Устройство для контроля процесса перемешивания пищевых продуктов Советский патент 1983 года по МПК G01N33/12 

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 перемешивания и фиксации равномерного распределения между собой ра нородных по своим электрофизическим свойствам компонентов в колбасной, кондитерской, хлебопекарной, молочной и других отраслях промышленности

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

Недостатком известного устройства является то, что оно не может 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 пииевых 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 Гз 3.

Однако устройство обладает недостаточно высокой точностью измерений вследствие возможности появления ложного результата при равенстве напряжений разбаланса в мостовых системах по абсолютной величине, влияния краевых эффектов на чувствительные элементы и паразитных электрических связей между чувствительными элементами через продукт, а также относительно большой величиной эффективного объемаf что отрицательно сказывается на чувствительности всего устройства.

Цель изобретения - повышение чувствительности 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- . плитудно-фазовый анализатор, а чувствительные элементы выполнены в виде измерительных и заземленных экранирующих электродов, установленных на размещенных параллельно одна к друго

изолирующих шайбах, при этом измерительные злектроды, имеющие форму диска,расположены ко аксиально с колцевыми заземленными экранирующими электродами.

На фиг.1 изображена электрическая схема устройства; на фиг.2 чувствительный элемент, общий вид; на фиг.З - вид А на фиг.2; на фиг.4 - одна из. возможных блок-схем амплитудно-фазового анализатора.

Электрическая схема устройства (фиг.1) состоит из источника 1 переменного напряжения,, подключенного к первичной обмотке дифференциального трансформатора 2, чувствительных элементов З-б, 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 и системы измерительных 8 и 9 и заземленных экранирующих 10 и 11 электродов , установленных на изолирующих шайбах 12 и 13.

Блок-схема амплитудно-фазового |анализатора включает источник 1 переменного напряжения, к которому чере фазовращатель 14 подключен блок 15 фазочувствительных детекторов, выход которого через диоды, сумматоры 1619, инверторы 20-23 и логические элементы НЕ 24-27 подключены к логическому устройству 28, выполняющему операцию логического Умножения И (фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

После заполнения межэлектродного пространства чувствительных элементов З-б.перемешиваемым продуктом с источником 1 переменного напряжения одновременно подается напряжение на амплитудно-фазовый анализатор 7, фазовращатель 14 и две. мостовые cxeMia, в два плеча каждой из которых включены чувствительные элементы З-б, которые с целью создания однородного электрического поля в измерительном объеме и снижения влияния паразитных электрических связей между 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 А и В амплитудно-фазового анализатора 7, блока 15 фазочувствительных детекторов , опорные напряжения которого при помощи фазовращателя 14 имеют сдвиг по фазе на угол J7/2. 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,Е),Е,Р) и в зависимости от полярности через диоды на соответствующие сумматоры 16-19, на которых происходит вычитание сигналов, пропорциональных одноименным проекциям напряжений разба ланса на опорные напряжения, с сумма торов разностные сигналы в зависимости от полярности через диоды или 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 О или равны по амплитуде и фазе, что соответствует равномерному распределению компонентов в гетерогенн системе. Выходные сигналы с логических элементов НЕ поступают на вх ды логического устройства 28, реали зукадего операцию логического умноже ния И, .выходной сигнал которого управляет выключением электродвигателя куттера или мешалки, при равно мерном распределении компонентов в |пищевых продуктах. Поскольку большинство пищевых вязкопластичных продуктов являются полупроводниками с выраженными диi электрическими свойствами и ионным ,характером проводимости, их комплек ную диэлектрическую проницаемость i g+jg, где еи е -соответственно действительная и мнимая диэлектричес кие проницаемости, можно определить с помощью известной Формулы Вагнера .(и где,например, для мясного фарша со шпиком ц- комплексная диэлектрическа проницаемость шпика; комплексная диэлектрическа проницаемость мясного фарш - относительное объемное содержание шпика. Таким образом, диэлектрическая проницаемость мясного фарша со шпи ком является линейной функцией относительного объемного содержания шпика. Однако эта линейная зависимость характерна только для иэмерения в условиях квазистационарного однородного электрического поля без наличия краевых эффектов на измерительных электродах, что достигается экранированием поля посредством заземления соответствующих электродов многоэлектродных чувствительных элементов с целью уменьшения полей рассеивания и исключением зон концентраторов напряженности электрического, поля (углов, выпукловогнутостёй 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 ъ виде дисков, 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 Ср и ftp- параметры, обусловленные поляризацией электродов, а С и 2 параметры исследуемой среды, уравнение для проводймости схемы имеет вид р ,.2 I ) i{&(4)jf7: IP C2-.u,Cp(t,/4 где 1 .кв.кв Из уравнения (2) при , , КрЛК, CpWC2 получаем «экв--«2 р 2( ( Г экв/ Из анализа уравнения (3) видно, что с увеличением частоты значения .9Кв экв приближаются соответственно к параметрам исследуемой среды Rji и С2 , что соответствует увеличению чувствительности чувствительных элементов; Однако повышение частоты свЬше. 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 измерительного объема, который превышает в 1,52 раза объем межэлектродного пространства двухэлектродного чувствителного элемента, наругзая однородность электрического поля, что приводит к необходимости использования чувствительных элементов с заземленны «и экранирующими электродами, для которых эффективный измерительный объем ограничивается практически только объемом межэлектродного пространства измерительных электродов, что в конечном итоге увеличивает чувствительность устройства в диапазоне частот 0,5-5мГц более чем в 4 раза по сравнению с известным устройством.

В связи с тем, что измерения проводятся на переменном токе, то сигналы, а именно напряжения разбаланса, снимаеьвле 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 регистрируклций прибор, выполненный в виде амплитудно-Фазового . ансшизатора, позволяет контролировать процесс перемешивания не только по значению амплитуд сигналов, но

0 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

S как измеряе1««х величин две.

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

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.

/3

/

6uffA

//