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畢業(yè)論文:茶葉殺青機的溫度場分析及其控制的研究

發(fā)表時間:2013/8/13 21:48:47


畢 業(yè) 論 文
(科 學 研 究 報 告)
題 目 茶葉殺青機的溫度場分析及其控制的研究
院(系)別 機電及自動化學院
專 業(yè) 機械電子
級 別 2008

摘 要
鐵觀音屬于烏龍茶類,是中國十大名茶之一烏龍茶類的代表。其制作工藝中的殺青就是以高溫破壞茶中酵素作用,用炒青機將茶青的菁味炒到消退,茶香浮現(xiàn)。因此殺青的時間和溫度直接決定了茶葉的品質(zhì)。按照茶葉殺青需求模塊化設計,采用溫度傳感器、濕度傳感器、單片機和電磁閥等構(gòu)建茶葉殺青的全自動溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠精準控制殺青溫度并實時顯示。整個溫控系統(tǒng)通過SILICON LAB編譯軟件編寫c語言程序燒入C8051F020單片機進行控制。為了能夠更好地控制滾筒內(nèi)的茶葉殺青溫度,對滾筒內(nèi)外壁的溫度通過ANSYS進行溫度場分析,從而有效地控制殺青溫度,提高茶葉殺青的效率和品質(zhì),也為實際應用提供了科學的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 殺青機 溫度控制 單片機 電磁閥 溫度場

ABSTRACT
Iron Goddess of Mercy, belonging to oolong tea , is one of the top ten tea oolong class representatives. Its production process in the fi*ing is the role of the enzyme in the high-temperature destruction of the tea, Cha Jing taste Scoop subsided with Roasted machine will emerge tea. Therefore, fi*ing the time and temperature directly determines the quality of tea. In accordance with the demand for tea fi*ing modular design, the use of a temperature sensor, humidity sensor, microcon
……(新文秘網(wǎng)http://m.jey722.cn省略1481字,正式會員可完整閱讀)…… 
殺青后,茶葉應該達到:葉色由鮮綠變?yōu)榘稻G;葉表失去光澤;葉質(zhì)柔軟萎卷;折梗不斷,捏成團,松手后可緩慢散開,略帶粘性;清香顯露;無紅梗、紅葉[1]。
傳統(tǒng)的殺青方法采用炭火對殺青鐵鍋加熱,由炒茶師傅憑經(jīng)驗在鍋內(nèi)翻動青葉完成,對溫度、時間的控制完全憑炒茶師傅的經(jīng)驗。這種原始的方法不僅效率低,而且生產(chǎn)出的茶葉品質(zhì)也難以得到保障。而如今大多數(shù)茶廠,規(guī)模生產(chǎn)一般使用殺青機進行殺青,有鍋式、炒式、滾筒式三種。其中滾筒式殺青機由于自動化程度相對較高,成本合理等優(yōu)點被廣泛使用。但是就福建省內(nèi)市場上的殺青機而言,大多數(shù)只是對殺青時間進行了簡單的人為定時控制,本質(zhì)上還是需要依靠操作師傅的經(jīng)驗來決定殺青時間和殺青溫度,而且現(xiàn)有產(chǎn)品幾乎沒有對滾筒內(nèi)的濕度進行考慮,然而滾筒內(nèi)的濕度卻是保證茶葉殺青品質(zhì)一個重要的因素[2]。
本課題旨在研制一套全智能的滾筒式殺青機控制系統(tǒng),根據(jù)濕度、溫度兩個參數(shù),智能的判斷殺青的溫度和時間,從而更加有效的保證殺青的品質(zhì)。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1 國內(nèi)殺青機研究動態(tài)
中國作為一個茶葉大國,在茶葉機械方面的發(fā)展起步也較早。上個世紀50年代就開始研究茶葉殺青機。按照殺青原理和主要結(jié)構(gòu)類型分,目前國內(nèi)常見的殺青機主要有鍋式殺青機、滾筒式殺青機、網(wǎng)袋式蒸汽殺青機、微波式殺青機和熱風式殺青機。各類殺青機由于它們的工作原理、機械結(jié)構(gòu)的不同,殺青性能和效果差異較大,分述如下:
1)鍋式殺青機
鍋式殺青機曾是20世紀70年代我國茶葉加工中使用的最普遍的殺青機,但鍋式殺青機存在明顯的缺點:出葉不凈而產(chǎn)生焦葉,不能連續(xù)作業(yè)且作業(yè)效率低[4]。
2)滾筒式殺青機
為了克服鍋式殺青機存在的不足,并有利于連續(xù)化作業(yè),我國又研制成功滾筒式茶葉殺青機,在國內(nèi)普遍推廣,并被廣泛用作其它殺青茶類的殺青作業(yè),后來又被小型化設計,用于名優(yōu)茶的殺青。
3)網(wǎng)帶式蒸汽殺青機
20世紀90年代,國內(nèi)名優(yōu)茶發(fā)展迅速,同時我國從日本引進數(shù)十條茶葉生產(chǎn)線,用以生產(chǎn)蒸青綠茶返銷日本。這時候國內(nèi)有關(guān)科研部門開始嘗試使用日本蒸青機進行殺青,但發(fā)現(xiàn)蒸青后的茶葉表面水分含量高,很難順利進入下一步揉捻工序。在這樣的情況下,有關(guān)科研部門專門研制了一種實驗型的網(wǎng)帶式蒸青機用于鮮葉蒸青,然后進行脫水、揉捻、炒干或烘干。實驗表明,所制茶產(chǎn)品,色澤綠、香氣較獨特。90年代后期,浙江省有關(guān)茶機生產(chǎn)廠吸取這種蒸青機和配套工藝試驗研究經(jīng)驗,研制開發(fā)出網(wǎng)帶式蒸汽殺青機,并在生產(chǎn)中使用。
4)微波式殺青機
進入21世紀,我國微波式殺青機的研究提上日程,江蘇先后研制成功系列微波式殺青設備,在綠茶產(chǎn)區(qū)使用,尤其在四川等茶區(qū),應用效果較好。
5)熱風式殺青機
為了保證殺青質(zhì)量,浙江省有關(guān)茶機生產(chǎn)企業(yè),近幾年又研制開發(fā)成功一種熱風式殺青機,由于殺青原理新穎,殺青葉香氣良好,普及速度較快,是目前生產(chǎn)上應用的最新型的殺青機。
在上述的幾種殺青機中,由于滾筒式殺青機的結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,因此直至目前,滾筒殺青機仍然是我國茶葉加工中應用最普遍的殺青機類型。如何提高滾筒式殺青機的效率也成為一個熱點,同樣也是難點的問題。
現(xiàn)有殺青機存在的問題:殺青溫度和殺青時間都是憑制茶師傅的經(jīng)驗人為控制,自動化程度不高,有時候會產(chǎn)生差錯,出現(xiàn)焦葉等情況,殺青茶葉的品質(zhì)不能夠得到保障;滾筒內(nèi)的濕度對最終的殺青葉品質(zhì)具有很重要的影響,在福建省內(nèi)現(xiàn)有的殺青機控制系統(tǒng)中,普遍忽略了滾筒內(nèi)濕度對殺青品質(zhì)的影響,都只是通過手動控制排濕扇的開關(guān),一方面自動化程度不高,另一方面不節(jié)能。
1.2.2 國外茶葉機械發(fā)展現(xiàn)狀
日本作為一個產(chǎn)茶大國,在茶葉生產(chǎn)方面有許多先進的管理和技術(shù)。日本茶農(nóng)的生產(chǎn)組織方式有2種:一是栽培加工一體化的個體生產(chǎn),二是農(nóng)協(xié)聯(lián)合生產(chǎn)。農(nóng)協(xié)毛茶加工廠是由茶農(nóng)聯(lián)合,在政府扶持下建立的農(nóng)協(xié)的茶農(nóng)將鮮葉交給工廠加工,茶葉出售后按其鮮葉數(shù)量、 等級分成。毛茶生產(chǎn)線,從鮮葉進廠開始,整個加工過程全部連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。2條生產(chǎn)線只需2名工人坐在計算機前監(jiān)控。茶葉加工生產(chǎn)標準化程度高,特別是加工過程管理的工業(yè)化,茶葉加工基本上都由高度自動化的蒸青生產(chǎn)線來完成。茶葉原料不落地,使產(chǎn)品衛(wèi)生得到了可靠保證[5].

第二章 滾筒殺青機溫濕度控系統(tǒng)的設計
2.1系統(tǒng)整體描述
溫度傳感器監(jiān)控茶葉殺青溫度,實時輸出溫度信號給信號處理模塊,進行AD轉(zhuǎn)換;根據(jù)信號處理模塊處理所得的信號,決定是否驅(qū)動電磁閥門控制燃氣流量的大小。若需要,則進行DA轉(zhuǎn)換,控制電磁閥,從而達到改變茶葉殺青溫度,控制加熱時間的目的。




圖2.1
2.2 傳感器的選擇
2.2.1溫度傳感器可選
熱電偶;RTD;溫度IC
表2.1 幾種傳感器優(yōu)缺點比較表
傳感器類型 優(yōu)點 缺點 可測溫度范圍
熱電偶 溫度范圍較大,能適應各種不同的環(huán)境,擁有眾多外形結(jié)構(gòu),且無需供電,成本低廉。 存在較大的非線性,最不靈敏,最不穩(wěn)定,不適合應用在需求高精度的情況下。冷端需要進行溫度補償 -180℃~2800℃
RTD 在四者中最精確,最穩(wěn)定,非線性也要優(yōu)于熱電偶 溫度變化相對較慢,需要電流源,采用四線測量,而且價格比較昂貴 -200℃~600℃
溫度IC 線性度最好,價格便宜 測試范圍有限,只能測試250°C以下的溫度,反應較慢,需要外加電源,同時還會產(chǎn)生自熱。 <250℃
在這個溫控系統(tǒng)中,要求測溫的精度高,同時能夠最大的測溫范圍最大到300℃,綜合考慮這些因素,選擇RTD作為溫度傳感器。
2.2.2 Pt100與Pt1000的區(qū)別
相同點:兩種都是以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數(shù).
不同點:
1.在0攝氏度時的電阻不一樣,Pt100是100歐,Pt1000是1000歐;
2.溫度范圍不一樣,Pt100是-200至850度,Pt1000是-50至300度
2.2.3 Pt100的精度等級說明
表2..2 精度等級比較表

2.2.4 待選產(chǎn)品
1.主要技術(shù)參數(shù),如表2.3所示。
表2.3 主要技術(shù)參數(shù)
名稱 分度號 測溫范圍 允許偏差
鉑電阻 Pt100 —200~500℃ A級 B級
±(0.15+0.002∣t︱) ℃ ±(0.30+0.005∣t∣) ℃
2.熱響應時間
熱響應時間是在階躍溫度作用下,熱電阻的輸出變化值相當于階躍變化的50%時,所需的時間,用 來表示。
表2.4 熱電阻熱響應時間參考值
直徑(mm) Φ3 Φ4 Φ5 Φ6 Φ8
(s)
≤3 ≤5 ≤8 ≤12 ≤18
注:當鎧裝元件與外保護管組成帶護套的鎧裝熱電阻整機時,由于保護管的直徑和壁厚遠大于鎧裝套,因此熱響應時間主要取決于保護管的動態(tài)響應[6]
3.常溫絕緣電阻
熱電阻在環(huán)境溫度為15—35°C,相對濕度不大于80%,試驗電壓為10—100V(直流)電極與外套管之間的絕緣電阻>100MΩ絕緣電阻:常溫≥2000MΩ,高溫(500℃)≥300MΩ。
2.3 濕度傳感器的選擇
HS1101-HS1100:是基于獨特工藝設計的電容元件,專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)。
 高精度2%;極好的線性輸出
 1--99%RH濕度量程;-40到100攝氏度的溫度工作范圍
 響應時間5秒;濕度輸出受溫度影響極小
 5VDC供電,0〜20%RH典型輸出1〜1.6VDC
 精度:±2%RH(1〜20%RH范圍)
 相對于同類產(chǎn)品價格極低
 適合用于低濕及露點測量需要的場合,如干燥箱、電纜充氣設備中干燥氣 ……(未完,全文共23127字,當前僅顯示4160字,請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文:茶葉殺青機的溫度場分析及其控制的研究》
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