電気インピーダンスと静電容量を用いた茶葉含水率の非破壊計測法

• 研究期間: 2004～2006
• 発行年度: 2004
• 要約: 高含水域から低含水域において、3kHzの電気インピーダンスと静電容量を計測すること で、茶葉含水率を非破壊で高精度に推定できる方法を開発した。製茶プロセスでは各工程における茶葉の取り出し時期の判断基準として活用できる。
• キーワード: 茶葉含水率、電気インピーダンス、静電容量、非破壊計測
• 背景・ねらい: 製茶プロセスでは高含水域から低含水域において、迅速かつ高精度な水分計測が必要とされている。 多種多様な水分計が市販されているが、その大部分を占める電気抵抗式や静電容量式、ならびに 近赤外式の水分計は約 30%wb(%wb:湿潤基準の含水率)以上の高含水域において精度が悪い。 マイクロ波水分計は高含水率の計測が可能だが、材料の比重や厚みで計測値を補正するため、装 置が複雑になる。そこで、高含水域から低含水域まで迅速に高精度で計測できる新たな含水率非破壊計 測法を開発する。
• 成果の内容・特徴: 1.茶葉の電気的特性は交流 4 端子法により取得する。電極は丸棒の形状であり、材質はステンレスであ る。電極部が露出しないよう茶葉をのせ、アルミが取り付けられたガラスを被せ、茶温 20°C~25°Cで インピーダンスメータにより電気インピーダンスと静電容量を計測する。なお、アルミとインピーダ ンスメータのガード端子を接続し、ノイズの影響を防ぐ。計測データはパーソナルコンピューターに 取り込む(図 1)。; 2.体積で補正した電気インピーダンスと静電容量は含水率とそれぞれ相関があるが、実用的な精度は得 られない(図は省略)。そこで、それぞれの式から含水率を表す新しい式を導く(式 1)。この式によ ると、電気インピーダンスと静電容量を計測することで茶葉の含水率を推定でき、体積補正を必要と しない。; 3.製茶の各工程において茶葉を取り出し、0.1kHz から 1000kHz までの周波数を掃引したところ、式 1 よ り推定された茶葉含水率は乾燥法により測定された含水率と 3kHz 付近において高い相関がある(図 2)。 3kHz における電気インピーダンスは 1.00kΩ~1.20MΩ、静電容量は 1.22pF~0.10μF であり、式 1 を前提に定数 A 及び B を最小二乗法により求めると、A は-3.65、B は 166 である。; 4.本手法は、80%wb から 3%wb高含水域から低含水域において、高精度で茶葉の含水率を推定できる (図 3)。3kHz電気インピーダンスと静電容量を計測する時間は 1 秒以内である。
• 成果の活用面・留意点: 1. 定数は電極形状や材質によって異なる。含水率の推定値は接触圧力の影響を受けないが、接触面積影響を受ける。本手法では、電極部が露出しないよう茶葉を接触させれば高い精度が得られる。; 2. 本手法は茶葉含水率を迅速に高精度で計測できるため、製茶工程では茶葉の取り出し時期の判断基準 として活用できる。; 3. 一番茶期から二番茶期の‘やぶきた’‘めいりょく’‘ふうしゅん’‘さえみどり’及び‘おくゆたか’ を用いたが、他の品種でも適用できる。
• カテゴリ: 乾燥 茶 品種