Решения за измерване в хранително-вкусовата промишленост

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2015

Решения за измерване в хранително-вкусовата промишленостРешения за измерване в хранително-вкусовата промишленостРешения за измерване в хранително-вкусовата промишленост

Правилният избор на измервателни прибори е от критично значение за качеството на продукцията в хранително-вкусовата промишленост. Обикновено измервателното оборудване подлежи на стриктен контрол и е необходимо уредите да отговарят на строги стандарти с оглед на това да се осигури нормалното протичане на процесите по производство и преработка на хранителни продукти и тяхната безопасност за здравето и живота на консуматорите.

За анализ на параметрите на процесите и съставките на хранителните продукти, както и за мониторинг на производственото и процесно оборудване се използват различни типове измервателни прибори. Те позволяват провеждане и повторяемост на операциите без възникване на усложнения. Уредите за мониторинг осигуряват безпроблемна работа на системите и машините, като събират, обработват и архивират данни от продуктови тестове и измервания.

Използването на такива решения е критично за качеството на крайния продукт, тъй като дори малки промени в температурата на обработка, съотношенията на съставките или времетраенето на дадена операция може да доведе до съществени разлики в крайния резултат.

В настоящата статия ще ви представим някои от най-често използваните в тази индустрия измервателни решения, техните специфики и функционални характеристики (термометри, рефракторметри, ph-метри, теглоизмервателни уреди, влагомери и др.). Материалът разглежда и част от най-съвременните системи за измерване, контрол и мониторинг в ХВП като термовизионни камери, електронни регистратори на данни (data loggers) и др.

Рефрактометри
Рефрактометри се използват за измерване на концентрацията на разтворени вещества в дадена течна среда, например захар, сол и др. Обикновено всеки рефрактометър е проектиран за измерване на концентрацията на специфично вещество, т. е. тези решения типично са “продуктово-специфични”. В допълнение, някои типове рефрактометри измерват стойности само в определен диапазон. Ето защо е изключително важно за всяко конкретно приложение в ХВП да бъде избиран подходящ прибор, който да гарантира максимална точност.

Температурата на околната среда може значително да повлияе точността на рефрактометрите. Препоръчително е пробите да бъдат оставяни и тествани на стайна температура. Стайната температура, разбира се, също варира през различните сезони, както и в различните помещения.

Специалистите съветват в хранително-вкусовата промишленост да се използват уреди за измерване на концентрация, които разполагат с функция за автоматична компенсация на температурата (Аutomatic temperature compensation, ATC). По този начин биха могли да се избегнат неточности в отчитанията под влияние на разлики в околната температура.

pH-метри
Киселинността или алкалността на хранителните продукти се измерва с помощта на рН-метри. Продуктите с ниско pH са киселинни и обикновено имат кисел вкус, а тези с високо pH – алкални, типично с горчив вкус. Тъй като киселинният баланс е определящ фактор за оцеляването и развитието на микроорганизмите, в хранително-вкусовата промишленост е от съществено значение прецизно да се измерва pH показателят на различните продукти с цел да се предотврати появата и разпространението на патогенни бактерии, причиняващи зарази.

За да бъдат извършвани ефективни измервания на pH, е необходимо да бъдат отчетени някои фактори като разделителна способност, обхват на измерване и точност на приборите. Функциите за автоматично калибриране и температурна компенсация са често срещани при широко разпространените pH-метри.

Те подпомагат настройката и разчитането на резултатите от тестването на пробите. Ако използваният pH-метър не разполага с такива инструменти, е необходимо потребителят ръчно да го настройва и калибрира, за да гарантира точността на измерванията.

pH метрите разполагат със сонди, които или са подвижни, или са неразделна част от прибора. И двата вида конфигурации осигуряват еднакво добри резултати, но инструментите с подвижни сонди типично са по-скъпи. Самите сонди обаче имат жизнен цикъл едва от една до три години, в зависимост от експлоатационните условия. Ето защо pH-метрите с подвижни сонди позволяват подмяна само на сондата при необходимост, без нужда от закупуване на нов измервателен уред.

pH-чувствителният компонент на измервателния уред е електродът, който при повечето модели се намира на върха на сондата, поставена в стъклен корпус. В зависимост от модела и приложението, корпусът може да е запечатан или електродите да се вадят. Запечатаните електроди изискват по-малко поддръжка и са по-лесни за употреба, докато подвижните позволяват почистване, което обикновено удължава живота им. Не всички сонди са в стъклени корпуси, но типично това е най-разпространеният и достъпен ценово вариант.

Термометри
Термометрите играят изключително важна роля по време на производството и съхранението на хранителни продукти. Най-голямо приложение намират термоелектрическите, термосъпротивителните и манометричните термометри. Термоелектрическите термометри най-често се използват за измерване на високи температури. Състоят се от термодвойка, измервателно устройство за напрежение и схема за компенсация на температурата на свободните краища.

Терморезисторните (термисторни) термометри представляват терморезисторни преобразуватели, в комбинация с чувствителни измервателни схеми. Широко разпространение намират термосъпротивителните термометри с метален чувствителен елемент (мед, платина, никел), както и полупроводниковите терморезистори (диодни, транзисторни и др.).

Манометричните термометри основно се използват за пряко визуализиране на измерваната температура, като в някои случаи се комбинират с електроконтактна система. Те измерват индиректно температурата посредством налягането. В зависимост от термометричното вещество и конструкциите се вземат различни мерки за ограничаване на влиянието на околната среда и повишаване на точността.

Инфрачервени термометри
Инфрачервените термометри от години се използват за измерване на температурата на различни продукти и среди в хранително-вкусовата промишленост. Така например те позволяват измерване на температурата на различни хранителни продукти (месо, яйца, мляко, сирене, и т.н.) от разстояние в диапазона от – 20 °C до + 500 °C, както и измерване температурата на готвене във фритюрници, фурни и друго електрическо оборудване.

Предимствата на този тип прибори са здравата конструкция, широкият температурен обхват на измерване, високата точност и последователност, изключителното време за реакция и др. Сред недостатъците са по-високите разходи за закупуване в сравнение с конвенционален термометър и нелинейният характер на данните от измерванията.

Термовизионни камери
Термовизионното изследване постепенно се превръща в неразделна част от процесите в хранително-вкусовата индустрия. Непрекъснатото увеличаване на обемите на продукцията в големите производствени и преработвателни предприятия от тази промишленост поставя все по-високи изисквания към ефективността на оборудването.

Прекъсванията на операциите с цел осъществяване на ремонти и текуща поддръжка намалява производителността с поне 5%, като е възможно спадът да достигне и до 20%. Оптимизирането на ефективността и минимизирането на прекъсванията е основна задача на производителите.

Термовизионните камери спомагат за значително намаляване на продължителността на планираните и непланираните спирания на операциите и за подобряване на продуктивността. Такива решения се внедряват в предприятията от ХВП както за мониторинг на оборудването, така и на температурните нива на хранителните продукти при различните операции.

Термографски методи биха могли да бъдат използвани за идентифициране и на потенциала за енергоспестяване, което не само води до намаляване на въглеродния отпечатък на производството, но и до ограничаване на оперативните разходи. Загубите на енергия под формата на топлинни течове и неефективна работа на оборудването могат да бъдат лесно открити и локализирани посредством термовизионна камера. Типично такива обследвания се извършват на хладилните помещения, фурните, въздуховодите, ОВК агрегатите и всякакво друго оборудване, свързано с отдаването или поглъщането на топлинна енергия.

Регистратори на данни
Регистраторите на данни (data loggers) отчитат и регистрират стойностите на определен параметър (например температура) в течение на даден период от време. Данните от измерванията могат да бъдат извеждани в различни файлови формати, принтирани или съхранявани в електронен вид с цел последващо сваляне на компютър или друго свързано устройство.

Регистраторите на данни типично се използват за проследяване на затоплянето или охлаждането на даден продукт или помещение, но могат да бъдат използвани и в операции по термична обработка или опушване, например на меса, CIP (clean-in-place) операции и др.
На пазара са достъпни аналогови и цифрови регистратори. За да отчитат точно, е необходимо прецизно калибриране, по възможност – автоматично.

Някои по-модерни регистратори на данни позволяват едновременно отчитане и изпращане на данни към устройството от няколко сензора. Данните от измерванията обикновено включват час и дата на отчитането и източник (сензор). Честотата на отчитанията може да бъде настройвана от постоянно до веднъж на 24 часа в зависимост от приложенията.

Теглоизмервателни системи
Везните в хранително-вкусовата промишленост гарантират, че отделните съставки са дозирани правилно, а крайният продукт е с постоянно качество и тегло. Това е от изключително значение, тъй като дори и малките отклонения в дозата на някоя съставка могат да доведат до съществени разлики във вида, вкуса и текстурата на продукта.

В допълнение, партидите готови продукти, които съдържат по-малко количество от обявените на етикета съставки, подлежат на изтегляне и бракуване. Най-често в ХВП се използват три типа везни: механични, електронни прецизни и електронни аналитични.

Механичните везни в хранително-вкусовата промишленост типично са устойчиви на различни фактори като влага и високи/ниски температури и са високонадеждни за редица приложения. Механични теглоизмервателни системи се използват не само в производствени, но и в лабораторни условия.

Обикновено те са по-евтини от електронните, но изискват повече време за настройка, калибриране и разчитане на резултатите от измерванията. Ето защо за някои по-взискателни приложения механични везни не се използват.

Електронните аналитични везни традиционно са по-точни от механичните и се използват както в лабораториите от хранително-вкусовата промишленост, така и на място в производствените и процесни предприятия. Обикновено в лабораторни условия теглоизмервателните системи са по-малки и по-точни, тъй като се провеждат измервания на продукти, вещества и съставки в пъти по-малък мащаб от тези в реалните операции.

Тези везни са компактни и позволяват претегляне и на проби с тегло само няколко грама. Същият тип системи, но обикновено в по-голям мащаб, се използват на място в предприятията, като тук количествата за еднократните дози от лабораторните измервания се увеличават многократно до цели партиди. Работният обхват на везните зависи от приложението им, а порядъкът на точността им зависи от максималния им обхват на измерване.

Заводските електронни аналитични теглоизмервателни системи типично се разполагат близо до складовите помещения и производственото/процесното оборудване, за да е лесно поставянето и претеглянето на чували и контейнери с различни продукти. Най-често компонентите на тези системи се изработват от алуминий или неръждаема стомана за по-голяма издръжливост на натоварвания, механични и химически въздействия. В зависимост от спецификата на операциите, някои модели са влагоустойчиви и позволяват почистване и стерилизиране на място.

Прецизните електронни везни са подобни на аналитичните по своето устройство и функции, но се използват за измерване на изключително малки количества материали и могат да са с точност до хилядната от грама. Такива системи обикновено се срещат в лабораториите, в които се извършва химически анализ на продуктите и техните съставки. Предвид техния малък обхват на измерване обаче, прецизните електронни везни типично не се използват за мащабни измервания на материали с голямо тегло в производствени условия.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top