Файл: Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник.pdf

§ 2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В РАСТВОРАХ

В пищевой промышленности часто возникает необходимость измерения концентрации взвешенных твердых частиц в гетеро­ генных системах типа твердая фаза — жидкость, причем опти­ ческие методы, основанные на измерении интенсивности рассеян­ ного или поглощенного светового потока (нефелометрия и турбидиметрия), в ряде случаев не могут бытъ использованы из-за непрозрачности или густой окраски жидкой фазы (темно-крас­ ные вина, некоторые фруктовые соки, темные сорта пива, масла и т. п.).

Большинство пищевых продуктов типа гетерогенных систем — это статистические смеси, т. е. смеси, в которых частицы распре­ делены хаотически и не образуют с жидкой фазой регулярных структур. Для таких систем справедлива следующая зависи­ мость:

(429)

где А = ( 3 d - І ) у і + ( З С , — .

yw — обобщенная проводимость гетерогенной системы, См; Уі и 2/2— обобщенные проводимости отдельных фаз системы, См; Cj и С2 —относительная концентрация отдельных фаз системы.

Данная формула справедлива при условии изотропности жидкой фазы и при одинаковых размерах твердых частиц. Кро­ ме того, она не учитывает поверхностные и контактные явления, возникающие в гетерогенных средах, но достаточно полно опи­ сывает качественную зависимость проводимости гетерогенной системы от проводимостей входящих в нее фаз.

Из сказанного следует, что концентрация твердой фазы, име­ ющей электропроводность, отличную от электропроводности жидкости, может быть измерена кондуктометрическим методом.

При конструировании приборов, основанных на использова­ нии зависимости электропроводности гетерогенной системы от содержания в ней взвешенных частиц, необходимо учитывать ряд электрических явлений, основным из которых является по­ верхностная проводимость дисперсной (твердой) фазы. Это яв­ ление заключается в том, что твердая частица в результате действия своих электрических и сорбционных сил притягивает ионы из жидкости, в которой она находится. В результате во­ круг частицы образуется плотный слой, состоящий из потенциалопределяющих ионов. Величина и знак этого потенциала зависят от природы и концентрации раствора электролита, в ко­ тором находятся частицы. В свою очередь они в большой степе­ ни оказывают влияние на зависимость, характеризующую связь между значением электропроводности гетерогенной смеси и кон-

центрацией твердых частиц. Таким образом, при контроле кон­ центрации твердой фазы кондуктометрическим методом необ­ ходимо в каждом случае знать свойства как жидкой, так и дис­ персной фазы. Очевидно, что эти свойства в большинстве случаев неизвестны и зависимости между концентрацией дисперсной фазы и электропроводностью гетерогенной системы определяют­ ся при градуировке измерительных устройств эмпирически.

В качестве измерительных ячеек при контроле концентрации твердой фазы в растворах чаще всего используются кондуктометрические ячейки, подобные описанным в главе IX, § 2. Изме­ рительные схемы также аналогичны схемам, приведенным в ука­ занном разделе. При контроле малых концентраций применяют­ ся датчики специальной конструкции, представляющие собой ячейки в виде капиллярных трубок, снаружи которых находятся обкладки емкостного датчика. В измерительную схему прибора, как правило, включаются две ячейки: через одну проходит ана­ лизируемая жидкость, через другую — поток чистой жидкости (без частиц). Измерительная схема прибора реагирует на ве­ личину разбаланса сопротивлений обеих ячеек, возникающего в результате наличия частиц в рабочей ячейке датчика. Такая конструкция датчика обеспечивает его высокую чувствитель­ ность и хорошую температурную компенсацию.

Предел измерения кондуктометрических анализаторов для определения твердой фазы в жидкости 20—100 г/л с максималь­ ной погрешностью не более ± 2 % диапазона шкалы. Подобные измерительные устройства могут найти широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности, где другие ме­ тоды измерения концентрации твердых частиц неприемлемы.

§ 3. МЕТОД КОНТРОЛЯ ЗАТУПЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

В табакорезальных машинах резка листового табака осуще­ ствляется ножами, совершающими возвратно-поступательное

движение. Для определения момента затупления табакорезальных ножей применяются специальные приборы (рис. 199), прин­ цип действия которых заключается в следующем. В одну из фаз электродвигателя станка включается обмотка трансформатора тока ТТ, в цепи которой установлено постоянное сопротивление (резистор) R0. Падение напряжения на этом сопротивлении, прямо пропорциональное силе измеряемого тока, подается на обмотку повышающего трансформатора Тр. Далее это напряже­ ние выпрямляется на диоде Д, сглаживается на фильтре (R—С) и через переходной конденсатор Ср подается на вход электрон­ ного устройства.

При работе машины в цепи электродвигателя возникают из­ менения тока с частотой ниже 50 Гц, но соответствующей коли­ честву ударов (ходов) ножа в секунду, что обусловливается воздействием ножа -на разрезаемую кипу (топ) табака. Емкость Ср, подобранная в соответствии с частотой ударов ножа, будет пропускать лишь эту переменную составляющую тока, но не пропустит ток с частотой 50 Гц и более, который оказывается выпрямленным диодом Д и фильтром (R—С). Переменная со­ ставляющая рабочего тока поступает затем на электронный уси­ литель ЭУ, усиливается и управляет работой измерительного устройства ИУ, состоящего из релейного блока и измеритель­ ного прибора. При достижении током заданной величины, соответствующей критическому затуплению ножа, релейный блок подает команду на световую и звуковую сигнализацию, а в слу­ чае необходимости и на отключение станка.

§ 4. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОСТОРОННИХ ВКЛЮЧЕНИЙ

В пищевой промышленности часто возникает необходимость автоматического обнаружения посторонних включений (пред­ метов) в исходном сырье, полуфабрикатах и готовой продукции. Однако в настоящее время имеются лишь отдельные примеры и образцы устройств, предназначенных для этих целей. Труд­ ность их создания заключается в огромном многообразии как продуктов, в которых необходимо определять посторонние вклю­ чения, так и состава и формы включений.

Наиболее распространенным методом является обнаружение ферромагнитных предметов (гвоздей, проволоки от ящиков, об­ ломков металлических частей и пр.) с помощью устройств, реа­ гирующих на присутствие магнитных масс. В простейшем слу­ чае они представляют собой достаточно мощные электромагни­ ты, выполняющие роль магнитных сепараторов. Известны также магнитные сигнализаторы, в которых при появлении в поле маг­ нита посторонней магнитной массы срабатывают сигнальные контакты. Однако подобные устройства потребляют большое

количество электроэнергии и, кроме того, нечувствительны к слабомагпитным и немагнитным металлам и материалам.

Для обнаружения металлических посторонних предметов всех видов (магнитных и немагнитных) применяются специаль­ ные металлоискатели, работающие на высоких частотах и по­ требляющие незначительную мощность. Принцип их действия заключается в том, что анализируемый продукт помещается в высокочастотное поле катушки индуктивности, включенной в высокочувствительную схему электронного усилителя. При по­ падании в поле рамки немагнитного металлического предмета индуктивность катушки ослабляется, при попадании ферромаг­ нитного— усиливается и подается соответствующий сигнал. По­ добные устройства, применяемые для определения металличе­ ских включений в хлебобулочных изделиях, колбасном фарше и других продуктах, обеспечивает обнаружение магнитных при­ месей массой от 5 и более миллиграмм, а немагнитных—15 и более миллиграмм.

Как металлические, так и неметаллические (стеклянные, пластмассовые и др.) включения могут быть обнаружены с по­ мощью рентгеновских установок. При наличии на пути пучка рентгеновских лучей посторонних предметов срабатывает сиг­

Для обнаружения посторонних включений любого происхож­ дения в закупоренных бутылках с прозрачными винно-водочны­ ми изделиями и пиво-безалкогольными напитками используются фотоэлектрические бракеражные автоматы. Принцип их дейст­ вия заключается в следующем. Контролируемая бутылка, прой­ дя приемно-загрузочное устройство, подается в специальное рас­ кручивающее устройство. После раскручивания бутылка резко останавливается перед просвечивающим фотоэлектронным уст­ ройством. Так как жидкость в бутылке продолжает вращаться, вместе с ней вращаются и все посторонние включения, много­ кратно пересекая луч света, падающий от осветителя на фото­ элемент. Колебания светового потока, приобразованные фотоэле­ ментом, воспринимаются усилителем, который управляет соот­ ветствующей сигнальной и распределительной системой, направ­ ляющей годные и отбракованные бутылки по соответствующим каналам. Производительность подобных автоматов достаточно высока и достигает 3000—6000 бутылок в час.

Следует заметить, что для обнаружения посторонних вклю­ чений в пищевых продуктах могут найти применение методы интроскопии (внутривидения). Устройства для интроскопии представляют собой широко применяемые в различных отраслях народного хозяйства электромагнитные, индукционные, люми­ несцентные, ультразвуковые установки, а также установки с ис­ пользованием рентгеновского или радиоактивного излучения.