在食品生產行業(yè)，有嚴格的健康和安全規(guī)定，以確保消費者收到的產品質量上乘。不符合這些政府和行業(yè)標準的后果可能對食品生產商造成極大的損害。如果劣質食品進入市場，就會給消費者帶來疾病，給制造商帶來法律風險。另一方面，不通過質量標準的食品可能導致材料浪費、制造成本上升，最終導致收入損失。

在奶酪生產中，能夠測量材料的濕度和溫度是達到質量標準的關鍵參數(shù)。奶酪中所含的水量會極大地影響奶酪的質量、加工和保質期。本文將探討依靠微波頻率和射頻諧振器精確測量軟奶酪（特別是莫札雷拉奶酪）水分的好處，并提供一個案例為用戶應用基于微波諧振腔的奶酪水分傳感器提供指導。

海默生微波水分儀在干酪生產中的應用

利用微波諧振器傳感器解決方案，奶酪制造商可以獲得精確的測量數(shù)據(jù)，用于計算莫扎雷拉的水分或含水量。通過精確測量濕度，微波射頻傳感器幫助制造商減少細菌的生長，幫助公司獲得最高質量的產品。微波傳感器還可用于其他測量，如重量、密度和溫度，以及識別與奶酪接觸的外來顆粒或物質。在本文中，我們將專門關注測量濕度的好處，因為這是目前最關鍵的測量指標。

先進的海默生微波水分儀有幾個特點，使其成為測量奶酪含水量的理想解決方案。一個好處是，它們使制造商能夠在一個小范圍內進行精確測量。利用微波諧振器技術，射頻傳感器只需2-3厘米范圍便可檢測到產品的含水量。與電容式傳感器相比，測量場始終位于材料內部，電容式傳感器使用更大的測量面積，因此通常在物質外部進行測量。

微波測量還提供了能夠檢測產品表面和核心水分的優(yōu)勢。這使得更容易測量具有挑戰(zhàn)性的產品，例如，那些可能只在表面干燥的產品。用電容和光學測量方法測量這些類型的產品是很困難的。

基于微波諧振器的傳感器也滿足奶酪制造商在線測量的要求，因為傳感器可以直接安裝在生產線上。對于具有1米或1米以上寬傳送帶的生產線，可以連續(xù)使用多個傳感器。使用內聯(lián)傳感器，制造商可以消除使用探針和在實驗室測量一次性樣品的需要，這是執(zhí)行濕度測量的傳統(tǒng)方法。有了內聯(lián)傳感器，制造商可以從生產線上立即進行測量；不需要制備樣品。這種方法速度明顯更快，以每秒10000次測量的速度處理高達65GHz的微波頻率。此外，它的精確度更高，工業(yè)研究表明，與實驗室樣品相比，在線測量的精確度會提高。

微波諧振技術
典型的諧振腔測量系統(tǒng)包括諧振腔、信號處理器和計算機軟件控制。（見圖1。）

圖1：微波測量系統(tǒng)

傳感器的核心元件是微波諧振器，諧振器的外殼向一側打開。這個孔被一塊陶瓷板覆蓋著。在惡劣環(huán)境下工作時，傳感器主體采用不銹鋼V4A。陶瓷板正下方有一個溫度傳感器。微波傳感器如圖2所示

圖2：微波傳感器

在生產線上安裝微波傳感器是一個簡單的過程。微波傳感器通過法蘭安裝。標準法蘭的尺寸如圖3所示。制造商也可以要求符合其確切要求的特定法蘭。

圖3：微波傳感器安裝法蘭

為了測量電特性，諧振器有兩個端口：一個用于發(fā)送微波，另一個用于接收微波。出于分析目的，需要考慮微波從發(fā)射端口到接收端口的吸收，并且正在測量的材料類型可能會產生影響。為了進行測量，諧振器將連接到評估單元。筆記本電腦將顯示測量的透射率。

應用微波透射率在頻率上，制造商可以找到諧振器的空載頻率fRES_unloaded。將任何材料放在諧振器上，隨后將最大值移到較低的頻率，即頻率為FraseLoad。這樣就可以區(qū)分材料中不同程度的水分。

圖 4：共振曲線

微波諧振傳感器可以很容易地集成在生產線的傳輸系統(tǒng)中。完整的測量結果（包括圖表等）可以顯示在本地筆記本電腦或中央工作站的PC機（如通過以太網連接）或機器上的面板PC機上。此外，還可以在生產線上安裝一個工業(yè)顯示面板顯示濕度百分比和溫度的即時摘要。傳感器可以通過標準的IEEE 802.3以太網通信接口進行監(jiān)控，允許制造商通過計算機輕松讀取及記錄數(shù)據(jù)。對于固定的生產環(huán)境，即流水生產線，傳感器還支持Profibus和電流回路（4-20mA）接口。通過在傳感器固件中實現(xiàn)定制的校準公式和測量表，制造商可以精確讀取莫扎雷拉奶酪的水分。

案例分析：在奶酪生產線上安裝海默生微波水分儀傳感器
本節(jié)將描述一個基于微波諧振器的傳感器如何應用在奶酪生產線在線測量水分。在這種應用中，微波傳感器被安裝在一個金屬滑槽下，在滑槽上運送奶酪。溜槽上的孔的尺寸與外法蘭直徑相同，使微波傳感器直接與奶酪接觸。（見圖5和圖6。）

圖5：安裝在奶酪生產線上的微波傳感器

圖6：用于檢測奶酪生產的微波水分傳感器照片

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圖7：從微波諧振器傳感器測量的原始水分和溫度

圖8：奶酪生產中水分的最終計算數(shù)據(jù)，無人為干擾

圖7顯示了在奶酪生產線上進行的原始測量。紅線表示原始數(shù)據(jù)濕度，藍色表示溫度。較大的尖峰是由手動干擾引起的，例如，為實驗室取一個探頭。使用手動取的探頭，在實驗室測量濕度時，可以校準傳感器。奶酪生產中水分的最終計算數(shù)據(jù)如圖8所示，綠色表示含水量，藍色表示溫度。

為了得到含水量的值，需要進行校準。在計算水分值之前，對原始數(shù)據(jù)應用了一種特殊的平均算法。與實驗值比較，精度達到0.5%左右。

EMC 注意事項
微波傳感器使用開放式諧振器。因此，必須注意不超過由適當?shù)腄IN規(guī)范（尤其是DIN EN 61000）確定的最大允許RF功率。在運行中，被測材料（如一層奶酪）會引起射頻功率的附加衰減，因此滿足了DIN標準的要求。對于空載傳感器，需要采取更多的預防措施。在這種情況下，應使用特殊的電平控制電路。

結論
通過使用微波傳感器，奶酪生產商可以連續(xù)測量他們的產品，以確保在生產過程的各個階段都有正確的水分。與電容式和光學式傳感器相比，基于微波諧振器的傳感器具有明顯的優(yōu)勢。它們允許制造商在較小的區(qū)域內進行精確測量，可以檢測產品表面和核心的水分，并且可以直接安裝在生產線上，從而實現(xiàn)更快、更精確的測量。

作為微波傳感器的供應商，海默生公司開發(fā)和制造高精度傳感器解決方案，用于食品、制藥和化學工業(yè)的廣泛測量和應用。我們的傳感器已用于多種奶酪類型，包括馬蘇里拉奶酪、費城?奶油奶酪等軟奶酪和帕爾馬干酪等硬奶酪，使制造商能夠在滿足健康和安全法規(guī)的同時保持最高質量。