Автоматизированное двухканальное устройство для комплексного мониторинга процесса свертывания молока

Автоматизированное двухканальное устройство для комплексного мониторинга процесса свертывания молока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно представляет собой прибор для одновременного мониторинга активной кислотности и вязкости молока с целью точного определения момента свертывания.

В настоящее время для мониторинга вязкости продуктов в промышленности широко используются поточные вискозиметры Brookfield STT-100 [1], принцип действия которых основан на измерении сопротивления поступательному или крутильному колебательному движению датчика.

Основным недостатком упомянутых выше вискозиметров является наличие внутренних подвижных деталей и, как следствие, относительно высокая сложность и стоимость конструкции.

Известен сенсор "Hot-Wire" (INRA, Франция) [2], который является прототипом датчика вязкости предлагаемого прибора. Принцип действия данного устройства основан на измерении перепада температур между подогреваемой током проволочкой и термопарой, помещенными в молоко на некотором расстоянии друг от друга. Увеличение вязкости молока во время его свертывания уменьшает конвекционный отвод тепла от нагревателя и отражается в увеличении его температуры.

Недостатком прототипа является использование термопары и термометра сопротивления в качестве элемента сравнения и термометрического датчика вязкости, требующих для своей работы наличия достаточно сложной многоступенчатой усилительной системы, что существенно увеличивает стоимость прибора.

В литературе отсутствует описание универсальных комбинированных устройств для одновременного контроля вязкости и кислотности молока.

Целью настоящего изобретения является создание простого комбинированного устройства для одновременного контроля вязкости и кислотности молока, обладающего высокой надежностью, хорошей чувствительностью и невысокой стоимостью.

В нашем случае в качестве термометрического датчика вязкости использован сенсор на основе кремниевого датчика температуры. Благодаря использованию компьютерной обработки данных, удалось исключить элемент сравнения из схемы измерения. Момент свертывания определяется по резкому изменению температуры датчика.

В температурном диапазоне от -50°С до +150°С кремниевые датчики имеют большие преимущества. Они обладают достаточной чувствительностью, хорошей линейностью характеристик, дешевы и доступны [3].

Блок-схема прибора приведена на фиг.1. У прибора имеется два идентичных аналоговых входа 3 с уровнем входного сигнала 0-5 В, к одному из которых подключен термометрический датчик вязкости 1, а к другому - рН-метр 2. Сигналы оцифровываются двумя идентичными АЦП и через плату сопряжения 4 поступают на персональный компьютер 5. Наличие второго канала позволяет проводить комплексный мониторинг процесса свертывания, отслеживая одновременно вязкость и активную кислотность молока.

Принципиальная схема термометрического датчика вязкости изображена на фиг.2. Номиналы элементов схемы на фиг.2: R₁=10 кОм, R₂=3,9 кОм, ЕК1-1 Вт-3 В, C₁=47 мкФ-25 В, C₂=47 мкФ-25 В, С₃=2000 мкФ-25 В, VD₁=КЦ405Г, DA₁-LM 335Z, DA₂-142EH8A.

Кремниевый датчик температуры (DA₁) помещен в капсулу из термореактивного материала для уменьшения тепловой инерции и оформлен в виде выносного датчика, погружаемого в молоко. На капсуле намотана изолированная водостойким лаком константановая проволока (ЕК1), служащая нагревателем. Мощность, подводимая к подогреваемому нагревателю, поддерживается постоянной.

Увеличение кинематической вязкости молока во время его свертывания уменьшает конвекционный отвод тепла от нагревателя (ЕК1) и отражается в увеличении температуры кремниевого датчика (DA₁).

Порог срабатывания прибора можно настроить на определенную границу или на скорость изменения температуры.

Конструкция нашего прибора позволяет использовать его для мониторинга процесса гелеобразования непосредственно в сырной или творожной ванне.

Следует отметить, что данный прибор может быть особенно полезным для исследования процесса кислотно-сычужного свертывания молока, являющегося в настоящее время основой производства большой группы мягких сыров и творога. Применение прибора для одновременного мониторинга вязкости и кислотности молока на этапе его коагуляции может стать основой для стандартизации и автоматизации таких процессов.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. D.J. О Callaghan and С.Р. О Donnell. On-line sensor control for milk powder and cheese manufacture.

2. Hori T. Objective measurements of the process of curd formation during rennet treatment of milks by the hot wire method.// Journal of Food Science, 1985 - v.50 - p.911-917.

3. Patrick Gueulle. Instrumentation virtuelle sur PC. // DUNOD, Paris, 1998.

Автоматизированное двухканальное устройство для комплексного мониторинга процесса свертывания молока, содержащее плату сопряжения с персональным компьютером, включающую два идентичных АЦП для подключения термометрического датчика вязкости и рН-метра, отличающееся возможностью одновременного контроля вязкости и кислотности молока в процессе его свертывания и использованием кремниевого датчика температуры в качестве термометрического датчика вязкости.