Устройство для контроля процесса перемешивания пищевых продуктов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТЛ)ЛЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ , содержащее источник переменного напряжения, две мостовые схемы, в два плеча каждой из которых включены чувствительные элементы,связанные с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствителвности и точности измерения, оно оснащено изолирукицими шайбами, регистрирующий прибор представляет собой амплитудно-фазовый анализатор, а чувствительные элементы выполнены в виде измерительных и заземленных экранирующих электродов, установленных на размещенных параллельно одна другой изолирующих шайбах, при-этом измерительные электроды, имеющие фор-§ му диска, расположены коаксиально (Л с кольцевыми заземленными экранирующими электродами.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(Я) G 01 N 33

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАЕСТВЕННЫй HOMHTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ(Т)Ф (21) 3439577/28-13 (22) 17.05.82 (46) 30.11.83. Вюл. 9 44 (72) В.Д.Косой, A.В.Горбатов, А.Ф.Зимин, С.H.Òóìåíîs и A.К.Какимов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт мясной и молочной промьааленности и Семипалатинский технологический институт мясной и- молочной промыаленности (53) 637.5.002.56(088.8) (56) 1. Воробьев С.Г. Автоматизация производственных процессов виноделия. M. Пищевая промышленность, 1972, с.311-314.

2. Авторское свидетельство СССР

В 787987, кл. G 01 N 33/12, 1978. . (54)(57) УстРОЯСТВО ДЛЯ КОНТИзля

ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРО„.SU„„1057860 А

ДУКТОВ, содержащее источник переменного напряжения, две мостовые схемы, в два плеча каждой из которых вклю- чены чувствительные элементы,связанные с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствителвности и точности измерения, оно оснащено изолирующими шайбами, регистрирующий прибор представляет собой амплитудно-фазовый анализатор, а чувствительные элементы выполнены в виде измерительных и заземленных экранирующих электродов, установленных на размещенных параллельно одна другой изолирующих шайбах, при. этом измерительные электроды, имеющие фор-Я му диска, расположены коаксиально с кольцевыми заземленными экранирующими электродами .

1057860

Изобретение относится к технике контроля и регулирования процессов производства пищевых продуктов,, в частности к устройствам для контроля процесса перемешивания неоднородных продуктов (таких как колбасный

Фарш, тесто, конфетные, сырковые и творожные массы), и может найти применение для автоматизации контроля керемешивания и фиксации равномерного распределения между собой раз4() нородных по своим электрофизическим свойствам компонентов в колбасной, кондитерской, хлебопекарной, молочной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для контроля 15 процесса перемешивания пищевого продукта, например вина, содержащее чувствительные элементы и мостовую схему с регистрирующим прибором (. 1)..

Недостатком известного устройства является то, что оно не может

2 достаточно точно обеспечить контроль процесса перемешивания продуктов, обладающих большей вязкостью, чем вино, и тем более, продуктов, имеющих гранулированные включения.

Известно также устройство для контроля процесса перемешивания пищевых продуктов, содержащее две мостовые схемы, в два плеча каждой из которых подсоединены контактные пластины .(чувствительные элементы), расположенные на двуплечем рычаге, а мостовые схемы через согласующие обмотки трансформатора подсоединены к регистрирующему прибору 2 g. З5

Однако устройство обладает недостаточно высокой точностью измерений вследствие возможности .появления ложного результата при равенстве напряжений разбаланса в мостовых 4() системах по абсолютной величине, влияния краевых эффектов на чувствительные элементы и паразитных электрических связей между чувствительными элементами через продукт, а также 4 относительно большой величиной эф" фективного объема, что отрицательно сказывается на чувствительности всего устройства. цель изобретения — повышение чув" 5О ствительности и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля процесса перемешивания пищевых продуктов, ;содержащее источник переменного на-. пряжения,две мостовые схемы,в два плеча каждой из которых. включены чувствительные элементы, связанные с регистрирующим прибором, оснащено изолирующими шайбами, регистрирующий прибор представляет собой ам-, 60 плитудно-фазовый анализатор, а чувствительные элементы выполнены в виде измерительных и заземленных экранирующих электродов, установленных на размещенных параллельно одна к другой 65 изолирующих шайбах, при этом изме-. рительные электроды, имеющие форму диска, расположены коаксиально с коль-,. цевыми заземленными экранирующими электродами.

На фиг.1 изображена электрическая схема устройства; на Фиг.2 чувствительный элемент, общий вид; на фиг.3 — вид A на фиг.2; на фиг.4 - одна из,возможных блок-схем амплитудно- фазового анализатора. . Электрическая схема устройства (фиг.l) состоит из источника 1 переменного напряжения, подключенного к первичной обмотке дифференциального трансформатора 2, чувствительных элементов 3-6, попарно включенных в дифференциально-трансформаторную мостовую схему, образующих совместно с вторичными обмотками дифференциального трансформатора 2 две измерительные мостовые схемы, к выходу которых подключен амплитуднофазовый анализатор 7.

Чувствительный элемент состоит из системы измерительных 8 и 9 и заземленных экранирующих 10 и 11 электродов, установленных на изолирующих шайбах 12 и 13.

Блок-схема амплитудно-фазового

1 анализатора включает источник 1 переменного напряжения, к которому через фазовращатель 14 подключен блок 15 фазочувствительных детекторов, выходы которого через диоды, сумматоры 1619, инверторы 20-23 и логические элементы HE 24-27 подключены к логическому устройству 28, выполняющему операцию логического умножения И (фиг.4)..

Устройство работает следующим образом.

После заполнения межэлектродного пространства чувствиТельных элементов 3-6.перемешиваемым продуктом с источником 1 переменного напряжения одновременно подается напряжение на амплитудно-фазовый анализатор 7, фазовращатель 14 и две мостовые схемы, в два плеча каждой из которых включены чувствительные элементы 3-6, которые с целью создания однороцного электрического поля в измерительном объеме и снижения влияния паразитных электрических связей межцу измерительными электродами 8 и 9 снабжены заземленными экранирующими. электродами 10 и 11, что позволяет, в свою очередь, проводить измерения при одинаковых начальных граничных условиях для всех пищевых продуктов . Комплексная величина напряжений разбаланса с мостовых схем поступает на входы A и В амплитудно-фазового анализатора 7, блока 15 фазочувствительных детекторов, опорные напряжения которого при помощи фазовращателя 14 Имеют сдвиг

1057860 по фазе на угол Ji/2. С выходов блока фазочувствительных детекторов снимаются сигналы постоянного тока, пропорциональные проекциям напряжений разбаланса на опорные напряжения в комплексной плоскости, которые подаются на многоканальный самопишущий прибор (выходы С,D,E,F) и в зависимости от полярности через диоды на соответствующие сумматоры

16-19, на которых происходит вычита- 30 ние сигналов, пропорциональных одноименным проекциям напряжений разба .; ланса на опорные напряжения, с сумматоров разностные сигналы в зависимости от полярности чеРез диоды или $5 диоды с соответствующими инверторами 20-23-поступают на логические элементы НЕ 24.-27, на выходе которых появляются сигналы только при отсутствии выходных сигналов с сумматоров 16-19, т.е„ тогда, когда выходные сигналы с мостовых схем. равны .

0 или равны по амплитуде и фазе, что соответствует равномерному распределению компонентов в гетерогенной системе. Выходные сигналы с логических элементов НЕ поступают на входы логического устройства 28, реализующего операцию логического умножения И,,выходной сигнал которого управляет выключением электродвигателя куттера или мешалки, при равномерном распределении компонентов в пищевых продуктах.

Поскольку болыаинство пищевых вяэкопластичных продуктов являются полупроводниками с выраженными ди- .

:электрическими свойствами и ионным характером проводимости, их комплексную диэлектрическую проницаемость

f.=6+j6, ãäå Е и E " -соответственно 40 действительная и мнимая диэлектрические проницаемости, можно определить с помощью известной формулы Вагнера н

2 45 е=Кг (+эЮ, (J 2 2 где;например, для мясного фарша со шпиком

8„- комплексная диэлектрическая проницаемость шпика;

E< - комплексная диэлектрическая проницаемость мясного фарша; относительное объемное содержание шпика.

Таким образом, диэлектрическая проницаемость мясного фарша со шпиком является линейной функцией относительного объемного содержания шпика. Однако зта линейная зависи- мость характерна только для измерения Й в условиях квазистационарного однородного электрического поля без наличия краевых эффектов на измерительных электродах, что достигается экранированием поля по- 65

60 средством заземления соответствующих электродов многоэлектродных чувствительных элементов с целью уменыаения полей рассеивания и исключением зон концентраторов напряженности электрического. поля (углов, выпукловогнутостей в конструкции электродов).

Таким образом, для создания однородного поля в измерительной зоне чуствительных элементов и, следовательно, повышения точности измерений за счет исключения нелинейности при измерениях необходимо и достаточно конструктивно выполнить измерительные электроды в виде дис" ков, а экранирующие — в виде колец, установив их коаксиально в одной плоскости (компланарно).

При анализе работы контактных чувствительных элементов в результате рассмотрения эквивалентной электрической схемы электродной системы при наличии поляризации электродов, где С> и Ép- параметры, обусловленные поляризацией электродов, а Сг и

Йг — параметры исследуемой среды, уравнениедля проводимости схемы имеет вид

-1 („= (ф Ф) ) Я -г

-1

+ &+(tg+) 2 + г е(" (2) где

;а г —. ш уквСакв 2 R С

Из УРавнения (2) при tg>d >ц, tg6 >71I Rp

g ="2 " " (Г

Иэ анализа уравнения (3) видно, что с увеличением частоты значения

ВэкВ и Сэкв приближаются соответственно к . .параметрам исследуемой среды R2 и С2 что соответствует увеличению чувствительности чувствительных элементов.

Однако повышение частоты свьпае

100 кГц, что связано с аномалией проводимости и диэлектрической проницаемости при более низких частотах для различных видов мясосырья, входящего в состав мясного фарша,, вызывает резкое увеличение паразитных емкостных, резистивных утечек — связей между чувствительными элементами, возрастание доли энергии полей рассеивания, тем самым увеличивая величину эффективного измерительно1057860

ro объема, который превышает в 1,52 раза объем межэлектродного пространства двухэлектродного чувствительного элемента, нарушая однородность электрического поля, что приводит к необходимости использования чувствительных элементов с заземленными экранирующими электродами, для которых эффективный измерительный объем ограничивается практически только объемом межэлектродного пространст- 10 ва измерительных электродов, что в конечном итоге увеличивает чувствительность устройства в диапазоне частот 0,5-5 мГц более чем в 4 раза по сравнению с известным устройст- 35 вом.

В связи с тем, что измерения проводятся на переменном токе, то сигналы, а именно напряжения разбаланса, снимаемые с мостовых схем, являются величинами векторными, имеющими модуль и направление на комплексной плоскости, при этом модуль характеризует амплитуду сигнала, а направление - фазу. В соответствии с этим регистрирующий прибор, выполненный в виде амплитудно-фазового анализатора, позволяет контролировать процесс перемешивания не только по значению амплитуд сигналов, но и одновременно по фазе, что исключает не только возможность ложного срабатывания, а позволяет увеличить .точность измерения по сравнению с известным устройством в 2 раза, так как измеряемых величин две.

Таким образом, регистрация осуществляется только при полном совпадении сигналов по амплитуде и фазе и соответствует окончанию процесса перемешивания.

10578бО

3 а к аз 9 5 77/4 7

73 Подписное

ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4