Sugar solutionsLarutan gulahaving introduced the possibility of
using microwave methods for more than simple moisture determination
(see also kent 1989) it is now necessary to explore these other
regions of potential usefulness. one such could be in the on-line
monitoring of the concentrations of hot sugar solutions.setelah
diperkenalkan kemungkinan selama digunakannya metode microwave
lebih sederhana dari penentuan kelembaban (lihat juga kent 1989)
sekarang perlu untuk mengeksplorasi wilayah-wilayah lain potensi
manfaatnya. salah satunya bisa dalam pemantauan on-line dari
konsentrasi larutan gula panas. dielectric data relating to this
problem were obtained by a collaborative research programme
operating in europe (cost 90 bis: see kent and kress-rogers 1987).
some of these data will now be used here to demonstrate the
potential application. the data concern aqueous sucrose solutions
over a concentration range from 20 to 60 per cent by weight and at
temperature from 30 to 90 oc. the same arrangement has been adopted
as for the meat mixtures, but in this case a sample thickness of
only 10mm was assumed. the results are plotted in figure 7.15 in
the plane of transmission loss s12 versus phase s12.Data dielektrik
yang berkaitan dengan masalah ini diperoleh dengan program
kerjasama penelitian yang beroperasi di Eropa (biaya 90 bis: lihat
kent dan KRESS-rogers 1987). beberapa data ini sekarang akan
digunakan di sini untuk menunjukkan aplikasi potensial. perhatian
solusi data sukrosa berair pada rentang konsentrasi 20 sampai 60
persen berat dan pada suhu 30 sampai 90 oC. pengaturan yang sama
telah diadopsi sebagai untuk campuran daging, tetapi dalam kasus
ini ketebalan sampel diasumsikan hanya 10mm. hasilnya diplot pada
Gambar 7.15 di bidang kerugian transmisi S12 vs fase S12. in the
example, because of the smaller thickness of the example, no
further adjustment of phase was necessary except for the
convenience of plotting. It is immediately clear that in this case
the two unknown variables that can be obtained are concentration
and temperature. Give that temperature can readily be measured to
yield the concentration. Use of the transmission loss alone would
give ambiguous results owing to the curvature of the isotherms
yielding two values of concentration for a given temperature and
loss. This was the root of a problem encountered by the industri in
trying to apply transmission methods to this system.dalam contoh,
karena ketebalan yang lebih kecil dari contoh, tidak ada
penyesuaian lebih lanjut dari fase diperlukan kecuali untuk
kenyamanan merencanakan. Hal ini segera diketahui bahwa dalam kasus
ini dua variabel yang tidak diketahui yang dapat diperoleh adalah
konsentrasi dan suhu. Berikan suhu yang mudah dapat diukur untuk
menghasilkan konsentrasi. Penggunaan kerugian transmisi saja akan
memberikan hasil yang rancu karena kelengkungan isoterm
menghasilkan dua nilai konsentrasi untuk suhu tertentu dan
kerugian. Ini adalah akar dari masalah yang dihadapi oleh industri
dalam mencoba menerapkan metode transmisi sistem ini.
This type of transmission measurement may be entirely unsuitable
for this particular problem since sugar boiling is a batch process.
In those
computed transmission phase and loss at 3,05 GHz for sucrose
solution as a function of concentration and temperature sample is
10mm thick between 20mm PTFE windows fase transmisi dihitung dan
kerugian pada 3,05 GHz untuk larutan sukrosa sebagai fungsi
konsentrasi dan sampel suhu 10mm tebal 20mm antara jendela PTFE
circumstances the use of some reflection technique is probably
preferable and the coaxial probe already introduced could be the
answer.
Jenis pengukuran transmisi mungkin sepenuhnya tidak cocok untuk
masalah khusus ini karena gula mendidih adalah proses berulang
Dalam situasi seperti itu penggunaan beberapa teknik refleksi
mungkin lebih dan penyelidikan koaksial sudah diperkenalkan bisa
menjadi jawabannya.
5.4. other mixtures of materialscampuran lainnya bahanso far all
the materials discussed have been mixtures containing water as the
polar constituent, but this is not a necessary condition. as
already alluded to, the method is applicable to any mixtures of
polar and nonpolar materials. several publications have appeared
which contain data for mixtures of various alcohols with or without
water (mudgett et al. 1974; dutuit 1980). these data show that
composition measurement by the methods described here is feasible.
no data are known concerning ternary mixtures of alcohols, but they
are certainly worthy of investigation considering the problems
encountered in recent years with adulterated wines.sejauh ini semua
materi yang dibahas telah campuran yang mengandung air sebagai
konstituen polar, tapi ini bukan kondisi yang diperlukan.
sebagaimana telah disinggung, metode ini berlaku untuk setiap
campuran bahan polar dan nonpolar. beberapa publikasi telah muncul
yang berisi data untuk campuran berbagai alkohol dengan atau tanpa
air (mudgett et al 1974;. dutuit 1980). Data ini menunjukkan bahwa
pengukuran komposisi dengan metode-metode yang dijelaskan di sini
layak. tidak ada data yang diketahui mengenai campuran terner dari
alkohol, tetapi mereka pasti layak penyelidikan mengingat masalah
yang dihadapi dalam beberapa tahun terakhir dengan anggur
tercemar.
5.5 salt concentrationKonsentrasi garamit has already been
explain how dissolved ions affect the dielectric loss. salt
concentration may readily be correlated with the DC conductivity,
which itself may be found from the frequency dependence of the loss
factor. in the frequency regions where only conductivity
contributes to the loss, i.e outside dispersion regions equation
(5) is rewritten as (a = 2pi f E pangkat koma dua E nol) and the
loss can be calibrated against salt content.itu sudah menjelaskan
bagaimana ion terlarut mempengaruhi kerugian dielektrik.
konsentrasi garam mungkin dengan mudah dihubungkan dengan
konduktivitas DC, yang dengan sendirinya dapat ditemukan dari
ketergantungan frekuensi faktor kerugian. di daerah frekuensi di
mana hanya konduktivitas kontribusi untuk kerugian, yaitu persamaan
daerah dispersi luar (5) ditulis ulang sebagai as (a = 2pi f E
pangkat koma dua E nol) dan kerugian dapat dikalibrasi terhadap
kandungan garam.
6 material structureStuktur materi6.1. particle shape and
distributionBentuk partikel dan distribusithe description of
dielectric properties and their interaction with electromagnetic
radiation in terms of composition may be inadequate in some cases.
one of the most significant material properties, other than bulk
density, to affect the absorption of microwave power is the shape
of individual particles. this fact is demonstrated by a simple
experiment (chaloupka et.al. 1980) in which water droplets are
formed on a glass plate which is then placed in an electromagnetic
field with is plane parallel to the electric field. the attenuation
at a frequency of 16 GHz of this arrangement is found to be of the
order of 0,5 dB. if another glass plate is brought into contact
with the droplets, formatting a sandwich, and the droplets are
squeezed out into continuous or semicontinuous film, then this
attenuation leaps to around 20 dB. this is a consequence only of
the change in structure of the water layer and is not due to any
other influence.deskripsi sifat dielektrik dan interaksi mereka
dengan radiasi elektromagnetik dalam hal komposisi mungkin tidak
memadai dalam beberapa kasus. salah satu sifat bahan yang paling
penting, selain bulk density, untuk mempengaruhi penyerapan tenaga
microwave adalah bentuk partikel individu. Fakta ini ditunjukkan
oleh percobaan sederhana (Chaloupka et.al. 1980) di mana tetesan
air terbentuk di piring kaca yang kemudian ditempatkan dalam medan
elektromagnetik adalah dengan pesawat sejajar dengan medan listrik.
redaman pada frekuensi 16 GHz dari pengaturan ini ditemukan untuk
menjadi urutan 0,5 dB. jika kaca piring lain dibawa ke dalam kontak
dengan tetesan, format sandwich, dan tetesan diperas keluar ke
lapisan film atau semi, maka pelemahan ini melompat menjadi sekitar
20 dB. ini merupakan konsekuensi hanya dari perubahan struktur
lapisan air dan bukan karena pengaruh lainnya.The same effect is
seen in measurements on wet polyfoam as small quantities of
detergent are added. The surface tension of the water decreases and
the film formed on the foam surface becomes thinner.
Efek yang sama terlihat dalam pengukuran pada polyfoam basah
sebagai jumlah kecil deterjen ditambahkan. Tegangan permukaan air
menurun dan film yang terbentuk pada permukaan busa menjadi lebih
tipis.
The principal factor governing this effet in particulate
materials can be described in terms of ellipsoids of revolution and
a shape dependent depolarization factor. If we consider uniform
ellipsoids of water held in some dry material or permittivity m
with a quite random distribution of orientation in space, then the
effective permittivity is given by van beek (1967) as Where w is
the permittivity of pure water, Vw is its volume fraction and Ar is
the shape dependent depolarization factor. Ar takes values from 0
for needles to 1 for disks, with spherical particles having a value
of 1/3. The ellipsoidal principal axes are represented by r=a, b
and c.Faktor utama yang mengatur efek ini dalam bahan partikulat
yang dapat digambarkan dalam hal Lingkaran oval dari revolusi dan
tergantung bentuk faktor depolarisasi. Jika kita mempertimbangkan
lingkaran oval seragam air yang diadakan di beberapa kering materi
atau permitivitas m dengan distribusi yang cukup acak orientasi
dalam ruang, maka permitivitas efektif diberikan oleh van beek
(1967) sebagai mana w adalah permitivitas air murni, Vw adalah yang
fraksi volume dan Ar adalah bentuk faktor depolarisasi tergantung.
Ar mengambil nilai dari 0 untuk jarum untuk 1 untuk cakram, dengan
partikel berbentuk bola yang memiliki nilai 1/3. Sumbu utama elips
yang diwakili oleh r = a, b dan c.Clearly this example, with all
the particles of equal shaperepresents an idealized situation, but
chaloupka et.al. (1980) have dealt with the more general case where
the particles are of different shapes and have an arbitrary
distribution. The outcome of their study is the description of a
structure independent variable derived fom linear combination of
real and imaginary parts of the dielectric constant at different
frequencies, and also the determination of a mean depolarization
factor A0. This is very interesting, especially for materials which
do not absorb or bind the water and for which the water is
essentially in its pure form. However, this is not generally the
case with foods and, as has already been noted, binding of water
significantly alters its relaxation properties. Thus in equation
(18) the value of w required may be much closer to m, in which case
the effects of Ar become very much less significant. That this is
so may be seen in the results of kent and meyer (1982) from which
figure 7.8 is taken. A greater distribution and range of particle
shapes could not be imaginet, yet it appears to have had little
effect on the results.Jelas contoh ini, dengan semua partikel
bentuk yang sama situasi ideal, tapi Chaloupka et.al. (1980) telah
berurusan dengan kasus yang lebih umum di mana partikel dari
berbagai bentuk dan memiliki distribusi acak. Hasil penelitian
mereka adalah deskripsi struktur variabel independen yang berasal
dari kombinasi linear dari bagian real dan imajiner dari konstanta
dielektrik pada frekuensi yang berbeda, dan juga penentuan berarti
faktor depolarisasi A0. Hal ini sangat menarik, terutama untuk
bahan yang tidak menyerap atau mengikat air dan air yang pada
dasarnya dalam bentuk murni. Namun, hal ini tidak umum terjadi
dengan makanan dan, seperti yang telah dicatat, pengikatan air
secara signifikan mengubah sifat relaksasi nya. Dengan demikian
dalam persamaan (18) nilai w diperlukan mungkin lebih dekat dengan
m, dalam hal efek Ar menjadi sangat kurang signifikan. Bahwa ini
begitu dapat dilihat dalam hasil kent dan meyer (1982) yang mencari
7,8 diambil. Sebuah distribusi yang lebih besar dan berbagai bentuk
partikel tidak bisa dibayangkan, namun tampaknya memiliki sedikit
efek pada hasil.Kraszewski (1989) has recently obtained similar
result for wheat and grain where calibration seems independent of
grain type.Kraszewski (1989) baru-baru ini telah memperoleh hasil
yang serupa untuk gandum dan biji-bijian di mana kalibrasi
tampaknya bebas dari jenis biji-bijian.
6.2 particle sizeukuran partikelParticle size may be important
as well, though Kress-Rogers and Kent (1987) found very little
difference between ground and unground milk and coffee powders once
compensated for density changes. Such effect as were observed were
attributed to thermal damage during grinding.However, finer
particles of non food materials have been observed to differ in
properties (dube 1970). Where DC conductivity is present, i.s.
where a continuous conducting path exists, the increase in density
of interparticle contacts as the particle size is reduced can
account for some increase in observed loss factor.
Ukuran partikel mungkin penting juga, meskipun Kress-Rogers dan
Kent (1987) menemukan sedikit perbedaan antara tanah dan susu
ditumbuk dan bubuk kopi setelah kompensasi untuk perubahan
kepadatan. Efek seperti diamati dikaitkan dengan kerusakan termal
selama grinding. Namun, partikel halus dari bahan non pangan telah
diamati untuk berbeda dalam sifat (dube 1970). Dimana DC
konduktivitas hadir, i.s. di mana jalan melakukan terus menerus
ada, peningkatan kepadatan kontak interparticle sebagai ukuran
partikel berkurang dapat menjelaskan beberapa peningkatan faktor
kerugian yang diamati.
7. apparatus for microwave measurement.alat untuk pengukuran
microwave.7.1 attenuationredamanHaving discussed at some length the
dependence of various microwave variables on dielectric properties,
now we need to know how these variables are measured. Commercial
instruments for the measurement of microwave variables exist and
are usully applied to the problem of water determination alone (see
appendix 1 for list of manufacturers).Setelah membahas beberapa
panjang ketergantungan berbagai variabel microwave pada sifat
dielektrik, sekarang kita perlu tahu bagaimana variabel-variabel
ini diukur. Instrumen komersial untuk pengukuran variabel microwave
ada dan biasanya diterapkan pada masalah penentuan air saja (lihat
lampiran 1 untuk daftar produsen).Microwave circuits for the
measurement of attenuation can be fairly simple in operation. The
most basic is as shown in figure 7.16a. here a microwave source
feeds power through an isolator and then via a waveguide or a
coaxial line to a horn antenna which irradiates the sample the
function of the isolator is to prevent reflected power reaching the
source and interfering with its operation. On the other side of the
sample a horn antenna receives the unabsorbed power which is then
detected by a crystal detector. The signal at the detector clearly
diminishes as the water content in the materials increases and more
power is absorbed. The signal is calibrated against the water
content. The are some disadvantages with a type of sistem. Firstly
fluctuations in the power output of the source are wrongly
interpreted as moisture variations. This can be avoided signal
levelling, that is adding an additional detector and feedback
circuit to control by some means the power output, as shown in
figure 7.16b. secondly, the response is not linear, and for large
values of attenuation changes in the water content have
considerably less effect than the same absolute change would have
at a lower attenuation. This could be avoided by displaying a log
function of the detected current.Microwave sirkuit untuk pengukuran
redaman dapat cukup sederhana dalam operasi. Yang paling mendasar
adalah seperti pada gambar 7.16a. di sini sumber microwave umpan
kekuasaan melalui isolator dan kemudian melalui pandu atau kabel
koaksial ke antena tanduk yang menyinari sampel fungsi isolator
adalah untuk mencegah kekuasaan tercermin mencapai sumber dan
mengganggu operasi. Di sisi lain dari sampel antena tanduk menerima
kekuatan yang tidak terserap yang kemudian dideteksi oleh detektor
kristal. Sinyal pada detektor jelas berkurang sebagai kandungan air
dalam bahan meningkat dan lebih banyak kekuatan yang diserap.
Sinyal dikalibrasi terhadap kadar air. Adalah beberapa kelemahan
dengan jenis Sistem. Pertama fluktuasi output daya dari sumber yang
salah diartikan sebagai variasi kelembaban. Hal ini dapat dihindari
meratakan sinyal, yang menambahkan detektor dan umpan balik
tambahan sirkuit untuk mengontrol oleh beberapa berarti output
daya, seperti yang ditunjukkan pada gambar 7.16b. kedua, respon
tidak linear, dan nilai-nilai besar perubahan pelemahan dalam kadar
air berpengaruh jauh lebih kecil dari perubahan mutlak yang sama
akan memiliki redaman yang lebih rendah. Hal ini dapat dihindari
dengan menampilkan fungsi log arus terdeteksi.
A better solution is shown in figure 7.16c. this is a dual-path
system where the power from the source is divided by a power
splitter or directional coupler into a referece arm and a
measurement arm. The signals in each arm are detected separately
and the log ratio is taken electronically. In this case,
fluctuation in the source output appear equally in both arms and
the ratio represents a true measurement of the transmitted power
fraction. By using a logarithm of this ratio the results can be
expressed directly in decibels. The slight drawback with this
system is that the detectors must always be working within a square
law such that the output voltage is proportional to the detected
power level. This is not a problem if results from different
instruments are not to be compared, but menthods for transmission
measurement (attenuation): 1 microwave source; 2 isolator; 3 sample
head and sample; 4 detector; 5 log ampilfier; 6 output; 7
directional coupler; 8 feedback amplifier; 9 amplitude modulation
and control; 10 reference attenuator; 11 difference amplifier.
metode untuk pengukuran transmisi (atenuasi): 1 sumber
microwave; 2 isolator; 3 kepala sampel dan sampel; 4 detektor; 5
log amplifier; 6 output; 7 directional coupler; Penguat 8 umpan
balik; 9 modulasi dan kontrol amplitudo; Attenuator 10 referensi;
11 Perbedaan penguat
for transferable calibration it is essential that the detectors
operate with the same response. Too high a power at the detector
will take it out of its square law response into a linear region
where the output is proportional to the field strength and not the
power.
Sebuah solusi yang lebih baik ditunjukkan pada Gambar 7.16c. ini
adalah sistem dual-jalan di mana kekuatan dari sumber dibagi dengan
pembagi saluran daya atau arah prerangkai ke lengan referensi dan
lengan pengukuran. Sinyal di setiap lengan terdeteksi secara
terpisah dan rasio log diambil secara elektronik. Dalam hal ini,
gejolak pada hasil keluaran sumber muncul sama di kedua lengan dan
rasio merupakan pengukuran yang benar fraksi listrik yang
ditransmisikan. Dengan menggunakan logaritma dari rasio ini
hasilnya bisa dinyatakan langsung dalam desibel. Sedikit kelemahan
dengan sistem ini adalah bahwa detektor harus selalu bekerja dalam
hukum kuadrat sehingga tegangan output sebanding dengan tingkat
daya terdeteksi. Ini bukan masalah jika hasil dari instrumen yang
berbeda tidak dapat dibandingkan, tetapi untuk kalibrasi
dipindahtangankan adalah penting bahwa detektor beroperasi dengan
respon yang sama. Terlalu tinggi kekuatan pada detektor akan
membawanya keluar dari respon hukum kuadrat ke dalam daerah linier
di mana output sebanding dengan kekuatan medan dan tidak kuasa.
All the systems described have involved straightforward DC
detection and amplification. Some devices have been constructed
with the addition of amplitude modulation of the source power at a
few kilohertz, followed by detection and amplification at this
frequency. The advantages are simply that spurious signals or drift
currents in the detectors and electronic circuits are not
interpreted as fluctuations due to the sample.Semua sistem yang
dijelaskan telah melibatkan deteksi DC langsung dan amplifikasi.
Beberapa perangkat telah dibangun dengan penambahan modulasi
amplitudo kekuatan sumber di beberapa kilohertz, diikuti oleh
deteksi dan amplifikasi pada frekuensi ini. Keuntungan hanya itu
sinyal palsu atau hanyut arus di detektor dan sirkuit elektronik
tidak diartikan sebagai fluktuasi karena sampel.
7.2 phase
Measurement of phase alone has not been explored enough owing to
lack of availability of commercial devices. There are situations,
however, where it would seem eminently suitable. One example would
be the determination of sugar concentration discussed in section
5.3, where coupled with temperature measurement it would provide a
more readily interpreted result than attenuation.Pengukuran fase
saja belum dieksplorasi cukup karena kurangnya ketersediaan
perangkat komersial. Ada situasi, bagaimanapun, di mana akan
terlihat sangat cocok. Salah satu contoh akan menjadi penentuan
konsentrasi gula yang dibahas dalam bagian 5.3, di mana digabungkan
dengan pengukuran suhu akan memberikan hasil yang lebih mudah
diinterpretasikan dari pelemahan.
it has been used, however, for the measurement of the water
content of tobacco (ozamiz and hewitt 1979) and the water content
of coal (klein 1981). the circuit devised by ozamiz and hewitt
(1979) is shown in figure 7.17. this is a heterodyne system in
which the power in the reference and sample arms is down converted
from 1,25 GHn to an inter mediate frequency of 160 MHz. it is
easily demonstrated that the phase difference between the two inter
mediate frequency (IF) signals is the same as in the microwave
case. these signals are amplified and clipped to form a pseudo
square wave and then fed a phase detector.telah digunakan, namun,
untuk pengukuran kadar air tembakau (Ozamiz dan hewitt 1979) dan
kadar air batubara (klein 1981). sirkuit yang dirancang oleh Ozamiz
dan hewitt (1979) ditunjukkan pada Gambar 7.17. ini adalah sistem
heterodyne di mana kekuatan di lengan referensi dan sampel turun
dikonversi dari 1,25 GHN ke frekuensi menengahi antar dari 160 MHz.
itu mudah menunjukkan bahwa perbedaan fase antara sinyal dua antar
frekuensi menengahi (IF) adalah sama seperti dalam kasus microwave.
Sinyal ini diperkuat dan dipotong untuk membentuk gelombang semu
persegi dan kemudian diumpankan detektor fasa.
7.3 simultaneous phase and attenuationfase simultan dan
redamanIt is relatively simple to build a manually operated bridge
for thedetermination of both phase and attention, and the early
device of kraszewski and kulinski (1976) was basically a mecanical
version of that. Kalinski (1976) has devised several variations of
a homodyne circuit which proved useful for phase compensation in
glass water content measurementHal ini relatif sederhana untuk
membangun jembatan dioperasikan secara manual untuk penentuan kedua
fase dan perhatian, dan perangkat awal kraszewski dan kulinski
(1976) pada dasarnya versi mekanis itu. Kalinski (1976) telah
menyusun beberapa variasi rangkaian homodyne yang terbukti berguna
untuk kompensasi fase dalam pengukuran kadar air kacathe circuit
used by meyer and schilz (1980) is shown in figure 7.18a, and its
comparative complexity is obvious. based on heterodyne principles,
it functions by first down converting the 9 GHz signal to 10 MHz
the required 10 MHz difference between the local oscillator at
8.99GHz andsirkuit yang digunakan oleh meyer dan schilz (1980)
ditunjukkan pada gambar 7.18a, dan kompleksitas komparatif jelas.
berdasarkan prinsip-prinsip heterodyne, berfungsi dengan turun
pertama mengkonversi sinyal 9 GHz sampai 10 MHz yang diperlukan 10
MHz perbedaan antara osilator lokal pada 8.99GHz dan
aa
Method of phase measurement (after ozamiz and hewitt 1979): 1
microwave source; 2 isolator; 3 power splitter; 4 sample head and
sample; 5 phase shifter; 6 local microwave oscillator; 7
attenuator; 8 mixer detector; 9 amplifier; 10 phase detector; 11
output. The black arrowheads represent flow of microwave power
while open arrowheads indicate lower frequency connections.Metode
pengukuran fase (setelah Ozamiz dan hewitt 1979): 1 sumber
microwave; 2 isolator; Splitter 3 tenaga 4 kepala sampel dan
sampel; Shifter 5 fase; 6 osilator microwave lokal; 7 attenuator;
Detektor 8 mixer; 9 penguat; Detektor 10 fase; 11 output. Kepala
panah hitam mewakili aliran listrik microwave sedangkan panah
terbuka menunjukkan koneksi frekuensi yang lebih rendah.
12 | LAJUTAN