【正文】 為動植物肌體的直流電阻較大，而水的電阻相對較小，被測樣品的含水量變化，必將引起其導電能力的變化。因此，電容法水分檢測的非線性補償和溫度補償十分重要。對于某種物質，其 C— M 曲線很難用一個簡單的函數來描述。電容式水分儀一般將取樣傳感器做成量筒或量杯式，這樣就要求被測物為顆粒狀或粉末狀，不宜測量肉類等固體物質。因為水的介電常數是 80，比許多動植物肌體材料的介電系數（約 2～ 5）大得多，被測樣品含水量的變化必將引起其介電常數的相應變化，含水量越高的樣品，其相對介電常數也越大，所以，通過湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 6 測定樣品的電容即可間接測量出樣品的含水量。 直流電阻法和交流電容法 直流電阻法 和交流電容法是較早被用來測量水分含量的兩種方法。 根據電磁能量關系，超高頻能量在含水物質中的衰減量 W（ dB）為 W＝ BtektM sas 2c os2???? ???? （ 24） 式（ 24）中， M 為相對水分含量， ?? 為密度因素， k 為材質因素， ? 為空氣 — 被測物之間反射系數的模， s? 為水的衰減系數， t 為被測物厚度， B 為含水物質的相數。其缺點是只能測材料表面的水分，儀器的輸出因不同物質而異，且造價高。 紅外測水分法具有快速、高精度、非接觸式測量等優(yōu)點。但是由于紅外線照射到被測樣品是無規(guī)則散射，除 水分外，被測物的雜質對紅外也會吸收和散射，而且隨被測樣品成分的改變，光能的損失也不同。利用紅外源投射到被測物，從反射或透射的能量變化換算出水分值，水的紅外吸收峰有好幾個，紅外的水分測定儀通常是選擇波長為 m或 m 單色光作紅外輻射源。 紅外吸收法 這是一種光學式的測定方法。電測法根據物質水分含量對其導電特性、介電特性、能量消耗等因素的影響，間接測量水分含量，測量速度快，測量信息的傳輸與處理方便，易于實現取樣、測 量、信息傳輸、顯示和控制的計算機管理，是當今水分檢測技術的發(fā)展熱點。設待測試樣的重量為 W0，完全失水后的試樣重量為 ?W ，則試樣的水分百分比 含量為 %10000 ??? ?W WWM （ 21） 烘干失重法的優(yōu)點是測量準確、可靠，但操作復雜，費時費電，而且由于電烤箱的溫度波動較大，容易損壞試樣，所以，烘干失重法只宜于實驗室使用，不能用于生產、加工、考察現場。烘干失重法又稱經典方法，即 105℃恒重法和定溫定時烘干法。 （ 3）自由水 自由水 是指存在于細胞外間隙中能自由流動的水，這種水分占正常肌肉總水分 15%。 （ 2）不易流動水 肌肉中的大部分水分（約占正?？偹值?80%）以不易流動水狀態(tài)存在于肌纖維、肌原纖維及膜之間，稱為不易流動水，其量取決于肌原纖維蛋白質凝膠的網狀結構變化。結合水性質穩(wěn)定，不易散失，在溫度為－ 40℃時也不結冰 ,不能做溶劑 ,不參與物質內部的生化反應 ,生理活性很弱 ,較為穩(wěn)定。家畜禽肉體中的水分分布并不均勻，表 1 中列出了肉體主要部位的水分含量。 肉類中的水分 要對肉類中的水分含量進行準確的測量，首先應對肉類中的水分構成進行詳細研究。 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 3 第 2章 儀器的測量原理 本章首先分析了肉類中的水分構成，然后對現有的幾種水分檢測的方法進行了詳細介紹和分析，比較了各自的優(yōu)缺點，探討其測量肉類水分的可行性，得出結論：現有的水分檢測方法均不能對肉類中的水分含量進行準確快速測定。 為此，我們研究了肉品的交流導電特性，設計了一種針狀多電極水分快速檢測傳感器，研制了以單片機 PIC16C71 為信息處理核心的肉類水分快速測定儀。然而，由于缺乏合格的檢測儀器，長期以來，工商執(zhí)法人員在市場上檢測肉類水分含量時大多采用土辦法，即用衛(wèi)生紙擠壓肉根據紙的濕度判斷水分含量，或僅從肉的色澤，粘度、氣味、彈性度等方面憑感官判斷，這種經驗判斷方法無法實現定量檢測，容易引起矛盾糾紛，無法從根本上解決注水肉泛濫的問題。更有甚者，一些地方竟然出現屠宰、注水、出售一條龍的現象。暴利的驅使下，注水肉在市場上泛濫成災，已經成為嚴重威脅人們身體健康的一大公害，許多地方的市民“談肉色變”。經過注水的肉，不僅風味盡失，而且易滋生病菌，經常食用極易導致身體疾病，但注水肉在外觀上和正常鮮肉無明顯區(qū)別，消費者在購買時，很難從感官上作出判斷，大多數情況下，會把注水肉當作正常鮮肉食用。但某些不法商販為謀取暴利，用注水肉充當正常鮮肉在市場上出售。而脫水干縮不僅使肉品失重，造成直接經濟損失，而且破壞有機質，影響肉的顏色、風味和組織狀態(tài)，并引起脂肪氧化。肉類的水分不僅是其細胞的必要組成部分，還是維持肉類本身保持其色、鮮、味及食用品質所必須的基本條件。測試結果 顯示，儀器具有較高的準確性和較好的重復性，應用前景廣闊。儀器以單片機 PIC16C71為信息處理核心，以 10 次隨機采樣的算術平均值為測量結果示值；通過設置不同的基準值，可以快速測定各種肉類的水分含量，且不損壞被測樣品。湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 1 肉類水分快速測定儀設計 摘 要 肉類水分快速檢測具有積極的社會意義和巨大的經濟價值 ,而市場上至今仍沒有一種能夠快速，簡便測定肉類水分的適宜儀器。本文通過研究肉品的交流導電特性，設計了一種針狀多電極肉類水分快速測定儀，給出了硬件電路與軟件程序。儀器結構簡單，操作方便，具有欠電提示、工作狀態(tài)顯示、采樣次數顯示和基準值自動計算等多種智能功能。 關鍵詞 ：肉類，水分，交流導電特性，針狀電極 The Design of a Instrument for Measuring Moisture Content in Meat Rapidly (Abstract) It has great significance and large economics value to measure the moisture content in meat rapidly. But until now, there is no suitable apparatus in the market. This paper has investigated the ACconductivity nature of meat and designed a needleshape multipole moisture sensor as measuring instrument. Hardware circuit and software program are both presented. The microcontroller is the informationprocess core, and use the arithmetic average of ten times random sample as the result to display. This apparatus can measure the moisture content of all kinds of meats throughout setting different benchmark. In addition, the operation is very easily. It has many intelligent functions such as lackofpower show, workstate show, sampletimes show, benchmark putation and etc. Testing results show this apparatus has pretty high veracity and amplitude application foreground. Ke ywords: meat, moisture, the ACconductivity nature, needleshape pole 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 2 第 1 章 引 言 水分含量是直接影響肉類加工、貯藏與食用的一項重要質量指標。肉類中的水分含量過高，細菌、霉菌的繁殖加劇，容易引起肉的腐敗變質。 近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，各類鮮肉的食用量越來越大，人們對鮮肉的質量要求也越來越高。不法商販 們對家禽獸注水，途經很多，一是在宰殺前通過食道灌水，二是宰殺后通過動脈管注水，有的甚至在銷售前直接用針頭對肌肉內注水。對于不法商販，出售注水肉可以給他們帶來巨大的利潤。據中央電視臺報道，過去僅天津薊縣每年就要向北京銷售 8000 噸注水牛肉，這一數量占北京市牛肉年銷售總量的 20%。 在這種情況下，消費者往往把杜絕注水肉的希望寄托于工商執(zhí)法部門。因此，有關部門和廣大消費者一直迫切希望找到一種能夠簡便、快 速并且準確地測定肉類水分含量的方法，徹底消滅注水肉。該儀器具有廣闊的應用前景。最后，文章研究了肉制品的交流導電特性，發(fā)現肉制品的阻抗與水分 含量存在對數關系，并以此作為儀器的測量原理進行設計。水分是肉類的主要成分，肉可以看作是一個復雜的膠體分散體系，水為溶媒，其它成分為溶質，這些溶質以不同的形式分散在溶媒中。 表 1 肉體幾種主要部位的水分含量（ %） 肉體中的水分大致以 3 種狀態(tài)存在： （ 1） 結合水 結合水是指與蛋白質分子表面借助極性基因與水分子的靜電引力而緊密結合的水分子層，約占正常肌肉總水分的 5％。要排除這種水 ,需要消耗較多的能量。不易流動水可以溶解鹽等物質，在 0℃或以下溫度時會結冰。 部位名稱 肌肉 皮膚 骨骼 水分含量 70～ 80 60～ 70 12～ 15 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 4 常用水分檢測方法 烘干失重法 肉類等固體物質水分含量檢測的標準方法是烘干失重法，家畜禽肉類水分檢測方法為《 肉與肉制品水分含量測定》。烘干失重法需要使用分析天平和電烤箱，電烤箱用來加熱試樣，試樣中的水分蒸發(fā)主要靠熱傳導。 電測法 20 世紀 80 年代以來，電測法水分快速檢測技術得到了迅速發(fā)展。 電測法可分為紅外法、微波法、直流電阻法及交流電容法。其原理是：水吸收照射物料的紅外波長，光被吸收的數量就按水分含量的多少而發(fā)生變化。根據比爾 — 朗伯定理，紅外線通過水分時被有選擇地吸收，通過被測樣品后的光強為 ktmeII ?? 0 （ 22） 式（ 22）中， 0I 為投射出的光強， k 為吸收系數， t 為被測物厚度， m 為被測樣品水分含量，兩邊取對數，得到被測樣品的水分含量為 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 5 IIktM 0ln1? （ 23） 從理論上講，若 k， t 為定值， M 與II0ln呈線性變化。為減少誤差影響因素，通常采用參比技術，即雙波長法，其中，比較波長不是在水分吸收峰內，但又與測量波長非常接近，因此，誤差因素對測量的影響可以通過比較波長的通道測得，由后續(xù)數據處理單元將比較通道與測量通道的信號對照后，抵消誤差影響，保證測量準確性。適用在連續(xù)、自動測量中。 微波法 水的相對介電 常數特別高（ ε ≈ 80） ,在超高頻范圍內存在介電損耗的最大值，利用超高頻能量通過含水物質產生能量損耗，相移或發(fā)射波參數的變化，可以換算出水分值。 當 t 足夠大時， Bte sa 2cos2? 趨于 0,由式（ 24）可得被測物質的相對水分含量 ktWM S ?? ? ??? （ 25） 由式（ 25）可以看出， ?? 及 k 是與被測物質的材質有關的，因此，被測物質的種類和成分組成都將對測量產生影響。 交流電容法是基于物質含水量不同時，其介電系數不同這一原理。 以電容法測量水分含量的儀器通常稱為電容式水分儀。而且，被測物質介電常數的變化隨水分 含量的變化并非線性，因此，電容量 C 的變