آزمون در حال جریان یک حسگر دی‌الکتریک استوانه‌ای برای اندازه‌گیری غلظت قند شربت چغندرقند

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد؛ گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم؛ دانشگاه شهرکرد

2 استادیار گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم؛ دانشگاه شهرکرد

چکیده

این پژوهش به منظور اندازه‌گیری در حال جریان غلظت قند شربت چغندر قند با درصدهای بریکس 5/26، 9/37، 7/48، 1/54 و 62 در دو سطح دبی 02/0 و 04/0 لیتر بر ثانیه با جریانی آرام با استفاده از یک حسگر دی‌الکتریک استوانه‌ای انجام شد. این حسگر شامل یک استوانه فولادی و مغزی به عنوان قطب‌های خازن می‌باشد که توسط کابل هم‌محور به دستگاه‌های ژنراتور و تحلیل‌گر طیف متصل می‌شود. شربت از طریق مجرای پایینی وارد محفظه حسگر شده و از طریق مجرای بالایی از آن خارج می‌گردد. اثر دما در بازه 25 تا °C75 و بازه فرکانسی 0 تا 150 مگاهرتز بر تخمین ضریب گذردهی دی‌الکتریک شربت در حال سکون در حسگر نیز بررسی شد. نتایج نشان داد که ضریب گذردهی دی‌الکتریک شربت در حال جریان در هر تناوب تشدید در دبی 02/0 بزرگ‌تر از این ضریب در حال سکون و با افزایش دبی جریان به 04/0 لیتر بر ثانیه کاهش داشته است. آزمون تغییر دما برای شربت در حالت سکون مشخص نمود که فقط فرکانس تشدید تناوب دوم تحت تاثیر دما بوده که کاهش ضریب گذردهی دی‌الکتریک با افزایش دما را نتیجه داد ولی فرکانس تشدید اول با دما تغییر قابل ملاحظه‌ای نداشت. با توجه به نتایج حاصل، روش دی‌الکتریک می‌تواند تنها با اصلاح اثر دبی جریان در تخمین ضریب دی الکتریک بعنوان یک روش توانمند و کاربردی در اندازه‌گیری در حال جریان (برخط) درصد بریکس شربت چغندرقند باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

In-flow testing of a cylindrical dielectric sensor for measuring the sugar concentration of sugar beet syrup

نویسندگان [English]

  • Hamed Khalilian 1
  • Mojtaba Naderi-Boldaji 2
  • Mahdi Ghasemi-Vernamkhasti 2
  • Sajad Rostami 2
1 M.Sc. Student, Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Shahrekord University
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Shahrekord University
چکیده [English]

This study was aimed at measuring the sugar concentration of in-flow sugar beet syrup with degrees of Brix of 26.5, 37.9, 48.7, 54.1 and 62 at two flow rates of 0.02 and 0.04 l/s using a cylindrical dielectric sensor. The sensor consists of a steel cylindrical tube and a central core as the capacitor electrodes connected to a function generator and spectrum analyzer via coaxial cables. The sugar beet syrup fills the sensor from the bottom inlet and flows out from the top outlet. The effect of temperature within the range 25-75 ˚C on the dielectric constant of sugar beet syrup was investigated in the frequency range of 0-150 MHz. The results showed that the dielectric constant of in-flow syrup was larger at the flow rate of 0.02 than at 0.04 l/s. The temperature tests indicated that only the frequency of the second resonance is affected by the temperature with a decrease of dielectric constant with increasing the temperature. It was concluded that the dielectric sensor developed in this study can be implemented as a potent and accurate sensor for in-flow (in-line) measuring the sugar concentration of sugar beet syrup.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dielectric sensor
  • Sugar beet syrup
  • Brix
  • Resonant frequency
  • In flow
[1] Harland, J. I., Jones, C. K., Hufford, C. (2006) Sugar beet. In: Draycott, A. P. (ed.), Chicester, United Kingdom, Blackwell's Publishing. 514 p.

[2] Properties of a Sugar Beet. Sugar Beet, 2013. URL http://necternal.com/sugar-beets/. Accessed 05.08.15.

[3] Khalilian, H., Ghasemi-Vernamkhasti, M., Naderi-Boldaji, M., Rostami, S. (2017). Developing and testing a cylindrical dielectric sensor for measuring sugar concentration of sugar beet syrup. Iranian J. Biosystems Eng. (Accepted manuscript).

[4] Mireei, A., Bagheri, R., Sadeghi, M., Shahraki, A. (2016). Developing an electronic portable device based on dielectric power spectroscopy for non-destructive prediction of date moisture content. J. Sens. Actuators, A, 247, 289-297.

[5] Garcia, A., Torres, J. L., De Blas, M., De Francisco, A., Illanes, R. (2004). Dielectric characteristics of grape juice and wine. J. Biosystems Eng., 88, 343-349.

[6] Tanaka, F., Uchino, T., Hamanaka, D., Gregory-Atungulu, G., Hung, Y. (2008). Dielectric properties of mirin in the microwave frequency range. J. Food Eng., 89, 435-440.

[7] Jackson, B., Jayanthy, T. (2014). Determination of sucrose in raw sugarcane juice by microwave method. Indian J. Sci. Technol., 7, 566-570.

[8] Hoog, N. A., Mayer, M. J. J., Miedema, H., Olthuis, W., Tomaszewska, A. A., Paulitsch-Fuchs, A. H., van-den-Berg, A. (2015). Online monitoring of biofouling using coaxial stub resonator technique. J. Sensing and Bio-Sensing Res., 3, 79-91.

[9] Bamsal, N., Dhaliwal, A. S., Mann, K. S. (2015). Dielectric properties of corn flour from 0.2 to 10 GHz. J. Food Eng.. 166, 255-262.

[10] Franco, A. P, Yamamoto, L. Y, Tadini, C. C., Gut, J. A. W. (2015). Dielectric properties of green coconut water relevant to microwave processing: Effect of temperature and field frequency. J. Food Eng., 155, 69-78.

[11] باقری، ر.؛ میره­ای، ا.؛ صادقی، م.؛ معصومی، ا. و مومکش، ش. (1393) اندازه­گیری رطوبت خرما با روش غیرمخرب دی­الکتریک. مجله مهندسی بیوسیستم ایران، دوره 45 , شماره 2، ص 97-104.

 [12] Naderi-Boldaji, M., Fazeliyan-Dehkordi, M., Mireei, S. A., Ghasemi-Vernamkhasti, M. (2015). Dielectric power spectroscopy as a potential technique for the non-destructive measurement of sugar concentration in sugarcane. J. Biosystems Eng., 140, 1-10.

[13] Hoog, N. A., Olthuis, W., Mayer, M. J. J., Yntema, D., Miedema, H., van-den-Berg, A. (2012). On-line fingerprinting of fluids using coaxial stub resonator technology. J. Sens. Actuators, B: Chem., 163, 90-96.

[14] Hoog, N. A. (2014). Stub resonators transmission line based water sensors. Ph. D. dissertation. University of Twente.

[15] Alharthi, A., Lange, J., Whitaker, E. (1985). Immiscible fluid flow in porous media: Dielectric properties. J. Contaminant Hydrology, 1, 107-118.

Angkawisittpan, N., Manasri, T. (2012). Determination of sugar content in sugar solutions using interdigital capacitor sensor. J. Meas. Sci. Rev., 12, 8-13.

[16] De-Whalley, H. C. S. (1965) ICUMSA Methods Book. Elsevier, Amsterdam.

[17] Bionutrient Food Association. Brix, 2015 URL https://bionutrient.org/bionutrient-rich-food/brix. Accessed 17.02.16.

[18] Havinga, E. E. (1961). The temperature dependence of dielectric constants. J. Phys. Chem. Solids, 18, 253-255.

[19] Malmberg, C. G., Maryott, A. A. (1956). Dielectric constant of water from 0 to 100 degree celsius. J. the int Bureau  Standards, 2641, 1-8.

[20] Venkatesh, M. S., Raghavan, G. S. V. (2004). An overview of microwave processing and dielectric properties of agri-food materials. J. Biosystems Eng., 88, 1-18.

[21] Skierucha, W., Wilczek, A., Szyplowska, A. (2012). Dielectric spectroscopy in agrophysics. J. Int Agrophysics, 26, 187-197.

[22] Guo, W., Fang, L., Liu, D., Wang, Zh. (2015). Determination of soluble solids content and firmness of pears during ripening by using dielectric spectroscopy. J. Comput. Electron. Agric., 117, 226-233.

[23] Guo, W., Liu, Y., Zhu, X., Wang, Sh. (2011). Dielectric properties of honey adulterated with sucrose syrup. J. Food Eng., 107, 1-7.

[24] Guo, W., Nelson, S. O., Trabelsi, S., Kays, S. J. (2007). Dielectric properties of honeydew melons and correlation with quality. J. Microwave Power, 41, 44-54.

[25] Guo, W., Zhu, X., Nelson, S. O. (2010). Permittivities of watermelon pulp and juice and correlation with quality indicators. J. Food Prop., 16, 475-484.

[26] حیاتی، ع.؛ رئوفی، م.ح.؛ کامگار، س. (1392) امکان­سنجی استفاده از ویژگی­های خازنی در تشخیص میزان قند سیب. هشتمین کنگره بین المللی مهندسی ماشین­های کشاورزی (بیوسیستم) و مکانیزاسیون، مشهد، ص 801- 816.

[27] Tulasidas, T. N., Raghavan, G. S. V., van-de-Voort, F., Girard, R. (1995). Dielectric properties of grapes and sugar solutions at 2.45 GHz. J. Microwave Power, 30, 117-123.

[28] Zhu, X., Guo, W. and Wu, X. (2012). Frequency and temperature dependent dielectric properties of fruit juices associated with pasteurization by dielectric heating. J. Food Eng., 109, 258-266.

[29] Kudra, T., Raghavan, G. S. V., Akyel, C., Bosisio, R., van-de-Voort, F. R. (1992). Electromagnetic properties of milk and its constituents at 2.45 MHz. Int Microwave Power Inst. J., 27, 199-204.

[30] White, F. M. (2011) Fluid Mechanics. Oxford, United Kingdom, Blackwell's publishing.