农业物料的电特性.ppt
第九章 农业物料的电特性,一、基本概念,电阻：,电阻率：（比电阻）,电导率：,R电阻（）电阻率（m）L导体长度（m）A导体横截面积（m2）m电子质量（kg）e电荷（C）N单位体积内的电子数t两次碰撞间电子平均自由飞行时间（s）G电导（S）电导率（S/m）,农业物料的电阻、电导与具体物料、物料特性有关，如尺寸、形状等农业物料的电阻率、电导率与具体物料无关，是反映物料导电性能的物理量，仅与物料特性、温度、含水率等有关电阻率、电导率特性主要应用于加热、干燥、水分测定、质量检测与控制等方面,电导：,一、基本概念,电介质极化：,导体,介电体：电子不能自由移动，一般不导电,电子导体：自由电子运动,离子导体：离子定向运动,无电场时,直流电导率在低频下起主导作用交流电导率在高频下起主导作用,一、基本概念,电介质在电场中：,在平行板电容器中充满极化率e 的介质,E减弱,由自由电荷激发的场强,由束缚电荷产生的场强,极板间,（电阻率 10cm=0.1m）,一、基本概念,f频率（Hz）0大气介电常数，8.85410-12F/m”r介电损耗因数*r复数相对介电常数r相对介电常数物料实际介电常数tg介质损耗角正切介质损耗角C以某种材质为介质的电容器电容C0以真空为介质的电容器电容,介电常数表示物料可能贮存的电场能量，反映物料提高电容器电容量的能力，无量纲量。空气1，水80。,介电常数：,交流电场中：,一、基本概念,相对介质损耗因数反映电介质在交流电场中可能损耗的能量反映微波加热速度介质损耗角正切反映能量损耗,功率因数：cos，PF低损耗介质：用 tg 代替 cos高损耗介质：,一、基本概念,介质损耗：介质在电场作用下发热而消耗的能量,P吸收能量（W）V有效电压（V）I有效电流（A）C电容（F）A电容器平板面积（cm2）d电容器平板间距（cm）,静电特性：,库仑定律,一、基本概念,生物电：生物体中组织与细胞生命活动引起的电位变化 静息电位（膜电位）：组织细胞安静状态下存在于膜两侧的电位差。膜外电位为正，膜内电位为负。动作电位：细胞受刺激，静息电位发生电位变化，这种电位变化称为动作电位。植物损伤电位差：正常部位与损伤部位间存在电位差，电位差大小与检测点距离、受损时间有关。植物刺激电位差：受机械、物理、化学等刺激产生的电位差，与刺激强度有关。植物光照电位差：光照部位与未光照部位间、叶绿素含量不同部位间存在电位差，与光照时间、强度等有关。,应用：鸡蛋受精卵的检测 种子发芽势的检测 心电图、脑电图等 生物发光、发电等,二、农业物料的介电特性,介电常数、介质损耗因数、介质损耗角正切农业物料的介电特性受电场频率、物料密度、含水率、环境温湿度等的影响,二、农业物料的介电特性,电场频率对介电特性的的影响,物料含水率、温度较低时所得变化规律含水率、温度变化的影响不计,含水率对介电特性的影响,物料中水分不同存在形式对能量吸收的影响结合水：吸收能量少自由水：吸收能量多含水率低，物料中水分多为结合水，吸收能量少，损耗因数变化小温度的影响低于冷冻温度时：介电常数、介质损耗因数较小高于冷冻温度时：,吸湿性材料：T，”r,非吸湿性材料：T,高频，”r 微波，”r,温度对介电特性的的影响,（3GHz）,温度对介电特性的的影响,温度对介电特性的的影响,密度对介电特性的影响,农业物料的介电特性参数,西林电桥法：适用于1-107Hz范围的测量,三、农业物料介电特性的测定,当tg0.1时，,1-107Hz 电桥法 104-108Hz 谐振法108-1011Hz 驻波法 1011-1017Hz 行波法,谐振法（Q表法）：适用于104-108Hz范围的测量,三、农业物料介电特性的测定,谐振电流,测定方法：测定放置物料前后的谐振电路的Q、C值，计算相关参数,Transmission line method,Coaxial probe method,Cavity perturbation method,Free space transmission method,电阻率的测定：正常组织有阻抗，阻抗随频率而变：低频下高阻抗，高频下低阻抗（1MHz时的阻抗接近零）死亡组织无阻抗，阻抗不随频率而变利用低频、高频下的阻抗比值判别物料的受损情况,四、农业物料电特性的应用,用于物料含水率的测定、加热、干燥、质量控制、电处理等方面含水率的测定：电阻法电容法微波法介电特性,四、农业物料电特性的应用,介质加热与干燥（介质损耗原理）：高频加热：1-150MHz超高频（微波）加热：915-2450MHz介电加热的特点：加热均匀（体积热效应）加热速度快（物料含水率，吸收能量，温升速率，脱水速率，防止出现焦化、爆裂等现象）能源利用率高过程控制迅速（可进行时间、能量调控）选择性加热（温度升高，物料吸收能力提高，防止热击穿）提高产品质量（表面过热、结壳现象少，品质高）有其它物化效应（膨化、变性）联合干燥：对流干燥+介电加热干燥,四、农业物料电特性的应用,农业物料质量评定与控制：玉米粒的热损伤：电容、直流电阻种子冻伤：电容、电阻、电导率，受伤组织在低频、高频下的阻抗比随时间而减小正常组织具有阻抗，死亡组织阻抗为零；正常组织在低频下有高阻抗，在高频下有低阻抗，即正常组织的阻抗随频率而变，而死亡组织的阻抗不随频率而变纤维长度的测定蛋类质量,四、农业物料电特性的应用,农业物料的分离（选种）：物料受极化后的电荷量与物料和输送带之间的吸附力有关，在重力、吸附力作用下实现分离,米双山，介电式种子分选机理及其设备的研究 别传爽，介电式种子分选机理的研究刘宝林，坚果壳仁静电特性和分离试验研究孙剑峰，高压静电场在水分蒸发和物料干燥方面的应用研究汪喜波，红外辐射与对流联合干燥的理论分析及试验研究张佩，静电场干燥脱水机理及其在物料干燥中的应用研究李修渠，食品物料的电特性及其应用研究方胜，高压静电场下番茄贮藏的研究丹阳，高压静电场及多胺处理对果实采后生理的影响丹阳，高压静电场对番茄采后成熟、衰老过程的调控及其机理研究刘志会，冰温或适温条件下果蔬的高压静电保鲜研究王颉，高压静电场处理对几种果品蔬菜采后品质的影响及机理探讨刘随东，高压静电果蔬贮藏保鲜技术的研究 王愈，高压电场处理在番茄贮藏中的应用研究钟葵，高压脉冲电场技术杀菌钝酶效果与对胡萝卜汁品质影响研究张刚，静电场对菜豆、青椒和茄子冷害的作用及生理生化影响金学哲，静电喷雾式植酸酶制剂后添加工艺内在规律及应用研究孙宇瑞，非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究马道坤，车载式农田土壤水分、坚实度与电导率复合测量方法研究孙铁雷，功能电场特性及对饲用植酸酶活性影响的试验研究胡玉才，鲍鱼的电场环境生物效应研究,相关参考资料,
