Глава 1 . кондуктометры

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ (МГУПБ)

А.С. Потапов

ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И

ПРИБОРЫ ОТРАСЛИ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОСТАВА И КАЧЕСТВА

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Лекции

МОСКВА 2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ (МГУПБ)

Кафедра автоматизации биотехнических систем

А.С. Потапов

ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И

ПРИБОРЫ ОТРАСЛИ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

КОНТРОЛЯ СОСТАВА И КАЧЕСТВА

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Лекции

для студентов специальностей 220301, 230102

МОСКВА 2007

УДК 681.2.002:664(075.8)

ББК 31.32

П 64

Рецензенты: М.В. Жиров, д-р техн. наук, проф. каф. «Системы управления» МГУ технологии и управления;

Л.М. Андросова, канд. техн. наук, с. н. с. ГУ ВНИМИ

Потапов А.С.

Технические измерения и приборы отрасли. Инструментальные методы контроля состава и качества пищевых продуктов: лекции / А.С. Потапов. – М.: МГУПБ, 2007. – 96 с.

ISBN 5–89168–150 – 1

Рассмотрены методы и приборы автоматического контроля основных параметров, характеризующих состав и качество пищевых продуктов, а также возможности использования приборов в процессорных измерительных системах.

Предназначены для студентов специальностей 220301, 230102. Могут быть использованы студентами технологических специальностей.

Автор выражает благодарность студентам Дианову Н.А., Максимовой О.А. и Самсонову Д.В. за помощь в подготовке рукописи.

Утверждены в качестве учебного пособия советом по издательской деятельности МГУПБ.

ISBN 5 – 89168 –150 – 1 © МГУПБ, 2007

© Потапов А.С., 2007

ВВЕДЕНИЕ

Управление технологическими процессами на современном предприятии перерабатывающей отрасли АТК не представляется возможным без объективной и оперативной информации о характеризующих их ход параметрах. Такую информацию получают с помощью измерительных преобразователей (датчиков) как общепромышленного назначения (для контроля температуры, давления, расхода, уровня), так и специальных (для контроля состава и качества сырья и готового продукта).

В первичных измерительных преобразователях широко применяются современные технические достижения в области приборостроения – микроминиатюризация, интегральные схемы. В основу действия специальных приборов положены методы фотометрии, инфракрасной спектроскопии; ультразвуковые волны, высокие и сверхвысокие частоты, ядерно-магнитный резонанс и т.д.

Характерная особенность пищевых продуктов заключается в том, что они являются химически активными и агрессивными средами. Кроме того, при ведении технологических процессов должна соблюдаться стерильность. При этом недопустимо внесение в продукт нежелательной микрофлоры или воздействие на развитие микробиальных процессов.

Все это накладывает определенные, специфические условия на средства измерения, применяемые в отрасли.

Все элементы первичных преобразователей, контактирующие с продуктом, должны быть коррозионно- и эрозионно-стойкими, исключающими возможность загрязнения продукта, появления постороннего запаха, ухудшения вкуса и цвета, снижения пищевой ценности.

Исключается применение токсичных материалов и сред. При использовании высокочастотных, сверхвысокочастотных, ультразвуковых и радиоактивных средств измерения должна учитываться возможность их нежелательного воздействия на контролируемый продукт.

В процессе конструирования приборов контроля, а также пробоотборников и других приспособлений необходимо предусматривать как возможность их безразборной автоматической мойки (при этом не допускается образование застойных зон, зазоров, щелей), так и удобство быстрой их разборки и замены, что можно обеспечить блочностью их построения и агрегатированием.

Предметом рассмотрения настоящего раздела курса являются первичные преобразователи, измерительные преобразователи и приборы контроля, предназначенные для получения информации о составе и качестве как сырья, так и готовых продуктов.

Глава 1 . КОНДУКТОМЕТРЫ

В пищевой промышленности для различных технологических процессов применяются растворы солей, кислот и щелочей. Так, для посолки мяса применяются солевые растворы. Кислоты и щелочи используются для мойки оборудования и трубопроводов.

Осуществление автоматического контроля и регулирования их концентрации является весьма актуальной задачей, особенно при безразборной мойке оборудования.

Эти среды, как правило, являются хорошими электролитами, т.е. рас­творами с высокой электропроводностью, величина которой зависит от их концентрации.

Для контроля этого показателя в промышленности широко применяются так называемые кондуктометрические приборы -кондуктометры, отличающиеся высокой чувствительностью, сравнительной простотой и надежностью.

Кондуктометрический метод, как контактный, так и бесконтактный, основан на измерении электропроводности растворов. Кондуктометры, предназначенные для контроля концентрации солевых растворов, называются солемеры. Кондуктометры, предназначенные для контроля концентрации кислот и щелочей, носят название концентратомеров. Шкала таких приборов градуируется в процентахмассовой концентрации. Единица измерения удельной электропроводности – cименс на метр в минус первой степени (См/м) и изменяется для водных растворов электролита от 10^-4 См/м (бидистиллят) до 100 См/м (сильные электролиты). Это позволяет контролировать концентрацию с достаточно высокой чувствительностью.

Для разбавленных бинарных водных растворов электролитов удельная электропроводность ǽ определяется выражением:

ǽ = άC z(U⁺ + U^-) ,

где С - концентрация растворенного вещества, %;

z – валентность растворенного вещества;

U⁺ и U^-- подвижность катионов и анионов;

ά - степень диссоциации молекул.

На рис. 1.1 представлена зависимость электропроводности раствора от концентрации. Как правило, эта зависимость имеет экстремум. Контроль концентрации растворов можно осуществлять справа или слева от экстремума.

Рис. 1.1

Зависимость электропроводности раствора от температуры имеет следующий вид:

ǽ=A e^-B/T ,

где A и B - постоянные;

Т - абсолютная температура.

Для ограниченного диапазона температур справедлива линейная зависимость:

ǽ_t = ǽ₀ [1 + ά (t- t₀)] ,

где ǽ₀- удельная электропроводность раствора при температуре t₀ .

Для более широкого диапазона температур:

ǽ = ǽ_o [1 + β (t- t₀) + γ( t- t₀)² ] ,

где β и γ - температурные коэффициенты.