Вакуумный манометрический прибор для определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах с охлаждающими ультратермостатами на основе термоэлектрических холодильников

Вакуумный манометрический прибор для определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах с охлаждающими ультратермостатами на основе термоэлектрических холодильников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к лабораторной измерительной технике, более конкретно - к приборам и методам контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, и может использоваться в пищевой промышленности.

С помощью типового лабораторного оборудования осуществляется классический, единственный прямой, при совершенном техническом исполнении арбитражный, не требующий калибровки измерительных устройств и при этом самый простой метод определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах - вакуумный манометрический метод, он же метод W.J. Scott. Он также называется "Vapor Pressure Method" (сокращенно - VPM). Метод основан на прямом измерении (непосредственное измерение) парциального давления водяного пара над поверхностью исследуемого образца пищевого продукта с помощью манометра. Наибольшее распространение получили приборы и установки, оснащенные жидкостными дифференциальными манометрами. В качестве рабочей жидкости применяются некоторые марки вакуумных масел, имеющих наименьшее давление собственных паров и не окисляющихся при длительном контакте с водяными парами. Давление водяного пара внутри вакуумной измерительной системы определяют по разности высоты столба жидкости в левой и правой частях U-образной стеклянной трубки с помощью оптической измерительной системы [Рогов И.А. Активность воды в многокомпонентных пищевых системах / И.А.Рогов, Л.Ф.Митасева, Н.С.Николаев, С.Г.Юзов. Учебно-методическое пособие. - М.: МГУПБ, 2009. - 67 с.], [Фатьянов Е.В. Содержание и состояние влаги в мясе и мясопродуктах: Учебное пособие для студентов и метод, указ. - Саратов: Саратовская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии, 1995. - 36 с.].

Впоследствии этот известный метод и измерительное устройство были модифицированы в МТИММП в лаборатории ПНИЛЭФМОПП и на кафедре «Технология мяса и мясных продуктов» путем оснащения жидкостного дифференциального манометра второй измерительной вакуумной емкостью, заполняемой дегазированной дистиллированной или бидистиллированной водой, в качестве стабилизатора давления воздуха/водяного пара внутри объема сравнения [Чоманов У.Ч. Исследование гигроскопических характеристик и разработка методов и установок для определения активности воды, влажности мяса и мясопродуктов: Дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. - М.: МТИММП, 1979, 173 с.], [Рогов И.А. Методы определения активности воды в пищевых продуктах: Метод, указ. / И.А.Рогов, В.Н.Кулагин, Е.В.Фатьянов. - М.: МТИММП, 1986. - 38 с.], [Рогов И.А. Определение активности воды мяса и мясопродуктов / И.А.Рогов, Г.П.Казюлин, И.М.Тюгай, У.Ч.Чоманов, Д.А.Кузнецов. Метод, указ. к лаб. раб. для студ. спец. 1009 и 1718. - М.: МТИММП, 1987. - 7 с.]. Именно этот прибор/установка является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату.

Во всех перечисленных работах содержится крайне скупая информация о способах термостатирования вакуумных измерительных емкостей и технических средств для его осуществления в манометрических приборах и установках. Известно только, что температура внутри вакуумных измерительных емкостей должна быть не выше температуры дифференциального жидкостного манометра из стекла во избежание выпадения водного конденсата, то есть запотевания внутренних поверхностей его трубок, в результате чего может снизиться точность считывания показаний жидкостного манометра и даже попадание водного конденсата в его рабочую жидкость. Также известно, что для вакуумных измерительных емкостей применяются суховоздушные или жидкостные (водяные) ультратермостаты. Про их устройство и режим работы ничего не известно, кроме того, что они работают по принципу нагрева и стабилизации температуры греющей среды и находящегося в рабочем объеме устройства контролируемого объекта или системы.

Допускается производить измерительные работы на вакуумных манометрических приборах и установках без применения ультратермостатов. В этом случае в процессе вакуумной откачки воздуха внутри измерительных емкостей сначала понижается температура вследствие испарения воды в условиях пониженного давления, а после откачки воздуха осуществляется выдержка измерительных емкостей при обеспечении теплового контакта с воздушной окружающей средой. Это делается для повышения температуры внутри измерительных емкостей до температуры воздушной окружающей среды с целью стабилизации их термодинамического состояния и обеспечения необходимой точности проведения замеров показаний у жидкостного дифференциального манометра и термометров, которыми оснащены измерительные емкости. Термометры применяются для температурной коррекции результатов измерения на вакуумном манометрическом приборе или установке.

Основным недостатком описанной методики проведения измерений и технического средства для ее осуществления является необходимость применения длительной выдержки вакуумных измерительных емкостей после откачки воздуха с целью достижения их теплового равновесия с воздушной окружающей средой. Как правило, это время составляет от 20-30 минут до 1,5 часа при исследовании одной пробы пищевого продукта, что снижает эффективность и повышает трудоемкость измерительных работ. Применение нагревающих ультратермостатов способствует значительному снижению продолжительности тепловой выдержки вакуумных измерительных емкостей после откачки воздуха, но эти приспособления обязательно должны быть оснащены качественной, хорошо проработанной и отлаженной системой управления, чтобы обеспечить максимально возможную скорость прогрева и при этом предотвращать перегрев измерительных емкостей выше температуры окружающей воздушной среды. Это обстоятельство в свою очередь приводит к усложнению конструкции и увеличению стоимости прибора/установки.

Вторая причина повышения трудоемкости в осуществлении манометрического метода является следствием проведения ручных, требующих достаточно высокой точности, аккуратности и осторожности операций в управлении работой прибора/установки посредством вакуумных кранов, а также при снятии показаний жидкостного дифференциального манометра из стекла с помощью линейного микроскопа (катетометр).

В совокупности все вышеперечисленные аспекты приводят к увеличению суммарного уровня погрешности измерений за счет человеческого фактора и большой общей продолжительности процедуры определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах.

Задача направлена на разработку полуавтоматического измерительного устройства, в котором осуществляется стабилизация температуры внутри вакуумных измерительных емкостей после откачки воздуха без осуществления процесса подогрева последних за счет применения специальных ультратермостатов, нейтрализующих теплопритоки от окружающей воздушной среды. Также задача направлена на создание точного электромеханического привода для вакуумных кранов прибора. Предусматривается поиск новой, более оперативной и компактной схемы оптической измерительной системы для дифференциального жидкостного манометра из стекла.

Поставленная техническая задача решается исходя из того, что в холодильной технике известен компактный термоэлектрический модуль плоской формы, он же элемент Пельтье, способный создавать температурный градиент на его противоположных сторонах (плоскостях) под воздействием разности электрического потенциала на рабочих клеммах, а при потреблении электрического тока - вырабатывать холод и/или тепло [Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. - Л.: Изд-во «Наука», 1967. - 267 с.], [Кошкин Н.Н., Ткачев А.Г. и др. Холодильные машины. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 512 с.], [Рогов И.А., Жаринов А.И., Фатьянов Е.В., Алейников А.К., Юзов С.Г. Определение активности воды в пищевых системах и продуктах криоскопическим методом: Метод, указ. - М.: МГУПБ, 2003. - 27 с.], [Миллиосмометр-криоскоп термоэлектрический МТ-5. Руководство по эксплуатации Яб1.540.026 РЭ, - Санкт-Петербург: Научно-производственное предприятие «Буревестник», ОАО, 2004 г.]. При этом элемент Пельтье отличается высокой оперативностью и точностью соблюдения режима работы.

Таким образом, является возможным создать ультратермостат на основе термоэлектрического элемента, который будет способен стабильно поддерживать температуру вакуумной измерительной емкости на практически любом уровне, равном или меньшем температуры воздушной окружающей среды. Наиболее рациональным является установление режима работы термоэлектрического холодильника с помощью регулируемого источника постоянного электрического тока на стабилизированное значение температуры, равное температуре внутри измерительной емкости после откачки воздуха, которая в свою очередь понизилась вследствие испарения воды из объекта измерения или объекта сравнения в условиях вакуума. В таком режиме работы ультратермостат на основе термоэлектрического холодильника в кратчайшее время создает тепловое равновесие между вакуумной измерительной емкостью и воздушной окружающей средой и тем самым повышает оперативность действия технического средства до максимально возможного значения.

Известно явление обратимости термоэлектрического эффекта у элемента Пельтье, при котором создание температурного градиента на противоположных сторонах (плоскостях) способствует возникновению разности электрического потенциала на его рабочих клеммах, а при подводе тепловой энергии к одной плоскости и отводе тепловой энергии от противоположной плоскости вырабатывается постоянный электрический ток [пат. 2412437 С1 Российская Федерация, МПК⁷ G01N 33/02 (2006.01). Измерительное устройство портативной конструкции для определения криоскопической температуры и активности воды в высоковлажных пищевых продуктах. / Юзов С.Г. (RU); заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии». - №2009140021/13(056825); заявл. 30.10.2009; опубл. 20.02.2011, Бюл. №5. - 12 с.: 1 ил.]. Причем прямое и обратное действие термоэлектрического эффекта у элемента Пельтье численно совпадают по значению температурного градиента на противоположных сторонах (плоскостях) и разности электрического потенциала на его рабочих клеммах.

Использование явления обратимости термоэлектрического эффекта позволяет создать систему управления работой ультратермостата для вакуумной измерительной емкости прибора намного проще, несколько эффективнее, и возможно более оперативную по сравнению с аналогичными системами управления, при создании которых не учитывалось указанное явление.

Сущность функционирования системы управления работой охлаждающего ультратермостата для вакуумной измерительной емкости заключается в следующем. В процессе откачки воздуха из измерительной емкости и после нее за счет испарения воды в условиях вакуума охлаждается контактирующая с емкостью первая сторона элемента Пельтье, вторая сторона элемента Пельтье находится в тепловом контакте с воздушной окружающей средой. Возникший температурный градиент на плоскостях термоэлектрического модуля создает разность электрического потенциала на его рабочих клеммах, которую измеряют вольтметром. Затем с помощью регулируемого стабилизированного источника питания устанавливают такое же напряжение электрического постоянного тока. После чего от клемм термоэлектрического модуля отключают вольтметр и подключают их к источнику питания. Таким образом, ультратермостат на основе термоэлектрического холодильника настроен на практически полную нейтрализацию теплопритока к вакуумной измерительной емкости от воздушной окружающей среды и тем самым на стабилизацию температуры внутри емкости с целью качественного надежного проведения измерения парциального давления водяного пара и активности воды в исследуемом образце пищевого продукта.

Создание точного электромеханического привода для вакуумных кранов прибора осуществляется путем оснащения электродвигателя с понижающим редуктором электрическими контактами для управления его работой от блока питания посредством пульта управления. Контакты приводятся в движение с помощью кулачка или кулачков, вращаемых осью редуктора. Является эффективным применение герметичных магнитных контактов - герконов, а вместо кулачков в этом случае используются подвижные постоянные магниты. Показание рабочего состояния электромеханического привода вакуумных кранов в текущий момент времени является целесообразным и недорогим способом отображать с помощью индикаторного диска вместе со стрелкой-указателем, изготовленных из пластических материалов.

Является возможным создание альтернативной катетометру более оперативной и компактной схемы оптической измерительной системы для дифференциального жидкостного манометра из стекла путем его оснащения измерительной микрометрической шкалой при совместном использовании оптического увеличителя, например на основе плоских дифракционных линз (линза Френеля).

Указанные три направления по усовершенствованию манометрического метода и технического средства для его осуществления позволяют значительно упростить конструкцию прибора и сделать его работу более надежной, а также сделать более точной, ускорить и упростить процедуру измерения парциального давления водяного пара и активности воды в исследуемом образце пищевого продукта.

Положительным свойством разрабатываемого вакуумного манометрического прибора также является то, что в основу его конструкции взяты отдельные устройства, узлы и детали, применяющиеся в качестве комплектующих компонентов в лабораторной технике, в том числе выполненные из стекла [Лабораторные работы по органической химии. Под ред. О.Ф.Гинзбурга и А.А.Петрова. Учеб. пособие для химико-технологических специальностей вузов. Изд. 3-е. М.: «Высшая школа», 1974. - 287 с.]. Этот технический прием дополнительно позволяет снизить себестоимость измерительного устройства.

Поставленная задача решается предлагаемым вакуумным манометрическим прибором для определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах с охлаждающими ультратермостатами на основе термоэлектрических холодильников, включающим: вакуумные колбы из стекла со шлифами для исследуемой пробы продукта и дистиллированной воды соответственно, у каждой из которых нижняя половина размещена внутри контактной охлаждающей чаши из теплопроводящего материала вместе с теплоизоляционным покрытием, выложенной слоем теплопроводящей пасты со стороны контакта с вакуумной колбой, а с внешней стороны у основания связанной с термоэлектрическим холодильником, состоящим из термоэлектрического элемента, он же элемент Пельтье, воздушного охлаждающего радиатора и компактного вентилятора для радиатора, в совокупности составляющих два независимо функционирующих охлаждающих ультратермостата для вакуумных колб; в свою очередь каждая вакуумная колба закреплена на полой стеклянной пробке со шлифом с воздухоприемником и с гнездом из стекла вместе с амортизирующей прокладкой, внутри которого размещается электронный термометр; воздухоприемники в свою очередь связаны с левым и правым входом жидкостного дифференциального манометра из стекла, частично заполненного вакуумным маслом, и все вместе связаны соответственно с вакуумными кранами из стекла со шлифами для левой и правой вакуумных измерительных частей прибора, в свою очередь связанных между собой уравнителем давления воздуха для процесса откачки и уравнителем давления воздуха для процесса впуска, а последний из них связан с патрубками впуска атмосферного воздуха для левой и правой вакуумных измерительных частей прибора, и независимо от уравнителей давления воздуха связанных соответственно с левой и правой трубками для отвода воздуха из вакуумной измерительной части прибора, которые в свою очередь связаны с центральной трубкой, сообщающейся с газовым манометром и с вакуумной ловушкой из стекла с пробкой и шлифами, снабженной патрубком откачки воздуха, соединенным с вакуум-насосом с электрическим/электромеханическим приводом посредством гибкого вакуумного шланга; уровни вакуумного масла в жидкостном дифференциальном манометре из стекла контролируются и измеряются с помощью микрометрической измерительной шкалы, считываемой оптической измерительной системой; защитный кожух вместе с люками, изготовленный из прозрачного ударопрочного материала, герметично закрывающий все конструктивные элементы и узлы прибора из стекла, находящиеся под вакуумным давлением, от окружающей среды; в свою очередь в каждом охлаждающем ультратермостате термоэлектрический элемент и компактный вентилятор связаны с сетевым стабилизированным блоком электропитания посредством пульта управления, а первый из них - дополнительно посредством устройства управления напряжением электрического тока и амперметра, и оснащен сигнальной лампой работы термоэлектрического холодильника; также термоэлектрический элемент и устройство управления напряжением электрического тока посредством пульта управления соединены с блоком сравнения значений напряжения электрического тока; в свою очередь вакуумные краны подсоединены к механическому синхронизированному приводу, подключенному к электродвигателю и автоматическому коммутатору, посредством которого и пульта управления раздельно электродвигатель и компактный вентилятор термоэлектрического холодильника связаны с сетевым стабилизированным блоком электропитания, а также снабженного диском индикации вместе со стрелкой-указателем.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа следующими признаками:

- установка защитного кожуха из прозрачного ударопрочного материала вместе с люками, закрывающего стеклянную часть прибора, находящуюся под вакуумным давлением, для обеспечения безопасности работы оператора;

- использование в вакуумной системе прибора электромеханического синхронизированного привода для вращения вакуумных кранов управления распределением воздуха, автоматизированного с помощью коммутатора на основе электрических контактов с механическими толкателями или герметичных магнитных контактов (геркон) с подвижными постоянными магнитами;

- показана возможность применения в приборе для снятия показаний с дифференциального жидкостного манометра из стекла компактной оптической измерительной системы, созданной на основе микрометрической шкалы и оптического увеличителя из плоских дифракционных линз (линза Френеля), вместо катетометра;

- упрощена конструкция и улучшена функциональность системы управления распределением воздуха в вакуумной измерительной части прибора за счет применения всего двух вакуумных двухходовых кранов, подвижные части которых синхронно вращаются от общего электромеханического привода, а также за счет дополнительного введения между вакуумными кранами уравнителя давления воздуха для процесса откачки и уравнителя давления воздуха для процесса впуска с целью надежного выравнивания давления воздуха/водяного пара между левой и правой вакуумными измерительными частями прибора при его эксплуатации;

- применение управляемых охлаждающих ультратермостатов с термоэлектрическими холодильниками на основе элементов Пельтье с использованием контактных чаш из теплопроводящего материала и теплопроводящей пасты для измерительных вакуумных емкостей/колб под исследуемую пробу продукта и дистиллированную воду;

- создана система управления работой охлаждающих ультратермостатов упрощенной конструкции и улучшенной функциональности, в том числе точного и оперативного управления, за счет использования явления обратимости термоэлектрического эффекта у элемента Пельтье в компактных холодильниках для оптимальной настройки источника электрического питания с целью создания и стабилизации теплового равновесия между измерительными вакуумными емкостями/колбами манометрического прибора и воздушной окружающей средой;

- показана возможность определения расчетным методом по таблице и формуле парциального давления водяного пара над поверхностью пищевого продукта при различных температурах по значению универсального показателя термодинамической активности воды в образце продукта, определенной манометрическим прибором при фиксированном значении температуры измерения исследуемого объекта.

На фиг.1 приведена механическая схема предлагаемого вакуумного манометрического прибора для определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах с охлаждающими ультратермостатами на основе термоэлектрических холодильников. Измерительное устройство состоит из следующих компонентов:

защитного кожуха 1 из прозрачного ударопрочного материала вместе с люками для механической изоляции стеклянной части прибора от окружающей среды;

вакуумной колбы из стекла со шлифом 2 для исследуемой пробы продукта и вакуумной колбы из стекла со шлифом 3 для дистиллированной воды со встроенными внутри них вдоль центральной вертикальной оси и вблизи дна соответственно гнездами из стекла вместе с амортизирующими прокладками 4 и 5 под электронные термометры 6 и 7, закрепленных соответственно на полых стеклянных пробках со шлифами и воздухоприемниками 8 и 9; каждый воздухоприемник сообщается соответственно с левым и правым входом жидкостного дифференциального манометра из стекла 10, частично заполненного вакуумным маслом и оснащенного микрометрической измерительной шкалой 11, которая считывается оптической измерительной системой 12, и все вместе связаны с вакуумными кранами из стекла со шлифами двухходовыми 13 и 14 соответственно для левой и правой измерительных частей прибора, в свою очередь связанных между собой уравнителем давления воздуха 15 для процесса откачки и уравнителем давления воздуха 16 для процесса впуска, связанным соответственно с патрубками впуска атмосферного воздуха 17 и 18 для левой и правой вакуумных измерительных частей прибора, и независимо от последних связанные соответственно с левой и правой трубками для отвода воздуха 19 из вакуумной измерительной части прибора, которые сходятся к центральной трубке для отвода воздуха 20 из вакуумной измерительной части прибора, она в свою очередь сообщается с газовым манометром 21, вакуумной ловушкой из стекла с пробкой и шлифами 22, а она в свою очередь связана с патрубком откачки воздуха 23, соединенным с вакуум-насосом 24 с электрическим/ электромеханическим приводом посредством гибкого вакуумного шланга из резины или силикона (вакуумный шланг на схеме условно не показан);

независимо функционирующих охлаждающих ультратермостатов на основе термоэлектрических холодильников (ТЭХ), которыми оснащены вакуумная колба для исследуемой пробы продукта и вакуумная колба для дистиллированной воды и которые включают в себя контактную охлаждающую чашу из теплопроводящего материала 25 вакуумной колбы для исследуемой пробы продукта вместе с теплоизоляционным покрытием 26, выложенную слоем теплопроводящей пасты 27 со стороны контакта с вакуумной колбой, а с противоположной стороны связанную с термоэлектрическим элементом (элемент Пельтье) 28 ТЭХ для левой измерительной части прибора, находящимся в свою очередь в тепловом контакте с воздушным охлаждающим радиатором 29 вместе с компактным вентилятором 30 радиатора ТЭХ для левой измерительной части прибора, а также контактную охлаждающую чашу из теплопроводящего материала 31 вакуумной колбы для дистиллированной воды вместе с теплоизоляционным покрытием 32, выложенную слоем теплопроводящей пасты 33 со стороны контакта с вакуумной колбой, а с противоположной стороны связанную с термоэлектрическим элементом (элемент Пельтье) 34 ТЭХ для правой измерительной части прибора, находящимся в свою очередь в тепловом контакте с воздушным охлаждающим радиатором 35 вместе с компактным вентилятором 36 радиатора ТЭХ для правой измерительной части прибора;

сетевого стабилизированного блока электропитания 37, пульта управления 38, для левой и для правой измерительных частей прибора соответственно устройств управления напряжением электрического тока 39 и 40 ТЭХ, оснащенных соответственно амперметрами 41 и 42 ТЭХ, сигнальными лампами 43 и 44 работы ТЭХ, а также из блоков сравнения значений напряжения электрического тока 45 и 46;

механического синхронизированного привода 47 для вакуумных кранов 13 и 14, подсоединенного к ним с помощью подвижных разъемных осей, подключенного к электродвигателю 48 для вращения вакуумных кранов и автоматическому коммутатору 49 работы электродвигателя, с помощью которого и пульта управления 38 осуществляется самостоятельное раздельное электропитание и управление работой электродвигателя и компактных вентиляторов 30 и 36 радиаторов ТЭХ для левой и правой измерительных частей прибора от сетевого стабилизированного блока электропитания 37, а также снабженного диском индикации вместе со стрелкой-указателем 50.

Несущая рама (шасси) измерительного устройства вместе с крепежными элементами, корпус электромеханического привода, а также шарнирные держатели и крепления охлаждающих ультратермостатов на схеме условно не показаны. Крепежные элементы и узлы между несущей рамой и стеклянной частью прибора выполняются таким образом, чтобы обеспечить быстрый и точный монтаж и демонтаж последнего компонента с целью оперативной замены при поломке и износе стеклянных шлифов технического средства.

Прибор может дополнительно оснащаться вакуумным краном впуска атмосферного воздуха вместе с впускным патрубком и вакуумным краном блокировки откачки воздуха, выполненными из металла (стекла) и соединенными непосредственно с вакуумным шлангом.

На фиг.2 дополнительно приведена схема электрических соединений узлов предлагаемого вакуумного манометрического прибора для определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах с охлаждающими ультратермостатами на основе термоэлектрических холодильников, приведенных на фиг.1. Электрическая схема измерительного устройства состоит из следующих компонентов:

вакуумной колбы из стекла со шлифом 2 для исследуемой пробы продукта и вакуумной колбы из стекла со шлифом 3 для дистиллированной воды, снабженных соответственно контактной охлаждающей чашей из теплопроводящего материала 25 вместе с теплоизоляционным покрытием 26 и слоем теплопроводящей пасты 27, оснащенной термоэлектрическим элементом (элемент Пельтье) 28 ТЭХ для левой измерительной части прибора вместе с воздушным охлаждающим радиатором 29 и компактным вентилятором 30 радиатора ТЭХ для левой измерительной части прибора, и контактной охлаждающей чашей из теплопроводящего материала 31 вместе с теплоизоляционным покрытием 32 и слоем теплопроводящей пасты 33, оснащенной термоэлектрическим элементом (элемент Пельтье) 34 ТЭХ для правой измерительной части прибора вместе с воздушным охлаждающим радиатором 35 и компактным вентилятором 36 радиатора ТЭХ для правой измерительной части прибора;

сетевого стабилизированного блока электропитания 37, с которым посредством пульта управления 38 связаны термоэлектрические элементы 28 и 34 ТЭХ и компактные вентиляторы 30 и 36 радиаторов ТЭХ левой и правой измерительных частей прибора, а первые из них - дополнительно посредством соответственно для левой и правой измерительных частей прибора устройств управления напряжением электрического тока 39 и 40 ТЭХ, оснащенных в свою очередь амперметрами 41 и 42 ТЭХ, сигнальными лампами 43 и 44 работы ТЭХ;

для левой и правой измерительных частей прибора соответственно блоков сравнения значений напряжения электрического тока 45 и 46, соединенных соответственно с термоэлектрическими элементами 28 и 34 ТЭХ и устройствами управления напряжением электрического тока 39 и 40 ТЭХ посредством пульта управления 38;

механического синхронизированного привода 47 для вакуумных кранов, подключенного к электродвигателю 48 для вращения вакуумных кранов и автоматическому коммутатору 49 работы электродвигателя, посредством которого и пульта управления 38 раздельно электродвигатель и компактные вентиляторы 30 и 36 радиаторов ТЭХ для левой и правой измерительных частей прибора связаны с сетевым стабилизированным блоком электропитания 37, при этом рабочее состояние привода оценивается с помощью диска индикации вместе со стрелкой-указателем 50.

Также на фигурах 1 и 2 приняты следующие условные обозначения:

t_возд - значение температуры окружающей воздушной среды, °C;

t_п и t_в - значения температуры, отображаемые электронными термометрами 6 и 7 вакуумных колб 2 и 3 для исследуемой пробы продукта и дистиллированной воды соответственно, °C;

t_прод и t_воды - реальные значения температуры исследуемой пробы продукта и дистиллированной воды внутри вакуумных колб 2 и 3 вблизи от контактных охлаждающих чаш 25 и 31 ТЭХ соответственно, °C;

P_прод и P_воды - реальные значения (механические) давления водяного пара над поверхностью исследуемого образца продукта и дистиллированной воды внутри вакуумных колб 2 и 3 соответственно, мм водного столба (мм водн. ст.);

Н_п и Н_в - уровни жидкости в дифференциальном манометре 10 под давлением водяного пара над поверхностями исследуемого образца продукта и дистиллированной воды соответственно, мм водн. ст.;

Н₀=0 мм водн. ст. - начальная точка отсчета микрометрической измерительной шкалы 11 жидкостного дифференциального манометра 10 и/или оптической измерительной системы 12;

Р_вакуум≅минус 1 атм - значение избыточного давления воздуха при откачке вакуумной измерительной системы прибора;

Р_возд=0 атм - значение избыточного давления воздуха при впуске в вакуумную измерительную систему прибора;

220 В - напряжение электрического тока питающей сети;

U_прив и U_ТЭХ - значение напряжения электрического тока на выходе сетевого блока питания 37 и пульта управления 38 для питания и управления электромеханического привода вакуумных кранов и ТЭХ в охлаждающих ультратермостатах вакуумных колб соответственно, В.

Устройства электрического питания и управления вакуум-насосом и оптической измерительной системы для манометрического прибора на схеме условно не показаны.

Вакуумный манометрический прибор для определения парциального давления водяного пара и активности воды в пищевых продуктах с охлаждающими ультратермостатами на основе термоэлектрических холодильников работает следующим образом.

На диаграмме (фиг.1, поле в правом нижнем углу) составлена последовательность операций (действий) и сопровождающихся процессов, происходящих в ходе всей процедуры измерения, при указанных положениях вакуумных кранов 13 и 14, и, таким образом, составлен алгоритм работы измерительного устройства.

А - вакуумные краны из стекла со шлифами 13 и 14 находятся в положении соединения патрубков впуска атмосферного воздуха 17 и 18 с левой и правой вакуумными измерительными частями прибора; съем вакуумной колбы из стекла со шлифом 2 с полой стеклянной пробки со шлифом и воздухоприемником 8 и загрузка/замена/выгрузка исследуемой пробы продукта; установка вакуумной колбы из стекла со шлифом 2 на полую стеклянную пробку со шлифом и воздухоприемником 8;

I - поворот вакуумных кранов из стекла со шлифами 13 и 14 на 45° для закрытия подачи давления атмосферного воздуха и подготовки к включению вакуум-насоса 24 для общей откачки воздуха из вакуумной измерительной системы;

В - включение вакуум-насоса 24;

II - поворот вакуумных кранов из стекла со шлифами 13 и 14 на 45° и осуществление общей откачки воздуха из вакуумной измерительной системы;

III - поворот вакуумных кранов из стекла со шлифами 13 и 14 на 45° и закрытие подачи вакуума в измерительную систему;

C - выключение вакуум-насоса 24, выдержка исследуемой пробы продукта в колбе 2 и дистиллированной воды в колбе 3 под вакуумом и настройка термоэлектрических элементов (элементы Пельтье) 28 и 34 ТЭХ в охлаждающих ультратермостатах;

D - включение электрического питания для термоэлектрических элементов (элементы Пельтье) 28 и 34 ТЭХ в охлаждающих ультратермостатах, выдержка исследуемой пробы продукта в колбе 2 и дистиллированной воды в колбе 3 при изотермических условиях, снятие показаний с электронных термометров 6 и 7 вакуумных колб и с жидкостного дифференциального манометра из стекла 10 с вакуумным маслом с помощью микрометрической измерительной шкалы 11 и оптической измерительной системы 12 (замер разности уровней столба жидкости), выключение электрического питания от термоэлектрических элементов (элементы Пельтье) 28 и 34 ТЭХ в охлаждающих ультратермостатах;

IV - поворот вакуумных кранов из стекла со шлифами 13 и 14 на 45° для соединения патрубков впуска атмосферного воздуха 17 и 18 с левой и правой вакуумными измерительными частями прибора и осуществление общего впуска давления атмосферного воздуха в вакуумную измерительную систему.

Вакуумные краны 13 и 14 приводятся во вращательное движение с помощью электромеханического привода, а именно электродвигателем 48 посредством механического синхронизированного привода 47. Работой электродвигателя управляет пульт управления 38 вместе с автоматическим коммутатором 49. Последний узел данного прибора управляется, в свою очередь, механическим синхронизированным приводом 47. Текущее рабочее состояние измерительного устройства оценивается по положению механического синхронизированного привода 47 с помощью диска индикации вместе со стрелкой-указателем 50. Электрический ток для питания электромеханического привода, в том числе электродвигателя, подается от сетевого стабилизированного блока электропитания 37, понижающего напряжение переменного электрического тока с 220 В до рабочего напряжения постоянного тока U_прив.

Прибор в состоянии «А»

Вакуумные краны из стекла со шлифами 13 и 14 должны находиться в положении, обеспечивающем сообщение патрубков впуска атмосферного воздуха 17 и 18 с левой и правой вакуумными измерительными частями прибора.

Оператором прибора через люки защитного кожуха 1 из прозрачного ударопрочного материала с полой стеклянной пробки со шлифом и воздухоприемником 8 снимается вакуумная колба из стекла со шлифом 2. В ее рабочем объеме размещается исследуемая проба продукта, а в рабочем объеме вакуумной колбы из стекла со шлифом 3 должна быть предварительно налита и дегазирована дистиллированная вода в массе/объеме, необходимом для обеспечения теплового контакта с гнездами из стекла вместе с амортизирующими прокладками 4 и 5, в которых размещаются электронные термометры 6 и 7. Также на этой стадии рабочего цикла прибора осуществляется замена/выгрузка исследуемой пробы продукта и, при необходимости, замена/удаление дистиллированной воды. После этого вакуумная колба из стекла со шлифом 2 герметично закрепляется на полой стеклянной пробке со шлифом и воздухоприемником 8, а вакуумная колба из стекла со шлифом 3 должна быть герметично закреплена на полой стеклянной пробке со шлифом и воздухоприемником 9.

После проделанных манипуляций оператором прибора люки защитного кожуха 1 из прозрачного ударопрочного материала обязательно должны быть закрыты.

Прибор в состоянии I

Вакуумный кран из стекла со шлифами 13 поворачивается на 45° по часовой стрелке, а вакуумный кран из стекла со шлифами 14 - на 45° против часовой стрелки, и тем самым перекрывают подачу давления атмосферного воздуха (избыточное давление воздуха P_возд=0 атм) в левую и правую вакуумные измерительные части прибора и подготавливают последние для включения вакуум-насоса 24 с целью последующей откачки воздуха из системы.

Прибор в состоянии «В»

Включается вакуум-насос 24 с электрическим/электромеханическим приводом.

Прибор в состоянии II

Вакуумный кран из стекла со шлифами 13 поворачивается на 45° по часовой стрелке, а вакуумный кран из стекла со шлифами 14 - на 45° против часовой стрелки, и тем самым открывают подачу вакуума.

С помощью вакуум-насоса 24 через патрубок откачки воздуха 23, левой и правой трубок для отвода воздуха 19 и центральной трубки для отвода воздуха 20 из вакуумной измерительной части