Download pdf - Dizertačná práca Ing. Ákos Kertész

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRE

TECHNICKÁ FAKULTA

TF-17374-267

VYUŽITIE ELEKTRICKÝCH VLASTNOSTÍ

POTRAVINÁRSKYCH MATERIÁLOV

PRI HODNOTENÍ ICH KVALITY

Dizertačná práca

2012 Ákos Kertész, Ing.

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRE

TECHNICKÁ FAKULTA

VYUŽITIE ELEKTRICKÝCH VLASTNOSTÍ

POTRAVINÁRSKYCH MATERIÁLOV

PRI HODNOTENÍ ICH KVALITY

Dizertačná práca

Študijný program: Technika a mechanizácia poľnohospodárskej

výroby

Študijný odbor: 4111 Mechanizácia poľnohospodárskej

a lesníckej výroby

Školiace pracovisko: Katedra fyziky

Školiteľ: Zuzana Hlaváčová, doc. RNDr., CSc.

Nitra 2012 Ákos Kertész, Ing.

Čestné vyhlásenie Vyhlasujem, že predloženú dizertačnú prácu som vypracoval samostatne. Všetky použité literárne zdroje som uviedol v zozname použitej literatúry.

...............................................................

podpis študenta (autora)

Informácia o použití výsledkov získaných v rámci výskumného projektu V tejto práci sú prezentované výsledky, ktoré autor získal v rámci výskumnej úlohy/ výskumného projektu:

Využitie fyzikálnych vlastností potravinárskych materiálov pri hodnotení kvality potravín (VEGA 1/0829/09)

Osmotic Dryer Development for Fruits and Vegetables, projekt riešený s Univerzitou v Novom Sade (Poľnohospodárska fakulta, Oddelenie poľnohospodárskej techniky), Novi Sad, Srbsko

Poďakovanie

Dovoľujem si touto cestou poďakovať školiteľke doc. RNDr. Zuzane Hlaváčovej,

CSc. za jej cenné rady, pripomienky a usmernenia počas spracovania dizertačnej práce.

Okrem toho chcem vyjadriť poďakovanie Ing. Ondrejovi Takáčovi za spoluprácu pri

tvorbe programu pre stanovenie veľkosti plochy nepravidelných predmetov, Dr. Eszter

Vozáry za vedenie počas praktickej stáže na Corvinus Univerzite v Budapešti.

Abstrakt

Stanovenie elektrických vlastností sa využíva v mnohých odboroch a odvetviach.

Teplota a vlhkosť hrajú dôležitú úlohu pri výbere vhodného režimu skladovania.

Kapacita a stratový činiteľ patria medzi hlavné elektrické vlastnosti biologických

materiálov. Uvedené vlastnosti biologických materiálov sa napríklad využívajú pri

zisťovaní kvality a zloženia potravín, najmä pri meraní obsahu vody, určovaní zrelosti

ovocia a v mnohých iných oblastiach. LCR metre sú najvhodnejšími prístrojmi pre

meranie elektrických vlastností biologických materiálov vo frekvenčnom pásme po

105 Hz. Naše merania sme uskutočnili na vzorkách sušených mrkiev (Daucus carota

L.), sušeného ovocia, repky olejnej (Brassica napus L.), múky a mlieka v laboratórnych

podmienkach. Relatívna vlhkosť vzoriek bola stanovená v súlade s normami, pre sypké

materiály sa určila sypná hmotnosť. Merali sme odpor, impedanciu a kapacitu týchto

materiálov. Vytvorili sme program umožňujúci určiť plochu nepravidelných tvarov

sušeného ovocia, aby sme spresnili určenie ich kapacity. Elektrické vlastnosti mrkvy

boli merané pomocou LCR metra hp4284A vo frekvenčnom rozsahu od 30 Hz – 1 MHz

a hp4285A vo frekvenčnom rozsahu od 75 kHz – 30 MHz pri testovacom napätí 1 V.

Elektrické vlastnosti vzoriek sušeného ovocia, repky olejnej, múky a mlieka sme merali

s LCR metrom Goodwill LCR-821 vo frekvenčnom rozsahu od 50 Hz do 200 kHz.

Relatívnu permitivitu vzoriek sme vypočítali z meraných kapacít. Pri meraní sa použili

štyri snímače a bola posúdená vhodnosť ich použitia pri meraní pre jednotlivé vzorky.

Po spracovaní nameraných a vypočítaných hodnôt sme zostrojili grafické závislosti

elektrických veličín od frekvencie a relatívnej vlhkosti. Zistili sme, že odpor,

impedancia a kapacita meraných vzoriek klesá s frekvenciou v danom frekvenčnom

intervale. Zistili sme, že namerané hodnoty a závislosti elektrických vlastností je možné

využiť pri určovaní vlhkosti sušeného ovocia, zeleniny a semien repky olejnej, pri

zisťovaní kvality múky, pre ktorú sa našla korelácia so sypnou hmotnosťou, pri

zisťovaní štádia degradácie mlieka na základe korelácie s konduktivitou vzoriek.

Kľúčové slová: elektrické vlastnosti, potravinárske materiály, LCR meter

Abstract

Determination of electrical properties is utilized in wide range of disciplines and

industries. The temperature and moisture content have important role at the selection of

suitable regime of the storage. The capacitance and loss factor belong between main

electrical properties of biological materials. Mentioned properties of biological

materials are used for example at determination of quality and composition of food,

mainly their moisture content, of fruits maturity and in many other cases. LCR meters

are the most suitable devices for measuring electrical properties of biological materials

in frequency range till 105 Hz. Our measurements were done on samples of dried carrots

(Daucus carota L.), dried fruits, rape oilseed (Brassica napus L.), flour and milk at

laboratory conditions. Moisture content of the samples was determined in accordance

with the standards, for loose materials were determined the bulk density. We measured

resistance, impedance and capacitance of these materials. To determine the capacity

more precisely for dried fruits with irregular shape, we developed a computer program

for establishing their area. Electrical properties of carrot slices were measured with

precision LCR meters HP 4284A in frequency range from 30 Hz till 1 MHz and 4285A

in frequency range from 75 kHz till 30 MHz, respectively, at voltage of 1 V. Electrical

properties of dried fruits, rape oilseed, flour and milk were measured by LCR meter

GoodWill LCR-821 in a frequency range from 50 Hz to 200 kHz. The relative

permittivity of the samples was calculated from the measured capacity. Four sensors

were used for measuring and the appropriateness of their use was considered for all

samples. After processing of measured and calculated values we were constructed

graphical dependencies of electrical property on frequency and moisture content. We

found that the resistance, capacitance and impedance of the measured samples decreas

with frequency in this frequency range. We found out that the measured values and the

electrical properties dependence can be used to determine the moisture content of dried

fruits, vegetables and rape oilseed, at determining of the flour quality, for which we

found a correlation with bulk density, at determining the stage of milk degradation on

the base of correlation with conductivity of samples.

Key words: electrical properties, food materials, LCR Meter

Obsah

Obsah ............................................................................................................................... 6

Zoznam ilustrácií ............................................................................................................ 9

Zoznam tabuliek ........................................................................................................... 11

Zoznam skratiek a značiek........................................................................................... 14

Úvod ............................................................................................................................... 18

1 Súčasný stav riešenej problematiky doma a v zahraničí..................................... 21

1.1 Voda a jej vlastnosti.......................................................................................... 21

1.2 Veličiny charakterizujúce prítomnosť vody v látkach .................................. 23

1.2.1 Vlhkosť pevných látok................................................................................. 24

1.3 Dielektriká a ich základné vlastnosti............................................................... 25

1.3.1 Polarizácia dielektrika.................................................................................. 25

1.3.2 Vedenie v dielektriku................................................................................... 26

1.3.3 Straty v dielektriku....................................................................................... 27

1.4 Metódy merania elektrických vlastností......................................................... 27

1.4.1 Dielektrické metódy..................................................................................... 27

1.4.2 Kapacitné metódy ........................................................................................ 30

1.5 Meranie vlhkosti ................................................................................................ 30

1.5.1 Gravimetrická metóda..................................................................................31

1.5.2 Určenie vlhkosti vlhkomerom...................................................................... 32

1.5.3 Gravimetrická metóda s infražiaričom......................................................... 32

1.5.4 Vodivostná metóda ...................................................................................... 33

1.5.5 Mikrovlnné metódy...................................................................................... 34

1.5.6 Rádiometrické metódy................................................................................. 35

1.5.7 Neutrónová moderačná metóda ................................................................... 35

1.5.8 Meranie absorpcie žiarenia γ a β.................................................................. 35

1.5.9 Metóda nukleárnej magnetickej rezonancie................................................. 36

1.5.10 Metóda infračervenej spektroskopie ............................................................ 36

1.5.11 Ultrazvuková metóda ...................................................................................37

1.5.12 Sorpčná metóda............................................................................................ 37

1.5.13 Chemické metódy ........................................................................................ 38

2 Cieľ práce................................................................................................................. 39

3 Metodika práce a metódy skúmania ..................................................................... 40

3.1 Mlieko ................................................................................................................. 42

3.1.1 Zloženie mlieka............................................................................................ 42

3.1.1.1 Mliečne bielkoviny ............................................................................. 44

3.1.1.2 Mliečny tuk ......................................................................................... 44

3.1.1.3 Mliečny cukor ..................................................................................... 45

3.1.2 Druhy mlieka ............................................................................................... 45

3.1.2.1 Konzumné mlieko...............................................................................45

3.1.2.2 Trvanlivé mlieko................................................................................. 46

3.1.2.3 Sušené mlieko ..................................................................................... 46

3.2 Múka ................................................................................................................... 46

3.2.1 Výroba múky ............................................................................................... 47

3.3 Repka olejná....................................................................................................... 49

3.4 Mrkva ................................................................................................................. 50

3.5 Zloženie ovocia................................................................................................... 51

3.5.1 Dula.............................................................................................................. 52

3.5.2 Jablko ........................................................................................................... 54

3.6 Charakteristika použitých zariadení a pomôcok............................................ 55

3.7 Merací prístroj LCR mostík Good Will 821, HP 4284A, HP 4285A............ 56

3.8 Sériové rozhranie RS 232.................................................................................. 57

3.8.1 Dátový tok RS 232....................................................................................... 57

3.8.1 General Purpose Interface Bus (GPIB)........................................................ 57

3.9 Snímače............................................................................................................... 58

3.9.1 HP 16451B dielectric text fixture ................................................................ 60

3.9.1.1 Kontaktná elektródová metóda (tuhá kovová elektróda) .................... 62

3.9.1.2 Nekontaktná elektródová metóda (metóda vzduchovej medzery)...... 63

3.9.1.3 Materiály vhodné na meranie s elektródou typu A a typu B .............. 67

3.10 Meranie vlhkosti ................................................................................................ 69

3.10.1 Prístroje a pomôcky ..................................................................................... 69

3.10.2 Postup skúšky............................................................................................... 70

3.10.3 Vyhodnotenie výsledku ............................................................................... 70

3.10.3.1 Stanovenie obsahu vlhkosti mrkvy..................................................... 70

3.10.3.2 Vlhčenie vzorky repky olejnej ............................................................ 71

3.10.3.3 Stanovenie obsahu vlhkosti repky olejnej a múk................................ 71

3.10.4 Matematické modelovanie priebehu sušenia ............................................... 72

3.10.4.1 Stanovenie efektívneho koeficientu difúzie........................................ 73

3.10.4.2 Výpočet aktivačnej energie................................................................. 74

3.11 Postup pri meraní elektrických vlastností biologických materiálov........... 75

3.12 Postup pri spracovaní nameraných hodnôt.................................................... 77

3.13 Stanovenie plochy vzorky dule pomocou pixelov........................................... 77

3.13.1 Postup pri určení plochy meranej vzorky .................................................... 78

4 Výsledky práce ........................................................................................................ 80

4.1 Elektrické vlastnosti sušeného ovocia a zeleniny............................................ 80

4.2 Elektrické vlastnosti repky olejnej................................................................... 89

4.3 Elektrické vlastnosti mlieka.............................................................................. 92

4.4 Elektrické vlastnosti múky ............................................................................... 95

4.5 Elektrické vlastnosti prázdnych kondenzátorov............................................ 99

4.5 Elektrické vlastnosti sušenej dule.................................................................. 101

5 Návrh na využitie výsledkov ................................................................................ 103

Záver ............................................................................................................................ 104

Zoznam použitej literatúry ........................................................................................ 107

Zoznam publikovaných prác autora súvisiacich s riešenou problematikou ......... 112

Prílohy.......................................................................................................................... 115

9

Zoznam ilustrácií

Obr. 1 Vzorka semien repky olejnej .......................................................................... 49

Obr. 2 Mrkva obyčajná (Daucus carota L.)............................................................... 51

Obr. 3 Dula (Cydonia oblonga Mill.) ........................................................................ 53

Obr. 4 Užívateľské rozhranie programu LCR-Viewer............................................... 55

Obr. 5 Prepojovací konektor podľa IEEE 488 ........................................................... 58

Obr. 6 Doskový snímač.............................................................................................. 58

Obr. 7 Doskový kondenzátor ..................................................................................... 59

Obr. 8 Doskový valcový snímač ................................................................................ 59

Obr. 9 Koaxiálny snímač ........................................................................................... 60

Obr. 10 Špeciálne elektródy so zvierkou HP 16451B dielectric text fixture............... 60

Obr. 11 Schéma elektródy typu A a B s rozmermi určenými pre zvierku 16451B dielectric text fixture....................................................................................... 61

Obr. 12 Meranie kapacity bez ochrannej elektródy ..................................................... 61

Obr. 13 Meranie kapacity s ochrannou elektródou ...................................................... 61

Obr. 14 Kontaktná elektródová metóda (tuhá kovová elektróda) ................................ 62

Obr. 15 Elektróda A (38 mm) a B (5 mm), pre kontaktnú elektródovú metódu (tuhá kovová elektróda) .................................................................................. 63

Obr. 16 Schéma nekontaktnej elektródovej metódy (metóda vzduchovej medzery) ......................................................................................................... 64

Obr. 17 Elektróda A (38 mm) a B (5 mm) pre nekontaktnú elektródovú metódu (metóda vzduchovej medzery)........................................................................ 67

Obr. 18 Vhodné rozmery meraného materiálu pre elektródu typu A a typu B............ 69

Obr. 19 Usporiadanie meracích prístrojov pri použití LCR metra GoodWill 821 ...... 76

Obr. 20 Usporiadanie meracích prístrojov pri použití LCR metra HP 4284A a HP 4285A ....................................................................................................... 76

Obr. 21 Forma uloženia nameraných hodnôt v programe LCR-Viewer...................... 77

Obr. 22 Určenie počtu pixelov obsiahnutých na ploche etalónu ................................. 79

Obr. 23 Určenie počtu pixelov obsiahnutých na ploche meranej vzorky .................... 79

Obr. 24 Závislosť odporu (+) a impedancie (∆) od frekvencie pre vzorku sušeného jablka č. 2 ........................................................................................ 80

Obr. 25 Relatívny podiel vlhkosti pri sušení mrkvových rezkov v závislosti od priebehu sušenia.............................................................................................. 82

Obr. 26 Relatívna vlhkosť ω pri sušení mrkvových rezkov v závislosti od času sušenia............................................................................................................. 83

Obr. 27 Frekvenčná závislosť impedancie pre vzorky sušených mrkiev pre rez

10

č. 21 (), č. 22 (), č. 23 (), č. 24 (), č. 25 (), č. 26 ().................... 84

Obr. 28 Frekvenčná závislosť impedancie pre vzorky sušených mrkiev..................... 85

Obr. 29 Závislosť impedancie mrkvy od vlhkosti pri frekvencií 10 kHz a 1 MHz ..... 86

Obr. 30 Frekvenčná závislosť odporu pre vzorky dule č. 1 (+), č. 2 (∆), č. 3 (O),

č. 4 (), č. 5 (), č. 6 () ............................................................................. 87

Obr. 31 Závislosť kapacity od frekvencie pre vzorky dule č. 1 (+), č. 3 (),

č. 4 (∆)............................................................................................................. 88

Obr. 32 Závislosť kapacity od frekvencie pre vzorky repky olejnej č. 1 (), č. 2 (), č. 3 (), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 (+) ................................................ 89

Obr. 33 Závislosť impedancie od frekvencie pre vzorky repky olejnej č. 1 (), č. 2 (), č. 3 (), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 (+) ................................................ 90

Obr. 34 Závislosť relatívnej permitivity od relatívnej vlhkosti pre vzorku repky olejnej.............................................................................................................. 91

Obr. 35 Závislosť odporu od frekvencie pre vzorku mlieka Rajo pri skladovaní 1 deň(), 2 dni (), 3 dni () ...................................................................... 93

Obr. 36 Závislosť konduktivity od frekvencie pre vzorku mlieka Rajo pri skladovaní 1 deň (), 2 dni (), 3 dni ()................................................... 94

Obr. 37 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre vzorku múka hladká špeciál 00 extra, meraná doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom () a doskovým kondenzátorom () ....................... 95

Obr. 38 Závislosť konduktivity od frekvencie pre vzorku múka hladká špeciál 00 extra, meraná doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom () a doskovým kondenzátorom () .......................................... 97

Obr. 39 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie, pre vzorky múk meranej doskovým kondenzátorom.............................................................................. 98

Obr. 40 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre prázdne kondenzátory, meraná doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom (), doskovým snímačom () a doskovým kondenzátorom () ................................................................................................................ 100

Obr. 41 Závislosť kapacity od frekvencie pre vzorku dula č. 5 () ......................... 101

Obr. 42 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre vzorku dula č. 5 () ..... 102

Obr. 43 Elektrická sušička KCW – 100..................................................................... 115

Obr. 44 Elektrická sušička Venticell 111................................................................... 115

Obr. 45 Digitálna váha SARTORIUS BASIC BA 110S ........................................... 116

Obr. 46 Digitálna váha SI-603 ................................................................................... 116

Obr. 47 Exsikátor ....................................................................................................... 117

Obr. 48 Johansonove koncové mierky TGL RGW 720/0.......................................... 117

11

Zoznam tabuliek

Tab. 1 Prehľad zloženia hlavných druhov mliek v g na 100 g mlieka....................... 42

Tab. 2 Základné zloženie 1 litra kravského mlieka.................................................... 43

Tab. 3 Všeobecne sú bielkoviny mlieka zastúpené nasledovne................................. 44

Tab. 4 Mastné kyseliny mliečneho tuku .................................................................... 45

Tab. 5 Požiadavky na kvalitu pšenice pri nákupe podľa STN 461100-2................... 48

Tab. 6 Hlavné zložky vybraných druhov ovocia ....................................................... 52

Tab. 7 Priemerné nutričné hodnoty 100 g jablka ....................................................... 54

Tab. 8 Hodnoty konštánt pre R0, Z0, k, R2.................................................................. 81

Tab. 9 Hodnoty konštánt pre MRref , k a koeficienty determinácie R2....................... 82

Tab. 10 Hodnoty konštánt pre a, b, c a koeficienty determinácie R2........................... 84

Tab. 11 Hodnoty konštánt pre Z0, k a koeficienty determinácie R2............................. 85

Tab. 12 Hodnoty konštánt pre Z0, k a koeficienty determinácie R2............................. 86

Tab. 13 Hodnoty konštánt pre R0, k, R2 ....................................................................... 87

Tab. 14 Hodnoty konštánt pre R0, k a koeficienty determinácie R2............................. 88

Tab. 15 Hodnoty konštánt pre C0, k a koeficienty determinácie R2............................. 89

Tab. 16 Hodnoty konštánt pre C0, k a koeficienty determinácie R2............................. 90

Tab. 17 Hodnoty konštánt pre Z0, k a koeficienty determinácie R2 ............................. 91

Tab. 18 Hodnoty konštánt prerefε , k a koeficienty determinácie R2 ........................... 92

Tab. 19 Hodnoty konštánt pre R, k a koeficienty determinácie R2 .............................. 93

Tab. 20 Hodnoty konštánt pre 0σ , k a koeficienty determinácie R2 ............................ 94

Tab. 21 Relatívne vlhkosti a sypné hmotnosti vzoriek múky ...................................... 95

Tab. 22 Hodnoty konštánt pre 0rε , k a koeficienty determinácie R2.......................... 96

Tab. 23 Hodnoty konštánt pre 0σ , k a koeficienty determinácie R2 ............................ 97

Tab. 24 Hodnoty konštánt pre 0rε , k a koeficienty determinácie R2.......................... 99

Tab. 25 Hodnoty konštánt pre 0rε , k a koeficienty determinácie R2 ........................ 100

Tab. 26 Hodnoty konštánt pre C0, 0rε , k a koeficienty determinácie R2 .................. 102

Tab. 27 Hodnoty frekvencie f a odporu R pre vzorku sušeného jablka č. 2............... 118

Tab. 28 Hodnoty frekvencie f, a impedancie Z pre vzorku sušeného jablka č. 2....... 119

Tab. 29 Hodnoty frekvencie f a odporu R pre vzorku dula č. 4 ................................. 120

Tab. 30 Hodnoty frekvencie f a kapacity C pre vzorku dula č. 4............................... 121

Tab. 31 Čas sušenia s, hmotnosť m, priemer d, hrúbka h, relatívna vlhkosť ω pre vzorky č. 1 až 42..................................................................................... 122

12

Tab. 32 Štatistické údaje k Tab. 31............................................................................ 123

Tab. 33 Čas sušenia t, hmotnosť m, priemer d, hrúbka h a relatívna vlhkosť ω pre vzorky č. 1 až 42..................................................................................... 124

Tab. 34 Štatistické údaje k Tab. 33............................................................................ 125

Tab. 35 Parametre sušenia v závislosti od času sušenia............................................. 126

Tab. 36 Hodnoty frekvencie f, kapacity C pre vzorku dula č. 5 ................................ 128

Tab. 37 Stanovené počty pixelov pomocou vytvoreného programu pre koncovú mierku 20 mm s rozmermi 20 mm x 35 mm ................................................ 129

Tab. 38 Stanovené plochy a počty pixelov pomocou vytvoreného programu pre vzorku sušenej dule č. 5 ................................................................................ 129

Tab. 39 Vypočítané kapacity a relatívne permitivity pre meranú vzorku sušenej dule č. 5......................................................................................................... 130

Tab. 40 Hodnoty frekvencie f, kapacity C, odporu R, impedancie Z, priemernej

konduktivity σ pre vzorku mlieko Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 % meranej prvý deň ................................................................................ 131


konduktivity σ pre vzorku mlieko Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 % meranej druhý deň .............................................................................. 132


konduktivity σ pre vzorku mlieko Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 % meranej tretý deň ................................................................................ 133


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka

hladká meraná doskovým valcovým snímačom ........................................... 134



hladká meraná koaxiálnym snímačom.......................................................... 135



hladká meraná doskovým kondenzátorom ................................................... 136



výberová polohrubá meraná doskovým kondenzátorom .............................. 137



hrubá meraná doskovým kondenzátorom..................................................... 138

13



pšenično-ražná meraná doskovým kondenzátorom...................................... 139



ražná celozrnná hladká meraná doskovým kondenzátorom ......................... 140



špaldová celozrnná hladká meraná doskovým kondenzátorom.................... 141

Tab. 51 Hodnoty frekvencie f, relatívnej vlhkosti ω, priemrnej kapacity C ,

priemerného odporu R , priemernej impedancie Z , priemernej

relatívnej permitivity rε pre vzorku repky olejnej meraná doskovým

valcovým snímačom ..................................................................................... 142

Tab. 52 Hodnoty frekvencie f, kapacity C, priemernej relatívnej permitivity rε pre

prázdny doskový valcový snímač ................................................................. 143


prázdny doskový snímač............................................................................... 144


prázdny doskový kondenzátor ...................................................................... 145


prázdny koaxiálny snímač............................................................................. 146

Tab. 56 Hodnoty relatívnej vlhkosti pre jednotlivé typy múk ................................... 147

Tab. 57 Namerané rozmery doskového kondenzátora a pre ne vypočítane plochy a objemy........................................................................................................ 147

Tab. 58 Hodnoty sypnej hmotnosti pre jednotlivé typy múk..................................... 147

14

Zoznam skratiek a značiek

a bezrozmerná konštanta

b bezrozmerná konštanta

c bezrozmerná konštanta

d priemer elektródy m

e Eulerovo číslo

f frekvencia Hz

h výška m

k konštanta m

md hmotnosť doskového kondenzátora kg

mdm hmotnosť doskového kondenzátora s múkou kg

mm hmotnosť múky v doskovom kondenzátore kg

mv hmotnosť dodanej vody kg

m1 hmotnosť prázdnej misky s viečkom kg

m1 hmotnosť vlhkého materiálu kg

m1 hmotnosť vlhkej vzorky kg

1m′ hmotnosť navlhčenej vzorky kg

m2 hmotnosť misky so vzorkou pred sušením kg

m2 hmotnosť sušiny kg

m2 hmotnosť vysušenej vzorky kg

m3 hmotnosť misky so vzorkou po sušení kg

n kladné celé číslo

p počet pixelov obsiahnuté na ploche etalónu (vzorky)

r1 vnútorný polomer m

r2 vonkajší polomer m

t čas s, min

t čas sušenia s

tref referenčný čas s, min

t hrúbka meraného materiálu m

ta priemerná hrúbka meraného materiálu m

tg vzdialenosť elektród m

15

u absolútna vlhkosť

ue absolútna rovnovážna vlhkosť

ut absolútna okamžitá vlhkosť

u0 absolútna začiatočná vlhkosť

w objemová vlhkosť %

z počet konštánt

z konštanta

C kapacita F

aC kapacita vzorky F

CP hodnota ekvivalentnej paralelnej kapacity F

Cp parazitná kapacita kondenzátora F

CS1 kapacita bez meraného materiálu F

CS2 kapacita s meraným materiálom F

vC kapacita kondenzátora so vzduchom F

C0 referenčná kapacita F

D stratový činiteľ

Da stratový činiteľ meraného materiálu

Def efektívny koeficient difúzie m2 . s-1

DR rýchlosť sušenia s-1, min-1

D0 predexponenciálny faktor Arrheniusovej rovnice m2 . s-1

D1 stratový činiteľ bez meraného materiálu

D2 stratový činiteľ s meraným materiálom

E intenzita elektrického poľa V . m-1

Ea aktivačná energia kJ . mol-1

Ev väzbová energia jednotkového látkového množstva vody J . mol–1

J hustota elektrického prúdu A . m-2

K smernica

L indukčnosť H

L polovičná hrúbka vzoriek m

MR relatívny podiel vlhkosti

MRref referenčný relatívny podiel vlhkosti

16

MRexp i experimentálna relatívna vlhkosť

MRpre i predpokladaná relatívna vlhkosť

N bezrozmerná konštanta

N počet meraní

Pj počet pixelov pripadajúcich na plochu 1 mm2 etalónu

Q činiteľ kvality

R odpor Ω

R univerzálna plynová konštanta J . mol-1 . K-1

R2 koeficient determinácie

aR odpor vzorky Ω

vR odpor vzduchu Ω

R0 referenčný odpor Ω

S plocha elektródy m2

Sv plocha časti kondenzátora so vzduchom m2

Sa plocha meraného materiálu m2

S smerodajná odchýlka

T termodynamická teplota materiálu K

T termodynamická teplota vzduchu pri sušení K

Vc celkový objem materiálu m3

Vv objem vody v materiáli m3

Z impedancia Ω

Z0 referenčná impedancia Ω

δ stratový uhol °

ε´ výsledná permitivita F . m-1

ε' reálna zložka komplexnej permitivity F . m-1

ε" imaginárna zložka F . m-1

ε komplexná permitivita F . m-1

εm´ permitivita suchého materiálu F . m-1

rε relatívna permitivita

εr' relatívna permitivita látky

εr" imaginárna zložka relatívnej permitivity

raε relatívna permitivita meraného materiálu

17

rvε relatívna permitivita vzduchu

0rε referenčná relatívna permitivita

εw' permitivita voľnej vody F . m-1

ε0 permitivita vákua F . m-1

χ2 chí-kvadrát

aρ rezistivita vzorky Ω . m

sρ sypná hmotnosť vzorky kg . m-3

vρ rezistivita vzduchu Ω . m

ρv objemová hmotnosť vysušenej vzorky kg . m-3

ρvody hustota vody pri danej teplote kg . m-3

σ konduktivita v jednosmernom poli S . m-1

dσ konduktivita vzorky S . m-1

vσ konduktivita koaxiálneho snímača S . m-1

0σ referenčná konduktivita S . m-1

ϕ fázový posun °

ϕ relatívna vlhkosť hraničnej vrstvy vzduchu %

ω relatívna vlhkosť %

ω uhlová frekvencia poľa rad . s-1

ωref referenčná vlhkosť %

ω1 začiatočná relatívna vlhkosť %

ω2 konečná relatívna vlhkosť %

∆t časový rozdiel s, min

Θ fázový posun °

18

Úvod


Medzi základné elektrické vlastnosti biologických materiálov patrí odpor, impedancia

a kapacitancia. Uvedené vlastnosti biologických materiálov sa využívajú napríklad pri

zisťovaní kvality a zloženia potravín, zrelosti ovocia a v mnohých iných oblastiach.

V dnešnej dobe treba už od začiatku sledovať faktory ovplyvňujúce kvalitu plodov

z toho dôvodu, aby sa vypestované rastliny dostali k spotrebiteľom bez nedostatkov.

Kvalitu plodov značne ovplyvňuje ich zber. Správne časovanie, ako aj organizácia práce

je potrebná k tomu, aby sme udržali kvalitu na maximálnej úrovni. Pracovné postupy po

zbere majú veľmi veľký význam. Skladovanie popri zaobchádzaní s tovarom, triedení

a balení je jednou z najdôležitejších operácií (postupov).

Čoraz častejšie sa dostáva do popredia kratšia, či dlhšia doba skladovania, doprava

(transport) z hľadiska optimálneho dosiahnutia logistického obratu. Úspešné

skladovanie nám určuje to, ako dlho je možné uchovať poľnohospodársky produkt bez

významného znehodnotenia kvality. Dnes sú už neprípustné veľké straty v dôsledku

stále klesajúcej miere zisku.

K výskumom a aj v praxi viac-menej používali už známe deštruktívne metódy

(napr. ručný, precízny penetrometer). Avšak tieto metódy pre sledovanie zmien stavu

počas skladovania toho istého druhu (indivídua) nie sú vhodné. Najväčšia nevýhoda

deštruktívnych metód je to, že na jednom produkte umožňujú len jednorazové meranie

a úplne znehodnocujú skúmaný produkt. Poškodené produkty už nemôžme skladovať,

zmena sa nedá sledovať na jednom jedincovi, pretože stále treba robiť merania na

ďalšom produkte.

Pri určovaní ich kvality, ako aj na sledovanie rôznych faktorov počas pestovania

by boli potrebné také metódy, ktoré by bez poškodzovania, na veľkom počte položiek,

jednoducho, rýchlo a dôveryhodne by dávali informácie o skladovaní a o kvalite.

S rastúcimi požiadavkami spotrebiteľov, taktiež s rozvojom techniky sa umožnil vývoj

nedeštruktívnych metód, na ktoré v dnešnej dobe veda kladie veľký dôraz. Môžu zohrať

výraznú úlohu vo výskume a v procese kvalifikácie nových druhov. Nedeštruktívne

metódy, ktoré sú založené na určovaní tvrdosti, sú veľmi dobre využiteľné pri zisťovaní,

či sa jedná o rovnaký druh ovocia alebo zeleniny, ako aj pri popise vlastností rozlišujúce

druhy medzi sebou. Stupeň zrelosti, ako jeden z najdôležitejších faktorov

ovplyvňujúcich zber, ktorý má dosah na skladovateľnosť a na kvalitu, je určený

19

vonkajšími charakteristikami, ako sú napr. rozmery, farba a tvrdosť. Vhodná voľba

druhu, technológia pestovania, voľba rôznych živín a ich optimálne dávkovanie, ako aj

správne načasovaný zber, to všetko prispeje k úspešnej doprave ovocia a zeleniny,

ku kratšej, či k dlhšej dobe skladovania.

Potravinárske materiály po sušení musia spĺňať aj kvalitatívne kritéria ako nutričné

faktory, farba, tvar a štruktúru. Navyše kvôli príprave nových potravinárskych

produktov ako sú instantné polievky, sa musia stanoviť nové kvalitatívne faktory. Tieto

sú rehydratačná rýchlosť a kapacita sušených potravín. Zlepšenie kvality sušených

potravín je možné dosiahnuť úpravou potravín s aplikáciou rôznych metód pred

sušením. Predohrev je jedenou z mnohých metód.

Hlavným cieľom predohrevu je inaktivácia enzýmov ako polyphenoloxidáza,

peroxidáza, kataláza a phenoláza, ktoré by inak viedli k rozvoju reakcií, ktoré

znehodnocujú produkt, napr. nežiaduca farba, chuť, alebo zmeny textúry produktu

(Górnicki, Kaleta 2007). Biologické materiály môžeme zaradiť k makroskopicky i

mikroskopicky nehomogénnym dielektrikám. Z makroskopického hľadiska sú

elektrické vlastnosti biologických materiálov ovplyvnené ich chemickým zložením a ich

textúrou, rozmiestnením a rozložením buniek v nich, ale najmä obsahom vlhkosti, jej

nerovnomerným rozložením, rôznymi formami väzby vody na materiál, sorpčnými

vlastnosťami. Medzi ďalšie faktory patrí obsah vzduchu vo vnútri tkanív a pletív

(Hlaváčová, 2004). Pred niekoľkými rokmi mali elektrické vlastnosti materiálov len

jednu zaujímavú stránku pre prax, bol to vzťah medzi týmito vlastnosťami a obsahom

vody. Ich poznanie pre biologické materiály je dôležité z pohľadu návrhu a konštrukcie

vlhkomerov pre určovanie podielu vlhkosti zŕn, semien, stebiel poľnohospodárskych

rastlín, ale i potravinárskych materiálov alebo dokonca bavlny. Dôkazy o tom podali vo

svojich prácach napríklad Fexa, Široký (1983), Hlaváčová (1994), Kraszewski et al.

(1998). Elektrické vlastnosti sa využívajú tiež pri určovaní úrovne hladín kvapalín,

alebo nasypaných materiálov, pri nedeštruktívnom zisťovaní zrelosti plodov (Nelson et

al., 1995; Kato, 1997) pri zisťovaní kvality mlieka a v mnohých ďalších prípadoch.

Elektrické vlastnosti sa využívajú v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, pretože

meranie je rýchle a pomerne jednoduché. Využívajú sa aj pri určovaní iných

charakteristík materiálov, najväčšie uplatnenie však majú pri meraní vlhkosti. Na

základe merania elektrických vlastností sa zisťujú kvalita, zloženie potravín a zrelosť

ovocia. Harker a Maindonald (1994) zisťovali pomocou merania impedancie zmenu

20

odporu membrány, vakuoly a kapacitancie membrány pri dozrievaní nektariniek. Harker

a Dunlop (1994) v ďalšej práci uvádzajú, že merali impedanciu zrelých a nezrelých

plodov nektariniek tesne po zbere a po 3 až 8 týždňovom skladovaní pri teplote 0 °C.

Používali striedavé prúdy s frekvenciami od 50 Hz do 0,1 MHz. Xu et al. (1997)

uvádzajú vo svojej práci nedeštruktívnu vodivostnú metódu na zisťovanie kvality

broskýň počas skladovania. Puchalski (1994) popísal zisťovanie elektrického odporu

jabĺk. Mal za cieľ nájsť vzťah medzi odporom a pevnosťou jabĺk. Na meranie

elektrických vlastností biologických materiálov sú najvhodnejšie LCR metre. Pre

meranie permitivity a stratového činiteľa pevných dielektrík bolo vyvinutých viacero

metód. Pre rozsah frekvencií do 102 Hz sa používajú mostíkové metódy, od 102 Hz až

105 Hz sa meria v mostíkovom zapojení substitučným spôsobom. V rozsahu frekvencií

105 Hz až 108 Hz sa používajú najčastejšie rezonančné metódy. Jednoduchšia je metóda

stanovením nakmitaného napätia pomocou Q metra. Ďalej sa využívajú metódy

impulzné, metóda TDR – time domain reflectometry, GPR – ground penetrating radar,

meranie pomocou otvorených rezonátorov, ...

Prístroje založené na meraní elektrických vlastností materiálov majú mnohé

výhody, sú ľahko ovládateľné, dokonca s možnosťou diaľkového ovládania, sú rýchle,

pohodlné pri obsluhe, dajú sa zapojiť do automatických liniek. Využitie výpočtovej

techniky pri realizácii meraní elektrických vlastností biologických materiálov pomocou

meracích prístrojov nám umožňuje využiť všetky výhody, ktoré nám poskytujú osobné

počítače. Medzi tieto výhody patria napríklad vyššia efektivita práce, možnosť

ukladania nameraných hodnôt veličín na pevný disk počítača, možnosť spracovania

výsledkov do tabuliek a do grafov pomocou tabuľkových procesorov, využitie regresnej

analýzy pri vyhodnocovaní grafov.

21

1 Súčasný stav riešenej problematiky doma a v zahraničí

1.1 Voda a jej vlastnosti

Voda je chemická zlúčenina vodíka a kyslíka. Je základnou podmienkou pre

existenciu života na Zemi. Za normálnej teploty a tlaku je to bezfarebná, číra kvapalina

bez zápachu a chuti. V prírode sa vyskytuje v troch skupenstvách: v pevnom (sneh,

ľad), v kvapalnom (voda) a v plynnom (vodná para). Chemické zloženie biologických

materiálov je veľmi rôznorodé a vplýva na všetky ich vlastnosti. Najdôležitejšou

fyzikálnochemickou charakteristikou materiálu je jeho vlhkosť. Voda je dôležitou

zložkou biologického materiálu podieľajúcou sa na všetkých procesoch prebiehajúcich

počas rastu, dozrievania, skladovania a spracovania. V ovocí a v zelenine môže byť

voda transportovaná difúziou vody, difúziou pary, knudsonovou difúziou, vnútorným

odparovaním, kondenzačným javom, kapilárnym tokom, a hydrodynamickým

prúdením. Často sa vyskytuje prítomnosť rôznych transportných mechanizmov,

prispievanie rozdielnych mechanizmov k celkovému transportu sa líši z miesta na

miesto a to ovplyvní priebeh sušenia. (Bruin, Luyben, 1979, Górnicki, Kaleta, 2007).

Voda je najrozšírenejšou zlúčeninou v prírode. Jej množstvo na Zemi sa odhaduje na

1,3 miliardy km3, má zložitú štruktúru, ktorá ešte doteraz nie je uspokojivo vysvetlená.

Dva vodíky a kyslík v jej molekule sú spojené polárnou kovalentnou väzbou. Uhol

medzi týmito dvoma väzbami H - O je 104,5o a preto má molekula vody vysoký

dipólový moment. Voda nie je zložená z molekúl jedného druhu, ale sú v nej prítomné

aj molekuly vzniknuté kombináciou jednotlivých izotopov (napríklad prítomnosť

molekúl ťažkej vody). Podľa všeobecne prijatých predstáv je voda asociovaná

kvapalina, ktorej molekuly sú spojené vodíkovými mostíkmi. Vznik vodíkových

mostíkov si vysvetľujeme tým, že protón vodíka viazaného na silne elektronegatívny

prvok priťahuje elektrostaticky voľný elektrónový pár iného atómu. Vodík je teda

viazaný kovalentnou väzbou k jednému atómu a k druhému elektrostaticky. Voda má

kvázikryštalickú štruktúru, kyslíky susedných molekúl sú napr. vo vrcholoch štvorstenu.

Niektoré teórie predpokladajú, že voda tvorí lineárne dimery, trimery ... Pritom sa ale

tieto útvary nepovažujú za strnulé, ale vodíkové väzby sa neustále rozpadávajú a

zároveň sa tvoria nové.

22

V plynnom stave je voda asociovaná iba nepatrne. V kvapalnom stave je dobrým

rozpúšťadlom vzhľadom k svojmu vysokému dipólovému momentu. Rozpúšťajú sa

v nej veľmi dobre najmä iónové zlúčeniny. Voda je spôsobilá na tvorbu adičných

zlúčenín. Malá časť vody je disociovaná, čo spôsobuje jej elektrickú vodivosť. Voda je

silne dipólové dielektrikum. Jej rezistivita sa pohybuje v hraniciach (103 – 104) Ω . m.

Oproti ostatným látkam má vysokú relatívnu permitivitu.

V tuhom skupenstve sa vyskytuje v piatich kryštálových modifikáciách (napríklad

hexagonálna modifikácia je ľad). Ak sa voda nachádza v pevných látkach, vplyvom

týchto svojich vlastností mení ich elektrické charakteristiky. V tuhých látkach môže byť

voda prítomná ako voľná a viazaná. Medzi týmito formami nie je ostrý prechod.

Voľnou vodou nazývame tú časť vlhkosti materiálu, ktorej fyzikálne vlastnosti sa blížia

k vlastnostiam čistej vody. Pri porovnaní s voľnou vodou má viazaná voda nižšiu

teplotu zamŕzania, nižší parciálny tlak pár, vyššiu teplotu vyparovania, nižšiu

hmotnostnú tepelnú kapacitu, veľmi malú schopnosť rozpúšťať pevné látky, nemá

schopnosť migrovať a na jej odstránenie z materiálu je potrebný účinnejší tepelný zásah.

Hustota viazanej vody môže byť vyššia i nižšia ako u voľnej. Napríklad hustota

viazanej vody v zrne pšenice pri obsahu vlhkosti nad 17 % je nižšia ako hustota voľnej

vody. Predpokladá sa, že príčinou tohto javu môže byť osobitnosť štruktúry a

chemického zloženia zrna. K odlíšeniu voľnej a viazanej vody sa môže použiť napr.

metóda nukleárnej magnetickej rezonancie (Hlaváčová, 1994).

Väzba vody na materiál môže byť chemická, fyzikálnochemická alebo fyzikálna.

Najstabilnejšia je chemická väzba. Fyzikálnochemickými silami sa viaže voda na

povrch materiálu. Radíme sem adsorpčnú, osmotickú a štruktúrnu väzbu. Pevnosť

väzby je do značnej miery ovplyvnená štruktúrou povrchu. Do tejto skupiny patrí i

vodíková väzba. Fyzikálne viazaná voda sa vyznačuje najslabšou väzbou a najmenšou

interakciou s molekulami materiálu. Poznatky o formách väzby vody v materiáli

dovoľujú systematicky riešiť úlohy týkajúce sa určovania vlhkosti pre praktické účely,

ďalej výber teplotných režimov pri gravimetrických metódach merania vlhkosti, výber

zdrojov žiarenia v optických metódach, návrh pracovných frekvencií a spôsobov

kompenzácie rušivých vplyvov pri elektrických metódach merania vlhkosti.

Väzbová energia jednotkového látkového množstva vody Ev (J . mol-1) je určená

prácou spotrebovanou na odstránenie 1 molu vody z materiálu (bez zmeny jeho

zloženia) a dá sa zapísať rovnicou:

23

ϕlnTREv −= (1)

kde: R – plynová konštanta, T – termodynamická teplota materiálu, ϕ – relatívna

vlhkosť hraničnej vrstvy vzduchu.

Čím je nižšia vlhkosť materiálu, tým je väzbová energia väčšia. V prípade

chemicky viazanej vody sa jej molekuly stávajú súčasťou látky a táto väzba má

najvyššiu väzbovú energiu. Jej hodnoty dosahujú (8 – 10).103 J . mol–1 a takto viazaná

voda sa môže z materiálu odstrániť pri teplotách vyšších ako 120 oC až 150 oC.

Napríklad minimálna teplota potrebná k odstráneniu posledných vrstiev vlhkosti

z koloidných materiálov zodpovedá 250 oC.

Ak sa jedná o fyzikálnochemickú väzbu, voda je viazaná napr. Van der

Waalsovými silami alebo vodíkovou väzbou a energia takejto väzby sa pohybuje

v intervale (800 – 11 000) J . mol-1. Osmoticky viazaná voda zaujíma podľa väzbovej

energie hraničné položenie medzi fyzikálnochemickou a fyzikálne viazanou vodou.

Následkom osmoticky viazanej vody nastáva v koloidných materiáloch zväčšovanie

objemu (napučiavanie – vlhkostná rozťažnosť).

K fyzikálne viazanej vode zaraďujeme vodu v mikrokapilárach a v

makrokapilárach a vodu zmáčajúcu povrch materiálu. Ak je stredný polomer kapilár

menší ako 10-7 m, nazývajú sa mikrokapilárami, ak je ich stredný polomer väčší ako

10-7 m, sú to makrokapiláry. Takto viazaná voda má vlastnosti voľnej vody a väzbová

energia neprevyšuje (420 – 830) J . mol-1. Molekuly pohlcujúcej látky hrajú úlohu

pridržiavajúcej štruktúry. Daná forma väzby prevláda v takých vláknitých materiáloch,

ako sú trávy, bavlna atď. (Hlaváčová, 2001).

1.2 Veličiny charakterizujúce prítomnosť vody v látkach

Problematika dotýkajúca sa vlhkosti sa vyskytuje v rôznych sférach ľudskej

činnosti. S pojmom vlhkosť sa stretávame vo viacerých významoch, niekedy aj veľmi

odlišných. V prvom rade pojem vlhkosť predstavuje materiálny objekt, teda kvapalinu

obsiahnutú v materiáli, ďalej vystupuje ako veličina bližšie určujúca vlhkosť v

predchádzajúcom význame. Ak ju charakterizujeme ako veličinu, je potrebné vždy

uviesť, ktorú z definícií vlhkosti máme na mysli. V rôznych odboroch činnosti sa

používajú rôzne definície vlhkosti a tieto veličiny majú rôzne pomenovanie.

24

1.2.1 Vlhkosť pevných látok

Pre pevné látky a teda i pre poľnohospodárske a potravinárske materiály sa

najčastejšie používajú tieto dve definície vlhkosti: relatívna vlhkosť (Hlaváčová, 2001)

(predtým podiel vlhkosti, v angličtine the moisture content wet basis) definovaný

podielom hmotnosti vody obsiahnutej v materiáli a hmotnosti vlhkého materiálu:

%1001

21

m

mm −=ω (2)

kde: ω – relatívna vlhkosť, m1 – hmotnosť vlhkého materiálu, m2 – hmotnosť sušiny.

Ďalej sa pre biologické materiály používa absolútna vlhkosť (predtým merná

vlhkosť, v angličtine the moisture content dry basis) definovaná podielom hmotnosti

vody obsiahnutej v materiáli a hmotnosti sušiny:

2

21

m

mmu

−= (3)

kde: u – absolútna vlhkosť, význam ostatných veličín je rovnaký ako vo vzťahu (2).

Absolútna vlhkosť sa môže používať ako bezrozmerné číslo, môže sa vyjadrovať

v percentách alebo v teórii sušenia sa vyjadruje v jednotkách kg vody na kg sušiny. Pre

drevo sa táto vlhkosť používa bežne a vyjadruje sa v percentách.

Obe vlhkosti sú definované pomocou rovnakých veličín a z tohto dôvodu nie je

zložité nájsť vzťah, ktorý medzi nimi platí. Ak napríklad z rovnice (3) určíme hmotnosť

vlhkého materiálu:

( )umm += 121 (4)

a dosadíme do vzťahu (2) uvedeného bez percent, dostaneme:

u

u

+=

1ω (5)

Ak poznáme relatívnu vlhkosť a chceme určiť absolútnu vlhkosť, môžeme použiť

vzťah:

ωω−

=1

u (6)

Pre materiály pórovité sa používa aj objemová vlhkosť, ktorá je definovaná

podielom objemu vody a objemu vysušenej pórovitej látky. Používa sa pre ňu označenie

w.

25

%100c

v

V

Vw = (7)

kde: Vv – objem vody v materiáli, Vc – celkový objem materiálu.

Relatívna vlhkosť a absolútna vlhkosť materiálov sú definované pomocou

hmotnosti sušiny a hmotnosti vlhkého materiálu, v takom prípade nie je potrebné zobrať

do úvahy hmotnosť vzduchu obsiahnutého v materiáli, lebo je zanedbateľná. V prípade

objemovej vlhkosti je už potrebné objem vzduchu uvážiť. Vzťah medzi objemovou

vlhkosťou a absolútnou vlhkosťou (napr. pôdy) môžeme zapísať:

uwvody

v

ρρ= (8)

kde: ρv – objemová hmotnosť vysušenej vzorky, ρvody – hustota vody pri danej teplote,

u – absolútna vlhkosť (Hlaváčová, 2001).

1.3 Dielektriká a ich základné vlastnosti

Dielektriká sú ako všetky látky zložené z molekúl, atómov, alebo iónov. Obsahujú

teda elektricky nabité častice, ktoré však nie sú voľne pohyblivé. Medzi pevnými

dielektrikami je skupina látok, ktoré sú vybudované z kladných a záporných iónov.

Tieto ióny majú určité rovnovážne polohy, z ktorých ich elektrické pole môže síce

trochu posunúť, ale nie úplne oddialiť. Preto sa kladné ióny posúvajú v smere intenzity

elektrického poľa, záporné v opačnom smere, a to tým viac, čím je intenzita poľa

väčšia. Výsledné pole vo vnútri sa tým oslabí. Tento jav sa nazýva dielektrická

polarizácia (Tirpák, 1999).

1.3.1 Polarizácia dielektrika

Pri dlhšom pôsobení vonkajšieho elektrického poľa možno dosiahnuť porušenie

rovnováhy medzi nábojmi, takže sa látka, aj keď obsahuje stále to isté množstvo

kladných a záporných nábojov, javí na niektorom mieste nabitá kladne, na inom

záporne. V tomto prípade hovoríme o polarizácii látky, pretože navonok sa javí tak, ako

by mala elektrické póly. Rozlišujeme viac druhov polarizácie a to (Grimnes, Martinsen,

2008):

26

atómová polarizácia

orientačná polarizácia

iónová polarizácia.

1.3.2 Vedenie v dielektriku

Dôležitou fyzikálnou vlastnosťou, ktorou sa líšia kovy od izolantov, je závislosť

elektrického odporu od teploty v intervale nízkych teplôt. Vodivosť kovov s klesajúcou

teplotou rastie, kým vodivosť izolantov prudko klesá. Voľné nosiče nábojov

vytvárajúce prúd v kovoch sú elektróny. V živých tkanivách sú voľnými nosičmi

nábojov sú ióny (s určitými výnimkami). V tkanivách a v živých bunkách je

neoddeliteľný vzťah medzi elektrickými a chemickými javmi (Grimnes, Martinsen,

2008). Materiál je vtedy dokonalým izolantom, ak jeho kryštálové mriežky sú úplne bez

porúch. Avšak skutočné kryštály nemávajú priestorové mriežky ideálne a bez porúch,

ale vykazujú vždy isté odchýlky. Na niektorých miestach kryštálovej mriežky sa

niekedy náhodným zvýšením tepelných kmitov iónov mriežky môžu niektoré ióny

vychýliť zo svojich normálnych polôh a umiestnia sa potom v medzimriežkovej

(intersticiálnej) polohe, takže na prázdnom mieste vznikne tzv. vakancia. Tento druh

odchýlok od ideálnej mriežky označujeme ako Frenkelove poruchy. Ak teraz vložíme

na takýto kryštál s Frenkelovými poruchami vonkajšie elektrické pole, uvedú sa

intersticiálne ióny aj príslušné vakancie do pohybu, a tak vznikne v kryštáli dvojitý

protismerný prúd. Potom hovoríme o iónovej vodivosti.

Niektoré ióny, ktoré opustili svoju normálnu polohu, môžu preniknúť (difundovať)

kryštálom až na povrch kryštálu, kde sa usadia v príslušných mriežkových bodoch.

Takéto poruchy sa nazývajú Scotthyho poruchy, ktoré dávajú vo vonkajšom

elektrickom poli vznik iónovej vodivosti (Tirpák, 1999). Pri iónovej vodivosti je prenos

elektrického náboja spojený vždy s prenosom látky. So vzrastajúcou teplotou rastie

v kryštále počet porúch, ktoré podmieňujú elektrický prúd a zároveň mať významnú

úlohu až pri dostatočne veľkých teplotách a pri dostatočne silných elektrických poliach.

Kuang a Nelson (1998) určovali dielektrické vlastnosti biologických pletív pri

nízkych frekvenciách elektrického poľa. Popísali aktivitu iónov, mikroštruktúru

a zloženie pletív, polarizáciu elektród, elektrickú dvojvrstvu v bunkách.

27

1.3.3 Straty v dielektriku

Straty v dielektriku vznikajú jednak vodivosťou dielektrika, jednak polarizáciou

a prejavujú sa jeho zahriatím. O akosti dielektrika rozhodujú tri faktory: dielektrická

pevnosť, straty v dielektriku a veľkosť relatívnej permitivity . Technická prax vyžaduje,

aby dielektriká používané v kondenzátoroch, mali veľkú relatívnu permitivitu a pritom

malé straty a vysokú dielektrickú pevnosť.

Ak pripojíme kondenzátor k zdroju striedavého napätia, vznikne v jeho dielektriku

elektrické striedavé pole, t.j. pole, ktorého intenzita neustále a periodicky mení svoju

veľkosť a smer. Pritom nastávajú straty energie, ktoré sa prejavujú buď zahrievaním

dielektrika, alebo tým, že napätie na kondenzátore sa oneskoruje za posuvným prúdom

nie o plných 90°, ako je to u ideálneho (bezstratového) dielektrika, ale o uhol menší.

Túto odchýlku od 90° označujeme ako stratový uhol δ, ktorý je mierou energie

absorbovanej v dielektriku (Tirpák, 1999).

1.4 Metódy merania elektrických vlastností

Metódy merania elektrických vlastností je možné klasifikovať z rôznych uhlov

pohľadu. Elektrické merania pri použití jednosmerného prúdu sú pri vysokej vlhkosti

materiálu výrazne ovplyvnené polarizačnými javmi. Na odstránenie polarizácie elektród

sa najčastejšie používa striedavý prúd. Frekvencie bežne používané pre meranie

vodivosti sa pohybujú v rozmedzí (1 - 500) kHz. Boli vyvinuté rôzne metódy na určenie

permitivity potravinárskych materiálov. Vzhľadom na frekvenciu použitú pri meraniach

môžeme metódy rozdeliť nasledovne: mostíkové metódy sa používajú na meranie vo

frekvenčnom rozsahu nad 102 Hz, substitučná metóda sa používa vo frekvenčnom

rozsahu od 102 Hz až 105 Hz. Rezonančné metódy sú najčastejšie použiteľné v rozmedzí

105 Hz až 108 Hz. Okrem toho sa v oblasti vyšších frekvencií používajú impulzné

metódy, TDR - Time Domain Reflectometry, GPR - Ground Penetrating Radar,

merania využívajúce otvorené rezonátory, atď.

1.4.1 Dielektrické metódy

Dielektrickými sa označujú také merania, pri ktorých sa elektrickými metódami

sleduje chovanie dielektrík v časovo premennom elektrickom poli. Dielektrikum je

látka, ktorá má nulovú vodivosť v jednosmernom poli. V časovo premennom poli jej

28

vodivosť nemusí byť nulová vplyvom dipólových momentov molekúl, alebo

nehomogénnou štruktúrou látky. Dielektrické metódy môžeme rozdeliť podľa druhu

meranej veličiny na kapacitné, absorpčné a admitančné. Toto delenie nevystihuje

princíp merania jednotlivých prístrojov. Dielektrické metódy sa môžu charakterizovať

aj podľa použitého intervalu použitých frekvencií. Sú to metódy nízkofrekvenčné,

vysokofrekvenčné a metódy veľmi vysokých frekvencií teda mikrovlnné.

Hustota prúdu J tečúceho dielektrikom, ktoré je uložené medzi elektródy

kondenzátora, súvisí s intenzitou elektrického poľa E podľa vzťahu:

dt

dEEJ εσ ˆ+= (9)

kde: σ – konduktivita v jednosmernom poli, ε – komplexná permitivita.

Táto je definovaná vzťahom:

εεε ′′−′= iˆ (10)

kde: ε' – reálna zložka komplexnej permitivity (dielektrická konštanta), ε" –

imaginárna zložka.

Veličiny σ, ε' a ε" ´ sa nazývajú materiálové konštanty a závisia od zloženia

dielektrika a jeho štruktúry, od hodnoty intenzity elektrického poľa, jeho frekvencie,

teploty a ďalších premenných.

Dielektrické vlastnosti materiálov sa zvyknú vyjadrovať pomocou relatívnej

permitivity:

00

;εεε

εεε ′′

=″′=′ rr (11)

kde: εr' – relatívna permitivita látky, εr" – imaginárna zložka relatívnej permitivity,

ε0 = 8,854 . 10-12 F . m-1 – permitivita vákua.

Doplnok do 90° od fázového uhla medzi hustotou prúdu a intenzitou elektrického

poľa sa nazýva stratový uhol δ . Tangens tohto uhla sa nazýva stratový činiteľ,

vyjadruje mieru výkonu pohlteného dielektrikom a je rovný:

εε

εωσδ

′′′

+′

=tg (12)

kde prvý člen vyjadruje straty spôsobené jednosmernou vodivosťou, druhý člen

vyjadruje dielektrické straty a ω je uhlová frekvencia poľa.

29

Z molekulového hľadiska sa dielektriká delia na nepolárne, ktoré nemajú vlastný

dipólový moment a polárne. Ak polárne dielektrikum vložíme do elektrického poľa

kondenzátora, dôjde k orientácii dipólov paralelne s poľom. Tomuto javu hovoríme

orientačná polarizácia. Pôsobením poľa môže prísť k posunu kladných a záporných

nábojov v molekule (ku vzniku indukovaných dipólov) – deformačná polarizácia.

V tuhých látkach existujú rôzne nehomogenity, v ktorých sa hromadia voľné elektrické

náboje, vytvára sa objemový náboj. Ak tieto nehomogenity sú diskrétne (elektrické

vlastnosti sa menia skokom) dochádza k medzivrstvovej polarizácii. Objemový náboj sa

môže vytvárať i pri elektródach, vtedy hovoríme o polarizácii elektród (Fexa, Široký,

1983).

Stanovenie vlhkosti meraním permitivity je založené na skutočnosti, že relatívna

permitivita čistej vody je 80,10 pri 20 °C a pri frekvenciách blízkych 0, zatiaľ čo

relatívna permitivita väčšiny ostatných látok býva 2 až 6. Relatívna permitivita suchých

materiálových zložiek je od 3 až do 7 pre minerálové zložky, 2 až 5 pre organické

materiály, pre ľad 3 a pre kvapalnú vodu pri teplote 20 °C a frekvencií f = 1 GHz je εr =

80, pri f = 10 GHz je εr = 64 ( Kertész, Hlaváčová, 2011).

Závislosť permitivity tuhých látok od vlhkosti je veľmi zložitá, závisí od spôsobu

väzby vlhkosti na materiál, od nehomogenít v nich (najmä materiály biologického

pôvodu), od chemického zloženia a u sypkých materiálov od sypnej hmotnosti, od

frekvencie elektrického poľa, od teploty. Dielektrikum je tradične suchý izolátor so

schopnosťou uskladňovať elektrickú energiu. Elektrostatické pole nemôže preniknúť

cez kov, ale môže preniknúť cez (latinčina: DIA) dielektrikum. Najdôležitejšou

dielektrickou veličinou je permitivita (dielektrická konštanta) ε. Permitivita vyjadruje

schopnosť umožniť zásobovanie elektrickej energie (Grimnes, Martinsen, 2008).

Permitivita je dôležitý parameter izolačných a dielektrických materiálov, ktorý sa

vypočíta z kapacity v prípade, keď je dielektrikom meraný materiál. Pri výpočte

permitivity, treba zobrať do úvahy tvar materiálu, napr. na Obr. 14 má tvar dosky.

Kapacitu určíme pomocou nasledovného vzťahu:

Pr CS

t== εεε 0 (13)

kde: ε – permitivita, ε0 = 8,854 . 10-12 F . m-1 – permitivita vákua ; εr – relatívna

permitivita meraného materiálu, CP – hodnota ekvivalentnej paralelnej kapacity, t –

hrúbka meraného materiálu, S – plocha elektródy.

30

Relatívnu permitivitu meraného materiálu získame meraním kapacity

a vypočítaním podľa nasledovného vzťahu:

PPr Cd

tC

S

t

0

20

2επ

εε

== (14)

kde: d – priemer elektródy (Manuál Agilent 16451B, 2000).

1.4.2 Kapacitné metódy

Pri kapacitných metódach sa meranou látkou zaplní kondenzátor a zistí sa zmena

jeho kapacity v porovnaní s veličinami prázdneho kondenzátora. Na meranie kapacity

sypkých materiálov sa používajú koaxiálne snímače alebo platňové snímače.

Fexa a Široký (1983) uvádzajú, že kapacitu kondenzátora môžeme merať napr.

mostíkovou metódou, ktorá má proti iným mnoho výhod, medzi ktoré patrí

univerzálnosť, možnosť merania obidvoch zložiek admitancie, nezávislosť od

napájacieho napätia a veľká citlivosť. Frekvenčné rozsahy mostov sú obmedzené ich

konštrukciou a pohybujú sa od 101 Hz do 107 Hz.

Pri meraní malých zmien admitancie kondenzátorov je najrozšírenejšia rezonančná

metóda. Základom je sériový alebo paralelný rezonančný obvod. Vlhkomery majú

amplitúdovú alebo frekvenčnú moduláciu.

Výhodou kapacitných metód je, že elektródový systém snímačov môže byť

aplikovaný v rôznych podobách, takže metóda je do istej miery univerzálna. Pri meraní

v rozsahu od 5 % do 20 % sa dá dosiahnuť presnosť ± 0,2 %. Meranie si však vyžaduje

teplotnú kompenzáciu, merané vzorky by mali mať rovnakú hustotu (Nelson, 2005).

1.5 Meranie vlhkosti

Väčšina biologických materiálov obsahuje značné množstvo vody, preto disociácia

v ich roztokoch ľahko prebieha. Elektrické vlastnosti biologických materiálov sú

ovplyvnené najmä obsahom vlhkosti, jej nerovnomerným rozložením, rôznymi

formami väzby vody na materiál, sorpčnými vlastnosťami. Pri meraní elektrických

vlastností biologických materiálov je to z jedných najdôležitejších faktorov

ovplyvňujúcich výsledok merania. Meranie obsahu vlhkosti tuhých látok sa môže

podľa určenia rozdeliť na meranie laboratórnej vzorky, meranie vlhkosti materiálu na

31

skládke alebo kontinuálne meranie (Hlaváčová, 1994). Meracie metódy delíme na

absolútne (priame), pri ktorých sa zisťuje skutočný obsah vody po jej odstránení zo

vzorky a relatívne (nepriame), pri ktorých obsah vody určujeme na základe merania

vlastnosti materiálu závisiacej od obsahu vody v ňom. Medzi absolútne metódy radíme

gravimetrické metódy s osobitnou sušiacou komorou, s infražiaričom, s mikrovlným

vysušením. Relatívne metódy sú založené na meraní elektrických vlastností (vodivostné

a dielektrické metódy), na meraní absorpcie β alebo γ žiarenia (rádiometrické metódy),

metóda nukleárnej magnetickej rezonancie, meranie absorpcie a odrazu infračerveného

žiarenia, chemické metódy, ultrazvukové metódy, extrakčné metódy, sorpčné metódy.

1.5.1 Gravimetrická metóda

Metodika určenia vlhkosti termogravimetrickou metódou je uvedená v štátnych

normách. Medzi týmito normami sú však značné rozdiely. Hmotnosť vzorky je v

niektorých prípadoch 5 g a niekde sa vyskytuje 10 g. Napríklad v niektorých

nemeckých normách sa používa vzorka s hmotnosťou 3 g. Veľké rozdiely sú v dobe

sušenia vzoriek, je to 60 min, 90 min, 120 min, 180 min, 360 min a uvádza sa i doba

sušenia do konštantnej hmotnosti vzoriek (niekedy 100 h a viac). V niektorých normách

je požiadavka sušiť pomleté alebo podrvené vzorky a v iných sú vzorky vytvorené

celými zrnami alebo semenami. Veľké rozdiely sú v hodnotách teplôt sušenia, niektoré

zahraničné normy stanovujú 45 °C až 60 °C, medzi nimi i niektoré ISO normy, ďalej od

105 °C až po 130 °C (STN ISO 712, 1993, STN ISO 665,1996). Väčšina noriem

vyžaduje stanovenie vlhkosti pri atmosferickom tlaku, ale niektoré pri tlaku zníženom,

medzi nimi aj niektoré ISO normy (STN ISO 6540, 1993). Zrná a semená majú

schopnosť absorbovať vlhkosť z okolia, preto po skončení sušenia je potrebné uložiť

vzorky do exsikátora na dobu kondicionovania, teda vyrovnania teploty s okolím.

Biologické materiály prevažne majú schopnosť absorbovať vlhkosť z okolia.

Materiál sa preto vystaví sušeniu v sušiarni za konštantnej teploty. Odstránená vlhkosť

sa určuje vážením, pri ktorom je nutné zamedziť vplyvu okolitého vzduchu

k vysušenému materiálu, aby nedošlo k následnej sorpcii vlhkosti materiálom. Pri

gravimetrickej metóde sa musia presne dodržiavať pracovné podmienky, aby výsledky

z rôznych laboratórií boli navzájom porovnateľné. Tieto podmienky sú pre väčšinu

materiálov stanovené normami. Gravimetrická metóda sa používa ako štandardná

32

metóda ku kalibrácii iných vlhkomerov. Musíme si pritom uvedomiť, že sušením

nemôžeme nikdy určiť všetku vodu obsiahnutú v materiáli, pretože tlak vodnej pary

v sušiarni nikdy nie je nulový. Presnosť stanovenia vlhkosti značne zvyšujú rôzne

poloautomatické zariadenia, ktoré umožňujú vážiť vzorku priamo v sušiarni, alebo

počas sušenia. Ak sa váži vzorka mimo sušiareň, je nutné ju nechať vychladnúť

v exsikátore nad látkou, ktorá pohlcuje vlhkosť z okolitého prostredia, ako je napríklad:

oxid fosforečný, oxid barnatý, hydroxid sodný, hydroxid draselný, silikagel, atď. (Fexa,

Široký, 1983).

1.5.2 Určenie vlhkosti vlhkomerom

Vlhkosť môžeme určiť vhodnými typmi vlhkomerov. Za vhodný typ sa považuje

ten, ktorého údaje sa od výsledkov skúšok sušením líšia pri preverovacích skúškach

najviac pri 5 % prípadov o viac ako 0,5 % (t.j. hodnota zhodnosti). V laboratórnej

prevádzke je nutné funkciu týchto vlhkomerov kontrolovať porovnávacími skúškami

sušením najmenej raz týždenne. Slovenské štátne normy radu STN 46 sa týkajú

určovania vlastností poľnohospodárskych a STN 56 potravinárskych materiálov.

Výsledky stanovenia vlhkosti sa považujú za správne, ak rozdiely oproti

etalónovej metóde nepresahujú tieto hodnoty (Fexa, Široký, 1983):

0,5 % pri vlhkosti do 20 %

1,0 % pri vlhkosti (20 – 25) %

1,5 % pri vlhkosti nad 25 %.

1.5.3 Gravimetrická metóda s infražiaričom

Miesto klasického vysúšania je niekedy výhodné využiť k sušeniu infračervené

žiarenie, ktoré preniká do hĺbky a vyvoláva tak intenzívne odparovanie vody.

V mnohých prípadoch teplota nepresiahne 70 °C a sušenie trvá len 5 až 10 minút.

Pre rastlinné materiály je to výhodné, pretože v sušiarni ani pri dlhodobom sušení

nemožno dosiahnuť vysušenie do konštantnej hmotnosti. Pri konštantnej navážke môže

byť stupnica ciachovaná priamo v percentách vlhkosti. Materiál sa suší vopred

stanovenú dobu. Presnosť tejto metódy sa udáva ± 0,5 % vlhkosti (Fexa, Široký, 1983).

33

1.5.4 Vodivostná metóda

Je to najstaršia elektrická metóda merania vlhkosti pevných telies. Môže sa

používať aj pre sypké materiály. Súbor zŕn môžeme považovať za kapilárnopórovitý

materiál. Tieto materiály z pohľadu fyziky dielektrík patria k makroskopicky

nerovnorodým dielektrikám. Ich nerovnorodosť je spôsobená v prvom rade

prítomnosťou vody v suchom materiáli a tiež vzduchu v kapilárach. Okrem toho

biologické materiály majú nerovnorodé chemické zloženie, obsahujú prímesi a

znečistenia. Pre takéto materiály je charakteristický prevládajúci vplyv vlhkosti na ich

elektrické vlastnosti. Kým v suchom stave sú dielektrikami s rezistivitou (108 - 1013)

Ω . m, pri zvlhčení sa stanú polovodičmi a rezistivita klesne na hodnoty (104 – 105)

Ω . m. Mení sa teda v závislosti od vlhkosti v širokom rozsahu, obsiahne 12 až 18 rádov

(Hlaváčová, 2003).

Hlaváčová (1994) uvádza, že vodivosť vlhkého materiálu má prevažne iónový

charakter. Preto sa odpor mení aj s teplotou materiálu. Pri meraní je potrebné

zabezpečiť korekciu na teplotu. Prúd prechádzajúci materiálom nachádzajúcim sa medzi

dvomi elektródami sa s časom zmenšuje až dosiahne vodivostnú zložku, ktorá je

konštantná. Príčinou je polarizácia. V praxi sa preto pri meraní prúdov používa

jednominútový interval na odčítanie hodnoty prúdu. Obmedzenie polarizácie

dosiahneme použitím striedavého prúdu, u vodivostných metód sa však nepoužíva

vyššia frekvencia ako 1 kHz.

Rezistivita sypkých materiálov závisí ďalej od ich sypnej hmotnosti. Z tohto

dôvodu sa materiály stláčajú konštantnou silou (Fexa, Široký, 1983). Vlhkomery

založené na vodivostnej metóde sa musia pre daný materiál a rozsah vlhkosti vopred

ociachovať. Výhodou vlhkomerov vodivostného typu je, že sú jednoduché a môžu sa

využiť pre široký sortiment materiálov.

Nevýhodami týchto prístrojov je, že údaj prístroja závisí od obsahu solí, pri

vyšších vlhkostiach spôsobuje veľké nepresnosti. Ďalej pri malých vlhkostiach

spôsobuje ťažkosti merania veľkých odporov. Údaj prístroja závisí aj od ďalších

faktorov (teplota, prímesi, ...).

Dielektrické metódy merania vlhkosti sú popísané v predchádzajúcej kapitole.

34

1.5.5 Mikrovlnné metódy

Mikrovlny zaujímajú v spektre elektromagnetického vlnenia frekvencie od

3.108 Hz do 3.1011 Hz. Najčastejšie sa pri meraní využívajú frekvencie z intervalu

109 Hz až 1010 Hz. Pri frekvencii 1010 Hz má kvapalná voda výrazné absorpčné

maximum, preto sa frekvencia 10 GHz najviac používa. Viazaná voda má absorpčné

maximum posunuté k nižším frekvenciám. V poslednej dobe sa využívajú Gunnove

diódy, ktoré majú omnoho nižšie napájacie napätie (niekoľko voltov). K prenosu

mikrovlnnej energie sa používa koaxiálne vedenie alebo vlnovody. Vo vlnovodoch sa

vytvorí stojaté vlnenie, ktorého charakter tesne súvisí s permitivitou materiálu. Materiál

vložený do vlnovodu spôsobí fázový posun oproti stojatému vlneniu, ktoré existovalo

v prázdnom vlnovode.

K meraniu relatívnej permitivity sa môže použiť aj rezonátor. Je to analógia

rezonančného obvodu. K stanoveniu permitivity vloženej látky je potrebné zmerať

posun rezonančnej frekvencie a zmenu činiteľa akosti spôsobenú dielektrikom (Fexa,

Široký, 1983, Kraszewski, Trabelsi, Nelson, 1998).

Meranie mikrovlnnou metódou sa môže uskutočňovať aj vo voľnom priestore.

Z Maxwellových rovníc sa dá vypočítať konštanta útlmu elektromagnetickej vlny

v priestore. Táto konštanta závisí od dielektrických vlastností materiálu, a teda i od jeho

vlhkosti. Táto metóda je vhodná na kontinuálne meranie vlhkosti vzoriek.

Mikrovlnné vlhkomery sú založené na meraní útlmu mikrovlnného žiarenia pri

prechode vzorkou, ale môže sa merať aj odraz od povrchu meraného objektu, ktorý

reprezentuje vlhkosť povrchových vrstiev materiálu. Hrúbka vzorky musí byť

dostatočná na to, aby sa energia odrazená od zadného povrchu celkom pohltila.

Pracovná frekvencia väčšiny prístrojov leží v okolí 10 GHz, kde má voda pri

normálnej teplote kritickú frekvenciu. Absorpčné maximá ostatných látok sú obecne

oveľa menšie. Mikrovlnná metóda sa nemôže použiť pre silne vodivé látky, pretože

straty spôsobené vodivosťou prekrývajú relaxačné straty vody. Mikrovlnnou metódou

sa môže vlhkosť určovať len do určitej (minimálnej) koncentrácie. Ďalšími faktormi,

ktoré ovplyvňujú presnosť merania, sú teplota, rozptyl, stojaté vlnenie, granulácia

materiálu, spôsob nasypania vzorky, polarizácia a obsah rozpustených solí. Hlavnou

nevýhodou mikrovlnných vlhkomerov je pomerne vysoká cena.

35

1.5.6 Rádiometrické metódy

Pri rádiometrických metódach sa meria absorpcia β alebo γ žiarenia, spomalenie a

rozptyl neutrónov hlavne pri veľkom množstve materiálu (Fexa, Široký, 1983).

1.5.7 Neutrónová moderačná metóda

Pri tejto metóde sa využíva spomalenie rýchlych neutrónov pri interakcii

s hmotou. Strata energie neutrónov je závislá od hmotnosti jadier atómov látky a

najväčšia je u tých jadier, ktoré sa rozmermi blížia rozmerom neutrónov, čo je prípad

vodíkového jadra – protónu. Na detekciu pomalých neutrónov bola vypracovaná rada

metód. Používajú sa proporcionálne trubice, scintilačné detektory v spojení

s fotonásobičom. Nevýhodou oboch je, že sú citlivé na žiarenie γ. Pomalé neutróny sa

po detekcii registrujú vo forme impulzov čítačom. Počet impulzov je úmerný objemovej

hmotnosti a objemovej vlhkosti materiálu (Fexa, Široký, 1983).

Presnosť merania je ovplyvnená tým, že materiál môže obsahovať vodík viazaný

aj inak ako vo vode. Metóda je teda vhodnejšia pre anorganické látky, ale boli

uskutočnené merania i na materiáloch organického pôvodu. Výsledky merania vlhkosti

neutrónovou metódou málo závisia od chemického zloženia materiálu. Údaje nie sú

ovplyvňované vonkajšími vplyvmi ako teplotou, tlakom, pH prostredia a pod.

1.5.8 Meranie absorpcie žiarenia γγγγ a ββββ

Ak sa vloží do materiálu zdroj žiarenia γ, vytvorí sa okamžite v jeho okolí oblak

rozptýlených kvánt γ.

Rozptýlené žiarenie je ďalej absorbované okolitými arómami. Absorpcia závisí od

hustoty materiálu a od jeho chemického zloženia, teda aj od vlhkosti. Ako zdroj žiarenia

sa najčastejšie používa kobalt 60 alebo cézium 137 (Fexa, Široký, 1983). Pre sypké

látky sa predpokladá konštantná hmotnosť v meranom objeme.

Hlavnou nevýhodou uvedenej metódy merania vlhkosti je veľká závislosť od

hustoty a chemického zloženia a pri tejto metóde vznikajú väčšie chyby ako pri

neutrónovej.

36

Meranie vlhkosti pomocou absorpcie žiarenia β je založené na podobnom princípe,

v praxi sa však pre veľké nepresnosti neuplatnilo. Určitou nevýhodou rádiometrických

metód je potreba ochrany pred škodlivým žiarením.

1.5.9 Metóda nukleárnej magnetickej rezonancie

Absorpcia vysokofrekvenčnej energie pod vplyvom magnetického poľa sa využíva

pri metóde nukleárnej magnetickej rezonancie. Atóm každého prvku je zložený z jadra a

elektrónového obalu, ktoré sú elektricky nabité. Elektrón, obiehajúci okolo jadra má

magnetický moment a tiež rotuje okolo vlastnej osi. Z toho vyplýva, že má elektrónový

spin. Jadro tiež vykonáva pohyb okolo svojej osi a má jadrový spin. Jadrá s nepárnym

počtom protónov alebo neutrónov majú jadrový magnetický moment a k ich skúmaniu

sa používa metóda nukleárnej magnetickej rezonancie. Medzi takéto jadrá patrí i jadro

vodíka. Zo všetkých jadier s nenulovým magnetickým momentom má najväčší

gyromagnetický pomer. Pri stanovení vlhkosti materiálov metódou NMR sa meria

absorpčná časť komplexnej susceptibility vo vzorke pri určitej magnetickej indukcii.

Z priebehu absorpčného signálu sa určí počet jadier vodíka vo vzorke. Metóda NMR

umožňuje rozlíšiť atómy vodíka, ktoré sú súčasťou meraného materiálu a tie, ktoré sú

prítomné vo forme vody. Metóda je použiteľná k meraniu vlhkosti najrozličnejších

materiálov, okrem tých, ktoré majú premenný obsah tukov, alebo olejov.

Granulometrické zloženie vzorky nie je podstatné, musí sa však dodržiavať konštantná

hmotnosť a meranie závisí značne od teploty. Metóda sa dá využiť aj pri meraní

vlhkosti obilia a potravinárskych materiálov. Najväčším nedostatkom metódy je

nákladnosť prístrojov (Fexa, Široký, 1983).

1.5.10 Metóda infračervenej spektroskopie

Voda má vo všetkých skupenstvách v infračervenej oblasti spektra charakteristický

absorpčný pás. Spektrum kvapalnej vody je zložitejšie, ako spektrum vodnej pary

vplyvom vodíkových väzieb. Infračervené spektrum závisí od veľkosti energie, ktorou

sú molekuly vody viazané k materiálu.

Pri tuhých látkach sa miesto absorpcie prechádzajúceho žiarenia meria odraz od

povrchu. V okolí vlnových dĺžok 1,4 µm a 1,9 µm v infračervenej oblasti dochádza

k veľkej zmene odrazenej energie v závislosti na vlhkosti materiálu, kým v iných

37

častiach spektra je rozdiel zanedbateľný. Aby sa vylúčili všetky ostatné faktory

ovplyvňujúce odraz infračerveného žiarenia, meria sa pri dvoch vlnových dĺžkach.

Pomer odrazenej energie v oboch prípadoch slúži ako miera vlhkosti materiálu (Fexa,

Široký, 1983).

Merací rozsah infračervených analyzátorov je teoreticky od 0 % do 100 % vody

(prakticky do 90 %). Chyby metódy sú najmenšie v oblasti malých vlhkostí asi do 10 %.

Prístroje vyžadujú empirickú kalibráciu pre jednotlivé druhy materiálu a merajú vlastne

povrchovú vlhkosť materiálov.

1.5.11 Ultrazvuková metóda

Na rýchlosť šírenia ultrazvuku, alebo na jeho útlm v tuhých látkach má vplyv

predovšetkým ich zloženie a teplota. V tuhých látkach sa ultrazvuk šíri rýchlosťou

(2000 – 6000) m . s-1, v čistej vode 1482,7 m . s-1 pri 20 °C. Pri konštantnej teplote je

rýchlosť šírenia ovplyvnená množstvom prítomnej tuhej fázy. Toho bolo využité

k meraniu vlhkosti, alebo lepšie obsahu sušiny niektorých potravinárskych výrobkov,

napr. ovocné šťavy, sirupy (Fexa, Široký, 1983).

1.5.12 Sorpčná metóda

Ak je tuhá látka vložená do vlhkého prostredia, bude absorbovať alebo uvoľňovať

vlhkosť dovtedy, kým sa nedosiahne rovnováha s tlakom vodnej pary v okolí. Naopak

zasa tlak vodnej pary v priamej blízkosti vlhkej látky bude závisieť od jej vlhkosti a

môže sa použiť ako miera vlhkosti tuhej látky, ak súčasne snímame relatívnu vlhkosť a

teplotu prostredia.

V praxi sa častejšie miesto tlaku vodnej pary meria relatívna vlhkosť vzduchu. Ak

je známa sorpčná izoterma, môže sa z relatívnej vlhkosti priamo stanoviť vlhkosť

materiálu. Pre technické účely k charakterizácii materiálu stačí poznať parciálny tlak

vodnej pary nad ním. Teda vlhkosť tuhého materiálu sa určuje na základe vlhkosti

vzduchu. Snímače sú založené na vysokofrekvenčných kremíkových piezoelementoch

so sorpčnou povrchovou vrstvou. Závislosť rezonančnej frekvencie snímača od

relatívnej vlhkosti okolitého prostredia je nelineárna, čo spôsobuje problémy pri meraní

(Fexa, Široký, 1983).

38

1.5.13 Chemické metódy

Základom každej chemickej metódy určenia vlhkosti je chemická reakcia vody,

prítomnej v materiáli s prídavným činidlom. Na činidlo sa kladú tieto požiadavky: jeho

reakcia s vodou musí prebiehať rýchle a kvantitatívne, musí byť špecifická len pre vodu

a koniec reakcie musí byť ľahko zistiteľný.

Fischerovo činidlo sa môže použiť k určeniu obsahu vody skoro vo všetkých

organických zlúčeninách, v rade anorganických zlúčenín, v rôznych potravinách,

bielkovinách, dreve, atď.

Reakcia vody s niektorými reagentmi vedie k vývoju plynov. Množstvo plynu,

alebo jeho tlak v uzavretom priestore môže slúžiť ako miera vlhkosti materiálu. Objem

vyvinutého plynu sa meria pomocou plynových byriet. Táto metóda vyžaduje empirickú

kalibráciu. Tlaková metóda sa využíva na orientačné meranie vlhkosti rôznych

materiálov ako sú pôda, piesok, papier, obilie, potraviny (Fexa, Široký, 1983).

39

2 Cieľ práce

Stanovenie elektrických vlastností sa využíva v mnohých odboroch

a odvetviach. Záujem sa sústreďuje na získanie ďalších informácií o materiáloch na

základe merania ich elektrických vlastností. Dizertačná práca bude zameraná na skúmanie

závislostí elektrických vlastností potravinárskych materiálov od viacerých faktorov.

Pozornosť sa bude venovať zisteniu korelácií medzi elektrickými vlastnosťami a ďalšími

charakteristikami potravinárskych materiálov.

V tejto práci sa zameriame na tieto oblasti:

Vypracovať postup umožňujúci počítačovo spracovať namerané hodnoty

kapacity, impedancie a odporu s prístrojom Good Will LCR Meter – 821

a s LCR metrami HP 4284A a HP 4285A.

Uskutočniť merania uvedených charakteristík potravinárskych materiálov.

Stanovenie obsahu vody v biologických materiáloch.

Experimentálne stanovenie závislosti elektrických veličín od vlhkosti

a kvality potravinárskych materiálov.

Overiť postup pri štatistickom a grafickom spracovaní hodnôt.

Dizertačná práca je súčasťou riešenia výskumných úloh na Katedre fyziky SPU

v Nitre:

Osmotic Dryer Development for Fruits and Vegetables, projekt riešený s

Univerzitou v Novom Sade (Poľnohospodárska fakulta, Oddelenie

poľnohospodárskej techniky), Novi Sad, Srbsko

VEGA č. 1/0829/09 s názvom Využitie fyzikálnych vlastností

potravinárskych materiálov pri hodnotení kvality potravín.

40

3 Metodika práce a metódy skúmania

Merania elektrických vlastností sa uskutočnia na niektorých potravinárskych

materiáloch, ktorých charakteristiky sa budú skúmať v rámci riešenia projektu VEGA č.

1/0829/09 s názvom Využitie fyzikálnych vlastností potravinárskych materiálov pri

hodnotení kvality potravín, ďalej v rámci bilaterálneho projektu s Univerzitou v Novom

Sade (Srbsko) s názvom Vývoj osmotickej sušiarne pre ovocie a zeleninu.

Naše merania sa uskutočnia na biologických materiáloch a to na sušených jablkách

(Malus domesticus L.), sušených dulách (Cydonia oblonga Mill.) a sušených mrkvách

(Daucus carota L.), ďalej na vzorkách repky olejnej (Brassica napus L.), na vzorkách

múky a mlieka. Vzorky sušených jabĺk a dúl poskytla Katedre fyziky Poľnohospodárska

fakulta Univerzity v Novom Sade (Srbsko) v rámci spoločne riešeného projektu.

Vzorky sušených jabĺk a dúl, boli vysušované kombinovane, najprv osmoticky a potom

boli sušené v konvenčnej sušičke. Vzorky boli ponorené počas 120 minút v cukrovom

roztoku s koncentráciou 0,85 pri teplote 45 °C. Výsledná vlhkosť po osmotickom sušení

bola 32 %. Po osmotickom sušení sa vzorky ďalej sušili v konvenčnej sušičke pri

teplote 50 °C 240 minút. Metóda sušenia uvedených vzoriek ovocia je podrobne

popísaná v práci Babić et al. (2002). Konečná vlhkosť vzoriek jabĺk a dúl sa pohybovala

okolo 20 %. Elektrické vlastnosti vzoriek jabĺk a dúl sa budú merať pomocou

špeciálneho doskového snímača s medenými doskami s rozmermi 50 mm x 50 mm,

ktoré boli vyrobené na Katedre fyziky. V prípade vzoriek sušených jabĺk, dúl, repky

olejnej, múky a mlieka sa odmeria odpor, impedancia a kapacita v závislosti od

frekvencie LCR metrom GoodWill 821 pri frekvenciách od 50 Hz do 200 kHz. Prístroj

je pripojený k počítaču sériovým káblom a namerané hodnoty sa uložia do príslušných

súborov. Pri každej frekvencii sa namerajú 3 hodnoty každej elektrickej veličiny a

z nameraných hodnôt sa vypočítajú priemerné hodnoty.

Elektrické vlastnosti vzoriek repky olejnej sa budú merať v špeciálnom doskovom

valcovom snímači s plochou dosiek S = 1114,389 mm2 a so vzdialenosťou medzi

doskami tg = 46,26 mm. Vzorky repky olejnej sa navlhčia a následne sa bude postupne

ich vlhkosť znižovať v elektrickej sušičke KCW – 100. Relatívna vlhkosť vzoriek repky

olejnej je pred sušením 14,263 % a po ukončení sušiaceho procesu 4,875 %. Pri meraní

mlieka sa ako snímač použije doskový valcový snímač a koaxiálny snímač, ktoré boli

vyrobené na Katedre fyziky pre meranie elektrických vlastností sypkých a tekutých

materiálov. Koaxiálny snímač má vnútorný polomer r1 = 7,18 mm, vonkajší polomer

41

r2 = 33,54 mm a výšku h = 60,96 mm. Pri meraní elektrických vlastností mlieka sa

vyberie vysokopasterizované polotučné mlieko s obsahom tuku najmenej 1,5 %. Kvalita

mlieka sa bude sledovať pomocou nameraných elektrických vlastností po stanovených

časových intervaloch (1. deň, 2. deň, 3. deň). V prípade merania múky sa na meranie

elektrických vlastností použijú ako snímače vyššie uvedený doskový valcový snímač,

koaxiálny snímač a doskový kondenzátor s plochou S = 4808,7916 mm2 a so

vzdialenosťou medzi nimi tg = 12,968 mm. V meraniach sa použijú nasledovné vzorky

múk: pšeničná múka hrubá (Zlatý klas), pšeničná múka výberová polohrubá, múka

hladká špeciál 00 extra, ražná celozrnná múka hladká (bio produkt), špaldová celozrnná

múka hladká (bio výrobok), ruskovská pšenično-ražná múčna zmes. Vzorky mlieka

a múky sa budú skladovať v laboratórnych podmienkach. Elektrické vlastnosti sa určia

aj pre valcové rezky mrkvy. Mrkvy budú z lokálneho obchodu a uskladnia sa

v chladničke v neuzavretých polyetylénových vreckách pri teplote (5 – 7) °C.

Začiatočná relatívna vlhkosť mrkvy sa pohybuje okolo 87,5 % (AOAC, 1990). Pri

určovaní relatívnej vlhkosti sušeného ovocia a zeleniny budeme postupovať podľa STN

56 0246 Metódy skúšania konzervárenských polotovarov a výrobkov z ovocia

a zeleniny. Vzorky sa uskladnia na kratšiu dobu (okolo 1 dňa), alebo dlhšiu dobu (asi

týždeň). Tieto merania sa uskutočnia na Univerzite Corvinus v Budapešti na základe

spolupráce s Katedrou fyziky a automatiky. Vykonané merania sa zamerajú na

štandardizáciu (normalizáciu), použiteľnosť a na spresnenie meracej metódy. Na

začiatku každého merania sa mrkva umyje a nakrája na valcové rezky. Valcové rezky sa

budú sušiť v sušičke Venticell 111 pri teplote 50 °C. Teplota vzduchu je kontrolovaná

pomocou proporcionálneho regulátora. Nakoľko väčšina biologických materiálov

dokáže absorbovať vlhkosť z okolitého vzduchu, preto po sušení vzorky ihneď zabalíme

do tenkých fólií, aby sa stabilizovala ich vlhkosť. Tesne pred meraním sa odstráni tenká

fólia a vzorky sa odvážia. Hmotnosť vzoriek sa meria digitálnou váhou Denver SI-603

(Obr. 46). Váženie vzoriek sa vykoná na začiatku sušenia každých 30 minút, a potom

každých 60 minút. Vzorky sa umiestnia medzi špeciálne zvierky snímača hp 16451B

dielectric text fixture, ktorý bol vyvinutý pre spomínané LCR merače, pre meranie

dielektrických vlastností materiálov. Merať sa budú hodnoty elektrickej impedancie a

odporu valcových rezkov LCR meračom HP 4284A od 30 Hz – 1 MHz a HP 4285A od

75 kHz – 30 MHz pri konštantnom meracom napätí 1 V.

42

3.1 Mlieko

Samotná výroba mlieka a jeho spotreba je dôležitá, pretože sa používa nielen ako

bežná potravina, ale má veľký celospoločenský význam i z pohľadu existencie chovu

dobytka v prvovýrobe, z pohľadu ekonomiky výroby a ďalej z pohľadu zamestnanosti

ľudí na vidieku, sociálneho a ekologického programu spracovania produktov celého

poľnohospodárstva (http://www.mlieko.sk/, 2012).

3.1.1 Zloženie mlieka

Samotné mlieko je tekutina, ktorá je vylučovaná mliečnou žľazou všetkých

cicavcov. Vlastné materské mlieko však nie je určené iba pre výživu mláďat, ale surové

mlieko (kravské, ovčie, kozie, byvolie i ťavie) a zvlášť mliečne výrobky z týchto mliek

už niekoľko tisícročí tvoria i hlavnú potravinovú zložku človeka.

Zloženie samotného mlieka (Tab. 1) je ovplyvnené najviac živočíšnym druhom a

tiež ďalšími faktormi ako je laktácia, výživa, zdravotný stav, rasa atď.

Tab. 1 Prehľad zloženia hlavných druhov mliek v g na 100 g mlieka

(http://www.mlieko.sk/, 2012)

Druh mlieka Voda; g Bielkoviny; g Tuk; g Mliečny cukor; g Minerálne látky; g

Kravské mlieko 87,4 3,2 3,7 4,7 0,8

Kozie mlieko 86,6 3,6 4,2 4,8 0,8

Ovčie mlieko 83,9 5,2 6,2 4,2 0,9

Kobylie mlieko 90,0 2,0 1,1 7,0 0,4

Byvolie mlieko 82,7 4,5 8,0 4,7 0,8

Ženské mlieko 87,6 1,2 4,1 6,9 0,2

Z uvedených mliek sa v našich podmienkach využíva na ľudskú výživu na vyše

97 % iba kravské mlieko (Tab. 2). V menšej miere, na výrobu mliečnych špecialít sa

využíva ovčie a kozie mlieko.

43

Tab. 2 Základné zloženie 1 litra kravského mlieka (http://www.mlieko.sk/, 2012)

1. Voda (860 – 880) g 2. Látky nachádzajúce sa v emulzii mlieka: - Mliečny tuk ako zmes triglyceridov (30 – 45) g - Fosfatidy 0,3 g - Steríny 0,1 g - Glyceridy (0,15 – 0,22) g - Vitamíny rozpustné v tukoch: - Vitamín A (0,1 – 0,5) mg - Provitamín A (karotén) (0,1 – 0,6) mg - Vitamín D 0,4 µg - Vitamín E 1,0 mg 3. Látky nachádzajúce sa v koloidnom stave: - Kazeín (28 – 32) g - α-kazeín 10,3 g - β-kazeín 9,1 g - κ-kazeín 3,9 g - Albumíny 5,2 g - Globulíny 0,8 g - Enzýmy 4. Látky v pravom roztoku: - Laktóza a ďalšie cukry (47 – 48) g - Katióny: - Vápnik 1,25 g - Horčík, sodík, draslík 2,1 g - Anióny–fosforečnany, fosfáty, citrany, chloridy... 5,3 g - Vitamíny rozpustné vo vode: - Vitamín B1 0,4 mg - Vitamín B2 1,3 mg - Vitamín B12 7 µg - Vitamín B6 0,7 mg - Vitamín C 20 mg - Nebielkovinové dusíkaté látky - Plyny 5. Stopové množstvá kovových prvkov

Vlastné mlieko je dokonalý a najprirodzenejší nápoj a tiež je surovinou pre výrobu

širokého sortimentu mliečnych výrobkov. Obsahuje najhodnotnejšie živočíšne

bielkoviny, ľahko stráviteľný tuk a celý rad dôležitých minerálnych látok. Nachádza sa

v ňom veľa esenciálnych aminokyselín, vitamínov, mliečny cukor a mnohé stopové

prvky nevyhnutné pre výživu a vývoj ľudského organizmu, pre normálnu funkciu

látkovej výmeny a ochranu zdravia človeka. O všestrannosti mlieka vo výžive svedčí i

podiel celkovej dennej spotreby k životu potrebných látok, ktoré získa dospelý človek z

1 litra mlieka. Pre bielkoviny to je 40 %, pre tuk 32 %, cukry 12 % a hlavne pre vápnik

44

je to až 120 %, fosfor 67 %, pre vitamín A 30 %, vitamín B1 25 % a pre vitamín B 2 až

70 % (http://www.mlieko.sk/, 2012).

3.1.1.1 Mliečne bielkoviny

Jednou z najdôležitejších nutričných zložiek mlieka sú práve mliečne bielkoviny.

Mliečne bielkoviny obsahujú 18 z 22 známych esenciálnych aminokyselín, potrebných

na stavbu a udržiavanie ľudského organizmu. V Tab. 3 je uvedené všeobecné zastúpenia

bielkovín mlieka.

Tab. 3 Všeobecne sú bielkoviny mlieka zastúpené nasledovne

(http://www.mlieko.sk/, 2012)

Kazeínový komplex 76,8 % z celkových bielkovín 2,50 % v mlieku Albumíny 14,0 % z celkových bielkovín 0,45 % v mlieku Globulíny 1,8 % z celkových bielkovín 0,06 % v mlieku Proteózy a peptóny 2,0 % z celkových bielkovín 0,07 % v mlieku

Najväčšia a najviac využívaná zložka bielkovín mlieka je kazeín, ktorý tvorí

hlavnú zložku vo všetkých syrov (http://www.mlieko.sk/, 2012).

3.1.1.2 Mliečny tuk

V 1 litri plnotučného mlieka sa nachádza (30 – 40) g tuku. Tento mliečny tuk je

jemno rozptýlený vo forme emulzie a je preto z hľadiska výživy v porovnaní s inými

živočíšnymi tukmi veľmi dobre vstrebateľný a stráviteľný. Dôležitým faktorom dobrej

stráviteľnosti mliečneho tuku je aj jeho chemické zloženie. Samotný mliečny tuk tvoria

v prevažnej miere glyceroly mastných kyselín, voľné mastné kyseliny, fosfolipidy,

steroly, estery atď. Mastné kyseliny (Tab. 4) tvoria až 85 % mliečneho tuku

(http://www.mlieko.sk/, 2012).

45

Tab. 4 Mastné kyseliny mliečneho tuku (http://www.mlieko.sk/, 2012)

Kyselina Vzorec Obsah; % Typ Maslová C3 H7 COOH 2,2 – 5,5 nasýtená Kaprónová C5 H11 COOH 1,3 – 3,3 nasýtená Kaprylová C7 H15 COOH 0,5 – 1,9 nasýtená Kaprínová C9 H19 COOH 0,3 – 3,0 nasýtená Laurová C11 H23 COOH 2,6 – 7,7 nasýtená Myristová C13 H27 COOH 9,7 – 22,6 nasýtená Palmitová C17 H31 COOH 25,8 – 38,9 nasýtená Stearová C17 H35 COOH 11,8 – 20,4 nasýtená Olejová C17 H33 COOH 20,4 – 48,2 nenasýtená Linolová C17 H31 COOH 2,1 – 2,7 nenasýtená Linolénová C17 H29 COOH 0,7 – 1,3 nenasýtená Arachidonová C19 H31 COOH 0,6 – 1,2 nenasýtená

3.1.1.3 Mliečny cukor

Mliečny cukor laktóza je najvýznamnejší sacharid mlieka. Je ľahko stráviteľná a je

výborným zdrojom energie, ktorá je potrebná pre rast a normálne fungovanie

organizmu. Laktóza je disacharid zložený z glukózy a galaktózy. Samotná glukóza

predstavuje veľmi dôležitú zložku krvi a zároveň slúži aj ako stavebná zložka

glykogénu. Galaktóza je nevyhnutná najmä pri formovaní nervových tkanív a pozitívne

ovplyvňuje reguláciu telesnej teploty a reguláciu pohybu čriev. Okrem toho priaznivo

vplýva na absorpciu a využitie vápnika v tele, čo má význam pri raste kostí.

Konzumácia kyslomliečnych výrobkov je zvlášť odporúčaná pri podávaní antibiotík a to

za účelom obnovenia pôvodnej črevnej mikroflóry. Tu majú zvláštny význam práve

probiotické mliečne kultúry. Takéto kyslomliečne výrobky majú vynikajúci zdravotný

účinok a sú vhodné pre všetky vekové i zdravotné kategórie (http://www.mlieko.sk/,

2012).

3.1.2 Druhy mlieka

3.1.2.1 Konzumné mlieko

Vyrába sa z kravského mlieka, ktoré sa označuje názvom „konzumné mlieko“, ale

aj z kozieho mlieka, ktoré sa označuje ako „konzumné kozie mlieko“. Konzumné

46

mlieko je zdrojom biologicky aktívnych látok nevyhnutných pre zdravý vývoj človeka

(http://www.mlieko.sk/, 2012).

3.1.2.2 Trvanlivé mlieko

Je konzumné mlieko, ktoré sa vyrába z kravského mlieka a je len tepelne ošetrené.

Spôsob tepelného ošetrenia je ultravysokotepelný ohrev - UHT (Ultra Heat Treatment).

Mlieko sa zohrieva na teplotu 135 °C veľmi krátku dobu (1 – 2 sekundy). Potom sa

mlieko rýchlo schladí a plní v aseptickom prostredí do aseptických obalov. Tým sa

eliminujú prakticky všetky prítomné mikroorganizmy a mlieko získava najmenej 3-

mesačnú trvanlivosť aj pri izbovej teplote (http://www.mlieko.sk/, 2012).

3.1.2.3 Sušené mlieko

Sušené mlieko a sušená smotana sú mliečne výrobky vyrobené sušením

pasterizovaného mlieka so štandardizovaným množstvom tuku. Ochutené sušené

mliečne výrobky sú výrobky s pridaním ochucujúcich zložiek, ako sú čokoláda, kakao,

karamel a iné (http://www.mlieko.sk/, 2012).

3.2 Múka

Múka je základnou surovinou pekárskej výroby, ktorá sa vyrába mletím.

Podsystém mletia a triedenia je vcelku zložitý a závislý na technologickom postupe,

ktorého najdôležitejšími prvkami sú zariadenia na mletie a osievanie. Klasickým

spôsobom mletia je roztieranie na tanierových šrotovníkoch. Obilie je roztierané medzi

dvoma taniermi. Jednotlivá hrúbka meliva sa nastavuje vzdialenosťou tanierov.

Nevýhodou tohto typu spracovania obilia je, že pomerne veľká časť energie sa mení na

teplo. V dnešnej dobe sa najviac využívajú na mletie obilia valcové mlecie stolice, ktoré

sa skladajú z dvoch od seba nezávislých valcov. Obilné zrno pred mletím prejde

mechanickým čistiacim procesom a to tak, že sa od zrna oddelia nečistoty a nevhodné

zrná. Ďalej zrno putuje do odieračky, kde sa mechanicky obrúsi. Po tomto procese sa

zrno zomelie na samotnú múku.

47

3.2.1 Výroba múky

Výroba múky z obilia - mlynárstvo prešlo dlhým vývojom, než dosiahlo súčasný

stav. Obilniny sú z hľadiska národného hospodárstva najvýznamnejšou skupinou plodín.

Sú základnou a nutnou zložkou ľudskej výživy, výživy hospodárskych zvierat

a dôležitou surovinou v potravinárskom priemysle. Obilninové výrobky sú významnou

výživnou zložkou, predstavujú asi 35 % dennej energetickej potreby, 35,4 % bielkovín,

10,1 % tukov a 56,1 % sacharidov. Spotreba daných výrobkov v hodnote obilia má

klesajúcu tendenciu v dôsledku ponuky iných atraktívnych potravín. Najdôležitejšie

obilniny na výrobu chleba sú pšenica a raž.

Okrem hlavných mlynských surovín pšenice a raže, sa môžu v mlynoch

spracovávať ďalšie obilniny a zrniny. Z obilnín je to predovšetkým jačmeň, ovos

kukurica, ryža, pohánka a zo strukovín najmä hrach a sója (Opáth, 2005).

Jačmeň sa spracováva hlavne na krúpy, v menšej miere aj na múky. Ovos sa

spracováva predovšetkým na vločky, menej na múky. Z múk, ktoré sa z ovsa vyrábajú,

môžeme spomenúť ovsenú múku jedlú, inaktivovanú ovsenú múku a vločkovú ovsenú

krupicu. Mlynská technológia umožňuje získať múky s rôznymi úžitkovými

vlastnosťami. Jednotlivé pasážne múky sa vhodným spôsobom miešajú na tzv.

obchodné druhy s názvom, nie číslom typu ako predtým. Podľa ustanovení súčasne

platných noriem sa za obilniny pre výrobu jedlých mlynských výrobkov považuje

pšenica, raž, jačmeň, ovos, kukurica, proso, ryža, cirok a pohánka. Mlynské výrobky

musia spĺňať určité kritériá.

Z pšenice sa vyrábajú múky: Hrubá „zlatý klas“, Výberová polohrubá, Polohrubá

konzumná, Hladká špeciál, Hladká chlebová, Chlebová, Celozrnná a Vyrážková. Tab. 5

nám hovorí o požiadavkách kladených na kvalitu pšenice.

48

Tab. 5 Požiadavky na kvalitu pšenice pri nákupe podľa STN 461100-2

(Kažimírová, Opáth, 2007)

E A B P

vlhkosť % 14,0 14,0 14,0 14,0

objemová hmotnosť g/l najmenej 800 780 760 750

obsah NL (Nx5,7) % najmenej 13,5 12,5 11,5 10,0

SDS test ml najmenej 55 50 45 40

číslo poklesu v šrote zo 7g g/l najmenej 250 220 220 160

prímesi celkom % najviac 4,0 5,0 5,0 5,0

z toho: zlomky zŕn pšenice % najviac 1,5 2,0 2,0 2,0

naklíčené zrná % najviac 1,0 1,0 1,0 1,0

zrnové prímesi % najviac 1,5 2,0 2,0 2,0

nečistoty % najviac 0,5 0,5 0,5 0,5

odporúčané znaky kvality

obsah mokrého lepcu % najmenej 30 27 25 22

sedimentačný index ml najmenej 35 30 25

trieda kvalityjednotkaukazovateľ kvality

Okrem týchto typov múk sa vyrábajú krupice (hrubá, jemná, detská dehydrovaná),

kŕmna múka, múka pre technické účely, mlynské klíčky a otruby. Pri mletí vznikajú

mlynské zvyšky a odpady. Zvyškami sú klíčky čistiarenské a mlynské, otruby, kŕmne

múky. Medzi odpad zahŕňame zemitý prach z filtrov tzv. nezužitkovaný odpad

(kamienky, kovové častice, semená burín a pod.) Na základe technologických vlastností

sa obilie v skladoch triedi. Pre dosiahnutie vyrovnanej kvality celej produkcie mlyna sa

potom obilie pred mletím mieša na tzv. zámel.

Ražná múka je tmavšia ako pšeničná. Tvorí základ ražného chleba. Zrno raže

obsahuje 12 % bielkovín, 1,6 % tuku, dôležité vitamíny skupiny B, vitamín E. Z

minerálov fosfor, fluór, horčík, draslík, železo. Ak je nejaká rastlina typicky európska,

tak potom je to raž (Raž siata – Secale cereale). Pre svoju nízku náročnosť na klimatické

podmienky je rozšírená práve v krajinách s miernym a chladným podnebím. U nás je

pestovanie kultúrnej raže rozšírené najmä v podhorských a horských oblastiach a na

menej úrodných pôdach po celom Slovensku. Raž je po pšenici druhou najdôležitejšou

obilninou. Pre dostatok lepku je vhodná na prípravu chlebového cesta. Samožitný chlieb

bol v Európe typickým chlebom. Má zaujímavú kyslastú chuť, tmavšiu farbu, je

aromatickejší a trvanlivejší ako chlieb pšeničný. Ražná múka má svoje tradičné využitie

pri výrobe perníkov a veľmi populárne sú aj ražné cestoviny. Je vhodná k naklíčeniu,

pretože je šťavnatejšia ako ostatné obilniny a svojím zložením sa najviac podobá

pšenici. Nutričná hodnota raže je vysoká. Pražená raž slúži ako základná surovina pri

výrobe kávoviny (melta) (Muchová, 1996).

49

3.3 Repka olejná (Brassica napus L.)

Význam repky sa odvíja od významu olejnín, ktorých je v našich podmienkach

hlavným protagonistom. Repka vytvára mohutný kolovitý koreň, ktorý je asi na 87 %

rozložený v ornici. Dĺžka koreňov dosahuje až 3 m, začínajú rásť už pri teplote 1,9 °C.

Nadzemná fytomasa rastliny, ktorá rastie už pri 5 °C, sa objavuje v dvoch fázach:

v jesennej fáze listovej ružice (fáza vegetatívna) a jarnej fáze predlžovacieho, alebo

rýchleho rastu (fáza generatívna). Stonka dosahuje dĺžku (1,2 – 2,2) m, najčastejšie (1,4

– 1,6) m. Vyrastá na nej špirálovite z pazúch listov spravidla 6 – 8 konárov prvého rádu,

ktoré sa ďalej rozkonárujú. Typickým znakom na listoch a stonke je jemný voskový

sivozelený až sivofialový povlak. Na strapcovitom súkvetí sa pri hustote okolo 60

jedincov na 1 m2 vytvára 300 – 500 drobných sýtožltých kvietkov, z ktorých do zberu

obvykle zostane 80 – 120 šešúľ. Kvet je štvorpočetný a pre svoju intenzívnu farbu je

silným lákadlom pre hmyz. Plodom je šešuľa, obsahuje drobné guľaté modročierne

semená (Obr. 1), ktoré sú ťažko odlíšiteľné od semien niektorých iných kapustovitých

plodín. Dvojradová šešuľa spravidla obsahuje 15 – 20 semien s hmotnosťou 1000

semien (HTS) najčastejšie (4,5 – 5) g. Vyskytujú sa však i štvorradové plody so 40 – 50

semenami, ktoré môžu byť i žlto sfarbené.

Obr. 1 Vzorka semien repky olejnej

Kvalitu semien, či celej rastliny hodnotíme podľa spôsobu použitia. Pri semenách

zisťujeme: množstvo a zloženie oleja, bielkovín, antinutričných a nestráviteľných látok,

sprievodných látok a množstvo rezíduí z pesticídov. Hospodárska hodnota odrody je

charakterizovaná predovšetkým obsahom oleja a bielkovín, ktorých súčet kolíše

50

v rozpätí (65 – 75) % hmotnosti semena, z toho olej tvorí (40 – 48) %. Osemenie

predstavuje (15 – 20) % celkovej hmotnosti semena a má nízky obsah oleja 1,5 %, 15 %

proteínov a asi 75 % polysacharidov tvorených celulózou, hemicelulózou a lignínom.

Zvyšok semena obsahuje (45 – 47) % oleja, (30 – 38) % proteínov a iba 3 % vlákniny.

Okrem množstva olej v semene rozhoduje o jeho využití na konzumné, alebo technické

účely aj obsah jednotlivých mastných kyselín, predovšetkým nenasýtených.

Z nasýtených je zastúpená hlavne kyselina palmitová a stearová, z nenasýtených

kyselina olejová, linolová, linolénová, eikosenová a eruková. Ozimná repka má v našich

podmienkach vegetačné obdobie 320 – 330 dní. Semeno začína klíčiť už pri teplote

1 °C. Na klíčenie potrebuje množstvo vody, ktoré sa rovná 60 % z hmotnosti semena.

Pestovateľský areál repky je veľmi široký, možno ju pestovať od nížin až do

nadmorskej výšky asi 700 m. Najvhodnejšie sú oblasti s ročným úhrnom zrážok (600 –

750) mm a s priemernou ročnou teplotou (6,5 – 8,5) °C.

Základnou úlohou pozberového ošetrenia je upraviť pozberané semeno repky tak,

aby zodpovedalo požiadavkám spracovateľského priemyslu a dalo sa bez väčších strát

skladovať. Pre dodávky do skladov je prípustný obsah nečistôt do 5 % a vlhkosť do

12 %, pre dodávky tukovému priemyslu sú konečné hodnoty čistoty 3 % a vlhkosti 8 %.

Maximálna teplota pri sušení nesmie prekročiť 50 °C (Kulík a i., 2002).

3.4 Mrkva ( Daucus carota L.)

Mrkva je stará kultúra, ktorej pestovanie je rozšírené predovšetkým v nížinatých,

ale i vyšších oblastiach mierneho pásma. Využívame ju ako doplnkové dietetické

krmivo, obsahujúce zvýšený obsah karoténu, vhodné predovšetkým pre mladý dobytok

a hydinu. Hlavnou príčinou poklesu pestovateľských plôch je nedoriešená

veľkovýrobná technológia a nedostatok kvalitného osiva. Mrkva (Obr. 2) obsahuje

v priemere 87 % vody a 13 % sušiny. Prevažnú časť živín koreňa tvoria bezdusíkaté

látky výťažkové 9,3 % obsahujúce sacharózu a fruktózu. Podiel bielkovín 1,3 % je vyšší

než u ostatných okopanín. Obsah tukov je 0,3 %, vlákniny 1,4 % a popolovín 1,2 %.

Významným je obsah β - karoténu (8 – 16) mg %. Obsah kyseliny askorbovej je

(5 mg %).

51

Obr. 2 Mrkva obyčajná (Daucus carota L.)

(http://www.herbar.org/databaza/19/29, 2012)

V mrkve sú ďalej zastúpené vitamín E (0,4 mg %), B (0,07 mg %), B2

(0,65 mg %), PP (0,48 mg %), B6, B12. Mrkva sa zberá ako posledná okopanina,

nakoľko jej prirodzená odolnosť proti nízkym teplotám predlžuje jej obdobie zberu do

konca októbra až začiatku novembra (Kulík a i., 2002).

3.5 Zloženie ovocia

Ovocie obsahuje látky nevyhnutné pre výživu. Správnou konzerváciou sa skoro

vôbec alebo len nepatrne znižuje výživná hodnota ovocia. Hlavné zložky ovocia

(Tab. 6) sú cukry, kyseliny, minerálne látky a vitamíny.

Jednotlivé druhy ovocia majú charakteristické zloženie, ktoré ovplyvňuje ich

vlastnosti, výživnú hodnotu a spôsoby ich konzervovania. Prednosťou ovocia je

pomerne nízka energetická hodnota - energetický podiel ovocia v našej strave je len

1 %. Naša strava má nezdravo vysokú energetickú hodnotu, preto odborníci venujú

pozornosť všetkým zdrojom s malou energetickou a vysokou biologickou hodnotou.

Cukry sú najviac obsiahnuté v najjednoduchšej forme ako monosacharidy (cukor

ovocný a hroznový). Obsah cukru sa zrením zvyšuje, preto sa výrobky z menej zrelého

ovocia musia viac sladiť.

Kyseliny obsahuje všetko ovocie, v bobuľovinách, v jadrovom a v kôstkovom

ovocí prevláda kyselina citrónová, v hrozne kyselina vínna a citrónová. Niektoré druhy

ovocia obsahujú v nepatrnom množstve aj kyselinu šťaveľovú, octovú, mravčiu a iné.

Kyslosť ovocných konzerv sa upravuje kyselinou citrónovou alebo octovou.

52

Vitamíny sa v ovocí vyskytujú v pozoruhodnom množstve. Sú nevyhnutné pre

ľudský organizmus, ktorý si ich nedokáže sám vyrobiť.

Najdôležitejším vitamínom je vitamín C (kyselina askorbová). Organizmus musí

denne prijať určité množstvo vitamínu C - denná dávka je 50 mg až 100 mg. V ovocí je

veľké množstvo C vitamínu, najmä v čiernych ríbezliach, v šípkach, jahodách, egrešoch

a čučoriedkach. Najviac vitamínu C je v zrelých plodoch, prezrievaním ubúda. Vitamín

C je citlivý na teplo, najmä za prístupu vzduchu, na svetlo a ničí sa pri dotyku so

železnými, medenými a pozinkovanými predmetmi. Preto sa musia používať nádoby

sklenené, emailové, drevené, nerezové alebo z plastických hmôt. Vitamín C ubúda

dlhým skladovaním najmä v teplom prostredí. Je rozpustný vo vode, preto treba umývať

alebo variť plody celé a krátky čas, aby sa zbytočne nevylúhovali cenné živiny. V

kompótoch ostáva 50 % až 70 % pôvodného vitamínu C.

Vitamíny skupiny A sú ďalším dôležitým vitamínom. V ovocí sú prítomné najviac

v podobe provitamínu A, z ktorého sa v tráviacich orgánoch odštiepi účinný vitamín

A1. Najviac provitamínu obsahujú žlto a červeno sfarbené plody ako marhule, šípky,...

Vitamíny skupiny A nie sú také citlivé ako vitamín C, takže konzervovaním sa ich

uchová okolo 90 % (http://www.flora.sk/index.php?selected_id=125&article_id=57,

2012).

Tab. 6 Hlavné zložky vybraných druhov ovocia

(http://www.flora.sk/index.php?selected_id=125&article_id=57, 2012)

Ovocie Cukry; % Kyseliny; % Vitamín C; mg/100g

Pektínové látky

Jablká opadané 5,5 0,9 4 +++++ Jablká zrelé 8 0,6 5 +++

Dule 5 0,7 15 +++++

3.5.1 Dula (Cydonia oblonga Mill.)

Dula podlhovastá je ker alebo nevysoký strom s jednoduchými, (6 – 11) cm

dlhými tmavozelenými listami. Dula kvitne až v druhej polovici mája. Na jar, v máji a

júni, ho obsypú krásne biele alebo ružovkasté päťlupienkové sladko voňajúce kvety s

priemerom okolo 5 cm. Z nich sa zrodia hruškovité malvice s výraznou zlatožltou

farbou s dĺžkou (7 – 12) cm, šírkou (6 – 9) cm a s hmotnosťou (20 – 80) g. Sú veľmi

aromatické. Táto ich vlastnosť (vôňa) sa v minulosti využívala aj na to, že sa celé

53

ovocie alebo jeho kúsky vkladali medzi bielizeň, kde zároveň pôsobili odpudzujúco na

mole a iný nepríjemný hmyz, alebo ho nechávali na stole, odkiaľ sa z neho šírila vôňa

ako z tých najdrahších aromatických sviečok či tyčiniek.

Obr. 3 Dula (Cydonia oblonga Mill.) (http://www.hobbyportal.sk/zahrada-a-

priroda/pestovanie/dula-zlate-jablko-zo-zahrady-hesperidiek, 2012)

Je to ovocie podobné hruškám, ktoré má podlhovastý tvar, môže sa pestovať ako

okrasný ker alebo nízky stromček. Svoje okolie bude zdobiť nielen na jar krásnymi

kvetmi, ale aj na jeseň veľkými farebnými listami a žiarivožltými plodmi (Obr. 3).

Surové sa síce konzumovať nedajú, lebo sú tvrdé, trpké a na mieste rezu vytvárajú sliz.

Dajú sa z nich však pripraviť výborné kompóty, rôsoly i likéry.

Ak stromu doprajeme veľa vody, dorastie do výšky dvoch až troch metrov. Z

dospelého stromu môžeme získať asi 30 kg plodov. Dužina plodov je vynikajúcim

zdrojom vitamínu C, obsahuje množstvo pektínu, kyseliny, slizy, asi 10 % cukrov

(najmä fruktózu), ovocné kyseliny, pektíny, aromatické silice, triesloviny, provitamín

A, vitamín C, B, ďalej minerálne látky – draslík, vápnik, železo, meď, fosfor a zinok.

Sušené plody – nakrájame na menšie kúsky a usušíme na vzduchu. Významné sú aj

oleje, pentózany a slizy (až 22 %), ktoré obsahujú semená (v nich sa však nachádza aj

toxický amygdalín, preto sa lúh zo semien neodporúča na vnútorné použitie!). Bližšie sa

môžeme pristaviť pri pektíne, ktorý vytvára ochranný povlak na črevnej sliznici, takže

zmierňuje kŕčovité, kolikové stavy, navyše pektíny vynášajú so sebou z tela aj

prebytočný cholesterol. Duly sa po zbere pokrájajú na lupienky a sušia sa pri teplote

okolo 50° C, alebo sa využívajú na výrobu kompótov, džemov, muštu, ba i vína či

destilátov. V Portugalsku nazývajú toto ovocie marmelo a práve od tohto slova je

odvodená marmeláda. Obľúbenou pochúťkou je tzv. „dulový syr“. Samozrejme, že duly

mali odjakživa nielen symbolické, ale aj praktické využitie v ľudovej medicíne. V Perzii

sa oddávna ich semená namáčali vo vode, ktorá bola mnohými generáciami

54

odskúšaným liekom pri zápaloch hrdla a silnom kašli. V novšej dobe sa tento dulový

sliz používa na ošetrenie preležanín. Odporúča sa aj pri hnačkách alebo pri vykašlávaní

krvi. Spomínaná aróma a ďalšie vlastnosti dúl našli uplatnenie aj v modernej kozmetike

a v textilnom priemysle najmä pri úprave hodvábu.

Pestovanie duly sa už v stredoveku rozšírilo aj do teplých častí Slovenska, kde ju

môžeme miestami nájsť aj v zdivenej forme. Pestovatelia ovocia ju neraz využívajú ako

podpník pre hrušky, čo má vplyv na spomalenie rastu, ale i na bohatšiu úrodu. Pestujú

sa rôzne odrody (Plovdivská, Portugalská, Konstantinopolská, Auria de Delta a iné),

ktoré sa líšia najmä tvarom plodov. Medzi obce, ktoré sa spomínajú v súvislosti s

pestovaním dúl u nás, sa zaraďuje na prvé miesto zemplínska dedina Staré. Dula si

vyžaduje teplé stanovište, bohaté na slnečné lúče, s pôdou bohatou na živiny, i s

dostatkom vody. Korene duly sú plytko v zemi, preto musíme byť opatrní pri kyprení a

nahrnutím dostatku pôdy alebo organickej hmoty musíme dbať o to, aby nedošlo k

premrznutie koreňového systému, na čo sú duly zvlášť citlivé. Okrem praktického

hľadiska nemôžeme obísť ani estetický vzhľad dulového stromu alebo kríka, ktorý

dokáže oživiť sad. Výskumníci sa sústreďujú na vyšľachtenie nových odrôd, ktoré by

dokázali bez ujmy na zdraví prežiť aj stredoeurópske zimy a mrazy

(http://www.hobbyportal.sk/zahrada-a-priroda/pestovanie/dula-zlate-jablko-zo-zahrady-

hesperidiek, 2012).

3.5.2 Jablko (Malus domesticus L.)

Je to najbežnejšie stolové ovocie, vyznačuje sa pekným vzhľadom, chuťou,

šťavnatosťou, obsahuje veľké množstvo vody, málo tukov a bielkovín, viac vitamínov.

Obsahuje až trinásť rozličných vitamínov: A, B1, B2, B6, B12, C, E, K, kyselinu

pantoténovú, niacín, biotín, kyselinu listovú a cholín. Prevažná časť týchto vitamínov sa

nachádza v šupke alebo priamo pod ňou, preto by sme mali jablka komzumovať

neošúpané (http://www.byliny.sk/zaujimavosti/zaujimavosti.php?zaujim=jablko, 2012).

V Tab. 7 sú uvedené priemerné nutričné hodnoty 100 g jablka.

Tab. 7 Priemerné nutričné hodnoty 100 g jablka

(http://sk.wikipedia.org/wiki/Jablko#cite_ref-1, 2012)

Hodnota Voda Tuk Draslík Vápnik Horčík Vitamín C 217-228 kJ 85 g 0,4 g 144 mg 7 mg 6 mg 12 mg

55

3.6 Charakteristika použitých zariadení a pomôcok

Pri meraniach sa budú používať nasledujúce prístroje a pomôcky:

LRC mostík Goodwill 821

Programový balík LCR 800 – na Obr. 4 je uvedené užívateľské rozhranie

programu LCR-Viewer

Precízne LCR metre HP 4284 A a HP 4285A

QBasic program (written by David Funk)

Osobný počítač s operačným systémom Microsoft Windows XP

Elektródy snímača (doskový snímač, doskový kondenzátor, doskový valcový

snímač a koaxiálny snímač)

Špeciálne elektródy so zvierkou HP 16451B dielectric text fixture, určené

pre LCR merače HP 4284A, HP 4285A.

Elektrická sušička KCW – 1OO (Obr. 43) a Venticell 111 (Obr. 44)

Exsikátor (Obr. 47)

Digitálna váha SARTORIUS BASIC BA 110S (Obr. 45)

Digitálna váha DENVER INSTRUMENT SI-603 (max 600 g, d = 0,001g)

Posuvné meradlo

Johansonove koncové mierky TGL RGW 720/0 (Obr.48)

10,2 megapixelový fotoaparát FUJIFILM FINEPIX J27

Obr. 4: Užívateľské rozhranie programu LCR-Viewer

56

3.7 Merací prístroj LCR mostík Good Will 821, HP 4284A, HP 4285A

Na meranie elektrických vlastností sa použije merací prístroj Good Will 821.

Prístroj bude prepojený k počítaču sériovým káblom RS 232. Je určený na meranie

kapacity, odporu, impedancie, indukčnosti a stratového činiteľa s presnosťou 0,05 %.

LCR-821 využíva princíp štvordrótového merania, ktorý umožňuje presné, jednoduché,

stabilné meranie a vylúčenie vplyvu vzájomnej indukčnosti a interferencie od meraných

signálov, šumov a ostatných faktorov. Testovacia frekvencia meracieho prístroja sa

môže zvoliť z intervalu od 12 Hz do 200 kHz.

Prístroj ponúka 6 testovacích módov a to: R / Q, C / D, C / R, L / Q, Z / Θ, L / R.

Prístroj dokáže merať elektrické veličiny v rozsahu:

Impedancia / Rezistancia R 0,000 01 Ω ÷ 99 999 kΩ

Kapacita C 0,000 01 pF ÷ 99 999 µF

Indukčnosť L 0,000 01 mH ÷ 99 999 H

Činiteľ kvality Q 0,0001 ÷ 9999

Stratový činiteľ D 0,0001 ÷ 9999

Impedancia |Z| 0,000 01 Ω ÷ 99 999 kΩ

Fázový posun Θ -180,00° ÷ 180,00°

Pre elimináciu rozptylovej kapacity a impedancie testovacieho kábla počas

merania a pre korekciu chýb testovacieho kábla a uchytenia pred prevedením merania sa

má merací prístroj LCR-821 vynulovať. Nulovanie pri obvode naprázdno a nakrátko

sme robili pre testovací kábel a uchytenie.

Testovacie podmienky:

Testovacie napätie = 1 V

Testovacia rýchlosť = pomalý (SLOW)

R.H. (Range Hold) = vypnutý (OFF)

C.V. (Constant Voltage) = vypnutý (OFF)

(http://www.iwhtech.com/uploads/Instek/LCR_816/media/LCR_816_doc_2.pdf,

2012).

57

Pre veľmi malé kapacity alebo indukčnosti treba zvoliť vyššiu testovaciu

frekvenciu pre lepšiu presnosť.

Precízny LCR meter HP 4284A, HP 4285A, boli k počítaču pripojené paralelným

portom GP-IB špecifikovaným pre HP. V prípade HP 4284A bol merací rozsah od

30 Hz – 1 MHz, a v prípade HP 4285A to bol 75 kHz – 30 MHz. Prístroje boli využité

pri meraní impedancie a kapacity vzoriek sušenej mrkvy. Meracie napätie v prípade HP

4284A a HP 4285A bolo konštantné 1 V.

3.8 Sériové rozhranie RS 232

Komunikácia podľa štandardu RS 232 je asynchrónna sériová. Sériová znamená,

že dáta sú prenášané po 1 bite. Asynchrónna znamená, že dáta nie sú prenášané

v preddefinovaných časových rámcoch. Dátový prenos môže začať v ľubovoľnom čase

a úlohou prijímača je zistiť začiatok a koniec prenosu.

3.8.1 Dátový tok RS 232

Štandard RS 232 opisuje komunikačnú metódu, kde informácie sú posielané bit po

bite po fyzickom kanále. Informácia musí byť rozdelená do dátových slov. Na

počítačoch PC môže byť dĺžka slova od 5 bitov do 8 bitov. Je dôležité aby vysielacia aj

prijímacia strana používali rovnakú veľkosť slova. Pre správny prenos sú prenášané aj

dodatočné bity pre synchronizáciu a kontrolu chyby pri prenose. Dátové bity sú

posielané preddefinovanou rýchlosťou, tzv. baudovou rýchlosťou. Vysielač aj prijímač

musí byť naprogramovaný tak, aby používali tú istú rýchlosť. Napäťová úroveň sériovej

linky môže mať dve úrovne, a to log 0 a log 1. Žiadne iné stavy nie sú možné.

3.8.2 General Purpose Interface Bus (GPIB)

Zbernica bola určená na prepájanie meracích prístrojov za účelom ich ovládania a

zberu informácií, je teda prístrojovou zbernicou. Zbernica umožňuje prepojenie

prístrojov s počítačom a je vhodná predovšetkým pre podmienky menších laboratórnych

experimentov. Zbernica si získala popularitu kvôli jej relatívne vysokej prenosovej

rýchlosti (1MB/s). V terminológii IMS-4 bol výraz rozhranie nahradený výrazom styk,

funkcie zdroj, príjemca a riadiaca jednotka sa označujú názvami hovorca, talker T,

58

poslucháč, Listener L a Radič Controller C. V súlade s týmto umožňuje norma tvorbu

systémových jednotiek s týmito základnými funkciami T, L, C. Prenosu dát sa môže

zúčastňovať naraz viacero poslucháčov, ale vždy len jeden hovorca.

Zbernicu GPIB tvorí normalizovaný kábel s 25 kolíkovým konektorom (Obr. 5).

Zbernica je tvorená 8-mymi dátovými vodičmi (DIO), 3-mi signálmi pre

korešpondenčné riadenie prenosu (DAV, NRFD, NDAC) a 5 signálmi (IFC, ATN,

SRQ, REN, EOI), ktoré riadia tok informácií po zbernici. GPIB používa zápornú

logickú konvenciu TTL s aktívnym stavom logickej 1 pri 0 V a pasívnym stavom

logickej 0 pri +5 V (http://hornad.fei.tuke.sk/predmety/pzasp/?id=2380, 2010).

Obr. 5: Prepojovací konektor podľa IEEE 488

(http://webs.zcu.cz/fel/ket/+EMS/Prednes/GPIB.pdf, 2010)

3.9 Snímače

Na Katedre fyziky boli vyrobené štyri špeciálne snímače. Prvý tvorili dve medené

dosky (doskový snímač) s rozmermi 50 mm x 50 mm, ktoré tvorili špeciálny snímač

(Obr. 6). Dosky sa dali pevne uchytiť pomocou stojanu s držiakmi. Vzdialenosť dosiek

sme prispôsobili vzorkám.

Obr. 6 Doskový snímač

59

Druhý snímač (Obr. 7) tvorili opäť dve medené dosky (doskový kondenzátor)

s plochou S = 4808,7916 mm2 a so stálou vzdialenosťou medzi nimi tg = 12,968 mm.

Celkový objem snímača je 62360,40895 mm3. Snímač sa použil na meranie

dielektrických vlastností sypkých a zrnitých materiálov.

Obr. 7 Doskový kondenzátor

Ako tretí snímač sme použili doskový valcový snímač (Obr. 8), ktorého spodok

a vrch tvorili kruhové mosadzné elektródy s plochou S = 1114,389 mm2 a so

vzdialenosťou medzi nimi tg = 46,26 mm. Celkový objem snímača je 51551,635 mm3.

Plášť valca je z kremičitého skla s vysokou rezistivitou. Vrchná časť snímača je

opatrená pružinou, ktorá stláča vzorku v snímači konštantným tlakom. Dno a veko

meracej nádobky je vyrobené z duralu. Na veku je bajonetový uzáver. Doskový valcový

snímač bol navrhnutý hlavne pre meranie dielektrických vlastností sypkých materiálov,

ďalej na meranie zrnitých a tekutých materiálov.

Obr. 8 Doskový valcový snímač

Ako štvrtý snímač sme použili koaxiálny snímač s mosadznými elektródami (Obr.

9). Koaxiálny snímač mal vnútorný polomer r1 = 7,18 mm, vonkajší polomer r2 = 33,54

mm a výšku h = 60,96 mm. Celkový objem snímača je 205564,447 mm3. Elektródy sú

upevnené v silónovom izolátore. Medzi mosadzné elektródy sme umiestnili vzorku

(dielektrikum) a uskutočnili sme meranie príslušných hodnôt.

60

Obr. 9 Koaxiálny snímač

Spomínané snímače sa použili pri meraní dielektrických vlastností LCR metrom

GoodWill 821.

3.9.1 HP 16451B dielectric text fixture

Na Katedre fyziky a automatiky Univerzity Corvinus v Budapešti sme mali k

dispozícií špeciálne elektródy so zvierkou HP 16451B dielectric text fixture (Obr. 10),

určené pre spomínané LCR merače HP 4284A a HP 4285A na meranie dielektrických

vlastností materiálov.

Obr. 10 Špeciálne elektródy so zvierkou HP 16451B dielectric text fixture

Snímač HP 16451B je určený pre LCR metre a analyzátory impedancie na meranie

izolačných a dielektrických materiálov. Umožňuje fixáciu meraného materiálu

a nastavenie vzdialenosti medzi elektródami pomocou mikrometra. Špeciálna zvierka

mala dve vymeniteľné elektródy, elektródu typu A a typu B ako vidno na Obr. 11

(Manuál Agilent 16451B, 2000).

61

Obr. 11 Schéma elektródy typu A a B s rozmermi určenými pre zvierku 16451B

dielectric text fixture (Manuál Agilent 16451B, 2000)

Pri meraní kapacity plochého materiálu existuje chyba merania, ktorá je spôsobená

rozptylovou kapacitou na okrajoch meraného materiálu, ako je to znázornené aj na Obr.

12 (Manuál Agilent 16451B, 2000).

Obr. 12 Meranie kapacity bez ochrannej elektródy (Manuál Agilent 16451B, 2000)

Keď chránená elektróda je obklopená s ochrannou elektródou ako je to aj

v prípade HP 16451B, potom je možné presne namerať kapacitu meraného materiálu,

pretože ochranná elektróda dokáže zrušiť rozptylovú kapacitu na okraji elektródy, ako

to znázorňuje aj Obr. 13 (Manuál Agilent 16451B, 2000) .

Obr. 13 Meranie kapacity s ochrannou elektródou (Manuál Agilent 16451B, 2000)

62

Na meranie kapacity tuhých materiálov sú rôzne metódy. Pre HP 16451B sú

vhodné meracie metódy ako kontaktná elektródová metóda (tuhá kovová elektróda)

a nekontaktná elektródová metóda (metóda vzduchovej medzery) (Manuál Agilent

16451B, 2000).

3.9.1.1 Kontaktná elektródová metóda (tuhá kovová elektróda)

Táto metóda používa tuhé elektródy, ktoré majú kontakt priamo s povrchom

skúšaného materiálu ako je to znázornené na Obr. 14. Táto metóda je vhodná pre tenké,

hladké a mierne stlačiteľné materiály. Výhody a nevýhody tejto metódy sú nasledovné:

Výhody:

Postup merania kapacity je jednoduchý,

nie je nutné aplikovať tenkú elektródovú vrstvu,

určenie permitivity pomocou jednoduchých rovníc.

Nevýhody:

Vzduchová medzera (chyba spôsobená vzduchovou medzerou medzi

elektródami a povrchom meraného materiálu) zapríčiní chybu merania.

Obr. 14 Kontaktná elektródová metóda (tuhá kovová elektróda)

(Manuál Agilent 16451B, 2000)

63

Relatívnu permitivitu meraného materiálu dostaneme pomocou rovnice (14).

Elektróda A (38 mm) a B (5 mm), pre kontaktnú elektródovú metódu (tuhá kovová

elektróda), s prispôsobeným rozmerom meraného materiálu je znázornený na Obr. 15.

Pri použití týchto elektród priemer meraného materiálu by mal byť väčší ako vnútorný

priemer ochrannej elektródy a menší alebo rovný ako 56 mm.

Obr. 15 Elektróda A (38 mm) a B (5 mm), pre kontaktnú elektródovú metódu

(tuhá kovová elektróda) (Manuál Agilent 16451B, 2000)

3.9.1.2 Nekontaktná elektródová metóda (metóda vzduchovej medzery)

Pri tejto metóde sa presná permitivita získa z rozdielu kapacít medzi dvomi

meraniami, prvá bez meraného materiálu a druhá s meraným materiálom. Vzdialenosť

medzi dvoma elektródami v prvom aj druhom meraní je rovnaká, konštantná (Obr. 16).

Táto metóda je vhodná špeciálne pre veľmi stlačiteľné, mäkké alebo zdeformované

materiály. Výhody a nevýhody tejto metódy sú nasledovné:

Výhody:

Vzduchová medzera nezapríčiní chybu merania.

Nevýhody:

Je potrebné dvakrát namerať kapacitu.

Rovnica na získanie permitivity je zložitá (Manuál Agilent 16451B, 2000).

64

Obr. 16 Schéma nekontaktnej elektródovej metódy (metóda vzduchovej medzery)


Permitivitu a stratový činiteľ meraného materiálu pri nekontaktnej elektródovej

metóde (metóda vzduchovej medzery) dostaneme nasledovne:

V prvom prípade medzi doskami kondenzátora je len vzduch. Vtedy sa kapacita

rovná:

gorvS t

SC εε=1 , vzduch má aj odpor, ktorý vypočítame ako:

S

tR g

S vρ=1 . V tom

prípade impedanciu dostaneme pomocou členov RS1 a CS1 ktoré sú zapojené do série,

vtedy platí:

111 CSSS iXRZ +=

Kapacitancia bude:

gorv

SCS

t

SCX

εωεω11

11 −=−=

Vtedy stratový činiteľ kondenzátora bez meraného materiálu D1 dostaneme ako:

orvv

gorv

gv

CS

S

t

S

S

t

X

RD εεωρ

εωε

ρ==

−=

11

11

RS1 CS1

65

Nakoľko v tomto prípade dielektrikum tvorí vzduch, relatívna permitivita vzduchu

je 1≈rvε , 11210*854,8 −− ⋅= mFoε je permitivita vákua, vρ je rezistivita vzduchu,

fπω 2= , kde f je meracia frekvencia.

V druhom prípade je medzi doskami kondenzátora je umiestnená vzorka.

Dielektrikum tvorí vzorka so vzduchom, teda pri výpočte to budú dva kondenzátory

zapojené do série.

Keďže medzi doskami je aj dielektrikum vzorky ta, hrúbka vzduchovej medzery sa

zmenšuje na hodnotu tg - ta. Odpor vzduchu bude S

ttR ag

vv

−= ρ a kapacita

kondenzátora so vzduchom ag

rvov tt

SC

−= εε . Odpor vzorky bude

S

tR a

aa ρ=

a kapacita vzorky a

raoa t

SC εε= , kde ta je hrúbka vzorky a aρ je rezistivita vzorky.

Výsledný odpor bude: avS RRR +=2 . Výsledná kapacita bude:av

avS CC

CCC

+=2 . Pri

dosadení dostaneme:

( )

( )aragraarv

rarvo

aga

aragraarv

aagrarvo

arao

agrvo

arao

agrvo

S ttt

S

ttt

ttt

ttt

t

S

tt

S

t

S

tt

S

Cεεε

εεεεεε

εεε

εεεε

εεεε

−+=

−−+−

=+

−

−=

1

2 .

Relatívnu permitivitu vzorky môžme vypočítať z nameraných hodnôt CS1 a CS2

ako:

gorvS t

SC εε=1

aragraarv

rarvoS ttt

SC

εεεεεε

−+=2

Cr

= Rv Cv Rr RS2 CS2

66

Vydelením dvoch rovníc dostaneme:

aragraarv

rarvo

gorv

S

S

ttt

S

t

S

C

C

εεεεεε

εε

−+

=2

1

Po zjednodušení dostaneme:

gra

aragraarv

S

S

t

ttt

C

C

εεεε −+

=2

1

Po vyjadrení raε :

−−

=+−

=

2

1

2

111

S

S

a

g

rv

agS

Sg

arvra

C

C

t

ttt

C

Ct

t εεε

Nech

−−

≈⇒≈

2

111

11

S

S

a

grarv

C

C

t

tεε (15)

Stratový činiteľ vzorky je oraaaD εεωρ= . Výsledný stratový činiteľ vzorky so

vzduchom bude:

aragraarv

rarvoaaavgv

rarvo

aragraarv

aa

agv

aragraarv

rarvo

av

S

S

ttt

S

S

tttD

S

tttS

t

S

tt

ttt

S

RR

C

RD

εεεεεωερρρ

εεωεεεε

ρρ

εεεεεεωω

−+⋅

+−=

−+

+−

=

−+

+==

2

2

22 11

aragraarv

arvaraarag

aragraarv

rarvoaararvoavrarvogv

ttt

DtDtDt

ttt

tttD

εεεεεε

εεεεεωερεεωερεεωερ

−++−

=−+

+−= 11

2

Odtiaľ vyjadrime Da :

arvaraaragaragraarv DtDtDtDtDtDt εεεεεε +−=−+ 11222

Nech ⇒≈ 1rvε ( )

−−+= 1122

a

graa t

tDDDD ε (16)

67

kde: raε - relatívna permitivita meraného materiálu, rvε - relatívna permitivita

vzduchu, aR - odpor vzorky, vR - odpor vzduchu, aC - kapacita vzorky, vC - kapacita

kondenzátora so vzduchom, aρ - rezistivita vzorky, vρ - rezistivita vzduchu,

ω - uhlová frekvencia poľa, CS1 - kapacita bez meraného materiálu, D1 - stratový činiteľ

bez meraného materiálu, CS2 - kapacita s meraným materiálom, D2 - stratový činiteľ s

meraným materiálom, tg – vzdialenosť elektród, ta – priemerná hrúbka meraného

materiálu, Da - stratový činiteľ meraného materiálu.

Elektróda A (38 mm) a B (5 mm), pre nekontaktnú elektródovú metódu (metóda

vzduchovej medzery), s prispôsobeným rozmerom meraného materiálu je znázornená

na Obr. 17. Pri použití týchto elektród by mal byť priemer meraného materiálu oveľa

väčší ako vnútorný priemer ochrannej elektródy.

Obr. 17 Elektróda A (38 mm) a B (5 mm) pre nekontaktnú elektródovú metódu

(metóda vzduchovej medzery) (Manuál Agilent 16451B, 2000)

3.9.1.3 Materiály vhodné na meranie s elektródou typu A a typu B

Vhodné rozmery meraného materiálu pre elektródu A:

Priemer materiálu väčší, alebo rovný 40 mm a menší, alebo rovný 56 mm,

Hrúbka materiálu má byť menšia, alebo rovná 10 mm.

68

Vhodné rozmery meraného materiálu pre elektródu B:

Priemer materiálu väčší, alebo rovný 10 mm a menší, alebo rovný 56 mm,

Hrúbka materiálu má byť menšia, alebo rovná 10 mm.

Pri meraní permitivity s HP 16451B dielectric text fixture pri použití elektródy

typu A a B chyby nevznikajú výhradne len pri meraní kapacity, ale takisto môžu

vznikať aj vplyvom rozmerov meraného materiálu. Preto by mal byť meraný materiál

presne vyrezaný, alebo lisovaný, aby chyby v jeho rozmeroch neovplyvnili hodnotu

permitivity.

Meraný materiál by mal byť tvarovaný do tvaru dosky. Môžu sa merať aj vzorky

s odlišným tvarom v tom prípade, keď rozmery (priemer) meraného materiálu sú väčšie

než vnútorný priemer ochrannej elektródy. Ideálny prípad je, keď tvar meraného

materiálu je totožný s tvarom elektródy. Správny rozmer (priemer) by mal byť väčší,

než vnútorný priemer ochrannej elektródy.

Nato, aby sme získali presnú hodnotu permitivity, je obvykle lepšie použiť

materiál s väčším priemerom a tenšou hrúbkou, tým je jeho nameraná kapacita väčšia.

Preto, keď sa meria materiál s nízkou permitivitou, je lepšie použiť väčšiu elektródu.

V prípade použitia menšej elektródy typu B, keď je permitivita meraného

materiálu nízka, je potrebné zmeniť hrúbku meraného materiálu, aby hodnota kapacity

bola väčšia (väčšia než 0,1 pF).

Hrúbka meraného materiálu je limitovaná do 10 mm pre pohyb s elektródou

snímača HP 16451B. Nakoľko hrúbka je potrebná na určenie permitivity, je potrebné

stanoviť presne hrúbku meraného materiálu. Aby sme redukovali chyby následkom

odčítania, musíme brať priemer hrúbok nameraných na rôznych miestach meracej

plochy a následne túto priemernú hodnotu použiť k určeniu permitivity (Manuál Agilent

16451B, 2000).

Vhodné rozmery meraného materiálu by mali byť v rozsahu pre elektródu typu A

a typu B podľa obrázku Obr. 18.

69

Obr. 18 Vhodné rozmery meraného materiálu pre elektródu typu A a typu B


Plocha meraného materiálu by mala byť všade rovná. V prípade použitia elektródy

typu A a B je veľmi dôležitá rovnosť meraného materiálu. V prípade nerovnosti plochy

meraného materiálu sa zvyšuje vzduchová medzera medzi elektródou a meraným

materiálom a zvyšuje sa chyba v meraní. Chyba merania spôsobená nerovnosťou rastie,

keď je meraný materiál tenký. Napríklad, keď je chyba nerovnosti 10 µm, chyba

merania permitivity bude 0,3 % pre materiál s hrúbkou 1mm, ale chyba pri meraní

kapacity bude okolo 10 % pre materiál s hrúbkou 40 µm (Manuál Agilent 16451B,

2000).

3.10 Meranie vlhkosti

3.10.1 Prístroje a pomôcky

1. Digitálna váha s presnosťou 0,001 g

2. Termostatická sušička vyhrievaná elektricky a regulovaná tak, aby teplota

vzduchu v blízkosti vzoriek a roštov, na ktorých sú skúšané vzorky

umiestnené, bola behom sušenia v rozmedzí teplôt ± 5 ºC.

70

Sušička musí mať takú tepelnú kapacitu, aby po nastavení teploty a vložení

maximálneho počtu sušených vzoriek bolo opäť dosiahnutá teplota za menej ako 25

minút.

Účinnosť vetrania musí byť taká, aby pri vložení maximálneho počtu skúšobných

vzoriek pri sušení, pri teplote (130 ± 5) ºC nebol rozdiel medzi výsledkami pri

zahrievaní rovnakých skúšobných vzoriek počas 2 h a potom ďalšiu 1 h väčší ako

0,15 % vody.

3.10.2 Postup skúšky

1. Skúšobná vzorka sa odváži.

2. Sušenie – skúšobná vzorka sa vloží do sušičky od okamihu dosiahnutia

sušiacej teploty.

3. Po ukončení sušenia sa vzorka vyberie, nechá sa vychladnúť v exsikátore na

30 minút a znovu sa odváži.

3.10.3 Vyhodnotenie výsledku

3.10.3.1 Stanovenie obsahu vlhkosti mrkvy

Relatívnu vlhkosť jednotlivých vzoriek sme stanovili podľa noriem ISO. Pri

určovaní relatívnej vlhkosti sušeného ovocia a zeleniny budeme postupovať podľa STN

56 0246 Metódy skúšania konzervárenských polotovarov a výrobkov z ovocia

a zeleniny.

Vzorec pre stanovenie relatívnej vlhkosti:

%1001

21

m

mm −=ω (17)

kde: ω – relatívna vlhkosť, m1 – hmotnosť vlhkej vzorky, m2 – hmotnosť

vysušenej vzorky.

71

3.10.3.2 Vlhčenie vzorky repky olejnej

Hmotnosť destilovanej vody dodávanej do vzorky semien možno určiť

nasledovne.

Z definície relatívnej vlhkosti ako bezrozmerného čísla možno určiť:

1

211 m

mm −=ω odtiaľ ( )112 1 ω−= mm .

Pre konečnú relatívnu vlhkosť platí:

1

212 m

mm′−′

=ω odtiaľ 2

21 1 ω−

=′ mm a po dosadení

( )2

111 1

1

ωω

−−

=′ mm .

Hmotnosť dodanej vody možno určiť následne podľa vzťahu:

( )2

12111 1 ω

ωω−

−=−′=

mmmmv (18)

kde: ω1 – začiatočná relatívna vlhkosť, ω2 – konečná relatívna vlhkosť, mv –

hmotnosť dodanej vody, m1 – hmotnosť vlhkej vzorky, 1m′ – hmotnosť navlhčenej

vzorky, m2 – hmotnosť vysušenej vzorky.

Pretože bolo potrebné uvažovať o tom, že časť dodanej destilovanej vody sa

odparí, časť vody bude adhéznymi silami viazaná na steny prístroja, používali sme

hmotnosť vody zväčšenú o 10 %.

Voda sa pridáva ku vzorke, ktorá je v uzavretej nádobe (sklená fľaša, zátka so

zábrusom). Po navlhčení sa skladuje pri teplote do 6 °C, denne sa aspoň trikrát

premiešava. Doba potrebná na rovnomerné rozloženie vlhkosti je aspoň 2 týždne

(Hlaváčová, Rataj, 1999). Pri tejto metóde sa podarilo dosiahnuť v každom prípade

požadovanú vlhkosť.

3.10.3.3 Stanovenie obsahu vlhkosti repky olejnej a múk

Relatívna vlhkosť semien repky olejnej bola určovaná podľa STN ISO 665

Olejnaté semená – Stanovenie obsahu vlhkosti a prchavých látok (1996), resp. múk

podľa normy STN ISO 712 Obilniny a výrobky z obilnín – Stanovenie obsahu vody

(1993). Do dvoch čistých, vysušených vysúšacích misiek bolo odvážené (5 ± 0,2) g

72

vzorky s presnosťou na 0,001 g. Otvorené misky spolu s viečkami sa umiestnili do

sušiarne KCW – 100 vyhriatej na 130 °C až 133 °C a ponechali sa v nej 2 hodiny (resp.

v prípade múky 90 min) od okamihu, keď sa opäť dosiahla teplota 130 °C. Potom sa

misky uzatvorili a vložili do exsikátora a ponechali sa v ňom 30 min. Po vychladnutí na

teplotu okolia sa misky odvážili. Relatívna vlhkosť vzoriek sa určila podľa vzťahu (17),

absolútna vlhkosť podľa vzťahu (3) a relatívny podiel vlhkosti podľa vzťahu (19).

Výsledkom merania bol aritmetický priemer z dvoch získaných hodnôt. Rozdiel medzi

týmito hodnotami nesmel prevýšiť 0,15 g na 100 g vzorky.

3.10.4 Matematické modelovanie priebehu sušenia

Doposiaľ bol skúmaný čas trvania sušenia pri konštantnej rýchlosti sušenia

v malom počte experimentálnych meraní. Vo väčšine štúdií zameraných na sušenie, je

difúzia všeobecne akceptovaná ako hlavný mechanizmus transportu vlhkosti na povrch

materiálu, z ktorého sa neskôr odparí.

Relatívna vlhkosť sušenej vzorky v čase t môže byť transformovaná ako relatívny

podiel vlhkosti (MR):

e

et

uu

uuMR

−

−=

0

(19)

kde ut , u0 a ue sú absolútne vlhkosti v rôznych časoch sušenia, respektíve

okamžitá, začiatočná a rovnovážna vlhkosť. Rovnovážne vlhkosti vzoriek pri rôznych

teplotách používaných počas sušenia boli získané pomocou dynamického modelu.

Rýchlosť sušenia (DR) sa dá vypočítať pomocou rovnice (20):

t

uuDR ttt

∆= ∆+−

(20)

kde: ut+∆t – absolútna okamžitá vlhkosť pri t + ∆t, t – čas (min), ∆t – časový

rozdiel (min).

Koeficient determinácie je jedným z hlavných kritérií pre výber najlepšieho

modelu k definovaniu sušiacich kriviek. Okrem R2, zredukovaný chí-kvadrát (χ2)

a smerodajná odchýlka (S) sa tiež používa na určenie kvality korelácie. Tieto parametre

možno vypočítať pomocou nasledujúcich rovníc.

73

zN

MRMRN

iiprei

−

−=∑=1

exp2

2

)(χ (21)

2

1

2

1exp )(

1

−= ∑=

N

iiipre MRMR

NS (22)

V týchto rovniciach, MRexpi a MRprei sú experimentálne a predpokladané

bezrozmerné relatívne vlhkosti, N je počet meraní, z je počet konštánt. Najlepší model

sa vyberie na základe najvyššieho koeficientu determinácie R2, najnižšieho chí-kvadrátu

χ2 a smerodajnej odchýlky S.

3.10.4.1 Stanovenie efektívneho koeficientu difúzie

Efektívny koeficient difúzie vlhkosti je dôležitá transportná vlastnosť pre

modelovanie priebehu sušenia potravinárskych a iných materiálov, je funkciou teploty

a relatívnej vlhkosti materiálu. Druhý Fickov zákon difúzie symbolizuje rovnicu difúzie

látky pri sušení poľnohospodárskych produktov a pre parciálnu časovú zmenu

absolútnej vlhkosti je uvedený v nasledujúcej rovnici:

uDt

uef

2∇=∂∂

(23)

Riešenie difúznej rovnice (23) pre vzorku s doskovým tvarom, za predpokladu

rovnomerného rozloženia začiatočnej vlhkosti, pri zanedbateľnom vonkajšom odpore,

pri stálom koeficiente difúzie a zanedbateľnom zmršťovaní je:

−+

+

−+

−+

−

=

...4

49exp49

1

425exp

25

1

49exp

9

1

4exp

8

2

2

2

2

2

2

2

2

2

L

D

L

D

L

D

L

D

MRt

ef

tef

tef

tef

π

πππ

π (24)

kde: Def – efektívny koeficient difúzie, t – čas sušenia (s), L – polovičná hrúbka

vzoriek, n – kladné celé číslo.

Pre dlhší čas sušenia môžme rovnicu (24) zjednodušiť do tvaru rovnice (25) tým,

že vyberieme prvý člen riešeného polynómu a vyjadríme ho v logaritmickej forme:

74

−

= 2

2

2 4

8lnln

L

DMR

tefπ

π (25)

Na základe rovnice (25) graf závislosti ln MR od času sušenia je priamka so

smernicou K (Doymaz, 2012):

2

2

4L

DK

efπ= (26)

Rovnicu (25) je možné napísať v jednoduchšej forme ako:

( )ctkuu

uu

e

et −=

−−

expln0

(27)

kde: c – konštanta s-1, k – bezrozmerná konštanta.

Ďalšia často používaná empirická rovnica je Pageova rovnica. Pageov model sa

uplatnil pri sušení pevných látok v tenkej vrstve za konštantných sušiacich podmienok.

Tento model dobre popisuje sušenie sladkých zemiakov, cesnaku, marhúľ, hrozna bez

kôstok a lístkov mäty. Dá sa napísať v nasledujúcej forme:

( )N

e

et ztuu

uuMR −=

−−= exp

0

(28)

kde: z – konštanta s-N, N – bezrozmerná konštanta.

Hodnoty pre absolútnu rovnovážnu vlhkosť ue, sú relatívne malé v porovnaní s ut

alebo u0. Preto vzťah e

et

uu

uu

−−

0

je zjednodušený na 0u

ut (Doymaz, 2004)

)exp(0

ctku

uMR t −== (29)

)exp(0

Nt ztu

uMR −== (30)

(Kertész et. al., 2011).

3.10.4.2 Výpočet aktivačnej energie

Závislosť efektívneho koeficientu difúzie vlhkosti od teploty je všeobecne

popísaná Arrheniusovou rovnicou

75

−=RT

EDD a

ef exp0 (31)

kde: D0 – predexponenciálny faktor Arrheniusovej rovnice, Ea – aktivačná energia,

R – univerzálna plynová konštanta, T – teplota vzduchu sušenia (Doymaz, 2012).

3.11 Postup pri meraní elektrických vlastností biologických materiálov

Dodržiavali sme nasledujúci postup:

1. Príprava vzoriek, v prípade mrkvy vybratie vzorky z chladničky a vyrovnanie

teploty vzoriek s okolím,

2. meranie rozmerov, váženie vzoriek, v prípade múky sa zistí sypná hmotnosť

tak, že odvážime hmotnosť prázdneho snímača a snímača naplneného

vzorkou, z toho určíme hmotnosť vzorky. Sypnú hmotnosť vypočítame ako

podiel hmotnosti vzorky a známeho objemu snímača podľa vzťahu:

V

ms =ρ (32)

kde: sρ – sypná hmotnosť vzorky, m – hmotnosť vzorky, V – objem kondenzátora

3. sušenie vzoriek v prípade mrkvy v elektrickej sušičke Venticell 111 pri teplote

50 °C, a pri sušení repky olejnej a múky v sušičke KCW-100 pri teplote

130 °C,

4. nakoľko väčšina biologických materiálov dokáže absorbovať vlhkosť zo

vzduchu, preto po sušení sme mrkvové rezky zabalili do tenkých fólií ihneď,

aby sme stabilizovali ich vlhkosť, vysúšacie misky, v ktorých sa nachádzajú

vzorky repky a múky, okamžite po sušení uzavrieme a uložíme do exsikátora,

5. odstránenie tenkej fólie tesne pred meraním, a odváženie vzoriek,

6. umiestnenie vzorky medzi elektródy snímača,

7. meranie elektrických veličín - kapacity, odporu a impedancie vzorky v

závislosti od frekvencie LCR metrom GoodWill 821 pri frekvenciách od

50 Hz do 200 kHz. V prípade HP 4284A bol merací rozsah od 30 Hz – 1 MHz,

a pri HP 4285A to bol od 75 kHz – 30 MHz, usporiadanie meracích prístrojov

sa nachádza na Obr. 19 a na Obr. 20,

76

8. pri každej frekvencii nameriame 3 hodnoty každej elektrickej veličiny a

z nameraných hodnôt vypočítame priemerné hodnoty odporu, kapacity

a impedancie pre každú vzorku,

Obr. 19 Usporiadanie meracích prístrojov pri použití LCR metra GoodWill 821

9. uloženie nameraných hodnôt na harddisk v príslušnom počítači pomocou

software LCR-Viewer prístroja LCR meter Good Will 821,

10. po spracovaní nameraných a vypočítaných hodnôt zostrojíme grafické

závislosti elektrických veličín od frekvencie a v niektorých prípadoch od

vlhkosti.

Obr. 20 Usporiadanie meracích prístrojov pri použití LCR metra HP 4284A a HP

4285A

77

3.12 Postup pri spracovaní nameraných hodnôt

1. Pri použití LCR metra GoodWill 821 v softvére LCR-Viewer, ktorý bol

dodaný k meraciemu prístroju, sa namerané hodnoty uložia v tvare, ktorý je

zobrazený na Obr. 21,

2. namerané hodnoty skopírujeme do programu Microsoft Word. Vytvoríme

tabuľku a k príslušným frekvenciám usporiadame elektrické veličiny,

nepotrebné údaje vypustíme a v prípade potreby prepočítame jednotky,

3. vytvorenie grafických závislostí príslušných elektrických veličín od frekvencie

a od relatívnej vlhkosti.

Obr. 21 Forma uloženia nameraných hodnôt v programe LCR-Viewer

3.13 Stanovenie plochy vzorky dule pomocou pixelov

V spolupráci s Katedrou elektrotechniky, automatizácie a informatiky sme

vytvorili program, ktorý pomocou vyhotovených snímok vzorky nájde farebné pixely,

ktoré sú obsiahnuté vo vzorke (Obr. 23). Snímky sa vyhotovili s 10,2 megapixelovým

fotoaparátom FUJIFILM FINEPIX J27 z konštantnej vzdialenosti (vzdialenosť medzi

78

fotoaparátom a podkladom) 60 mm. Program sme napísali v programovacom jazyku

Visual Delphi 9. Pred stanovením plochy vzorky, bolo potrebné pre konkrétnu snímaciu

vzdialenosť urobiť kalibráciu. Na kalibrovanie sme použili etalón s vopred známou

plochou. Ako etalón sme použili Johansonove koncové mierky TGL RGW 720/0 Nr.

51520/88 vyrobené z legovanej kalenej ocele (Obr. 48), z ktorých sme vybrali koncovú

mierku 20 mm. Zvolená koncová mierka mala rozmery 20 mm x 35 mm a hrúbku

9 mm. Pomocou fotoaparátu sme urobili snímku z konštantnej vzdialenosti pre zvolenú

koncovú mierku a pomocou programu sme určili počet pixelov pripadajúcich na plochu

1 mm2 etalónu podľa vzťahu (33). Postup sme zopakovali 10-krát a pre stanovenie

plochy meranej vzorky sme použili priemernú hodnotu z počtu pixelov pripadajúcich na

plochu 1 mm2 etalónu (Tab. 37). Následne sme vyhotovili snímku meranej vzorky zo

vzdialenosti totožnej so vzdialenosťou, ktorá bola nastavená medzi fotoaparátom

a etalónom. Plochu meranej vzorky sme stanovili podľa vzťahu (34). Postup sme

zopakovali 6-krát. Pre výslednú hodnotu plochy meranej vzorky sme brali priemernú

hodnotu z týchto 6-ich pokusov (Tab. 38).

3.13.1 Postup pri určení plochy meranej vzorky

1. Uloženie etalónu na povrch s odlišnou farebnou podložkou,

2. nastavenie a fixovanie vzdialenosti medzi fotoaparátom a etalónom,

3. vyhotovenie snímok,

4. uloženie meranej vzorky na povrch s odlišnou farebnou podložkou,

5. nastavenie a fixovanie vzdialenosti na vzdialenosť totožnej so vzdialenosťou,

ktorá bola nastavená medzi fotoaparátom a etalónom,

6. vyhotovenie snímok,

7. určenie počtu pixelov obsiahnutých na ploche etalónu pomocou vyhotoveného

programu (Obr. 22),

8. výpočet (stanovenie) počtu pixelov pripadajúcich na plochu 1 mm2 etalónu

podľa vzťahu:

S

pPj = (33)

kde: Pj – počet pixelov pripadajúcich na plochu 1 mm2 etalónu, p – počet pixelov

obsiahnuté na ploche etalónu, S – plocha etalónu,

79

9. určenie počtu pixelov obsiahnutých na ploche meranej vzorky pomocou

vyhotoveného programu,

10. výpočet (stanovenie) plochy meranej vzorky podľa vzťahu:

jP

pS = (34)

kde: Pj – počet pixelov pripadajúcich na plochu 1 mm2 etalónu, p – počet pixelov

obsiahnuté na ploche vzorky, S – plocha vzorky.

Obr. 22 Určenie počtu pixelov obsiahnutých na ploche etalónu

Obr. 23 Určenie počtu pixelov obsiahnutých na ploche meranej vzorky

80

4 Výsledky práce

4.1 Elektrické vlastnosti sušeného ovocia a zeleniny

Z nameraných a vypočítaných hodnôt sme zostrojili grafické závislosti

elektrických veličín v závislosti od frekvencie. Na Obr. 24 je uvedená závislosť odporu

(označená +) a impedancie (∆) od frekvencie pre vzorku sušených jabĺk č. 2 meranej

medzi elektródami doskového snímača. Relatívna vlhkosť vzorky sa pohybovala okolo

15 %.

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0f , kHz

1.0E+1

1.0E+2

1.0E+3

1.0E+4

1.0E+5

R ,

Z ,

Odpor R

Fit 1: Y = pow(X,-0.437717) * 14809.3

impedancia Z

Fit 2: Y = pow(X,-0.816061) * 4835.4

kΩ

Obr. 24 Závislosť odporu (+) a impedancie (∆∆∆∆) od frekvencie pre vzorku sušeného

jablka č. 2

Regresná rovnica závislosti odporu, impedancie a kapacity od frekvencie má

charakter klesajúcej a pre konduktivitu rastúcej mocninnej funkcie:

Frekvenčná závislosť odporu a impedancie pre vzorku jablka č. 2

81

k

orr

k

oo

k

oo

k

oo

k

oo

f

f

f

f

f

fCC

f

fZZ

f

fRR

=

=

=

=

=

0,

,,,

εεσσ

(35)

kde: R – odpor, R0 – referenčný odpor, f – frekvencia, f0 = 1 kHz, k – konštanta, Z

– impedancia, Z0 – referenčná impedancia, C – kapacita, C0 – referenčná kapacita, σ –

konduktivita, 0σ – referenčná konduktivita, rε – relatívna permitivita, 0rε – referenčná

relatívna permitivita.

Koeficienty determinácie uvedených regresných rovníc (35) dosahovali vysoké

hodnoty pre všetky merané veličiny a materiály.

Z Obr. 24 je vidieť, že odpory dosahujú vyššie hodnoty ako impedancia a so

zvyšujúcou sa frekvenciou majú klesajúcu tendenciu. Pri nízkych frekvenciách sú

hodnoty takmer totožné, ale s rastúcou frekvenciou sa rozdiel zvyšuje až na hodnotu

1 078 kΩ, čo je spôsobené rastúcou kapacitou vzorky. V Tab. 8 sú uvádzané regresné

koeficienty rovnice (35) a koeficient determinácie pre vzorku sušeného jablka č. 2.

Podobný charakter závislostí sme získali aj pre sušené marhule (Hlaváčová, Kertész,

2007).

Tab. 8 Hodnoty konštánt pre R0, Z0, k, R2

Vzorka R0 , kΩ k R2 Z0 , kΩ k R2 Jablko č. 2 14 809,3 0,437 717 0,982 511 4 835,4 0,816 061 0,988 06

Na Obr. 25 je uvedená závislosť relatívneho podielu vlhkosti pri sušení

mrkvových rezkov od doby sušenia pre rez č. 1 (), č. 2 (), č. 3 (). Relatívny

podiel vlhkosti je určený ako podiel aktuálnej hmotnosti vzorky M a začiatočnej

hmotnosti vzorky Mo.

82

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 200 400 600 800 1000

Doba sušenia , min

Rel

atív

ny p

odie

l vlh

kost

i , M

/Mo

Obr. 25 Relatívny podiel vlhkosti pri sušení mrkvových rezkov v závislosti od

priebehu sušenia

Znázornené krivky môžeme aproximovať exponenciálnou funkciou podľa vzťahu:

refttk

ref eMRMR = (36)

kde: MR – relatívny podiel vlhkosti, MRref – referenčný relatívny podiel vlhkosti,

t – čas, tref = 1 min, e – Eulerovo číslo, k – konštanta.

V Tab. 9 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (36) a koeficient determinácie

pre vzorku č. 1 (), č. 2 (), č. 3 ().

Tab. 9 Hodnoty konštánt pre MRref , k a koeficienty determinácie R2

Vzorka MRref k R2 Rez 1 () 1,0228 -0,0047 0,9999 Rez 2 () 0,9752 -0,0045 0,9992 Rez 3 () 0,9611 -0,0043 0,9983

83

Teplotný účinok vzduchu sa odzrkadľuje na rýchlosti sušenia. Pri teplotách

vyšších ako 70 °C, sušený produkt čiastočne stráca charakteristiky čerstvého produktu

(Mulet et al., 1987). Podiel vlhkosti klesá s časom sušenia a po sušení sa obsah vlhkosti

pohyboval okolo (7 – 8) %. Ako vidno na Obr. 25 zmena relatívneho podielu vlhkosti

na začiatku sušenia je výraznejšia v porovnaní s konečnou fázou sušenia, kde boli

zaznamenané veľmi malé zmeny relatívneho podielu vlhkosti (Tab. 35) (Kertész et al.,

2010).

Na Obr. 26 je uvedená závislosť relatívnej vlhkosti ω pri sušení mrkvových rezkov

od času sušenia pre rez č.1 (), č.2 (), č.3 (), č.4 (), č.5 (), č.6 ().

60

65

70

75

80

85

90

0 50 100 150 200 250 300Čas , min

Rel

atív

na v

lhko

sť ωω ωω

, %

rez 1

rez 2

rez 3

rez 4

rez 5

rez 6

Obr. 26 Relatívna vlhkosť ωωωω pri sušení mrkvových rezkov v závislosti od času

sušenia

Znázornené krivky môžeme aproximovať polynomickou funkciou

cbtat ++= 2ω (37)

84

V Tab. 10 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (37) a koeficienty determinácie

pre vzorky č.1 (), č.2 (), č.3 (), č.4 (), č.5 (), č.6 (), ktoré dosahujú veľmi

vysoké hodnoty.

Tab. 10 Hodnoty konštánt pre a, b, c a koeficienty determinácie R2

Vzorka a b c R2 Rez 1 () -0,0001 - 0,0398 89,654 0,9992 Rez 2 () -0,0002 - 0,0429 89,486 0,9988 Rez 3 () -0,0001 - 0,0419 89,530 0,9988 Rez 4 () -0,0002 - 0,0426 89,312 0,9990 Rez 5 () -0,0001 - 0,0416 89,325 0,9991 Rez 6 () -0,0002 - 0,0516 89,300 0,9986

Pri porovnaní priebehov na Obr. 26 je vidno, že krivky majú podobný priebeh

a s dobou sušenia relatívna vlhkosť vzoriek ω klesá.

Na Obr. 27 sa nachádza závislosť impedancie od frekvencie pre vzorky

mrkvových rezkov č. 21 (), č. 22 (), č. 23 (), č. 24 (), č. 25 (), č. 26 ()

meranej medzi doskami špeciálnej zvierky hp 16451B dielectric text fixture, určenej pre

spomínané LCR merače hp4284A a hp4285A.

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

0,0E+00 5,0E+06 1,0E+07 1,5E+07 2,0E+07 2,5E+07 3,0E+07

f , Hz

Z , Ω

21 rez 570 min

22 rez 570 min

24 rez 630 min

23 rez 630 min

26 rez 1440 min

25 rez 1440 min

Obr. 27 Frekvenčná závislosť impedancie pre vzorky sušených mrkiev pre rez

č. 21 (), č. 22 (), č. 23 (), č. 24 (), č. 25 (), č. 26 ()

85

Nasledovné grafy sú znázornené pomocou mocninnej funkcie. Zo zostrojených

grafov je vidieť, že impedancia má v závislosti od frekvencie klesajúci charakter.

Impedancia meraných vzoriek s rovnakými rozmermi s dobou sušenia rastie, nakoľko

relatívna vlhkosť meranej vzorky ω klesá s dobou sušenia. V Tab. 11 sú uvedené

regresné koeficienty rovnice (35) a koeficienty determinácie.

Tab. 11 Hodnoty konštánt pre Z0, k a koeficienty determinácie R2

Vzorka Z0, Ω k R2 21 rez 570 minút () 2.107 -0,6104 0,9820 22 rez 570 minút () 3.106 -0,4051 0,9239 23 rez 630 minút (+) 2.108 -0,6509 0,9834 24 rez 630 minút () 3.107 -0,5154 0,9621 25 rez 1440 minút () 4.1011 -0,8617 0,9706 26 rez 1440 minút () 1.1010 -0,6781 0,9561

Na Obr. 28 sa nachádza závislosť impedancie od frekvencie pre vzorku sušených

mrkiev rez č. 16 po sušení 660 minút (), 720 minút (∆) a 780 minút () meranej

medzi doskami.

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

1,0E+11

0,0E+00 5,0E+06 1,0E+07 1,5E+07 2,0E+07 2,5E+07 3,0E+07f , Hz

Z , Ω

16 rez 660 min

16 rez 720 min

16 rez 780 min

Obr. 28 Frekvenčná závislosť impedancie pre vzorky sušených mrkiev

86

Grafické závislosti môžeme aproximovať pomocou mocninnej funkcie. Zo

zostrojených grafov je vidieť, že impedancia v závislosti od frekvencie má klesajúci

charakter. Impedancia meranej vzorky s dobou sušenia rastie, nakoľko relatívna vlhkosť

meranej vzorky ω klesá. Pri konečnej fáze sušenia sme zaznamenali veľmi malé zmeny

relatívnej vlhkosti vzoriek. Impedancie týchto vzoriek sa v tejto fáze výrazne nelíšia od

seba, čo vidno na Obr. 28, kde znázornené krivky sú takmer totožné. V Tab. 12 sú

uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficienty determinácie.


Vzorka Z0, Ω k R2 16 rez 660 minút () 3.1011 -0,9260 0,9931 16 rez 720 minút (∆) 3.1011 -0,9280 0,9918

16 rez 780 minút () 2.1011 -0,9056 0,9893

Na Obr. 29 sa nachádza závislosť impedancie mrkvy od vlhkosti pri frekvencií

10 kHz a 1 MHz. pre vzorky mrkvových rezkov č. 1 až 26 meranej medzi doskami

špeciálnej zvierky hp 16451B.

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

r , %

1.0E+2

1.0E+3

1.0E+4

1.0E+5

1.0E+6

1.0E+7

1.0E+8

1.0E+9

Z ,

Závislost impedancie mrkvy od vlhkosti

Závislost impedancie od vlhkosti pri 10 kHz

Fit 1: Y = pow(X,-5.60033) * 5.57624E+014

Závislost impedancie od vlhkosti pri 1 MHz

Fit 2: Y = pow(X,-4.43712) * 2.86375E+011

Ω

ω Obr. 29 Závislosť impedancie mrkvy od vlhkosti pri frekvencií 10 kHz a 1 MHz

Závislosť impedancie mrkvy od vlhkosti

Závislosť impedancie od vlhkosti pri 10 kHz

Závislosť impedancie od vlhkosti pri 1 MHz

ω , %

87

Nasledovné grafy sú znázornené pomocou mocninnej funkcie. Impedancia

meraných vzoriek s dobou sušenia rastie, nakoľko relatívna vlhkosť meranej vzorky ω

klesá. V konečnej fáze sušenia sme zaznamenali veľmi malé zmeny relatívnej vlhkosti

vzoriek. V Tab. 13 sú uvedené koeficienty regresnej rovnice (35) a koeficienty

determinácie.

Tab. 13 Hodnoty konštánt pre R0, k, R2

Vzorka Z0 , Ω k R2 Pri 10 kHz (+) 5,57624*1014 -5,60033 0,907871 Pri 1 MHz () 2,86375*1011 -4,43712 0.893339

Na Obr. 30 sa nachádza závislosť odporu od frekvencie pre vzorky dule č. 1 (+),

č. 2 (∆), č. 3 (O), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 () meranej v doskovom snímači. Hmotnosti

meraných dúl boli v intervale (1,2 – 7,4) g. Priemerná hodnota relatívnej vlhkosti

rezkov bola 8,58 %. Rozdiely v obsahu vlhkosti medzi jednotlivými rezmi boli

zanedbateľné.

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0f , kHz

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

R ,

k

Odpor R pre dula4 m=5,9g

Fit 1: Y = pow(X,-0.0278365) * 9.57783


Fit 2: Y = pow(X,-0.0277378) * 8.06803


Fit 3: Y = pow(X,-0.0214852) * 4.57656


Fit 4: Y = pow(X,-0.0263057) * 4.16305


Fit 5: Y = pow(X,-0.0152351) * 3.8092


Fit 6: Y = pow(X,-0.0154234) * 3.28793

Ω

Obr. 30 Frekvenčná závislosť odporu pre vzorky dule č. 1 (+), č. 2 (∆∆∆∆), č. 3 (O),

č. 4 (), č. 5 (), č. 6 ()

Frekvenčná závislosť odporu

88

Zo zostrojených grafov je vidieť, že odpor v závislosti od frekvencie má

klesajúci charakter podľa rovnice (35). Hodnoty odporov pre merané vzorky sú

v intervale (3,2 – 10,5) kΩ. V Tab. 14 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (35)

a koeficient determinácie pre spomínané vzorky. Posunutie závislostí pre jednotlivé

vzorky je spôsobené ich rozdielnou hrúbkou.

Tab. 14 Hodnoty konštánt pre R0, k a koeficienty determinácie R2

Vzorka R0 , kΩ k R2 Dula č. 4 () 9,577 83 -0,027 836 5 0,977208

Dula č. 2 (∆) 8,068 03 -0,027 737 8 0,930647 Dula č. 6 () 4,576 56 -0,021 485 2 0,981738 Dula č. 5 () 4,163 05 -0,026 305 7 0,979206 Dula č. 3 (O) 3,809 2 -0,015 235 1 0,97536 Dula č. 1 (+) 3,287 93 -0,015 423 4 0,925276

Na Obr. 31 sa nachádza závislosť kapacity od frekvencie pre vzorky dule č. 1

(+), č. 3 (), č. 4 (∆) meraná doskovým snímačom.

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0f , kHz

1.0E+1

1.0E+2

1.0E+3

1.0E+4

1.0E+5

C ,

pF

frekvencná závislost kapacity

Kapacita C pre dula1 m=1,2g

Fit 1: Y = pow(X,-0.943058) * 2856.85


Fit 2: Y = pow(X,-0.904151) * 1761.48


Fit 3: Y = pow(X,-0.86606) * 1165.51

Obr. 31 Závislosť kapacity od frekvencie pre vzorky dule č. 1 (+), č. 3 (), č. 4 (∆∆∆∆)

Frekvenčná závislosť kapacity

89

Zo zostrojených grafov je vidieť, že kapacita v závislosti od frekvencie má

klesajúci charakter podľa rovnice (35). Kapacity meraných vzoriek sú v intervale

(24,4 – 98 507) pF. Rozdiely medzi frekvenčnými závislosťami pre všetky tri vzorky sú

veľmi malé, čo dokazuje, že kombinovaná metóda sušenia zabezpečila rovnaké

vlastnosti sušených vzoriek, najmä ich rovnakú výstupnú vlhkosť. V Tab. 15 sú

uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficient determinácie pre spomínané

vzorky.

Tab. 15 Hodnoty konštánt pre C0, k a koeficienty determinácie R2

Vzorka C0 , pF k R2 Dula č. 1 (+) 2 856,85 -0,943 058 0,948678 Dula č. 3 () 1 761,48 -0,904 151 0,953722

Dula č. 4 (∆) 1 165,51 -0,866 06 0,958334

4.2 Elektrické vlastnosti repky olejnej

Na Obr. 32 sa nachádza závislosť kapacity od frekvencie pre vzorky repky olejnej

č. 1 (), č. 2 (), č. 3 (), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 (+) meranej v doskovom valcovom

snímači.

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0f , kHz

1.0E+0

1.0E+1

1.0E+2

1.0E+3

1.0E+4

C ,

pF

frekvencná závislost kapacít

ω = 4,875 %

ω = 7,305 %

ω = 8,768 %

ω = 11,639 %

ω = 13,022 %

ω = 14,263 %

Obr. 32 Závislosť kapacity od frekvencie pre vzorky repky olejnej č. 1 (),

č. 2 (), č. 3 (), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 (+)

Frekvenčná závislosť kapacity

90

Zo zostrojených grafov je vidieť, že kapacita v závislosti od frekvencie má

klesajúci charakter podľa rovnice (35). Kapacity meraných vzoriek stúpajú s vlhkosťou,

čo je v súlade s meraniami napr. Nelsona (2005). Kapacity meraných vzoriek sú

v intervale (5 – 2 000) pF. V Tab. 16 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (35)

a koeficient determinácie pre spomínané vzorky.

Tab. 16 Hodnoty konštánt pre C0, k a koeficienty determinácie R2

Vzorka C0 , pF k R2 Repka olejná č. 6 ω = 4,875 % (+) 3,88935 - 0,28361 0,618969 Repka olejná č. 5 ω = 7,305 % () 4,5202 - 0,249277 0,975031 Repka olejná č. 4 ω = 8,768 % () 13,2785 - 0,400242 0,969379 Repka olejná č. 3 ω = 11,639 % () 214,327 - 0,721238 0,991705 Repka olejná č. 2 ω = 13,022 % () 340,308 - 0,748218 0,991196 Repka olejná č. 1 ω = 14,263 % () 1267,75 - 0,836494 0,999425

Na Obr. 33 sa nachádza závislosť impedancie od frekvencie pre vzorky repky

olejnej č. 1 (), č. 2 (), č. 3 (), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 (+) meranej v doskovom

valcovom snímači.

0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0f , kHz

1.0E+1

1.0E+2

1.0E+3

1.0E+4

1.0E+5

Z ,

k

frekvencná závislost impedancie

ω = 4,875 %

ω = 7,305 %

ω = 8,768 %

ω = 11,639 %

ω = 13,022 %

ω = 14,263 %

Ω

Obr. 33 Závislosť impedancie od frekvencie pre vzorky repky olejnej č. 1 (), č. 2

(), č. 3 (), č. 4 (), č. 5 (), č. 6 (+)

Frekvenčná závislosť impedancie

91

Zo zostrojených grafov je vidieť, že impedancia v závislosti od frekvencie má

klesajúci charakter podľa rovnice (35). Impedancie meraných vzoriek klesajú

s vlhkosťou. Hodnoty impedancií pre merané vzorky sú v intervale (90 – 90 000) kΩ.

V Tab. 17 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficient determinácie pre

spomínané vzorky.


Vzorka Z0 , Ω k R2 Repka olejná č. 6 ω = 4,875 % (+) 60800,6 - 0,792435 0,982058 Repka olejná č. 5 ω = 7,305 % () 50045,4 - 1,08268 0,975465 Repka olejná č. 4 ω = 8,768 % () 21332,7 - 0,840413 0,967719 Repka olejná č. 3 ω = 11,639 % () 1859,72 - 0,419681 0,982132 Repka olejná č. 2 ω = 13,022 % () 1235,32 - 0,393724 0,988828 Repka olejná č. 1 ω = 14,263 % () 420,612 - 0,288789 0,996129

Na Obr. 34 sa nachádza závislosť relatívnej permitivity od relatívnej vlhkosti pre

vzorku repky olejnej meranej pri frekvenciách 100 kHz (), 200 kHz () meranej

doskovým valcovým snímačom.

3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 , %

0.0E+0

3.0E+0

6.0E+0

9.0E+0

1.2E+1

1.5E+1

1.8E+1

2.1E+1

ε

závislost relatívnej vlhkosti od relatívnej permiti vity

f = 100 kHz

f = 200 kHz

r

ω Obr. 34 Závislosť relatívnej permitivity od relatívnej vlhkosti pre vzorku repky

olejnej

Závislosť relatívnej permitivity od vlhkosti

ω , %

92

Nasledovné grafy sú znázornené pomocou exponenciálnej funkcie:

refk

er ref

ωω

εε = (38)

kde: r

ε – relatívna permitivita, refε – referenčná relatívna permitivita, ω –

relatívna vlhkosť, ωref = 1 %, e – Eulerovo číslo, k – konštanta.

Zo zostrojených grafov je vidieť, že relatívna permitivita pri nízkej relatívnej

vlhkosti (4 – 8) % má takmer rovnaké hodnoty pri oboch meraných frekvenciách. Pri

relatívnej vlhkosti vyššej ako 8 % rozdiel rastie. Je evidentné, že relatívnu permitivitu

nie je možné použiť na meranie vlhkosti pri jej nízkych hodnotách. Zistili sme, že by sa

mohla využiť na určovanie vlhkosti semien repky olejnej od 8 % pri uvedených

frekvenciách. V Tab. 18 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (38) a koeficient

determinácie pre spomínané vzorky.

Tab. 18 Hodnoty konštánt pre refε , k a koeficienty determinácie R2

Vzorka refε k R2

Repka olejná meraná pri frekvencií 100 kHz ()

0,129051 0,333315 0,941168

Repka olejná meraná pri frekvencií 200 kHz ()

0,168838 0,276406 0,927181

4.3 Elektrické vlastnosti mlieka

Na Obr. 35 sa nachádza závislosť odporu od frekvencie pre vzorku trvanlivého

mlieka Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 %. Vzorka bola meraná doskovým valcovým

snímačom pri rôznych dobách skladovania 1 deň (), 2 dni (), 3 dni ()

v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote 23 °C.

93

Frekven čná závislos ť odporu mlieka

29

31

33

35

37

39

41

43

45

0 40 80 120 160 200f , kHz

R ,

ΩΩ ΩΩ

1 deň 2 dni 3 dni

Obr. 35 Závislosť odporu od frekvencie pre vzorku mlieka Rajo pri skladovaní 1

deň(), 2 dni (), 3 dni ()

Zo zostrojených grafov je vidieť, že pri meraní odporu mlieka v určenom

frekvenčnom intervale medzi prvým a druhým dňom skladovania pri izbovej teplote

23 °C nie je významný rozdiel. Počas skladovania v prvých dvoch dňoch odpor mlieka

v meranom frekvenčnom intervale bola v rozmedzí (40 – 45) Ω. Počas tretieho dňa

odpor mlieka bola v rozmedzí (30 – 35) Ω. Namerané hodnoty sa výrazne líšia od

hodnôt, ktoré boli merané počas skladovania prvého a druhého dňa. V Tab. 19 sú

uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficient determinácie.

Tab. 19 Hodnoty konštánt pre R, k a koeficienty determinácie R2

Doba skladovania R , Ω k R2 1 deň () 43,326 -0,0173 0,8494 2 dni () 43,792 -0,0189 0,9239 3 dni () 33,520 -0,0230 0,9149

Na Obr. 36 sa nachádza závislosť konduktivity od frekvencie pre vzorku

trvanlivého mlieka Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 %. Vzorka bola meraná

doskovým valcovým snímačom pri rôznych dobách skladovania 1 deň (), 2 dni (),

3 dni () v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote 23 °C.

94

Frekven čná závislos ť konduktivity mlieka

0,56

0,62

0,68

0,74

0,8

0,86

0,92

0 40 80 120 160 200f , kHz

σσ σσ ,

S.m

1 deň

2 dni

3 dni

Obr. 36 Závislosť konduktivity od frekvencie pre vzorku mlieka Rajo pri

skladovaní 1 deň (), 2 dni (), 3 dni ()

Zo zostrojených grafov je vidieť, že pri meraní konduktivity mlieka v určenom

frekvenčnom intervale medzi prvým a druhým dňom skladovania nie je významný

rozdiel. Počas prvého a druhého dňa bola konduktivita mlieka v meranom frekvenčnom

intervale bola v rozmedzí (0,60 – 0,67) S.m-1. Počas tretieho dňa bola konduktivita

mlieka v rozmedzí (0,78 – 0,89) S.m-1. Namerané hodnoty sa výrazne líšia od hodnôt,

ktoré boli merané počas skladovania prvého a druhého dňa. Konduktivitu mlieka sme

vypočítali podľa nasledovného vzťahu:

SR

ld =σ (39)

kde: dσ – konduktivita vzorky, l – vzdialenosť elektród, R – odpor, S – plocha.

V mlieku prebehli degradačné procesy, ktoré spôsobili zvýšenie jeho vodivosti.

Uvedený poznatok je možné využiť pri kontrole kvality mlieka.

V Tab. 20 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficient determinácie.

Tab. 20 Hodnoty konštánt pre 0σ , k a koeficienty determinácie R2

Doba skladovania 0σ , S.m-1 k R2

1 deň () 0,6209 0,01730,84942 dni () 0,6143 0,01890,92393 dni () 0,8025 0,02300,9149

σσ σσ , S

.m-1

95

4.4 Elektrické vlastnosti múky

Merali sme odpor, kapacitu a impedanciu 6 vzoriek múk pre stanovené frekvencie

LCR metrom Good Will 821. Predtým sme určili ich relatívne vlhkosti podľa vzťahu

(17) a sypné hmotnosti podľa vzťahu (32), ktoré sú uvedené v Tab. 21. Najvyššiu

relatívnu vlhkosť mala múka pšeničná výberová polohrubá a najnižšiu ruskovská

pšenično – ražná múčna zmes. Najväčšiu sypnú hmotnosť mala ruskovská pšenično –

ražná múčna zmes a najmenšiu mala pšeničná múka hrubá (Zlatý klas).

Tab. 21 Relatívne vlhkosti a sypné hmotnosti vzoriek múky

Múka ω ; % ρs ; kg.m-3

Pšeničná múka výberová polohrubá 13,46154 798,5836 Špaldová celozrnná múka hladká (bio výrobok) 11,53846 827,4481

Ražná celozrnná múka hladká (bio produkt) 11,53846 821,0337 Múka hladká špeciál 00 extra 11,53846 843,4839

Pšeničná múka hrubá (zlatý klas) 9,615385 785,7549 Ruskovská pšenično-ražná múčna zmes 7,692308 893,1949

Na Obr. 37 sa nachádza závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre vzorku

múky hladká špeciál 00 extra s relatívnou vlhkosťou ω = 11,53 %. Kapacita vzorky sa

merala doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom () a doskovým

kondenzátorom () v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote 23 °C.

Frekven čná závislos ť relatívnej permitivity

1

2

3

4

5

6

7

0 40 80 120 160 200f , kHz

εε εε r

múka hladká s doskovýmvalcovým snímačom

múka hladká s koaxiálnymsnímačom

múka hladká s doskovýmkondenzátorom

Obr. 37 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre vzorku múka hladká

špeciál 00 extra, meraná doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym

snímačom () a doskovým kondenzátorom ()

96

Z nameraných hodnôt sme vypočítali hodnoty relatívnej permitivity pri rôznych

frekvenciách a zostrojili sme grafické závislosti. Zo zostrojených grafov je vidieť, že pri

použití doskového valcového snímača () pre vzorku múka hladká špeciál 00 extra

bola relatívna permitivita v rozmedzí 1,8 – 3 v prípade koaxiálneho snímača () 2,6 – 4

a pri použití doskového kondenzátora () 4 – 6,5. V prípade použitia doskového

valcového snímača () pre relatívnu permitivitu vychádzali nižšie hodnoty, než pri

použití koaxiálneho snímača () a doskového kondenzátora (). Príčinou je hlavne

štruktúra vzorky s väčšími časticami, čo zvyšuje výskyt vzduchových medzier vo

vzorke medzi medenými doskami. V Tab. 22 sú uvedené regresné koeficienty rovnice

(35) a koeficient determinácie.

Tab. 22 Hodnoty konštánt pre 0rε , k a koeficienty determinácie R2

Snímač 0rε k R2

Doskový valcový snímač () 2,6658 -0,0761 0,9175 Koaxiálny snímač () 3,6948 -0,0719 0,9083

Doskový kondenzátor () 5,9745 -0,0857 0,9117

Na Obr. 38 sa nachádza závislosť konduktivity od frekvencie pre vzorku múka

hladká špeciál 00 extra s relatívnou vlhkosťou ω = 11,53 %. Odpor vzorky sa merala

doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom () a doskovým

kondenzátorom () v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote 23 °C.

Z meraných hodnôt sme vypočítali hodnoty konduktivity pre doskový valcový snímač

a pre doskový kondenzátor podľa vzťahu (39) a pre koaxiálny snímač podľa vzťahu:

hR

r

r

v πσ

2

ln1

2

= (40)

kde: vσ – konduktivita koaxiálneho snímača, r2 – polomer vonkajšej elektródy,

r1 – polomer vnútornej elektródy, R – odpor, h – výška valca.

97

Frekven čná závislos ť konduktivity

0,0E+00

5,0E-04

1,0E-03

1,5E-03

2,0E-03

2,5E-03

0 40 80 120 160 200f , kHz

σσ σσ ,

S.m

múka hladká s doskovým valcovým snímačom

múka hladká s koaxiálnym snímačom

múka hladká s doskovým kondenzátorom

Obr. 38 Závislosť konduktivity od frekvencie pre vzorku múka hladká špeciál 00

extra, meraná doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom () a

doskovým kondenzátorom ()

Zo zostrojených grafov je vidieť, že pri použití koaxiálneho snímača () a

doskového kondenzátora () sme pre konduktivitu dostali podobné hodnoty.

V prípade použitia doskového valcového snímača () konduktivita vzorky mala väčšie

hodnoty, než pri použití koaxiálneho snímača () a doskového kondenzátora ().


Tab. 23 Hodnoty konštánt pre 0σ , k a koeficienty determinácie R2

Snímač 0σ , S.m-1 k R2

Doskový valcový snímač () 4.10-6 1,2038 0,9987 Koaxiálny snímač () 2.10-6 1,1851 0,9985

Doskový kondenzátor () 2.10-6 1,2028 0,9983

σσ σσ , S

.m-1

98


múka hladká špeciál 00 extra () s relatívnou vlhkosťou ω = 11,53 %, pšeničná múka

výberová polohrubá () s relatívnou vlhkosťou ω = 13,46 %, pšeničná múka hrubá

(zlatý klas) () s relatívnou vlhkosťou ω = 9,61 %, ruskovská pšenično-ražná múčna

zmes () s relatívnou vlhkosťou ω = 7,69 %, ražná celozrnná múka hladká (bio

produkt) () s relatívnou vlhkosťou ω = 11,53 %, špaldová celozrnná múka hladká (bio

výrobok) () s relatívnou vlhkosťou ω = 11,53 %. Kapacita vzorky sa merala

doskovým kondenzátorom v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote 23 °C.

Z meraných hodnôt sme vypočítali hodnoty relatívnej permitivity pri rôznych

frekvenciách a výsledky sme graficky znázornili.


2

3

4

5

6

7

8

0 40 80 120 160 200f , kHz

εε εε r

hladká

výberová polohrubá

hrubá

pšenično - ražná

ražná celozrnná hladká

špaldová celozrnná hladká

Obr. 39 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie, pre vzorky múk meranej

doskovým kondenzátorom

Zo zostrojeného grafu je vidieť, že pri použití doskového kondenzátora pre vzorku

pšeničná múka hrubá (zlatý klas) () relatívna permitivita bola v rozmedzí 2,4 – 5.

V prípade použitia ostatných vzoriek pre relatívnu permitivitu vychádzali väčšie

hodnoty, než pri použití vzorky múka hrubá. Múka s najnižšou sypnou hmotnosťou

785,7549 kg.m-3 má najnižšiu hodnotu relatívnej permitivity a naopak pre múky

s vyššou sypnou hmotnosťou dosahovali relatívne permitivity vyššie hodnoty. Príčinou

menšej relatívnej permitivity hrubej múky je hlavne štruktúra vzorky s väčšími

99

časticami, čo zvyšuje výskyt vzduchových medzier vo vzorke a zmenšuje dotykové

plochy medzi časticami. V Tab. 24 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (35)

a koeficient determinácie.


Vzorka 0rε k R2

Múka hladká špeciál 00 extra () 5,9745 -0,0857 0,8922 Pšeničná múka výberová polohrubá () 6,1506 -0,0913 0,9217 Pšeničná múka hrubá (zlatý klas) () 3,6683 -0,0996 0,6220

Ruskovská pšenično-ražná múčna zmes () 5,3260 -0,0579 0,8922 Ražná celozrnná múka hladká (bio produkt) () 6,3550 -0,0920 0,8831

Špaldová celozrnná múka hladká (bio výrobok) () 5,3895 -0,0775 0,8886

V prípade sypkých a pórovitých materiálov sa často uvádzajú zmiešavacie rovnice

pre určenie relatívnej permitivity materiálu. Napríklad Leschnik (2001) popísal

zmiešavaciu formulu na určenie relatívnej vlhkosti pomocou permitivity systému vody

a suchého pórovitého materiálu:

mw

mwεεεε

′−′′−′

= (41)

kde: w – relatívna vlhkosť, ε´ – výsledná permitivita, εw´ – permitivita voľnej vody,

εm´ – permitivita suchého materiálu. Thakur a Holmes (2001) určovali relatívnu

permitivitu sypkých látok na základe relatívnej permitivity častíc a objemového

zastúpenia častíc v súbore.

4.5 Elektrické vlastnosti prázdnych kondenzátorov

Aby sme určili vhodnosť snímačov na meranie elektrických vlastností, zistili sme

relatívnu permitivitu pre prázdne snímače. Na Obr. 40 sa nachádza závislosť relatívnej

permitivity od frekvencie pre prázdne kondenzátory. Kapacita vzorky sa merala

doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom (), doskovým snímačom

() a doskovým kondenzátorom () v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote

23 °C. Z meraných hodnôt sme vypočítali hodnoty relatívnej permitivity pri rôznych

frekvenciách a zostrojili sme grafické závislosti.

100

Frekven čná závislos ť relatívnej permitivity vzduchu

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 40 80 120 160 200f , kHz

εε εεr

doskový valcový snímač doskový kondenzátor

doskový snímač koaxiálny snímač

Obr. 40 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre prázdne kondenzátory,

meraná doskovým valcovým snímačom (), koaxiálnym snímačom (), doskovým

snímačom () a doskovým kondenzátorom ()

Zo zostrojených grafov je vidieť, že pri použití doskového kondenzátora () pre

relatívnu permitivitu sme dostali hodnoty v danom frekvenčnom intervale v rozmedzí

1,65 – 1,71. V prípade použitia ostatných snímačov vychádzali pre relatívnu permitivitu

väčšie hodnoty. Vo fyzikálnych tabuľkách pre vzduch sa uvádza pri frekvencií 1 kHz

približná hodnota relatívnej permitivity 1. Na základe uvedených meraní najpresnejšie

hodnoty sme dostali s použitím doskového kondenzátora (), pri ktorom sme sa najviac

priblížili k tabuľkovej hodnote relatívnej permitivity vzduchu. Dôvodom nepresnosti

merania boli pravdepodobne parazitné kapacity vo vedeniach a spojeniach snímačov.



Snímač 0rε k R2

Doskovým valcovým snímačom () 3,9832 -0,0058 0,4291 Doskovým kondenzátorom () 1,707 -0,0083 0,8935

Doskovým snímačom () 1,8388 -0,0032 0,7941 Koaxiálnym snímačom () 3,2238 -0,0201 0,9694

101

4.6 Elektrické vlastnosti sušenej dule

Na Obr. 41 sa nachádza závislosť kapacity od frekvencie pre vzorku dula č. 5

meraná doskovým snímačom s LCR metrom GoodWill 821. Hrúbka meraného

materiálu bola t = 7,76 mm. Plocha meraného materiálu bola S = 334,865 mm2. Plochu

sme stanovili podľa vzťahu (34) pre 6 snímok vzorky a pri výpočte relatívnej

permitivity sme brali priemernú hodnotu. Kapacitu dule pri jednotlivých frekvenciách

sme určili z celkovej LCR metrom nameranej kapacity prázdneho kondenzátora a s

meraným materiálom podľa vzťahu:

pva CCCC −−=

pv

rva Ct

SCC −−= εε 0

pv

arv Ct

SCC −−=⇒≈ 01 εε (42)

kde: Ca – kapacita časti kondenzátora so vzorkou, C – LCR metrom nameraná

celková kapacita prázdneho kondenzátora a s meraným materiálom, Cv – kapacita časti

prázdneho kondenzátora, 0ε – permitivita vákua, rv

ε – relatívna permitivita vzduchu,

Sv – plocha časti prázdneho kondenzátora, t – hrúbka meraného materiálu,

Cp – parazitná kapacita kondenzátora.

Frekven čná závislos ť kapacity

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0 40 80 120 160 200f , kHz

C ,

pF

f(f)

Obr. 41 Závislosť kapacity od frekvencie pre vzorku dula č. 5 ()

Zo zostrojeného grafu je vidieť, že kapacita v závislosti od frekvencie má

klesajúci charakter podľa rovnice (35). Kapacity meraných vzoriek sú v intervale

C = f(f)

102

(4,62 – 1,52) pF. V Tab. 26 sú uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficient

determinácie pre spomínanú vzorku.


dula č. 5, meraná doskovým snímačom s LCR metrom GoodWill 821. Relatívnu

permitivitu sme určili podľa vzťahu:

a

ara S

tC

0εε = (43)

kde: Ca – kapacita časti kondenzátora so vzorkou, 0ε – permitivita vákua,

raε – relatívna permitivita meraného materiálu, Sa – plocha meraného materiálu,

t – hrúbka meraného materiálu.


3,0

5,0

7,0

9,0

11,0

13,0

0 40 80 120 160 200f , kHz

εε εε r

f(f)

Obr. 42 Závislosť relatívnej permitivity od frekvencie pre vzorku dula č. 5 ()

Zo zostrojených grafov je vidieť, že relatívna permitivita v závislosti od frekvencie

má klesajúci charakter podľa mocninnej funkcie (35).

Relatívna permitivita meranej vzorky je v intervale (12,08 – 3,99). V Tab. 26 sú

uvedené regresné koeficienty rovnice (35) a koeficient determinácie pre spomínané

vzorky.

Tab. 26 Hodnoty konštánt pre C0, 0rε , k a koeficienty determinácie R2

Vzorka C0 , pF k R2 0rε k R2

Dula č. 1 () 4,2817 -0,2184 0,9626 11,206 -0,2184 0,9626

εεεεr = f(f)

103

5 Návrh na využitie výsledkov

Elektrické vlastnosti biologických materiálov sa využívajú napríklad pri

zisťovaní kvality a zloženia potravín, zrelosti ovocia a v mnohých iných oblastiach.

Pred niekoľkými rokmi mali elektrické vlastnosti materiálov len jednu zaujímavú

stránku pre prax, bol to vzťah medzi týmito vlastnosťami a obsahom vody. Ich poznanie

pre biologické materiály je dôležité z pohľadu návrhu a konštrukcie vlhkomerov pre

určovanie podielu vlhkosti zŕn, semien, stebiel poľnohospodárskych rastlín, ale i

potravinárskych materiálov alebo dokonca bavlny.

Elektrické vlastnosti sa využívajú tiež pri určovaní úrovne hladín kvapalín, alebo

nasypaných materiálov, pri nedeštruktívnom zisťovaní zrelosti plodov (Nelson et al.,

1995; Kato, 1997) pri zisťovaní kvality mlieka a v mnohých ďalších prípadoch.

Elektrické vlastnosti sa využívajú v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, pretože

meranie je rýchle a pomerne jednoduché. Využívajú sa aj pri určovaní iných

charakteristík materiálov, najväčšie uplatnenie však majú pri meraní vlhkosti.

Na základe našich meraní môžeme rozšíriť využitie týchto vlastností aj pre

materiály, ktorých závislosti elektrických vlastností zatiaľ v literatúre nie sú uvedené,

teda pre stavebné materiály a sušené ovocie. Získané parametre umožňujú návrh

a výrobu prístrojov, ktoré môžu rýchlo určiť hľadanú hodnotu a ktoré majú jednoduchú

obsluhu a využitie.

104

Záver

Požiadavky spotrebného priemyslu vzhľadom na kvalitu kúpených potravín stále

rastú. Popritom potraviny musia vyhovovať kvalitatívnym požiadavkám STN

a samozrejme aj predpisom Európskej Únie. Práve preto treba ich kvalitu neustále

sledovať a kontrolovať od výrobcu až k spotrebiteľovi.


Využitie výpočtovej techniky pri realizácii meraní elektrických vlastností biologických

materiálov pomocou meracích prístrojov nám umožňuje využiť všetky výhody, ktoré

nám poskytujú osobné počítače. Medzi tieto výhody patria napríklad vyššia efektivita

práce, možnosť ukladania nameraných hodnôt veličín na pevný disk počítača, možnosť

spracovania výsledkov do tabuliek a do grafov pomocou tabuľkových procesorov,

využitie regresnej analýzy pri vyhodnocovaní grafov, možnosť vytlačenia tabuliek

a grafov na tlačiarni.

Uskutočnili sme merania elektrických vlastností sušených mrkiev, sušeného

ovocia, repky olejnej, múky a mlieka v laboratórnych podmienkach. Mali sme

k dispozícii osobný počítač s príslušným programovým vybavením, ktoré nám poskytlo

časť z vyššie spomínaných výhod, ako napríklad možnosť ukladania nameraných

hodnôt na pevný disk, rýchlejšie meranie. Aby sme mohli vyhodnotiť namerané

hodnoty, spracovali sme ich v Exceli, prepočítali sme jednotky, z nameraných

a upravených hodnôt sme vyhotovili tabuľky a grafy. V prípade sušených dúl

s nepravidelnými tvarmi sme ich plochu stanovili pomocou programu, ktorý sme

vytvorili, aby sme spresnili meranie kapacity. Výsledkom uskutočnených meraní sú

konkrétne závislosti elektrických veličín od frekvencie a vlhkosti. Pri použití LCR

metra GoodWill 821 sme jednotlivé elektrické vlastnosti merali pri všetkých

frekvenciách trikrát. Zistili sme, že odpor, impedancia a kapacita meraných vzoriek

klesá a konduktivita stúpa s frekvenciou v súlade s regresnými rovnicami (35) v danom

frekvenčnom intervale.

Práca popísala elektrické vlastností 6 druhov múky pri vlhkosti, ktorú mali po

získaní z obchodnej siete. Merania sa uskutočnili na nasledujúcich typoch múk: múka

hladká Špeciál 00 extra, pšeničná múka výberová polohrubá, pšeničná múka hrubá

(Zlatý klas), Ruskovská pšenično-ražná múčna zmes, ražná celozrnná múka hladká (bio

produkt), špaldová celozrnná múka hladká (bio výrobok). Merania sme vykonali v

laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote 23 °C. Zistili sme relatívne vlhkosti

105

vzoriek múky a ich sypné hmotnosti, ktoré sú uvedené v Tab. 21. Najvyššiu relatívnu

vlhkosť mala pšeničná múka výberová polohrubá a najnižšiu Ruskovská pšenično-ražná

múčna zmes. Najväčšiu sypnú hmotnosť mala Ruskovská pšenično-ražná múčna zmes a

najmenšiu mala pšeničná múka hrubá (Zlatý klas). Múka s najmenšou sypnou

hmotnosťou 785,7549 kg.m-3 mala najmenšiu hodnotu relatívnej permitivity a naopak

pre múky s väčšou sypnou hmotnosťou dosahovala relatívna permitivita vyššie hodnoty.

Príčinou menšej relatívnej permitivity hrubej múky je hlavne štruktúra vzorky s väčšími

časticami, čo zvyšuje výskyt vzduchových medzier vo vzorke a zmenšuje dotykové

plochy medzi časticami. Posunutie kriviek na grafických závislostiach pre jednotlivé

typy múk nie je spôsobené ich vlhkosťou, pretože ich relatívna vlhkosť je nízka a

nachádza sa v úzkom intervale. V tomto prípade sa prejaví vplyv iných faktorov na

elektrické vlastnosti, ako sú sypná hmotnosť, chemické zloženie, štruktúra, teplota, ...

Príčinou je hlavne štruktúra vzorky s väčšími časticami, čo zvyšuje výskyt vzduchových

medzier vo vzorke.

Posunutie závislostí pre jednotlivé vzorky dúl na Obr. 30 je spôsobené ich

rozdielnou hrúbkou. Rozdiely medzi frekvenčnými závislosťami pre všetky tri vzorky

dúl (Obr. 31) sú veľmi malé, čo dokazuje, že kombinovaná metóda sušenia zabezpečila

rovnaké vlastnosti sušených vzoriek, najmä ich rovnakú výstupnú vlhkosť. Kapacity

meraných vzoriek repky olejnej stúpajú s vlhkosťou, čo je v súlade s meraniami napr.

Nelsona (2005). Z Obr. 34 je evidentné, že relatívnu permitivitu nie je možné použiť na

meranie vlhkosti pri jej nízkych hodnotách (do 8 %). Zistili sme, že by sa mohla využiť

na určovanie vlhkosti semien repky olejnej od 8 % pri uvedených frekvenciách.

Koeficienty determinácie uvedených regresných rovníc dosahovali vysoké hodnoty pre

všetky merané veličiny a materiály.

S klesajúcou relatívnou vlhkosťou klesali aj hodnoty kapacity meraných vzoriek

a naopak hodnoty odporov a impedancie prudko stúpali, čo je vidno aj na grafických

závislostiach Obr. 27, Obr. 29, Obr. 32, Obr. 33. Podobný charakter závislostí bol

popísaný vo viacerých publikáciách (Harker, Dunlop, 1994, Kuang, Nelson, 1998,

Nelson, 2005, Hlaváčová, Kertész, 2007). Počas prvého dňa skladovania sa hodnoty

odporu a konduktivity mlieka v meranom frekvenčnom intervale výrazne nelíšili od

hodnôt, ktoré sme merali počas druhého dňa. Počas tretieho dňa mlieko zreteľne stratilo

svoju kvalitu. Odpor a konduktivita mlieka sa výrazne líšili od hodnôt, ktoré boli

merané počas prvého a druhého dňa. V mlieku prebehli degradačné procesy, ktoré

106

spôsobili zvýšenie jeho vodivosti. Uvedený poznatok je možné využiť pri kontrole

kvality mlieka. Napríklad sa využíva i pri zisťovaní ochorenia kráv – mastitídy

(Hlaváčová, 2003).

Na základe nameraných hodnôt a zostrojených grafických závislostí môžeme

konštatovať, že impedancia a odpor pre suchšie materiály dosahovali vyššie hodnoty,

kapacity naopak nižšie hodnoty než pre materiály s väčšou vlhkosťou. Posudzovali sme

vhodnosť použitia snímačov vyrobených na Katedre fyziky Technickej fakulty SPU.

Uskutočnili sme merania elektrických vlastností prázdnych snímačov. Pri určení

relatívnej permitivity sme získali najpresnejšie hodnoty pri meraní s doskovým

kondenzátorom, pri ktorom sme sa najviac priblížili k tabuľkovej hodnote relatívnej

permitivity vzduchu.

Môžeme usudzovať, že na základe nameraných elektrických vlastností

a zostrojených grafických závislostí je ich možné využiť pri určovaní vlhkosti sušeného

ovocia, zeleniny a semien repky olejnej, pri zisťovaní kvality múky, pre ktorú sa našla

korelácia so sypnou hmotnosťou, pri zisťovaní štádia degradácie mlieka na základe

korelácie s konduktivitou vzoriek. V prípade sušeného ovocia sa dajú elektrické

vlastnosti použiť pri kontrole ich rovnomerného vysušenia. Dosiahnuté výsledky boli

publikované v mnohých našich vedeckých prácach, ktorých zoznam je uvedený

v zozname publikovaných prác na strane 112.

Automaticky riadené procesy vo výrobe, pri spracovaní a pri skladovaní

vyžadujú okrem iného aj exaktné znalosti o fyzikálnych veličinách materiálov. Najmä

elektrické vlastnosti je nutné skúmať neustále v závislosti od rôznych faktorov, pretože

potravinárske materiály sú nesmierne zložité svojou štruktúrou, chemickým zložením

a elektrickým správaním.

107

Zoznam použitej literatúry

Agilent 16451B Dielectric test fixture operation and service manual Agilent Part No.

16451-90020. 5. ed. Hyogo, Agilent Technologies Japan, Ltd., 2000

BABIĆ, Lj. et al. 2002. Apricot drying. In PTEP Journal on processing and energy in

agriculture, Vol. 6, 2002, no.(1-2), p. 1-4.

BRUIN, S. – LUYBEN, K. CH. A. M. 1979. Drying of food materials: a review of

recent developments. In A. S. Mujumdar (Ed.), Advances in drying, Vol. 1, 1979, s. 155-

215.

DOYMAZ, I. 2004. Convective air drying characteristics of thin layer carrots. In

Journal of Food Engineering, 61, 2004, p. 359–364.

DOYMAZ, I. 2012. Evaluation of some thin-layer drying models of persimmon slices

(Diospyros kaki L.). In Energy Conversion and Management. Vol. 56, April 2012, p.

199–205.

FEXA, J. - ŚIROKÝ, K. 1983. Měření vlhkosti. 1.vyd., Praha : SNTL, Bratislava : Alfa,

1983, 264 s.

GÓRNICKI K. - KALETA A. 2007. Drying curve modelling of blanched carrot cubes

under natural convection condition. In Journal of Food Engineering, 82, 2007, p. 160 –

170.

GRIMNES S. – MARTINSEN O.G. 2008. Impedance and Bioelectricity Basics. 2. ed.,

London Academic Press, 2008. p. 471. ISBN: 978-0-12-374004-5

HARKER, F. R. - DUNLOP, J. 1994. Electrical Impedance Studies of Nectarines

during Cool Storage and Fruit Ripening. In Post Harvest Biology and Technology, Vol.

4, 1994, no.(1-2), p.125-134.

HARKER, F. R. - MAINDONALD, J. H. 1994. Ripening of Nectarine Fruit. Changes

in the Cell Wall, Vacuole and Membranes Detected Using Electrical Impedance

Measurements. In Plant Physiology, 106, 1994, no.1, p.165-171.

HLAVÁ ČOVÁ, Z. 1994. Physical Properties of Plant Materials in Viewpoint of

Accuracy of Moisture Measuring. In Zemědělská technika, 40, 1994, no.2, p. 81-86.

ISSN 0044-3883

HLAVÁ ČOVÁ, Z. 2001. Sorpčné vlastnosti semien hrachu a klasov pšenice. In

Poľnohospodárstvo, 47, 2001, č. 4, s. 293-305.

108

HLAVÁ ČOVÁ, Z. 2003. Low frequency electric properties utilization in agriculture

and food treatment. In RES. AGR. ENG., 49, 2003, no.4, p. 125-136. ISSN 1212-9151

HLAVÁ ČOVÁ, Z. 2004. Využitie elektrických vlastností materiálov. In Zborník

z konferencie Výskumné a edukačné aktivity na katedrách fyziky technických univerzít

na Slovensku, Bratislava : StF STU, 2004, s. 52-56. ISBN 80-227-2112-3.

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – BABIĆ, L. – BABIĆ, M. – KERTÉSZ, Á. 2007. Some Electrical

Properties of Dried Apricots Prunus Armeniaca L. In PTEP Journal on processing and

energy in agriculture, 11, 2007, no.3, p. 75-78. ISSN 1450-5029

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2007. Electrical impedance and capacitance of

dried apricots Prunus Armeniaca L. In Book of Abstracts of 6th International Workshop:

Applied Physics in Life Sciences 2007. Czech University of Life Sciences Prague, 2007,

p. 11. ISBN 978-80-213-1680-5,

HLAVÁ ČOVÁ, Z. - RATAJ, V. 1999. Sorpcia a desorpcia v biologických materiáloch.

In Zborník odborného seminára s medzinárodnou účasťou Meranie vlhkosti dreva. TU

Zvolen, 1999, s. 56-61. ISBN 80-228-0816-4

KATO, K. 1997. Electrical density sorting and estimation of soluble solids content of

watermelon. In J.agric.Engng Res., 67, 1997, p.161-170.

KAŽIMÍROVÁ, V. – OPÁTH, R. 2007. Technické aspekty výroby pšeničnej múky. 1.

vyd. Nitra: SPU, 2007. 110 s. ISBN 978-80-8069-831-7

KERTÉSZ, Á. - HLAVÁČOVÁ, Z. 2007a. Meranie kapacitancie a impedancie

sušeného ovocia. In: Recent Advances in Agriculture, Food Processing and Waste

Policy. Mnohoautorské CD z medzinárodnej študentskej vedeckej konferencie, Nitra:

SPU, 2007, s. 92-98, ISBN 978-80-8069-878-2

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. 2007b. Some Electrical Properties of Dried Fruit.

In Tudományos diákköri konferencia előadásainak összefoglalói. Gödöllő : Szent István

Egyetem, p. 129, ISBN 978-963-9483-83-5

KERTÉSZ, Á. – VOZÁRY, E. – HLAVÁČOVÁ, Z. – PRIATKOVÁ, L. 2010. Changes

in Moisture Content and Electrical Impedance of Carrot Slices during Drying. In

Proceedings of 4th International conference Trends in Agricultural Engineering 2010.

Prague: Czech University of Life Sciences Prague, 2010, p. 302-306. ISBN 978-80-213-

2088-8

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. – PRIATKOVÁ, L. – VOZÁRY, E. 2011.

Connection between Moisture Content and Electric Properties of Biological Materials

109

In: Book of Abstracts 10th International Workshop for Young Scientists 2011, Gödöllő:

Szent István University Gödöllő, 2011, p. 24-25. ISBN 978-963-269-220-3,

KERTÉSZ, Á. - HLAVÁČOVÁ Z. - PRIATKOVÁ. L. 2011 Determination of the silon

relative permittivity In PRAE 2011: proceedings of scientific works. Nitra: Slovak

University of Agriculture, 2011, p. 80-86. ISBN 978-80-552-0662-2

KERTÉSZ, Á. – PRIATKOVÁ, L. 2009. Electrical Properties of Dried Fruits. In: Book

of Abstracts of 8th International Workshop for Young Scientists 2009. Lublin: Institute

of Agrophysics Polish Academy of Sciences, 2009, p. 67. ISBN 978-83-89969-41-5

KERTÉSZ, Á. – VOZÁRY, E. 2009. Connection between moisture content and

electrical impedance of carrot slices during drying. In: Book of Abstracts of 15th

Workshop: Energy and Environment 2009. Gödöllő: Szent István University Gödöllő,

2009, p. 21

KERTÉSZ, Á. - VOZÁRY, E. 2010. Change of dielectrical and rheological properties

of carrot slices during drying. In XXXIV. Research Council of Agricultural Engineering

Society at Hungarian Academy of Sciences, Gödöllő: Szent István University Gödöllő,

2010.

KRASZEWSKI, A. W. - TRABELSI, S. - NELSON, S. O. 1998. Simple grain moisture

content determination from microwave measurement. In Trans. ASAE, Vol. 41, 1998,

no.1, p.129-134.

KULÍK, D. a kol. 2002. Technológia rastlinnej výroby. 1. vyd. Nitra: SPU, 2002. 249 s.

ISBN 80-8069-089-8

KUANG W. - NELSON S.O. 1998. Low-frequency Dielectric Properties of Biological

Tissues: A Review with Some New Insights. In TRANS. ASAE, Vol. 41, 1998, no.1,

p.173-184.

LESCHNIK, W. – SCHLEMM, U. 2001. Measurement of the Permittivity of Building

Materials at 2.45 GHz in Dependence on Moisture Content, Salt Content and

Temperature. In: Proceedings of Fourth International Conference on Electromagnetic

Wave Interaction with Water and Moist Substances, Weimar, Germany, 2001, p. 274 –

281.

MUCHOVÁ, Z. 1996. Technológie spracovania cereálií. 1. vyd. Nitra: SPU, 1996. 134

s. ISBN 80-7137-269-2

MULET, A. - BERNA, A. - BORRAS, M. - PINAGA, F. 1987. Effect of air flow rate

on carrot drying. In Drying Technology, Vol. 5., 1987, no.2, p. 245-258.

110

NELSON, S. O. et al. 1995. Assessment of Microwave Permitivity for Sensing Peach

Maturity. In Trans. ASAE, Vol. 38, 1995, no.2, p.579-58.

NELSON, S. O. 2005. Dielectric Properties Measurement for Agricultural Applications.

In ASABE Annual Meeting, Milwaukee, Wisconsin, USA, ASABE, 2005 paper

No. 053134.

NELSON, S. O. - TRABELSI, S. - KRASZEWSKI, A. W. 1998. Advances in Sensing

Grain Moisture Content by Microwave Measurement. In Trans. ASAE, Vol. 41, 1998a,

no.2, p. 483-487.

OPÁTH, R. – SOSNOWSKI, S. 2005. Technika na spracovanie obilia. In :

Potravinárska technika. Prešov : Vydavateľstvo Vanek, 2005. s. 122 -174. ISBN 80-

8073-410-0

PUCHALSKI, C. 1994. Study of Electrical Resistance on Apples. In International

Agrophysics, Vol. 8, 1994, no.3, p.439-444.

THAKUR, K. P. - HOLMES, W. S. 2001. Permittivity of rice grain from

electromagnetic scattering. In Proceedings of Fourth International Conference on

Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances, Weimar,

Germany, 2001, p. 203-210.

TIRPÁK, A. 1999. Elektromagnetizmus. Bratislava : Polygrafia SAV, 1999, 712 s.

XU, F. et al. 1997. Experimental Research on the Dielectric Properties of Peaches Using

a Nondestructive Measurement Method. In Transactions of the Chinese Society of

Agricultural Engineering. Vol. 13, 1997, no.1, p.202-205.

STN ISO 665 Olejnaté semená – Stanovenie obsahu vlhkosti a prchavých látok

(1996)

STN ISO 712 Obilniny a výrobky z obilnín – Stanovení obsahu vody (1993)

111

Dostupné na internete:

<http://www.iwhtech.com/uploads/Instek/LCR_816/media/LCR_816_doc_2.pdf>

[cit. 2012-1-25]

<http://hornad.fei.tuke.sk/predmety/pzasp/?id=2380> [cit. 2010-1-21]

<http://webs.zcu.cz/fel/ket/+EMS/Prednes/GPIB.pdf> [cit. 2010-1-21]

<http://www.flora.sk/index.php?selected_id=125&article_id=57> [cit. 2012-1-20]

<http://www.herbar.org/databaza/19/29> [cit. 2012-2-20]

<http://www.hobbyportal.sk/zahrada-a-priroda/pestovanie/dula-zlate-jablko-zo-

zahrady-hesperidiek> [cit. 2012-3-25]

<http://www.byliny.sk/zaujimavosti/zaujimavosti.php?zaujim=jablko> [cit. 2012-5-20]

<http://sk.wikipedia.org/wiki/Jablko#cite_ref-1> [cit. 2012-5-20]

<http://www.mlieko.sk/> [cit. 2012-5-20]

112

Zoznam publikovaných prác autora súvisiacich s riešenou

problematikou

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – BABIĆ, L. – BABIĆ, M. – KERTÉSZ, Á. 2007. Some Electrical

Properties of Dried Apricots Prunus Armeniaca L. In PTEP Journal on processing and

energy in agriculture. vol. 11, 2007, no.3, p. 75-78. ISSN 1450-5029

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2007. Electrical impedance and capacitance of

dried apricots Prunus Armeniaca L. In: Book of Abstracts of 6th International

Workshop: Applied Physics in Life Sciences 2007. Prague: Czech University of Life

Sciences, 2007, p. 11. ISBN 978-80-213-1680-5

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2008. Electrical Properties of Dried Fruits. In

PTEP Journal on processing and energy in agriculture. vol.12, 2008, no.(1-2), p. 1-4.

ISSN 1450-5029

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2008. Some Electrical Properties of Dried Quinces

Cydonia Oblonga. In Journal of Food Physics. vol. 21, 2008, p. 40-44. ISSN 1416-2083

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2008. Some electrical properties of dried quinces

Cydonia Oblonga. In: Book of abstracts: 8th International Conference of Food Physics,

Plovdiv: University of Plovdiv “Paisii Hilendarski”, 2008, p. 48.

HLAVÁ ČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. – PRIATKOVÁ, L. 2011. Electrical Properties of

Dried Quinces Utilization. In: Book of Abstracts 2th International conference

Sustainable Postharvest and Food Technologies – INOPTEP 2011, Velika Plana,

Serbia, 2011, p. 45. ISBN 978-86-7520-209-7

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. 2007a. Meranie kapacitancie a impedancie

sušeného ovocia. In: Recent Advances in Agriculture, Food Processing and Waste

Policy. Mnohoautorské CD z medzinárodnej študentskej vedeckej konferencie. Nitra:

SPU, 2007, p. 92-98. ISBN 978-80-8069-878-2

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. 2007b. Some Electrical Properties of Dried Fruit.

In Tudományos diákköri konferencia előadásainak összefoglalói. Gödöllő : Szent István

Egyetem, 2007, p. 129. ISBN 978-963-9483-83-5

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. – PRIATKOVÁ, L. – VOZÁRY, E. 2011.

Connection between Moisture Content and Electric Properties of Biological Materials

113

In: Book of Abstracts 10th International Workshop for Young Scientists 2011, Gödöllő:

Szent István University Gödöllő, 2011, p. 24-25. ISBN 978-963-269-220-3

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. – PRIATKOVÁ. L. 2011 Determination of the

silon relative permittivity In PRAE 2011: proceedings of scientific works. Nitra : Slovak

University of Agriculture, 2011, p. 80-86. ISBN 978-80-552-0662-2

KERTÉSZ, Á. – HLAVÁČOVÁ, Z. – PRIATKOVÁ, L. 2011. Electrical Properties of

Dried Quinces Utilization. In: Journal on processing and energy, Novi Sad, Serbia, Vol.

15., 2011, no. 3, s. 127-129. ISSN 1821-4487.

KERTÉSZ, Á. – PRIATKOVÁ, L. 2009. Electrical Properties of Dried Fruits. In: Book

of Abstracts of 8th International Workshop for Young Scientists 2009. Lublin: Institute

of Agrophysics Polish Academy of Sciences, 2009, p. 67. ISBN 978-83-89969-41-5

KERTÉSZ, Á. – VOZÁRY, E. 2009. Connection between moisture content and

electrical impedance of carrot slices during drying. In Book of Abstracts of 15th

Workshop: Energy and Environment 2009. Gödöllő: Szent István University Gödöllő,

2009, p. 21.

KERTÉSZ, Á. – VOZÁRY, E. 2010. Change of dielectrical and rheological properties

of carrot slices during drying. In: Book of Abstracts XXXIV. KUTATÁSI ÉS

FEJLESZTÉSI TANÁCSKOZÁS 2010. Gödöllő: Szent István University Gödöllő, 2010,

p. 21.

KERTÉSZ, Á. – VOZÁRY, E. – HLAVÁČOVÁ, Z. – VALACH, M. 2010. Závislosť

medzi relatívnou vlhkosťou a elektrickými vlastnosťami vybraných biologických

materiálov počas sušenia. In XII. medzinárodná vedecká konferencia mladých 2010

[Zborník na CD ROM]. Nitra : Technická fakulta SPU, 2010, s. 78-85. ISBN 978-80-

552-0441-3

KERTÉSZ, Á. – VOZÁRY, E. – HLAVÁČOVÁ, Z. – PRIATKOVÁ, L. 2010. Changes

in Moisture Content and Electrical Impedance of Carrot Slices during Drying. In

Proceedings of 4th International conference Trends in Agricultural Engineering 2010.

Prague: Czech University of Life Sciences Prague, 2010, p. 302-306. ISBN 978-80-

213-2088-8

PRIATKOVÁ, L. – HLAVÁČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2010. Colour Determination of

the Blueberries Fruits. In Book of Abstracts, International Conference of Food Physics

2010, SUA Nitra, 2010, p. 30-31. ISBN 978-80-552-0463-5

114

PRIATKOVÁ, L. – HLAVÁČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2010. Hunter colour

determination of blueberry cultivars. In Journal of food physics Vol. XXIII. Budapest:

Corvinus University of Budapest, vol. 23, 2010, p. 18-21. ISSN 1416-3365

PRIATKOVÁ, L. – HLAVÁČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. 2011. Electrical capacity and

resistance measurement of blueberry cultivars (Vaccinium Corymbosum L.). In The

Scientific Journal for Agricultural Engineering. Nitra: Slovak University of Agriculture,

vol. 14, 2011, no. 2, p. 32-35. ISSN 1335-2555,


resistance measurement of highbush blueberry cultivars (Vaccinium Corymbosum L.).

In Proceedings of 4th International Conference “Science and Higher Wducation In

Function of sustainable development” SED 2011. Uzice: High Business – Technical

School of Uzice, 2011, p. 47-52. ISBN 978-86-83573-22-6


resistance measurement of highbush blueberry cultivars (Vaccinium Corymbosum L.).

In Proceedings of abstract 4th International Conference “Science and Higher

Wducation In Function of sustainable development” SED 2011. Uzice: High Business –

Technical School of Uzice, 2011, p. 87. ISBN 978-86-83573-21-9

PRIATKOVÁ, L. – HLAVÁČOVÁ, Z. – KERTÉSZ, Á. – VIETORIS, V. –

SEDLÁČKOVÁ-HORČINOVÁ, V. 2010. Sensory Analysis of Blueberry Cultivars. In

Proceedings of International Ph.D. Students Conference MendelNet 2010, Brno:

Mendel University in Brno, 2010, p. 756-763. ISBN 978-80-7375-453-2

PRIATKOVÁ, L. – KERTÉSZ, Á. – MEDVECKÝ, M. – DANIEL, J. 2010. Changing

in blueberries texture as a results of thawing. In 9th International Workshop for Young

Scientists, BioPhys Spring 2010, Nitra: SPU, 2010, p. 29-31. ISBN 978-80-552-0392-8

VOZÁRY, E. – KERTÉSZ, Á. 2011. “Répaszeletek elektromos impedancia paraméterei

szárítás során”. In 7. Magyar Szárítási Szimpózium at Szent István University Gödöllő,

Gödöllő: Szent István University Gödöllő, 2011, ISBN 978-963-269-211-1

VOZÁRY, E. – KERTÉSZ, Á. 2011. “Impedance Parameters of Carrot Slices during

Drying”. In 9th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with

Water and Moist Substances ISEMA 2011, Kansas City, Missouri USA, United States,

2011, p. 279 – 286.

115

Prílohy

Obr. 43 Elektrická sušička KCW – 100

Obr. 44 Elektrická sušička Venticell 111

116

Obr. 45 Digitálna váha SARTORIUS BASIC BA 110S

Obr. 46 Digitálna váha SI-603

117

Obr. 47 Exsikátor

Obr. 48 Johansonove koncové mierky TGL RGW 720/0

118

Tab. 27 Hodnoty frekvencie f a odporu R pre vzorku sušeného jablka č. 2

f; kHz č.m. R; kΩ Počet hodnôt Priemer Medián Maximum Minimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba 1 38531 2 41017 0,05 3 43365

3 40971 41017 43365,00 38531,00 4834 5843476 2417,328 1395,645

1 35982 2 35985 0,1 3 36128

3 36031,67 35985 36128,00 35982,00 146 6962 83,441 48,174

1 31486 2 31587 0,2 3 31625

3 31566 31587 31625,00 31486,00 139 5161 71,84 41,477

1 24160 2 24178 0,5 3 24226

3 24188 24178 24226,00 24160,00 66 1164 34,117 19,698

1 18011 2 18002 1 3 18027

3 18013,33 18011 18027,00 18002,00 25 160 12,662 7,311

1 10326 2 10319 3 3 10318

3 10321 10319 10326,00 10318,00 8 19 4,359 2,517

1 5859,1 2 5854,2 10 3 5851,6

3 5854,97 5854,2 5859,10 5851,60 7,5 15 3,808 2,199

1 2879,1 2 2880,7 50 3 2876,0

3 2878,6 2879,1 2880,70 2876,00 4,7 6 2,39 1,38

1 1896,7 2 1894,2 100 3 1890,7

3

1893,87 1894,2 1896,70 1890,70 6 9 3,014 1,74

1 1122,3 2 1125,0 200 3 1134,7

3 1127,33 1125 1134,70 1122,30 12,4 43 6,521 3,765

119

Tab. 28 Hodnoty frekvencie f, a impedancie Z pre vzorku sušeného jablka č. 2

f; kHz č.m. Z; kΩ Počet hodnôt Priemer Medián Maximum Minimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba 1 32799 2 32478 0,05 3 32518

3 32598,3332518 32799,00 32478,00 321 30600,33 174,9295 100,9956

1 28381 2 28416 0,1 3 28429

3 28408,6728416 28429,00 28381,00 48 616,33 24,8261 14,3333

1 20441 2 20454 0,2 3 20437

3

20444

20441

20454,00 20437,00

17

79

8,8882

5,1316

1 10931 2 10935 0,5 3 10927

3 10931 10931 10935,00 10927,00 8 16 4 2,3094

1 6333,52 6334,41 3 6332,4

3 6333,43 6333,5 6334,40 6332,40 2 1 1,0017 0,5783

1 2543,62 2543,43 3 2543,3

3

2543,43

2543,4

2543,60 2543,30

0,3

0,02

0,1528

0,0882

1 882,442 882,3510 3 882,37

3 882,39 882,37 882,44 882,35 0,09 0 0,0473 0,0273

1 192,412 192,2 50 3 192,45

3 192,35 192,41 192,45 192,20 0,25 0,02 0,1343 0,0775

1 97,9732 97,955100 3 97,946

3 97,96 97,96 97,97 97,95 0,027 0 0,0137 0,0079

1 49,2432 49,334200 3 49,255

3 49,28 49,26 49,33 49,24 0,091 0 0,0494 0,0285

120

Tab. 29 Hodnoty frekvencie f a odporu R pre vzorku dula č. 4

f; kHz č.m. R; kΩ Počet hodnôt Priemer Medián Maximum Minimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba 1 10,4702 10,4950,05 3 10,502

3 10,489 10,495 10,5020 10,4700 0,032 0,000283 0,016823 0,009713

1 10,2792 10,2770,1 3 10,217

3

10,25767

10,277

10,2790 10,2170

0,062

0,001241

0,035233

0,020342

1 9,99282 9,98580,2 3 9,9812

3 9,9866 9,9858 9,9928 9,9812 0,0116 0,000034 0,005841 0,003372

1 9,62202 9,62020,5 3 9,6168

3 9,61967 9,6202 9,6220 9,6168 0,0052 0,000007 0,002641 0,001525

1 9,41262 9,41091 3 9,4083

3

9,4106

9,4109

9,4126 9,4083

0,0043

0,000005

0,002166

0,00125

1 9,35292 9,36823 3 9,3702

3 9,36377 9,3682 9,3702 9,3529 0,0173 0,00009 0,009464 0,005464

1 9,15662 9,155910 3 9,1600

3 9,1575 9,1566 9,1600 9,1559 0,0041 0,000005 0,002193 0,001266

1 8,68842 8,689550 3 8,6892

3

8,68903

8,6892

8,6895 8,6884

0,0011

0

0,000569

0,000328

1 8,43462 8,4388100 3 8,4182

3 8,43053 8,4346 8,4388 8,4182 0,0206 0,000118 0,010885 0,006285

1 8,13682 8,1358200 3 8,1342

3 8,1356 8,1358 8,1368 8,1342 0,0026 0,000002 0,001311 0,000757

121

Tab. 30 Hodnoty frekvencie f a kapacity C pre vzorku dula č. 4

f; kHz č.m. C; pF Počet hodnôt Priemer Medián Maximum Minimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba 1 31198 2 30948 0,05 3 30823

3 30989,67 30948 31198,0000 30823,0000 375 36458,33 190,9407 110,2396

1 13141 2 13097 0,1 3 13043

3

13093,67

13097

13141,0000 13043,0000

98

2409,33

49,085

28,3392

1 5210,3 2 5196,7 0,2 3 5186,5

3

5197,83

5196,7

5210,3000 5186,5000

23,8

142,57

11,9404

6,8938

1 1563,8 2 1560,0 0,5 3 1558,0

3 1560,6 1560 1563,8000 1558,0000 5,8 8,68 2,9462 1,701

1 650,80 2 648,56 1 3 633,11

3

644,16

648,56

650,8000 633,1100

17,69

92,78

9,632

5,5611

1 214,11 2 213,30 3 3 212,35

3 213,25 213,3 214,1100 212,3500 1,76 0,78 0,8809 0,5086

1 91,44 2 91,44 10 3 91,40

3 91,43 91,44 91,4400 91,4000 0,04 0 0,0231 0,0133

1 38,069 2 38,063 50 3 38,072

3

38,07

38,07

38,0720 38,0630

0,009

0

0,0046

0,0026

1 29,125 2 29,120 100 3 29,033

3 29,09 29,12 29,1250 29,0330 0,092 0 0,0517 0,0299

1 24,419 2 24,413 200 3 24,425

3 24,42 24,42 24,4250 24,4130 0,012 0 0,006 0,0035

122

Tab. 31 Čas sušenia t, hmotnosť m, priemer d, hrúbka h, relatívna vlhkosť ω pre vzorky

č. 1 až 42

Vzorka č. d; mm h; mm t; min m0; g m; g me; g ω; % 1 34,918 9,154 0 8,961 8,069 1,065 86,801 2 33,512 8,402 0 7,477 6,822 0,911 86,646 3 32,370 8,582 60 8,378 6,743 0,986 85,377 4 31,896 8,614 60 8,612 6,469 1,038 83,954 5 33,614 8,558 90 9,847 6,954 0,941 86,468 6 27,210 7,568 90 5,988 4,045 0,669 83,461 7 30,508 7,176 150 8,192 4,810 0,993 79,355 8 32,078 7,966 150 9,284 5,612 1,055 81,201 9 31,740 7,458 210 9,787 5,220 1,056 79,770 10 29,338 6,892 210 8,384 4,357 0,905 79,228 11 25,828 5,856 270 7,009 2,928 0,679 76,810 12 26,754 6,788 270 8,015 3,592 0,883 75,417 13 24,452 4,980 330 6,079 2,149 0,645 69,986 14 25,904 5,094 330 7,351 2,290 0,785 65,720 15 28,146 5,546 390 9,057 2,994 0,955 68,102 16 24,966 4,970 390 7,195 2,093 0,788 62,350 17 22,734 4,936 450 6,665 1,737 0,766 55,900 18 26,130 4,816 450 8,467 2,577 1,066 58,634 19 22,350 4,540 510 6,768 1,734 0,845 51,268 20 23,042 3,966 510 6,949 1,500 0,883 41,133 21 23,200 4,434 570 7,541 1,713 0,957 44,131 22 23,872 4,022 570 7,987 1,689 0,999 40,852 23 25,254 3,446 630 8,270 1,671 1,148 31,298 24 23,974 3,212 630 8,007 1,695 1,100 35,103 25 21,000 4,048 1440 6,755 0,994 0,872 12,273 26 21,088 3,560 1440 5,896 0,851 0,756 11,163 27 24,360 2,568 600 8,105 1,082 0,923 14,695 28 25,878 2,706 600 7,201 1,211 1,047 13,542 29 25,772 2,848 660 8,177 1,246 1,079 13,402 30 27,142 2,960 660 8,572 1,320 1,158 12,272 31 26,586 3,446 720 9,348 1,491 1,404 5,835 32 27,112 3,226 720 10,262 1,626 1,294 20,412 33 23,734 2,672 780 6,984 1,045 0,951 8,995 34 25,404 3,404 780 8,498 1,255 1,108 11,713 35 26,132 3,116 840 9,096 1,333 1,184 11,177 36 26,280 2,894 840 8,584 1,252 1,110 11,341 37 26,150 2,892 900 8,386 1,201 1,073 10,657 38 27,278 2,932 900 8,680 1,393 1,234 11,414 39 24,126 3,412 960 8,688 1,243 1,099 11,584 40 25,220 3,228 960 8,755 1,264 1,125 10,996 41 26,914 3,096 1020 8,590 1,426 1,258 11,781 42 27,384 3,312 1020 8,551 1,445 1,286 11,003

123

Tab. 32 Štatistické údaje k Tab. 31

Počet hodnôt Priemer Medián MaximumMinimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba ω; % 42 43,41000 40,99250 86,8010 5,8350 80,96600 949,6189 30,81589 4,754995

124

Tab. 33 Čas sušenia s, hmotnosť m, priemer d, hrúbka h a relatívna vlhkosť ω pre vzorky č. 1 až 42

Vzorka č. d; mm h; mm t; min m0; g m; g me; g ω; % Z

(104 Hz) Z

(105 Hz) Z

(5.105 Hz) Z

(8.105 Hz) Z

(106 Hz) Z

(107 Hz) Z

(2,8.107 Hz) 1 36,172 9,274 0 8,961 8,961 1,065 88,1152 72386,3 28400,9 19752,5 18912,8 28166,4 18302,3 13579,3 2 35,114 8,666 0 7,477 7,477 0,911 87,816 25416,8 6459,71 2969,37 2438,47 1617,14 944,27 888,568 3 34,262 9,148 60 8,378 6,949 0,986 85,8109 20597,5 4029,42 1341,42 1034,86 943,685 562,173 539,084 4 34,61 9,234 60 8,612 7,16 1,038 85,5028 16890,2 3813 1477,96 1211,37 923,785 576,79 576,237 5 37,28 9,58 90 9,847 7,563 0,941 87,5578 13385,4 2886,84 967,785 738,85 596,298 321,099 304,833 6 30,36 8,434 90 5,988 4,427 0,669 84,8882 17657,3 3107,32 907,748 674,504 674,93 367,931 365,385 7 36,302 9,508 150 8,192 5,335 0,993 81,3871 16576,6 3299,17 1101,42 857,768 1135,07 459,715 801,332 8 36,8 9,43 150 9,284 6,277 1,055 83,1926 20961,8 3600,41 1049,93 787,869 711,446 420,739 403,702 9 36,8 9,43 210 9,787 5,886 1,056 82,0591 19217,3 4195,29 1740,36 1462,64 1519,93 895,097 826,522 10 34,95 8,798 210 8,384 4,855 0,905 81,3594 19245,2 3707,25 1355,01 1094,09 1494,27 912,338 893,262 11 32,018 9,148 270 7,009 3,322 0,679 79,5605 21378,9 7535,34 3941,18 3330,53 5957,88 1993,33 1145,12 12 32,946 9,466 270 8,015 4,134 0,883 78,6405 11163,6 1905,79 1458,93 1050,63 997,421 641,783 671,253 13 30,854 8,196 330 6,079 2,561 0,645 74,8145 12480,5 2454,63 800,487 604,71 616,741 293,545 235,453 14 33,81 8,332 330 7,351 2,739 0,785 71,3399 13423,7 4069,26 1697,81 1342,93 961,957 390,079 293,242 15 36,136 9,296 390 9,057 3,465 0,955 72,4387 7513,98 2148,82 803,292 618,826 575,082 283,395 256,617 16 32,268 8,892 390 7,195 2,552 0,788 69,1223 16724,6 3044,8 945,179 709,59 621,681 295,907 231,526 17 31,246 9,136 450 6,665 2,07 0,766 62,9952 7681,71 2029,52 764,234 591,097 563,055 235,294 188,717 18 35,626 8,832 450 8,467 2,879 1,066 62,9733 21048,9 4569,4 1708,35 1337,69 1094,13 456,648 342,203 19 31,314 9,25 510 6,768 2,002 0,845 57,7922 24143,7 8356,94 3710,49 2901,2 2158,39 657,621 437,159 20 32,146 8,624 510 6,949 1,827 0,883 51,6694 9466,69 3441,08 1558,71 1243,37 1363,09 495,967 361,094 21 34,408 8,798 570 7,541 1,928 0,957 50,3631 101277 21454,5 6701,7 4765,17 3256,54 798,83 493,333 22 35,092 8,912 570 7,987 1,962 0,999 49,0826 85844 37376,6 16525,9 12342,7 14200,9 2587,16 1276,7 27 22,428 2,396 600 8,105 1,425 0,923 35,2281 64249,3 61703,7 8635,83 6956,02 4871,27 2903,39 2038,57 28 25,74 2,694 600 7,201 1,52 1,047 31,1184 326543 108750 42223,4 31793,8 36689,7 9342,55 5858,35 23 35,298 8,94 630 8,27 1,866 1,148 38,478 885401 172196 48696,9 33757,8 27273,2 4670,94 2197,22 24 34,136 9,064 630 8,007 1,943 1,1 43,3865 268997 87582,2 32127,3 23213,8 22949,8 3837,15 1816,81 29 25,22 3,382 660 8,177 1,537 1,079 29,7983 11439800 1780940 441748 294511 212627 34259,5 17953,9 30 25,394 3,12 660 8,572 1,542 1,158 24,9027 9752720 1611590 432318 297811 236098 49755,2 29393,5

125

31 26,312 3,928 720 9,348 1,792 1,404 21,6518 19889600 2728830 646555 423873 323968 49369,3 25451,9 32 26,842 3,298 720 10,262 2,023 1,294 36,0356 697517 207428 77395,2 57808,6 54653,2 14911,2 9777 33 23,356 5,226 780 6,984 1,102 0,951 13,7024 2,87E+08 27170300 5346550 3369030 2690330 319336 138080 34 24,98 3,46 780 8,498 1,37 1,108 19,1241 3,87E+08 30261900 4996520 2989740 2386190 235154 100251 35 26,4 3,514 840 9,096 1,442 1,184 17,8918 57616800 5523930 1091350 692952 535281 80643,4 62036,6 36 25,466 4,208 840 8,584 1,354 1,11 18,0207 5,12E+08 44550600 7705110 4648500 3692950 411957 192439 37 26,222 3,998 900 8,386 1,278 1,073 16,0407 2,31E+08 21720400 4177280 2620170 2082450 288327 152560 38 26,644 3,576 900 8,68 1,493 1,234 17,3476 1,43E+08 13036400 2414370 1495440 1273590 177375 101088 39 23,448 3,938 960 8,688 1,326 1,099 17,1192 80723200 8377000 1820760 1187760 941243 159268 85678,7 40 23,87 4,118 960 8,755 1,338 1,125 15,9193 2,94E+08 28088500 5451700 3430930 2758320 389191 199115 41 27,174 4,172 1020 8,59 1,797 1,258 29,9944 42 27,386 4,124 1020 8,551 1,788 1,286 28,0761 25 31,778 9,108 1440 6,755 1,001 0,872 12,8871 56528700 10231400 2457150 1595280 1292540 145971 57870,5 26 31,062 7,776 1440 5,896 0,858 0,756 11,8881 2,28E+08 23182800 4748940 3002320 2393730 248570 92707,8

Tab. 34 Štatistické údaje k Tab. 33

Počet hodnôt Priemer Medián Maximum Minimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba ω; % 42 50,1689 49,7229 88,1152 11,8881 76,2271 767,5982 27,7055 4,2750

104 Hz 40 58019200 68317,8 5,1200E+08 7513,98 511992486 1,50133E+16 122528634 1,9373E+07 105 Hz 40 5476603 24927,7 4,4551E+07 1905,79 44548694,2 1,18612E+14 10890892,3 1,7220E+06

5.105 Hz 40 1050318 7668,7657,7051E+06 764,234 7704345,77 3,99233E+12 1998082,7 3,1592E+05 8.105 Hz 40 656547,5 5860,5954,6485E+06 591,097 4647908,9 1,52153E+12 1233503,87 195034,0866 106 Hz 40 525897,6 5414,5753,6930E+06 563,055 3692386,95 9,70758E+11 985270,38 155784,9255 107 Hz 40 66443,34 2290,245 411957 235,294 411721,706 1,3800E+10 117474,932 18574,41766 108 Hz 40 32535,61 1210,91 199115 188,717 198926,283 3,1346E+09 55987,3412 8852,375921

126

Tab. 35 Parametre sušenia v závislosti od času sušenia

Rez 1 Rez 2 Rez 3 Čas sušenia ,

min Teplota ,

°C m , g ω , % MR

Z ; Ω (1 MHz)

m , g ω , % MR Z ; Ω

(1 MHz) m , g ω , % MR

Z ; Ω (1 MHz)

0 50 7,888 89,591 1 1284,24 6,579 89,466 1 777,621 8,195 89,445 1 771,355 30 50 7,019 88,303 0,878 800,859 5,706 87,855 0,853 623,655 7,266 88,095 0,874 849,915 60 50 6,305 86,978 0,778 768,083 4,983 86,093 0,731 573,152 6,481 86,653 0,768 765,926 90 50 5,600 85,339 0,679 706,013 4,264 83,748 0,611 570,468 5,712 84,856 0,665 739,135 150 50 4,423 81,437 0,514 704,648 3,159 78,063 0,425 522,115 4,453 80,575 0,495 715,456 210 50 3,460 76,271 0,379 574,478 2,243 69,104 0,271 334,307 3,399 74,551 0,353 514,542 270 50 2,871 71,403 0,297 581,657 1,758 60,580 0,190 386,675 2,802 69,129 0,272 508,392 990 50 0,821 0,000 0,010 0,693 0,000 0,011 0,865 0,000 0,011

Počet hodnôt 8 8 7 8 8 7 8 8 7 Priemer 72,4153 0,5668 774,28 69,3636 0,5115 541,1419 71,663 0,5548 694,9601 Medián 83,3880 0,5965 706,0130 80,9055 0,5180 570,468 82,7155 0,5800 739,135

Maximum 89,5910 1 1284,2 89,4660 1,0000 777,6210 89,4450 1,0000 849,9150 Minimum 0,0000 0,0100 574,4780 0,0000 0,0110 334,3070 0,0000 0,0110 508,3920 Rozpätie 89,5910 0,9900 709,7620 89,466 0,989 443,314 89,445 0,989 341,523 Rozptyl 895,40 0,1089 57889,58 885,29 0,1189 21936,3608 887,82 0,1111 17435,54

Smerodajná odchýlka

29,9232 0,3300 240,6025 29,7538 0,3448 148,1092 29,7963 0,3333 132,0437

Smerodajná chyba

10,5794 0,1166 90,9392

10,5195 0,1219 55,9800

10,5345 0,1178 49,9078

Rez 4 Rez 5 Rez 6 Čas sušenia ,

min Teplota ,

°C m , g ω , % MR

Z ; Ω (1 MHz)

m , g ω , % MR m , g ω , % MR

0 50 7,193 89,281 1 634,631 7,985 89,217 1 7,672 89,181 1 30 50 6,276 87,715 0,859 723,9 7,115 87,899 0,879 6,642 87,504 0,851 60 50 5,506 85,997 0,740 642,106 6,392 86,530 0,779 5,845 85,800 0,736 90 50 4,760 83,803 0,626 626,119 5,589 84,595 0,668 5,077 83,652 0,626 150 50 3,540 78,220 0,438 568,947 4,350 80,207 0,496

3,818 78,261 0,444

127

210 50 2,560 69,883 0,288 475,955 3,347 74,275 0,358 2,857 70,949 0,306 270 50 2,017 61,775 0,204 398,381 2,742 68,600 0,274 2,330 64,378 0,230 990 50 0,771 0,000 0,013 0,861 0,000 0,014 0,830 0,000 0,014

Počet hodnôt 8 8 7 8 8 8 8 Priemer 69,5843 0,5210 581,4341 71,41538 0,5585 69,96563 0,52588 Medián 81,0115 0,5320 626,119 82,401 0,582 80,9565 0,535

Maximum 89,2810 1,0000 723,9000 89,2170 1,0000 89,1810 1,0000 Minimum 0,0000 0,0130 398,3810 0,0000 0,0140 0,0000 0,0140 Rozpätie 89,281 0,987 325,519 89,217 0,986 89,181 0,986 Rozptyl 880,84 0,1175 12265,74 883,4735 0,1114 873,0086 0,1128

Smerodajná odchýlka

29,6789 0,3428 110,7508 29,72328 0,33376 29,54672 0,33579

Smerodajná chyba

10,4930 0,1212 41,8598

10,5087 0,118

10,4463 0,1187

128

Tab. 36 Hodnoty frekvencie f, kapacity C pre vzorku dula č. 5

f; kHz č.m. C ; pF Počet hodnôt Priemer Medián Maximum Minimum Rozpätie Rozptyl Smerodajná odchýlka Smerodajná chyba 1 10,1250 2 10,1310 1 3 10,1260

3

10,1273

10,1260

10,1310

10,1250

0,006

0,00001033

0,0032

0,0019

1 8,9902 2 8,9931 3 3 8,9923

3

8,9919

8,9923

8,9931

8,9902

0,0029

0,00000224

0,0015

0,0009

1 8,4989 2 8,4962 5 3 8,4950

3

8,4967

8,4962

8,4989

8,4950

0,0039

0,00000399

0,0020

0,0012

1 7,9214 2 7,9195 10 3 7,9190

3

7,9200

7,9195

7,9214

7,9190

0,0024

0,00000160

0,0013

0,0007

1 7,6405 2 7,6421 15 3 7,6418

3

7,6415

7,6418

7,6421

7,6405

0,0016

0,00000072

0,0009

0,0005

1 7,4048 2 7,4070 25 3 7,4018

3

7,4045

7,4048

7,4070

7,4018

0,0052

0,00000681

0,0026

0,0015

1 7,2432 2 7,2399 40 3 7,2376

3

7,2402

7,2399

7,2432

7,2376

0,0056

0,00000792

0,0028

0,0016

1 7,1719 2 7,1720 50 3 7,1713

3

7,1717

7,1719

7,1720

7,1713

0,0007

0,00000014

0,0004

0,0002

1 7,0316 2 7,0301 100 3 7,0321

3

7,0313

7,0316

7,0321

7,0301

0,002

0,00000108

0,0010

0,0006

1 6,9933 2 6,9921 200 3 6,9940

3

6,9931

6,9933

6,9940

6,9921

0,0019

0,00000092

0,0010

0,0006

129

Tab. 37 Stanovené počty pixelov pomocou vytvoreného programu pre koncovú mierku

20 mm s rozmermi 20 mm x 35 mm

Snímka etalónu č. Počet pixelov Počet pixelov na mm2 Plocha , mm2 1 678846 969,78 700 2 677238 967,4829 700 3 678692 969,56 700 4 679142 970,2029 700 5 679202 970,2886 700 6 678933 969,9043 700 7 678034 968,62 700 8 679650 970,9286 700 9 679641 970,9157 700 10 679246 970,3514 700

Počet hodnôt 10 10

Priemer 678862,4000 969,8034286

Medián 679037,5000 970,0536

Maximum 679650,0000 970,9286

Minimum 677238,0000 967,4829

Rozpätie 2412 3,4457143

Rozptyl 547377,3778 1,1171

Smerodajná odchýlka 739,8496 1,0569

Smerodajná chyba 233,9610 0,3342

Tab. 38 Stanovené plochy a počty pixelov pomocou vytvoreného programu pre vzorku

sušenej dule č. 5

Snímka vzorky č. Počet pixelov Plocha

z priemerného počtu pixelov na mm2, mm2

1 324981 335,0998671 2 325176 335,3009387 3 324420 334,5213993 4 324984 335,1029605 5 325084 335,2060742 6 323877 333,961492

Počet hodnôt 6 6 Priemer 324753,6667 334,8654553 Medián 324982,5000 335,1014

Maximum 325176,0000 335,3009387 Minimum 323877,0000 333,961492 Rozpätie 1299 1,339446698 Rozptyl 254419,4667 0,2705

Smerodajná odchýlka 504,4001 0,5201 Smerodajná chyba 205,9205 0,2123

130

Tab. 39 Vypočítané kapacity a relatívne permitivity pre meranú vzorku sušenej dule č. 5

f ; kHz Ca ; pF raε

1 4,6188 12,0888 3 3,5200 9,2128 5 3,0444 7,9681 10 2,4650 6,4516 15 2,1928 5,7393 25 1,9525 5,1102 40 1,8161 4,7532 50 1,7563 4,5968 100 1,6304 4,2672 200 1,5275 3,9979

Počet hodnôt 10 10

Priemer 2,4524 6,4186 Medián 2,0727 5,4247

Maximum 4,6188 12,0888 Minimum 1,5275 3,9979 Rozpätie 3,0913 8,0908 Rozptyl 0,9913 6,7905

Smerodajná odchýlka 0,9956 2,6059 Smerodajná chyba 0,3148 0,8240

131


konduktivity σ pre vzorku mlieko Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 % meranej prvý

deň

f ; kHz č.m. C ; µF C ; µF R ; Ω R ; Ω σ ; S.m-1 Z ; Ω Z ; Ω

1 29,321 44,439 44,683

2 29,393 44,43 44,675 1

3 29,441

29,385

44,422

44,430 0,605431

44,669

44,675

1 19,448 42,274 42,334

2 19,468 42,27 42,329 3

3 19,49

19,46867

42,266

42,27 0,636373

42,327

42,33

1 16,274 41,696 41,723

2 16,296 41,693 41,721 5

3 16,317

16,29567

41,691

41,693 0,645175

41,719

41,721

1 12,547 41,179 41,185

2 12,561 41,177 41,184 10

3 12,577

12,56167

41,175

41,177 0,653265

41,182

41,183

1 10,687 40,955 40,954

2 10,699 40,953 40,953 15

3 10,713

10,69967

40,952

40,953 0,656833

40,95

40,952

1 8,5816 40,728 40,728

2 8,6002 40,728 40,727 25

3 8,5931

8,591633

40,727

40,727 0,660472

40,726

40,727

1 6,9099 40,561 40,558

2 6,9127 40,56 40,558 40

3 6,9094

6,910667

40,559

40,56 0,663202

40,555

40,557

1 6,2326 40,477 40,475

2 6,2485 40,478 40,474 50

3 6,2592

6,246767

40,475

40,4766 0,664568

40,473

40,474

1 4,8228 40,277 40,272

2 4,8301 40,277 40,27 100

3 4,8428

4,8319

40,272

40,275 0,66789

40,268

40,27

1 4,3471 40,096 40,083

2 4,6639 40,089 40,08 200

3 4,5127

4,5079

40,096

40,093 0,670916

40,074

40,079

132


konduktivity σ pre vzorku mlieko Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 % meranej

druhý deň


1 39,478 44,601 44,758 2 39,545 44,598 44,756 1 3 39,542

39,5217

44,594

44,597

0,603

44,754

44,756

1 21,806 42,769 42,82 2 21,823 42,765 42,817 3 3 21,838

21,8223

42,761

42,765

0,629

42,817

42,818

1 16,618 42,171 42,208 2 16,643 42,171 42,208 5 3 16,645

16,6353

42,17

42,170

0,637

42,208

42,208

1 11,404 41,572 41,59 2 11,419 41,571 41,588 10 3 11,411

11,4113

41,57

41,571

0,647

41,587

41,588

1 8,9996 41,291 41,305 2 8,9949 41,29 41,304 15 3 8,996

8,99683

41,29

41,290

0,651

41,307

41,305

1 6,52 40,996 41,006 2 6,524 40,996 41,006 25 3 6,5289

6,5243

40,996

40,996

0,656

41,006

41,006

1 4,7364 40,76 40,766 2 4,7352 40,76 40,765 40 3 4,7393

4,73696

40,759

40,759

0,659

40,765

40,765

1 4,0539 40,652 40,658 2 4,0514 40,65 40,657 50 3 4,0488

4,05136

40,65

40,650

0,661

40,657

40,657

1 2,4331 40,346 40,351 2 2,4333 40,346 40,349 100 3 2,4383

2,4349

40,348

40,346

0,666

40,35

40,35

1 1,4138 40,065 40,068 2 1,4152 40,067 40,062 200 3 1,4099

1,41296

40,063

40,065

0,671

40,067

40,065

133


konduktivity σ pre vzorku mlieko Rajo polotučné s obsahom tuku 1,5 % meranej tretý

deň


1 36,933 34,361 34,481 2 37,102 34,339 34,463 1 3 37,264

37,099

34,322

34,340

0,783

34,443

34,462

1 23,812 32,527 32,559 2 23,918 32,521 32,553 3 3 24,028

23,919

32,516

32,521

0,827

32,547

32,553

1 20,205 31,964 31,973 2 20,261 31,961 31,97 5 3 20,354

20,273

31,956

31,9603

0,841

31,966

31,969

1 14,317 31,456 31,456 2 14,357 31,454 31,453 10 3 14,384

14,352

31,451

31,453

0,855

31,45

31,453

1 11,508 31,204 31,2 2 11,527 31,202 31,198 15 3 11,547

11,527

31,2

31,202

0,862

31,196

31,198

1 8,3496 30,944 30,94 2 8,3619 30,942 30,938 25 3 8,3727

8,3614

30,94

30,942

0,869

30,936

30,938

1 6,055 30,728 30,724 2 6,0458 30,727 30,723 40 3 6,0607

6,053

30,725

30,726

0,875

30,721

30,722

1 5,1833 30,619 30,616 2 5,1966 30,618 30,614 50 3 5,1909

5,190

30,616

30,617

0,878

30,614

30,614

1 3,0954 30,342 30,339 2 3,0993 30,341 30,339 100 3 3,1023

3,099

30,339

30,340

0,886

30,336

30,338

1 1,8383 30,078 30,08 2 1,8666 30,077 30,076 200 3 1,8701

1,858

30,078

30,077

0,894

30,074

30,076

134


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka hladká meraná

doskovým valcovým snímačom

f ; kHz č.m. C ; pF C ; pF rε R ; kΩ R ; kΩ σ ; S.m-1 Z ; kΩ Z ; kΩ

1 3,7238 9576,5 43807

2 3,7746 9827,5 43222 1

3 3,8196 3,7726

2,8555

10374 9926

4,184E-06

42853 43294

1 3,2164 3179,7 17002

2 3,1844 3205,8 16818 3

3 3,1921 3,1976

2,4489

3101,2 3162,233

1,313E-05

16903 16907,67

1 2,9795 1698,2 10793

2 2,9871 1714,9 10830 5

3 2,9967 2,9877

2,3147

1773 1728,7

2,402E-05

10811 10811,33

1 2,7872 714,61 5756

2 2,786 714,82 5755,1 10

3 2,7862 2,7864

2,1502

712,97 714,133

5,815E-05

5755,1 5755,4

1 2,6843 394,22 3969,6

2 2,6865 398,2 3964,5 15

3 2,6887 2,6865

2,0845

391,22 394,546

1,053E-04

3968,7 3967,6

1 2,6089 231,85 2449,1

2 2,6082 224,86 2449,4 25

3 2,6096 2,6089

2,0252

223,5 226,736

1,832E-04

2445,4 2447,967

1 2,5361 120,49 1575,9

2 2,535 120,29 1573,5 40

3 2,5368 2,5359

1,9858

118,67 119,816

3,466E-04

1570,2 1573,2

1 2,5034 92,981 1274,9

2 2,5046 90,107 1275,2 50

3 2,5058 2,5046

1,9697

91,423 91,503

4,539E-04

1271,9 1274

1 2,4358 40,845 654,28

2 2,4345 42,759 654,78 100

3 2,4353 2,4352

1,9390

43,076 42,226

9,835E-04

653,36 654,14

1 2,4177 19,472 326,71

2 2,4335 19,645 325,44 200

3 2,4435 2,4315

1,8660

20,402 19,839

2,093E-03

326,93 326,36

135



koaxiálnym snímačom


1 28,349 1405,4 5792,300 2 28,351 1418 5782,200 1 3 28,277

28,326 3,9540

1407 1410,133

2,851E-06

5800,000 5791,500

1 23,762 468,67 2284,500 2 23,718 471,79 2287,500 3 3 23,703

23,728 3,4202

468,64 469,700

8,558E-06

2282,500 2284,833

1 22,106 266 1464,300 2 22,11 266,32 1465,500 5 3 22,107

22,108 3,2221

267,32 266,547

1,508E-05

1466,300 1465,367

1 20,404 117,4 788,970 2 20,401 117,35 788,830 10 3 20,402

20,402 3,0149

117,5 117,417

3,424E-05

788,770 788,857

1 19,646 70,347 544,790 2 19,645 70,165 544,840 15 3 19,636

19,642 2,9327

70,488 70,333

5,715E-05

544,760 544,797

1 18,896 37,821 339,050 2 18,894 37,68 339,100 25 3 18,886

18,892 2,8451

37,495 37,665

1,067E-04

339,080 339,077

1 18,331 20,636 217,890 2 18,33 20,577 218,020 40 3 18,338

18,333 2,7888

20,652 20,622

1,949E-04

218,060 217,990

1 18,107 15,571 176,430 2 18,113 15,532 176,440 50 3 18,108

18,109 2,7691

15,58 15,561

2,583E-04

176,400 176,423

1 17,548 6,6476 90,923 2 17,553 6,666 90,907 100 3 17,553

17,551 2,7184

6,66 6,658

6,038E-04

90,919 90,916

1 17,24 2,9863 46,255 2 17,245 3,0027 46,255 200 3 17,24

17,242 2,6661

2,969 2,986

1,346E-03

46,278 46,263

136





1 36,451 1169,3 4517,600 2 36,435 1165,7 4518,800 1 3 36,426

36,437 6,4753

1163,9 1166,3000

2,312E-06

4518,100 4518,167

1 30,172 388,23 1799,500 2 30,186 388,29 1799,900 3 3 30,189

30,182

5,4358

389,08 388,5333

6,941E-06

1800,500 1799,967

1 28,029 220,3 1156,600 2 28,032 220,08 1156,500 5 3 28,034

28,032 5,0802

219,72 220,0333

1,226E-05

1156,700 1156,600

1 25,814 95,387 623,920 2 25,814 95,277 623,860 10 3 25,812

25,813 4,6859

95,305 95,3230

2,829E-05

623,840 623,873

1 24,83 56,674 431,010 2 24,834 56,645 431,020 15 3 24,837

24,834 4,5396

56,674 56,6643

4,759E-05

430,950 430,993

1 23,912 29,777 267,880 2 23,92 29,71 267,930 25 3 23,911

23,914 4,3759

29,669 29,7187

9,074E-05

267,910 267,907

1 23,217 16,163 172,120 2 23,213 16,163 172,110 40 3 23,214

23,215 4,2897

16,164 16,1633

1,668E-04

172,120 172,117

1 22,964 12,144 139,200 2 22,952 12,122 139,220 50 3 22,944

22,953 4,2389

12,143 12,1363

2,222E-04

139,210 139,210

1 22,245 5,129 71,704 2 22,251 5,1208 71,711 100 3 22,25

22,249 4,1484

5,1295 5,1264

5,260E-04

71,698 71,704

1 21,864 2,318 36,471 2 21,844 2,2506 36,462 200 3 21,868

21,859 4,0331

2,2893 2,2860

1,180E-03

36,491 36,475

137


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka výberová

polohrubá meraná doskovým kondenzátorom


1 37,349 1040,6 4390 2 37,342 1039,1 4386,9 1 3 37,31

37,334 6,6346

1035,6 1038,4333

2,5969E-06

4386 4387,633

1 31,007 385,47 1752,5 2 31,027 385,69 1753,5 3 3 31,021

31,018

5,5863

385,99 385,7167

6,9915E-06

1753 1753,000

1 28,754 225,37 1129,8 2 28,755 225,27 1129,7 5 3 28,756

28,755

5,2113

225,22 225,2867

1,1970E-05

1129,8 1129,767

1 26,267 101,58 614,38 2 26,267 101,67 614,42 10 3 26,27

26,268 4,7684

101,65 101,6333

2,6534E-05

614,35 614,383

1 25,2 61,008 425,34 2 25,203 61,051 425,41 15 3 25,209

25,204 4,6073

61,095 61,0513

4,4171E-05

425,35 425,367

1 24,044 32,613 266,65 2 24,054 32,469 266,53 25 3 24,056

24,051 4,4009

32,501 32,5277

8,2906E-05

266,54 266,573

1 23,332 17,548 171,35 2 23,331 17,48 171,37 40 3 23,338

23,334 4,3117

17,466 17,4980

1,5412E-04

171,34 171,353

1 23,029 13,107 138,84 2 23,028 13,103 138,83 50 3 23,026

23,028 4,2527

13,09 13,1000

2,0586E-04

138,82 138,830

1 22,326 5,3832 71,523 2 22,31 5,3971 71,518 100 3 22,32

22,319 4,1614

5,3929 5,3911

5,0022E-04

71,521 71,521

1 21,926 2,3341 36,357 2 21,937 2,3441 36,363 200 3 21,936

21,933 4,0469

2,3536 2,3439

1,1505E-03

36,348 36,356

138


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka hrubá meraná



1 27,307 1184,3 9166

2 27,283 1171,1 8647,9 1

3 27,269 27,286

4,8491

1180,2 1178,5333

2,2882E-06

8079,7 8631,200

1 16,41 837,25 3290,7

2 16,66 840,87 3439,6 3

3 17,101 16,724

3,0119

872,56 850,2267

3,1718E-06

3416 3382,100

1 15,011 223,45 2132,3

2 15,005 225,93 2130,8 5

3 15,01 15,009

2,7200

227,3 225,5600

1,1956E-05

2129,6 2130,900

1 14,396 89,954 1109

2 14,397 90,146 1108,9 10

3 14,398 14,397

2,6135

90,289 90,1297

2,9921E-05

1109 1108,967

1 14,103 51,891 753,5

2 14,111 52,246 753,42 15

3 14,113 14,109

2,5792

51,498 51,8783

5,1982E-05

753,84 753,587

1 13,83 28,552 461,17

2 13,828 28,248 461,04 25

3 13,833 13,830

2,5307

28,124 28,3080

9,5264E-05

461,03 461,080

1 13,656 15,375 291,74

2 13,656 15,444 291,8 40

3 13,653 13,655

2,5232

15,397 15,4053

1,7505E-04

291,83 291,790

1 13,562 11,717 235,04

2 13,559 11,749 235 50

3 13,562 13,561

2,5044

11,751 11,7390

2,2972E-04

235,03 235,023

1 13,313 5,3385 119,62

2 13,314 5,3356 119,65 100

3 13,32 13,316

2,4828

5,334 5,3360

5,0538E-04

119,62 119,630

1 13,223 2,6012 60,271

2 13,215 2,5354 60,315 200

3 13,219 13,219

2,4390

2,5801 2,5722

1,0484E-03

60,326 60,304

139


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka pšenično-ražná

meraná doskovým kondenzátorom


1 31,993 1128,4 5099,1

2 31,979 1122,8 5100,9 1

3 31,992 31,988

5,6846

1124,9 1125,3667

2,3963E-06

5098,3 5099,433

1 27,555 320,45 1952

2 27,551 320,68 1951,4 3

3 27,561 27,556

4,9627

320,92 320,6833

8,4093E-06

1950,9 1951,433

1 26,168 170,35 1228,4

2 26,161 169,92 1228,6 5

3 26,168 26,166

4,7420

170,27 170,1800

1,5846E-05

1227,9 1228,300

1 24,795 69,134 645,6

2 24,797 69,199 645,59 10

3 24,796 24,796

4,5012

69,262 69,1983

3,8971E-05

645,66 645,617

1 24,195 40,251 440,4

2 24,198 40,303 440,4 15

3 24,197 24,197

4,4232

40,231 40,2617

6,6980E-05

440,4 440,400

1 23,576 21,425 270,92

2 23,576 21,424 270,85 25

3 23,574 23,575

4,3138

21,325 21,3913

1,2607E-04

270,89 270,887

1 23,104 11,75 172,64

2 23,112 11,818 172,6 40

3 23,105 23,107

4,2698

11,84 11,8027

2,2848E-04

172,56 172,600

1 22,918 8,9949 139,17

2 22,919 8,998 139,15 50

3 22,921 22,919

4,2327

8,9964 8,9964

2,9976E-04

139,16 139,160

1 22,413 4,0485 71,109

2 22,416 4,0496 71,123 100

3 22,415 22,415

4,1793

4,0539 4,0507

6,6575E-04

71,111 71,114

1 22,099 1,9579 36,052

2 22,108 1,9518 36,021 200

3 22,13 22,112

4,0799

1,9416 1,9504

1,3826E-03

36,03 36,034

140


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka ražná celozrnná

hladká meraná doskovým kondenzátorom


1 39,787 1382,8 4225,8

2 39,817 1376,6 4225 1

3 39,859 39,821

7,0766

1376,8 1378,7333

1,9559E-06

4232,1 4227,633

1 31,582 423,27 1732,9

2 31,575 423,68 1732,6 3

3 31,567 31,575

5,6865

423,75 423,5667

6,3667E-06

1731,9 1732,467

1 29,114 229,88 1117,3

2 29,127 228,94 1116,8 5

3 29,107 29,116

5,2767

230,11 229,6433

1,1743E-05

1116,9 1117,000

1 26,781 94,972 601,84

2 26,778 95,003 601,86 10

3 26,776 26,778

4,8610

94,957 94,9773

2,8393E-05

601,86 601,853

1 25,778 55,467 415,31

2 25,781 55,536 415,24 15

3 25,787 25,782

4,7130

55,538 55,5137

4,8578E-05

415,28 415,277

1 24,822 28,946 258,09

2 24,811 28,884 258,1 25

3 24,82 24,818

4,5412

28,943 28,9243

9,3234E-05

258,11 258,100

1 24,131 15,696 165,61

2 24,132 15,734 165,64 40

3 24,129 24,131

4,4589

15,701 15,7103

1,7165E-04

165,61 165,620

1 23,851 11,789 133,98

2 23,853 11,802 133,97 50

3 23,856 23,853

4,4052

11,808 11,7997

2,2854E-04

133,99 133,980

1 23,14 5,051 68,97

2 23,131 5,0869 68,981 100

3 23,126 23,132

4,3131

5,063 5,0670

5,3222E-04

68,975 68,975

1 22,71 2,2901 35,103

2 22,721 2,2917 35,101 200

3 22,729 22,720

4,1921

2,3004 2,2941

1,1755E-03

35,087 35,097

141


konduktivity σ , priemernej relatívnej permitivity rε pre vzorku múka špaldová

celozrnná hladká meraná doskovým kondenzátorom


1 33,123 1470,4 5028,1

2 33,094 1472,3 5024,3 1

3 33,16 33,126

5,8868

1464,3 1469,0000

1,8358E-06

5019,4 5023,933

1 27,246 421,94 1991,8

2 27,241 421,71 1992,2 3

3 27,246 27,244

4,9066

422,34 421,9967

6,3904E-06

1991,7 1991,900

1 25,452 225,89 1270,9

2 25,444 226,59 1271,3 5

3 25,451 25,449

4,6122

226,51 226,3300

1,1915E-05

1270,7 1270,967

1 23,735 92,554 676,97

2 23,737 92,7 677,06 10

3 23,735 23,736

4,3087

92,691 92,6483

2,9107E-05

676,99 677,007

1 22,955 54,067 465,38

2 22,957 53,973 465,36 15

3 22,96 22,957

4,1966

54,12 54,0533

4,9890E-05

465,42 465,387

1 22,189 28,458 288,27

2 22,183 28,343 288,33 25

3 22,187 22,186

4,0597

28,329 28,3767

9,5033E-05

288,29 288,297

1 21,638 15,444 184,54

2 21,636 15,445 184,54 40

3 21,639 21,638

3,9983

15,424 15,4377

1,7468E-04

184,46 184,513

1 21,438 11,617 148,86

2 21,444 11,652 148,89 50

3 21,438 21,440

3,9595

11,591 11,6200

2,3208E-04

148,86 148,870

1 20,831 5,0381 76,629

2 20,823 5,0199 76,64 100

3 20,828 20,827

3,8834

5,0432 5,0337

5,3573E-04

76,655 76,641

1 20,557 2,2933 38,824

2 20,535 2,3219 38,789 200

3 20,546 20,546

3,7909

2,3207 2,3120

1,1664E-03

38,812 38,808

142

Tab. 51 Hodnoty frekvencie f, relatívnej vlhkosti ω, priemrnej kapacity C , priemerného odporu R , priemernej impedancie Z , priemernej

relatívnej permitivity rε pre vzorku repky olejnej meraná doskovým valcovým snímačom

ω = 14,263 % ω = 13,022 % ω = 11,639 % f ; kHz C ; pF rε R ; kΩ Z ; kΩ C ; pF rε R ; kΩ Z ; kΩ C ; pF rε R ; kΩ Z ; kΩ

25 86,44 67,685 153,2 169,6 28,77 22,528 287,75 362,85 19,599 15,346 390,18 507,6 40 61,15 48,025 129,42 144,74 21,015 16,504 229,96 297,66 14,27 11,207 303,59 411,81 50 48,667 38,75 122,55 138,71 18,13 14,436 205,77 270,44 12,333 9,82 266,74 371 100 26,789 20,558 94,8 111,77 11,434 8,774 140,65 198,01 8,034 6,165 169,92 260,93 200 14,913 11,287 67,68 86,11 7,516 5,689 87,007 136,68 5,61 4,246 97,29 171,99

ω = 8,768 % ω = 7,305 % ω = 4,875 % f ; kHz C ; pF rε R ; kΩ Z ; kΩ C ; pF rε R ; kΩ Z ; kΩ C ; pF rε R ; kΩ Z ; kΩ

25 3,485 2,729 817,3 2004,7 1,961 1,536 348,6 2061,3 1,34 1,049 414,76 4811,7 40 2,83 2,223 398,1 1191,9 1,807 1,419 109,6 890,3 1,307 1,026 171,74 3038,7 50 2,433 1,937 178,4 676,5 1,788 1,424 42,94 446,3 1,299 1,034 124,34 2453,5 100 2,259 1,734 72,7 359,9 1,478 1,134 16,2 251,2 1,278 0,981 58,65 1245,9 200 1,876 1,42 65,3 187,3 1,27 0,961 11,3 203,4 1,266 0,958 27,35 1045,9

143


prázdny doskový valcový snímač

f ; kHz č.m. C ; pF C ; pF rε

1 1,3018 2 1,3293 1 3 1,3325

1,3212

4,0140

1 1,3048 2 1,3053 3 3 1,3072

1,3058

3,9671

1 1,2902 2 1,2928 5 3 1,2894

1,2908

3,9216

1 1,2953 2 1,2959 10 3 1,2965

1,2959

3,9371

1 1,2881 2 1,2904 15 3 1,2879

1,2888

3,9155

1 1,2913 2 1,2783 25 3 1,2951

1,2882

3,9138

1 1,2777 2 1,2771 40 3 1,2764

1,2771

3,8799

1 1,2732 2 1,2704 50 3 1,271

1,2715

3,8631

1 1,2539 2 1,2559 100 3 1,2579

1,2559

3,8156

1 1,3128 2 1,2931 200 3 1,3034

1,3031

3,9590

144


prázdny doskový snímač

f ; kHz č.m. C ; pF C ; pF rε 1 13,725 2 13,548 1 3 13,57

13,6143 1,8452

1 13,507 2 13,507 3 3 13,522

13,5120 1,8313

1 13,475 2 13,477 5 3 13,483

13,4783 1,8267

1 13,462 2 13,461 10 3 13,459

13,4607 1,8244

1 13,439 2 13,443 15 3 13,437

13,4397 1,8215

1 13,42 2 13,419 25 3 13,421

13,4200 1,8188

1 13,384 2 13,384 40 3 13,379

13,3823 1,8137

1 13,366 2 13,366 50 3 13,366

13,3660 1,8115

1 13,336 2 13,337 100 3 13,336

13,3363 1,8075

1 13,414 2 13,419 200 3 13,421

13,4180 1,8186

145


prázdny doskový kondenzátor

f ; kHz č.m. C ; pF C ; pF rε 1 5,5925 2 5,6365 1 3 5,6523

5,6271

1,7139

1 5,5619 2 5,5325 3 3 5,5632

5,5525

1,6912

1 5,5161 2 5,5191 5 3 5,5182

5,5178

1,6806

1 5,509 2 5,5074 10 3 5,5099

5,5088

1,6778

1 5,4701 2 5,4736 15 3 5,4675

5,4704

1,6662

1 5,4761 2 5,4597 25 3 5,4593

5,4650

1,6645

1 5,4093 2 5,4102 40 3 5,4158

5,4118

1,6483

1 5,4155 2 5,4154 50 3 5,4137

5,4149

1,6492

1 5,3644 2 5,3632 100 3 5,3621

5,3632

1,6335

1 5,418 2 5,4224 200 3 5,4189

5,4198

1,6507

146


prázdny koaxiálny snímač

f ; kHz Č. m. C ; pF C ; pF rε 1 7,2192 2 7,1747 1 3 7,0976

7,1638

3,2524

1 6,9343 2 6,925 3 3 6,953

6,9374

3,1496

1 6,8451 2 6,8644 5 3 6,8742

6,8612

3,1150

1 6,7684 2 6,7658 10 3 6,7672

6,7671

3,0723

1 6,6978 2 6,6984 15 3 6,697

6,6977

3,0408

1 6,6432 2 6,6396 25 3 6,6381

6,6403

3,0147

1 6,5725 2 6,5759 40 3 6,5733

6,5739

2,9846

1 6,5416 2 6,5377 50 3 6,5398

6,5397

2,9691

1 6,4546 2 6,4553 100 3 6,4596

6,4565

2,9313

1 6,4664 2 6,466 200 3 6,4687

6,4670

2,9361

147

Tab. 56 Hodnoty relatívnej vlhkosti pre jednotlivé typy múk

Múka m1 ; kg m2 ; kg m3 ; kg ω ; % Pšeničná múka výberová polohrubá 0,0168 0,022 0,0213 13,46154

Špaldová celozrnná múka hladká (bio výrobok) 0,0169 0,0221 0,0215 11,53846 Ražná celozrnná múka hladká (bio produkt) 0,0169 0,0221 0,0215 11,53846

Múka hladká špeciál 00 extra 0,0173 0,0225 0,0219 11,53846 Pšeničná múka hrubá (zlatý klas) 0,0172 0,0224 0,0219 9,615385

Ruskovská pšenično-ražná múčna zmes 0,0161 0,0213 0,0209 7,692308

Tab. 57 Namerané rozmery doskového kondenzátora a pre ne vypočítane plochy

a objemy

Rozmery doskového kondenzátora Plocha Objem Č. m. Šírka ; mm Výška ; mm tg ; mm S ; mm2 V ; mm3

1 69,40 69,48 13,00 4821,9120 62684,856000 2 68,90 69,44 13,00 4784,4160 62197,408000 3 69,10 69,44 13,08 4798,3040 62761,816320 4 69,30 69,50 13,02 4817,0450 62717,925900 5 69,40 69,48 12,92 4822,6068 62308,079856 6 68,90 69,38 12,98 4780,2820 62048,060360 7 69,42 69,50 12,92 4823,9950 62326,015400 8 69,46 69,44 12,98 4823,3024 62606,465152 9 69,38 69,42 12,90 4816,3596 62131,038840 10 69,12 69,44 12,88 4799,6928 61820,043264

Počet hodnôt 10 10 10 10 10 Priemer 69,2380 69,4520 12,9680 4808,7916 62360,170909 Medián 69,3400 69,4400 12,9800 4816,7023 62317,047628

Maximum 69,4600 69,5000 13,0800 4823,9950 62761,816320 Minimum 68,9000 69,3800 12,8800 4780,2820 61820,043264 Rozpätie 0,56 0,1200 0,2000 43,7130 941,773056 Rozptyl 0,0467 0,0014 0,0038 281,0944 103045,905121

Smerodajná odchýlka 0,2161 0,0379 0,0620 16,7659 321,007640 Smerodajná chyba 0,0683 0,0120 0,0196 5,3018 101,511529

Tab. 58 Hodnoty sypnej hmotnosti pre jednotlivé typy múk

Múka md ; kg mdm ; kg mm ; kg ρs ; kg.m-3 Ruskovská pšenično-ražná múčna zmes 0,1642 0,2199 0,0557 893,1949

Múka hladká špeciál 00 extra 0,1642 0,2168 0,0526 843,4839 Špaldová celozrnná múka hladká (bio výrobok) 0,1642 0,2158 0,0516 827,4481

Ražná celozrnná múka hladká (bio produkt) 0,1642 0,2154 0,0512 821,0337 Pšeničná múka výberová polohrubá 0,1642 0,214 0,0498 798,5836 Pšeničná múka hrubá (zlatý klas) 0,1642 0,2132 0,049 785,7549