A Study on Real-Time Monitoring for Moisture Measurement of Organic Samples inside a Drying Oven using Arduino Based on Open-Source

오픈 소스 기반의 아두이노를 이용한 건조기 내 유기 시료의 실시간 수분측정 모니터링에 관한 연구

Dryers becoming commercially available for experimental and industrial use are classified to general drying oven, hot-air dryer, vacuum dryer, freezing dryer, etc. and kinds of them are various from the function, size and volume, etc. But the moisture measurement is not applied although it is important factor for the quality control and the performance improvement of products, and then now is very passive because the weight is weighed arbitrarily after dry-end. Generally the method for measuring moisture is divided by a direct measurement method and a indirect measurement method, and the former such as the change of weight or volume on the front and rear of separation of moisture, etc. is mainly used. Relatively a indirect measurement is very limited to apply due to utilize measurement apparatuses using temperature conductivity and micro-wave etc. In this research, we easily designed the moisture measurement system using the open-source based Arduino, and monitored moisture fluctuations and weight profiles in the real-time without the effect of external environment. Concretely the temperature-humidity and load cell sensors were packaged into a drying oven and the various change values were measured, and their sensors capable to operate 60℃ and 80℃ were selected to suitable for the moisture sensitive materials and the food dry. And also the performance safety using the organic samples of banana, pear, sawdust could be secured because the changes of evaporation rate as the dry time and temperature, and the measurement values of load cell appeared stable response characteristics through repeated experiments. Hereafter we judge that the reliability can be improved increasingly through the expansion of temperature-humidity range and the comparative analysis with CFD(Computational Fluid Dynamics) program.

시판되고 있는 실험용 및 산업용 건조기는 일반 드라이오븐, 열풍 순환 건조기, 진공건조기, 동결건조기 등으로 구분되고 기능, 크기 및 용량 등에 따라 그 종류도 다양하다. 그러나 제품의 품질 제어 및 성능 개선을 위해 중요한 요소인 수분측정이 적용되지 않아 현재는 건조 종료 후 임의로 중량을 칭량하기 때문에 매우 수동적이다. 일반적으로 수분을 측정하기 위한 방법은 직접적인 측정법과 간접적인 측정법으로 구분되고 수분 분리 전.후의 질량 또는 부피 변화와 같은 직접적인 측정법이 주로 이용된다. 상대적으로 열전도도, 마이크로파 등과 같은 간접적인 측정법은 측정 장비를 활용하기 때문에 적용이 제한적이다. 본 연구에서는 오픈소스 기반의 아두이노를 이용하여 비교적 손쉽게 수분측정 시스템을 설계하여 외부 환경요인에 영향 받지 않고 수분 변화량 및 무게 변화를 실시간으로 모니터링 하였다. 구체적으로 수분 민감도 물질 및 식품 건조에 적합한 60℃와 80℃에서 작동할 수 있는 온.습도 및 로드셀 측정 센서를 건조기 내부에 패키징하여 각종 변화량을 측정하였다. 또한 바나나, 배, 톱밥의 유기 시료를 이용한 반복적인 실험을 통해서도 건조시간 및 온도에 따른 증발율 변화와 로드셀 측정값에 있어 안정적인 응답특성을 나타냄으로써 성능 안전성을 확보할 수 있었다. 향후 온.습도 범위의 확대와 CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램과의 비교 분석을 통해 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.