品水活度仪系统软件设计
• 4.1 系统总体软件设计
• 4.1.1 系统总体流程图
• 4.1.2 微控制器初始化程序
• 4.1.3 温度检测程序
• 4.1.4 人机界面程序
• 4.2 温度控制算法
• 4.2.1 数字 PID 控制算法
• 4.2.2 数字 PID 控制算法的改进
• 4.2.2.1 数字 PID 控制算法参数分析
• 4.2.2.2 积分项改进方法
• 4.3 本章小结
• 第五章 原理性检测装置及实验
• 5.1 原理性检测装置
• 5.2 水分活度检测相关实验
• 5.2.1 温度测控模块实验
• 5.2.2 结露状态检测模块实验
• 5.2.3 水分活度检测实验
• 5.3 误差分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 1：系统电气原理图
• 附录 2：Pt100 分度表
• 50℃）'>附录 3：纯水的饱和蒸汽压（0℃⁵0℃）
• 个人简历、在学习期间的研究成果及发表的学术论文