Файл: Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 201
Скачиваний: 1
И.К.Петров
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ДОПУЩЕНО МИНИСТЕРСТВОМ ВЫСШЕГО
ИСРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНИКА Д Л Я СТУДЕНТОВ
ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИИ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
МОСКВА ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 1973
УДК 681.2.002:664 (075.8)
Р е ц е н з е н т ы — кафедра |
автоматизации |
пищевых |
|||
производств |
Киевского технологического |
института |
|||
пищевой |
промышленности |
(канд. |
техн. |
наук |
Д. И. Скобло, канд. техн. наук И. П. Глыбин, канд. техн. наук Р. Б. Попов); канд. техн. наук М. Е. Раковский
Г о і . |
г г б и ч н . - . я |
н а ; * ' н о |
ил • п а я |
©Издательство «Пищевая промышленность», 1973 г.
П |
3171—004 |
4—73 |
044(01)—73 |
ОТ АВТОРА
Учебник |
написан |
в |
соответствии |
с |
программой |
курса |
«Технологические |
|
измерения и приборы |
отрасли» |
для студентов вузов |
пищевой |
промышленности. |
||||
В основу |
построения |
книги |
положены |
основные |
требования |
Государствен |
||
ной системы промышленных приборов |
и средств автоматизации |
(ГСП), которая |
отражает государственную |
|
политику |
в области |
развития |
|
приборостроения. |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
Для |
определения |
места |
каждого |
|
измерительного |
прибора |
в |
огромной |
по |
||||||||||||||||||||
объему |
|
номенклатуре |
изделий |
приборостроения |
|
в |
учебнике |
освещены |
основные |
||||||||||||||||||||||
положения |
общесоюзной |
классификации |
продукции |
приборостроения. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
Особое внимание уделено физической сущности |
измерений |
и |
измерениям, |
||||||||||||||||||||||||||
связанным |
с анализом |
состава |
и |
свойств |
веществ |
и |
имеющим |
первостепенное |
|||||||||||||||||||||||
значение |
для |
контроля |
за |
ходом |
|
технологических |
|
процессов |
пищевой |
промыш |
|||||||||||||||||||||
ленности. Вызвано |
|
это тем, что если |
общепромышленным |
|
измерениям |
(измере |
|||||||||||||||||||||||||
ниям |
температуры, |
давления, |
расхода, |
|
уровня) |
|
посвящен |
ряд |
монографий, |
по |
|||||||||||||||||||||
собий |
и учебников, |
|
в которых можно |
|
получить |
необходимые |
сведения |
в |
доста |
||||||||||||||||||||||
точном объеме, |
то по |
анализу |
состава |
и свойств |
веществ |
применительно |
к |
пи |
|||||||||||||||||||||||
щевой |
Промышленности литература, |
которая |
может быть рекомендована |
|
сту |
||||||||||||||||||||||||||
дентам |
для |
изучения |
курса, |
|
практически |
отсутствует. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
При написании учебника были использованы |
|
результаты |
исследований, |
||||||||||||||||||||||||||
выполненных |
непосредственно |
автором |
и специализированными |
|
организациями, |
||||||||||||||||||||||||||
занимающимися |
вопросами |
автоматизации |
пищевой |
промышленности. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
Автор |
глубоко |
|
признателен |
д-ру |
|
техн. наук |
проф. |
М. |
В. |
Кулакову, |
|
|
канд. |
||||||||||||||||
техн. наук |
и. о. профессора |
|
Д. И. Скобло, |
канд. техн. наук |
доц. |
И. П. |
Глыбину, |
||||||||||||||||||||||||
канд. |
техн. |
наук |
доц. |
Р. |
Б. |
Попову, |
зам. |
председателя |
Госплана |
СССР |
|
канд. |
|||||||||||||||||||
техн. наук |
М. Е. Раковскому, |
канд. |
техн. наук |
доц. |
Л. Р. Стоцкому, а также |
||||||||||||||||||||||||||
сотрудникам кафедры |
автоматизации |
|
пищевых |
производств |
Московского |
|
ор |
||||||||||||||||||||||||
дена |
Трудового |
|
Красного |
Знамени |
технологического |
института пищевой |
|
про |
|||||||||||||||||||||||
мышленности |
за |
помощь, |
оказанную |
при |
подготовке |
рукописи |
к |
изданию. |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
Поскольку |
|
в |
практике |
подготовки |
специалистов |
по |
автоматизации |
пище |
|||||||||||||||||||||
вых |
производств |
|
настоящая |
|
книга |
является |
первым |
опытом |
издания |
учебника |
|||||||||||||||||||||
по |
технологическим |
измерениям |
и приборам, |
автор будет |
искренне |
благодарен |
|||||||||||||||||||||||||
за |
все |
пожелания |
|
и критические |
замечания, |
которые |
следует |
направлять |
|
по |
ад |
||||||||||||||||||||
ресу: |
|
Москва, |
113035, 1-й |
Кадашевский |
пер., |
12, |
издательство |
«Пищевая |
|
про |
|||||||||||||||||||||
мышленность». |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Значение объективной и своевременной информации о ходе технологических процессов огромно. Осуществление, а тем бо лее автоматизация технологических процессов невозможны без
точного знания |
действительных |
значений |
физических |
вели |
|||
чин — параметров, характеризующих их ход. |
|
||||||
В основу создания |
средств |
измерения |
физических величин |
||||
положены |
физические |
явления |
и закономерности, выражающие |
||||
действие |
общих |
объективных |
законов в материальном |
мире. |
|||
При построении и конструировании средств |
измерений |
широко |
|||||
применяются микроминиатюрные |
элементы, |
микромодули, твер |
дые или полупроводниковые интегральные схемы, новые элект рохимические элементы, радиоактивные излучения, ультразву ковые волны, сверхвысокие частоты, ядерный магнитный резо
нанс и |
т. д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Особенно важно подчеркнуть роль измерений и измеритель |
||||||||||||
ных приборов как |
средств |
получения |
первичной |
информации, |
||||||||
необходимой |
для |
автоматизации |
производственных |
процессов |
||||||||
на всех |
стадиях, от простейших |
схем |
автоматической |
стабили- |
||||||||
. зации |
отдельных |
параметров |
до |
автоматизированных систем |
||||||||
управления |
сложными |
промышленными комплексами, |
постро |
|||||||||
ченных с учетом |
последних |
достижений |
в области технической |
|||||||||
кибернетики |
и |
вычислительной |
техники. |
|
|
|
||||||
Широкое |
внедрение |
измерительных |
приборов |
и средств |
ав |
|||||||
томатизации способствует техническому прогрессу, росту |
про |
|||||||||||
изводительности |
труда |
и повышению |
культуры |
производства. |
||||||||
Пищевая промышленность, включающая более 30 самостоя |
||||||||||||
тельных |
отраслей, |
является |
крупным |
потребителем |
общепро |
|||||||
мышленныхприборов и средств автоматизации, |
предназначен |
|||||||||||
ных для измерения и автоматического |
регулирования |
темпера |
||||||||||
туры, |
давления, |
расхода, |
уровня |
и т. п. Для |
пищевой |
промышленности выпускаются специальные приборы: влагоме ры, жиромеры, спиртомеры и т. д., в основном приборы и сред
ства автоматизации, |
предназначенные для |
анализа |
состава |
и свойств исходного сырья, полуфабрикатов и готовых |
пищевых |
||
продуктов, и все же |
потребность пищевой |
промышленности |
в приборах специального назначения удовлетворена далеко не полностью.
По данным Всесоюзного проектно-конструкторского |
и науч |
|||
но-исследовательского |
института |
«Пищепромавтоматика», |
||
в ближайшее |
время в |
связи с быстрыми темпами автоматиза |
||
ции пищевой |
промышленности потребуется разработка |
и освое- |
ниє не менее 130 типов новых специальных приборов и средств автоматизации. Но поскольку основой автоматизации служат общепромышленные приборы и средства автоматизации, а спе циальные приборы являются лишь дополнительным средством, становится очевидной вся важность изучения и решения вопроса возможности применения общепромышленных приборов в спе цифических условиях пищевой промышленности.
В большинстве пищевых производств при измерениях долж ны соблюдаться условия стерильности. При ведении биохими ческих и микробиологических процессов недопустимо появление побочной микрофлоры или проявление со стороны контактиру
ющих с пищевой средой элементов |
вредного, подавляющего |
|||
влияния на |
полезную |
микрофлору. |
|
|
Многие |
пищевые продукты являются химически |
активными |
||
и агрессивными средами, и материалы, |
находящиеся |
в контакте |
||
с ними, должны быть |
коррозионно- и |
эрозионностойкими. В то |
же время должна быть исключена возможность влияния мате риалов или продуктов их окисления на качество пищевых сред, приводящего к появлению постороннего запаха, ухудшению вкуса и цвета, снижению пищевой ценности готового продукта.
Недопустимо применение в пищевой технологии токсичных веществ и сред.
При использовании радиоактивных, высокочастотных, ульт развуковых приборов должна учитываться возможность вред ного влияния излучений на качество пищевых продуктов и их микрофлору.
Во всех отраслях пищевой промышленности применяются расходомеры, счетчики и другие устройства для измерения рас хода жидких материалов (виноматериалов, солевых растворов, пивного сусла, соков). Насыщенность этих материалов пузырь ками воздуха, углекислого или других газов может внести серь
езные погрешности в |
результаты |
измерений. Поэтому |
газовые |
|
и другие посторонние |
включения, |
засоряющие |
измерительные |
|
устройства и вызывающие их эрозию, должны |
быть |
отделены. |
При использовании манометров необходимо учитывать, что пищевая среда, находящаяся в соединительных трубках без циркуляции, портится, закисает. Д л я того чтобы этого не про исходило, должны применяться специальные разделительные устройства.
Серьезное внимание должно быть уделено влиянию окружа ющих сред на детали приборов и средств автоматизации. Ряд пищевых производств характеризуется наличием в атмосфере различных паров и газов (аммиака, серных и хлорных соедине ний), которые могут вызывать сильную коррозию открытых де талей и узлов измерительных устройств.
При установке и эксплуатации измерительной аппаратуры необходимо учитывать повышенную взрывоопасность спирто вых производств в связи с возможностью скопления паров
спирта, а также элеваторов и мельниц в связи с повышенной за пыленностью помещений, так как в определенных концентраци ях мучная пыль представляет собой взрывоопасную смесь.
Для |
создания |
антисептических условий |
ведения технологи |
|
ческих |
процессов |
и исключения возможностей развития вред |
||
ной микрофлоры |
нельзя допускать образование |
застойных зон, |
||
раковин, трещин |
в отборных устройствах |
или |
чувствительных |
элементах приборов и т.п. Особое внимание должно быть уде лено использованию инертных материалов, предотвращающих коррозию.
При разработке специальных приспособлений для исполь зования общепромышленных приборов и средств автоматиза ции в пищевой промышленности, устройств и линий для отбора проб продукта, а также при создании новых специальных при боров необходимо учитывать специфические особенности их применения и предусматривать возможность замены негодных деталей, безразборной мойки и чистки, что обеспечивается блочностью построения и агрегатированием всего этого оборудо вания.
В последние годы все более широкое развитие получает но
вое направление |
в |
области измерительной техники и метрологии, |
к в а л и м е т р и я |
— |
количественная оценка качества изделий. |
В настоящее время фактически вся деятельность в области по вышения качества промышленной продукции может основы ваться только на количественных методах оценки * качества. Это положение обусловливает настоятельную необходимость разра ботки и развития научно обоснованных объективных количест венных методов оценки качества продукции, в первую очередь пищевых продуктов, идущих на удовлетворение самых насущ ных нужд человека.
ГЛАВА I
OCHQBHblE СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ
И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ
§1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ МЕТРОЛОГИИ. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА В СССР
Изучение физических явлений в любых конкретных проявле ниях и использование их на практике связано с измерением раз нообразных физических величин, т. е. с получением информации. Чем более полной и объективной будет эта информация, тем более глубоким может быть проникновение в суть физических явлений.
Знание конкретных значений физических величин является важнейшей составляющей информации о ходе и ведении техно логических процессов. П о д и н ф о р м а ц и е й понимаются све дения о характеристиках и состоянии процессов, выраженных посредством различных сигналов и символов. Основным средст вом получения информации являются измерительные приборы и устройства.
Измеряемые физические величины могут быть механически ми, электрическими, тепловыми, оптическими, акустическими, магнитными, радиоактивными и др. Одни из этих величин явля ются непосредственными, прямыми показателями хода техноло гических процессов, другие функционально связаны с ними.
Наука об измерениях, методах |
и средствах обеспечения их |
||
единства и способах достижения требуемой |
точности называет |
||
ся м е т р о л о г и е й . |
К основным |
проблемам |
метрологии отно |
сятся общие вопросы |
измерений, сведения о |
единицах физиче |
ских величин и их системах, методы и средства измерений, ме тоды определения точности измерений и некоторые другие.
Общее в качественном отношении свойство физических объ
ектов |
(состояний |
физических |
систем |
и происходящих в них |
|||||||
процессов), |
но индивидуальное |
в количественном |
отношении |
||||||||
для каждого объекта называется |
ф и з и ч е с к о й |
в е л и ч и н о й |
|||||||||
(или |
просто |
в е л и ч и н о й ) . |
|
|
|
|
|
|
|||
Каждая физическая величина, таким образом, характеризу |
|||||||||||
ется |
индивидуальным |
значением, |
являющимся |
произведением |
|||||||
числового значения величины |
на |
ее |
единицу. |
Так, |
например, |
||||||
значение |
массы тела |
20 кг — произведение 20 |
(числового |
зна |
|||||||
чения) |
на |
килограмм |
(единицу |
массы). |
|
|
|
||||
Совокупность |
физических |
величин, |
связанных между |
собой |
определенными |
зависимостями, |
называется |
с и с т е м о й |
фи |
||||||||||
з и ч е с к и х |
в е л и ч и н . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Система |
физических |
величин |
состоит |
из |
основных, |
произ |
||||||||
водных и дополнительных |
величин. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Физическая величина, входящая в систему и условно приня |
||||||||||||||
тая независимой |
от других |
величин |
этой |
системы, |
называется |
|||||||||
о с н о в н о й ф и з и ч е с к о й |
в е л и ч и н о й . |
В |
системе |
LMT |
||||||||||
три основные величины — длина |
( L ) , масса |
(М), |
время |
(Т); |
||||||||||
в Международной |
системе |
(СИ) LMTQIJN |
семь основных |
вели |
||||||||||
чин— длина |
( L ) , масса |
(М), |
время |
(Т), |
|
термодинамическая |
||||||||
температура |
Кельвина (6), сила |
тока |
(/), сила |
света |
( / ) , коли |
|||||||||
чество вещества |
(N). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Физическая |
величина, |
входящая |
в систему |
и определяемая |
||||||||||
через основные |
величины |
|
этой |
системы, |
называется |
п р о и з |
||||||||
в о д н о й ф и з и ч е с к о й |
в е л и ч и н о й . |
Так, например в сис |
||||||||||||
теме величин LMT |
или LMTQIJN |
сила |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
F = |
ma, |
|
|
|
|
|
|
(1) |
где m — масса;
а — ускорение, вызываемое силой F.
Величины плоский угол и телесный угол не входят ни в сос тав основных, ни в состав производных величин и являются д о - п о л н и т е л ь н ы м и .
Выражение, отражающее связь данной величины с основны ми величинами системы, при которой коэффициент пропорцио нальности равен единице, и представляющее собой произведе ние основных величин, возведенных в соответствующие степени,
называется |
р а з м е р н о с т ь ю |
ф и з и ч е с к о й |
|
в е л и ч и н ы . |
|||||||
В Международной |
системе |
(СИ) размерность |
|
силы |
(и веса) |
||||||
LMT~2, |
удельной |
теплоемкости |
L2T~2Q~l, |
магнитного |
потока |
||||||
D2MT~2I-1, |
|
молярного объема |
LzN~l. |
|
|
|
|
|
|
||
Физическая величина, которой присвоено числовое значение, |
|||||||||||
равное |
единице, называется |
е д и н и ц е й ф и з и ч е с к о й |
в е |
||||||||
л и ч и н ы . |
Она входит множителем в значение |
физической |
ве |
||||||||
личины. Различают основные, производные и |
дополнительные |
||||||||||
системные |
единицы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Единица основной физической величины, выбранная произ |
|||||||||||
вольно |
при построении системы, |
называется |
о с н о в н о й , |
||||||||
а единица |
производной физической |
величины, |
образуемая |
по |
определяющему эту единицу уравнению из других единиц дан ной системы, называется п р о и з в о д н о й . Единицы, которые не могут быть отнесены ни к числу основных, так как не имеют размерности, ни к числу производных, так как не зависят от вы бора основных единиц, называются д о п о л н и т е л ь н ы м и
ил и у г л о в ы м и .
ВМеждународной системе (СИ) семь основных единиц — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела и моль, две дополнительные (угловые) — радиан и стерадиан и ряд произг