Устройство контроля влажности пищевых продуктов Советский патент 1990 года по МПК G01N21/81 

Изобретение относится к приборо- строению для пищевой промышленности и предназначено для автоматического измерения влажности сыпучих продуктов (например, шрот, жмых, мятка, пищевые концентраты и т.д.) в потоке, а также может быть использовано при измерении влажности продуктов в лабораторных условиях.

иель изобретения - повышение точности измерений влажности.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства в режиме измерения влажности на фиг.2 - блоксхема оптической части устройства в режиме калибровки.

Устройство содержит источник 1 света, по ходу излучения которого находится исследуемый продукт 2 и установлены оптический прерыватель 3, светоделительные зеркала 4 и 5, образующие два оптических канала, светофильтры 6 и 7, блоки 8 и 9 фотоприемного усиления, выходы которых в каждом канале электрически соединены с первыми входами блоков 10 и 11 делителей с переменным коэффициентом деления сигналов, выходы

которых соединены попарно в каждом канале с ключами 12 и 13 и 14 н,15, при этом ключи 13 и 14 соединяют в каждом канале выходы блоков 10 и 11 делителей .сигналов со входами блоков 16 и 17 усиления, выходы которых подключены к.блоку 18 деления, связанного с блоком 19 масштабирования, выход которого подключен к блоку 20 индикации, а ключи 12 и 15 соединяют выходы блоков 10 и 11 делителей сигналов с первым и вторым входами блока 21 сравнения, сравнивающий вход блока 21 сравнения соединен с выходом блока 22 эталонного напряжения, первый и второй выходы соединены в каждом канале соответственно через ключи 23 и 24 е отстраивающими входами блоков 10 и 1-1 делителей сигналов, блок 25 управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 23 и 24, 12 и 13 и 14 и 15 и приводом 26 имитатора 27 нулевой влажности.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения ключи 13 и 14 открыты, а ключи 23 и 24 и 12 и 15 закрыты, в .результате чего имитатор 27 нулевой влажности находится в положении ОВ (фиг.1), при этом световое излучение из источника 1 света попадает на продукт 2 и, отразившись проходит через оптический прерывател 3, на выходе которого образуется переменный световой сигнал, несущий информацию о влажности. Светодели- тельное зеркало 4 разделяет полученный световой сигнал на два луча, один из которых, отразившись от зеркала 5, проходит через светофильтр 6, а второй проходит через светофильтр 7. Прошедшие через светофильтры сигналы в каждом, оптическом канал попадают на блоки 8 и 9 фотоприемног усиления, состоящего из фотоприемников с предварительными усилителями, в которых преобразуются в электрические импульсы, п.оступающие на первые входы блоков 10 и 11 делителей сигналов,

При выборе светофильтров 6 и 7 с максимумом пропускания в ИК-области на длинах волн с наибольшей и нам- меньшей чувствительностью к поглощени воды (1,95 мкм и 1,84 мкм) , напряжения и, и и на выходах блоков 10 и 11 длителей в каждом канале будут равны

и,,

и„ е

- Ы, т,

(1) (2)

где и (-,- и и Q2 .напряжения в каналах на выходах блоков 10 и 11 делителей сигналов, соответствующие нулевому значению влаги, равные отношению входных напряжений блоков делителя соответственно UqjQ, и ифо2.к коэффициентам деления этих блоков, равных со

ответственно К , и К

и.

2 0 Ucpo(/K(, Uo2. Ucpoz/K ;

of I и oi 2. коэффициенты поглощения

1 на выбранных длинах волн; m - масса влаги, Полученные значения напряжений, через открытые ключи 13 и 14, а также блоки 16 и 17 усиления поступают в- блок 18 деления, на выходе которого появляется сигнал, находящийся в экспоненциальной зависимости от содержания влажности, равный в соответствии с выражениями (1) и (2):

и е

(oi,2.-6Z,) m.

(3)

0

5

0

5

0

5

Преобразование сигнала в единицы влажности происходит в блоке 19 масштабирования, при этом измеренное значение влажности в процентах индицируется в блоке 20 индикации.

Выражение (3) является верным при равенстве .напряжений UQI U(,2 в каналах, соответствующих нулевой влаге. Для этого в процессе настройки эти напряжения предварительно - уравнивают с помощью блоков 8 и 9 фотоприемного усиления, подставляя вместо исследуемого продукта 2 белую стандартную пластину.

Однако под воздействием ряда факторов (например, изменение температуры окружающей среды, общий прогрев элементов влагомера) изменяется чувствительность блоков 8 и.9, при чальные напряжения UjpQ, и ифр2. в каналах на выходах блоков фотопрйемного усиления при нулевой влажности из- I меняются на величину

( ( соответствии с этим изменяются сигналы на выходах блоков 10 и 11 делителей сигналов, которые будут соответственно равны, иФ01±Диф .- т,

, - и

к.

0

±ьи,.

иф02.±Диф1

- -Uoz- z. ()

При этом с учетом (4) выражение (3) принимает вид

TI Цo ±&Ц1{0 2-oil) т,

;

где +Ди, и iAU2 - дополнительные напряжения ,соответствующие увеличению при положительном знаке или уменьшению при отрицательном начальных напряжений в каналах.

Из выражения (4) следует, что наклон градуировочной характеристик устройства изменяется, увеличивая погрешность измерения влажности. Дл исключения этого явления в устройстве предусмотрен режим калибровки, при котором по команде из блока 25 управления приводом 26 в оптический канал вводится имитатор 27 нулевой влажности, который устанавливается в положение СА (фиг.2). В результате световое излучение от источника 1 света попадает на имитатор 27 и, отразившись, проходит оптический путь, аналогичный ре.жиму измерений, при этом на выходах блоков 10 и 11 делителей сигналов появляются напря- -жения, соответствующие нулевому значению влажности с учетом изменения чувствительности фотоприемников, равные (,) и (U ±&U) . Одновременно по команде из блока 25 управления ключи 13 и 14 закрываются, ключи 23 и 12 открываются и сигйал с блока 10 делителя сигналов поступает через ключ 12 на первый вход блока 21 сравнения, в котором в результате сравнения с эталонным напряжением вырабатывается корректирующий сигнал, равный +Ди. Полученный сигнал с выхода блока 21 сравнения поступает через открытый ключ 23 на отстраивающий вход блока 10 делителя сигналов, при этом происходит изменение коэффициента К деления блока 10 до значения К„ , при которо напряжение на входе блока делителя сравнивается с эталонным напряжением эт. т.е.

У фо| +Ьиф| К..

01

(6) .

где К,, - новое значение коэффициента деления блока 10 делителя, равное с учетом выражения (6)

К

к

К

(7)

В следующем такте ключи 23 и 12 закрываются, а ключи. 24 и 15 открываются и во втором канале устройства происходят аналогичные выработка корректирующего сигнала ± fckUg и автоматическое изменение коэффициента К деления до значения, равного

г -а

(8)

По команде из блока 25 управления ключи 24 и 15 закрываются, а ключи 13 и 14 открываются, в результате чего имитатор 27 нулевой влажности возвращается в положение ОВ . На этом режим калибровки заканчивается и устройство переходит в режим измерения. Таким образом, в режиме калибровки изменением коэффициентов деления блоков 10 и 11 делителей сигналов на их выходах устанавливаются начальные значения напряжений и измерение влажности осуществляется по выражению (3),

° сравнению с аналогом использование предлагаемого устройства обеспечивает повышенную точность измерения влажности продукта, что позволяет сузить величину допуска отклонения влажности от заданного значения и сократить при этом потери сырья, а также повысить качество продукции.

Формула изобретения

Устройство контроля влажности пищевых продуктов, содержащее расположенные последовательно и оптически связанные источник света, оптичес- кий прерыватель, светоделительные зеркала, выделяющие два оптических канала, светофильтры в каждом канале и блоки фотоприемного усиления, вы- ходы которых в каждом канале элект- рически соединены с блоками усиления сигналов, выходы которых подключены к блоку деления сигналов, выход которого подключен к блоку масштабирования,соединенного с блоком индикации, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения влажности, в него введен имитатор ну- евой влажности, снабженный приводом ля ввода его между источником света

и оптическим прерывателем, блок срав нения, блок эталонного напряжения, соединенный с блоком сравнения, блок управления, блЬки делителей.с переменным коэффициентом деления по одному в каждом канале и шесть ключей, причем входы первого и второго клю- чрй соединены соответственно с выхо- даИи первого и второго блоков делителей, выходы этих ключей соединены с |входами первого и второго блоков усиления сигналов, входы третьего и четвертого ключей соединены соответ- с выходами первого и второго бл|оков делителей, а выходы этих ключей подключены к первому и второму вхЬдам блока сравнения, входы пято

го и шестого ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами блока сравнения, а выходы этих ключей подключены к отстраивающим входам первого и второго блоков делителей, при этом сигнальные входы последних соединены в каждом канале с выходами блоков фотоприемного усиления, а выходы блока управления разделены так, что первый из них соединен с приводом имитатора нулевой влажности, второй - с управляющими входами четвертого и шестого ключей третий - с управляющими входами третьего и пятого ключей, четвертый - с управляющими входами первого и второго ключей.

Изобретение относится к области приборостроения для пищевой промышленности и предназначено для автоматического измерения влажности сыпучих продуктов (таких как шрот, жмых, мятка, пищевые концентраты, и т.д.) в потоке, а также может быть использовано при измерении влажности продуктов в лабораторных условиях. Цель изобретения - повышение точности измерения влажности. Устройство содержит оптический тракт с разделением отраженного от контролируемого продукта излучения на два канала с измерительной и опорной длинами волн. Благодаря наличию имитатора нулевой влажности и двух блоков делителей с изменяемым коэффициентом деления устройство позволяет компенсировать дрейф параметров элементов в каждом канале путем подстройки коэффициентов деления блоков делителей при периодическом введении имитатора нулевой влажности на место контролируемого продукта. 2 ил.

/ I b-J

27

В

1 t- / ,

9

Фиг.1

из схемы

26

ГЛ

27

Z

Фиг. 2