Измерване на налягане и ниво в производството на храни и напитки

• Тези параметри предоставят важна информация за управлението на процесите по пълнене, разбъркване, изпомпване, филтрация, термична обработка и почистване
  
  
• Измервателните уреди в този сектор трябва да отговарят на изисквания, които надхвърлят тези към стандартната измервателна техника
  
  
• Уредите трябва да имат гладки и лесни за почистване повърхности, както и да са конструирани от материали, съвместими с преработваните продукти

Измерването на налягане и ниво е основна предпоставка за безопасното и ефективно протичане на процесите в хранително-вкусовата промишленост. Тези параметри предоставят важна информация за управлението на операциите по пълнене, разбъркване, изпомпване, филтрация, термична обработка и почистване. В същото време измервателните уреди в този сектор трябва да отговарят на изисквания, които надхвърлят тези към стандартната измервателна техника. Хигиенният дизайн, възможността за ефективно почистване, устойчивостта на агресивни почистващи средства и надеждното функциониране при променливи температури са сред основните фактори при избора на оборудване.

Съвременната измервателна апаратура съчетава прецизно сензорно измерване с цифрова обработка на сигналите, функции за диагностика и все по-разширени възможности за интеграция в системите за автоматизация и управление на процесите. Целта не е само получаването на стойност за налягането или нивото, а осигуряването на надеждно управление на процеса, като същевременно се ограничават рискът от замърсяване, загубите на продукт и непланираните престои.

Измерване на налягане

Измерването на налягане се прилага в различни етапи на производството на храни и напитки – от манипулирането със суровините до финалното опаковане. Типични приложения са мониторингът на налягането на входа и изхода на помпи, управлението на филтрационни системи, топлообменници и инсталации за пастьоризация, както и измерването на налягането в резервоари и технологични съдове.

При хигиенни приложения особено значение имат конструкцията на уреда и процесното присъединяване. Повърхностите, които влизат в контакт с продукта, трябва да са такива, че да се ограничават възможностите за натрупване на отлагания. Процесното присъединяване трябва да предоставя възможност за ефективно почистване на място (CIP) и, когато е приложимо, стерилизация на място (SIP).

Измервателният обхват трябва да бъде избран в съответствие с реалните условия на процеса. Прекалено широкият диапазон може да влоши разделителната способност, докато недостатъчният обхват може да доведе до претоварване на сензора. Необходимо е да се отчитат и температурните влияния, особено при процеси с горещи течности, пара или резки температурни изменения.

Диференциалното налягане предоставя допълнителна информация, когато по-важна е разликата между налягането в две точки, отколкото абсолютната или относителната стойност. То може да се използва за наблюдение на филтри, сепаратори и други технологични компоненти, при които увеличаването на разликата в наляганията може да е индикатор за замърсяване или запушване. По този начин измерването подпомага мониторинга на състоянието на оборудването и определянето на необходимостта от техническо обслужване.

Хигиенен дизайн и избор на материали

Изискванията към измервателната апаратура са тясно свързани с хигиената на производствената среда. Уредите трябва да имат гладки и лесни за почистване повърхности, както и да са конструирани от материали, съвместими с преработваните продукти и използваните почистващи средства. Поради устойчивостта си на корозия и пригодността си за хигиенни инсталации неръждаемата стомана се използва широко за елементите, които влизат в контакт с продукта, както и за външните компоненти.

Материалите, от които са изработени уплътненията, също са от значение. Те трябва да издържат на многократно въздействие на почистващи химикали, високи температури и изменения в налягането, без да губят механичните и хигиенните си свойства. Съвместимостта на уплътненията, които влизат в контакт с продукта, трябва да бъде оценена според конкретното приложение, особено при работата с киселинни, вискозни или химично активни продукти.

Важно е и разположението на измервателната техника. При присъединяването й трябва да се избягват ненужни кухини и да се осигурява пълно оттичане, когато това е необходимо. При измерване на течности неправилното позициониране на устройствата може да доведе до задържане на продукт, формиране на въздушни джобове или отклонения в показанията.

Измерване на ниво в резервоари и съдове

Измерването на ниво е необходимо навсякъде, където се съхраняват, разбъркват или преработват течности, прахообразни и гранулирани материали. В хранително-вкусовите предприятия резервоарите могат да съдържат вода, мляко, масла, сиропи, сосове, напитки, ферментационни продукти и много други материали с различни физични свойства.

Изборът на измервателен принцип зависи от продукта, геометрията на съда и условията на процеса. При хидростатичното измерване нивото на течността се определя чрез налягането, създавано от нейния стълб. Това е сравнително прост подход, който може да осигури непрекъснато измерване на нивото в резервоари с течности с достатъчно стабилна плътност.

Диференциалното налягане също може да се използва, когато е необходимо да се компенсира налягането в един резервоар. Това е особено важно при затворени съдове, в които газовото пространство над продукта е под налягане или където изменения в стойността на налягането по време на обработката могат да повлияят на измерването.

В приложения, при които трябва да се избегне контактът с продукта, могат да се използват безконтактни технологии. При радарното измерване на ниво например се определя разстоянието до повърхността на продукта, без измервателният елемент да влиза в пряк контакт с него. Този метод може да бъде от полза при съдове, съдържащи агресивни или лепкави продукти, както и когато хигиенните изисквания правят контактното измерване по-неподходящо.

Предизвикателства при измерването

Продуктите в хранително-вкусовата промишленост рядко са с еднакви характеристики от гледна точка на измерването. Някои течности са силно вискозни, докато други съдържат суспендирани частици, пяна или увлечен въздух. Тези характеристики могат да повлияят на определени измервателни принципи и трябва да се отчетат при избора на уред.

Пяната е особено предизвикателство при измерването на ниво, тъй като повърхността, която сензорът отчита, може да не съответства на действителното ниво на течността. Разбъркването също може да създаде проблеми чрез образуване на вълни и нестабилна повърхност. В много приложения радарните уреди с подходяща обработка на сигнала могат по-надеждно да определят действителната отражателна повърхност, но геометрията на съда и разположението на вътрешните компоненти също трябва да бъдат взети предвид.

Вискозните продукти създават друг тип затруднения. Те могат да полепват по повърхностите около точката на измерване, което да повлияе на реакцията на уреда или да доведе до образуване на отлагания и усложняване на почистването. Внимателно избраното място за монтаж на техниката може да спомогне за ограничаване на тези ефекти.

При сухи съставки като брашно, захар, прахообразни материали и гранулати измерването на ниво се влияе от фактори като насипна плътност, размер на частиците, наличие на прах и образуване на неравна повърхност. Изборът на подходяща технология зависи не само от номиналния измервателен диапазон, но и от поведението на материала при пълнене и разтоварване.

Дигитални функции и интеграция

Съвременните уреди за измерване на налягане и ниво все по-често предлагат повече възможности от простото предаване на базов измервателен сигнал. В зависимост от приложението те могат да поддържат конфигуриране на локално ниво, дистанционна настройка, регистриране на събития и предоставяне на диагностична информация. Цифровата комуникация позволява също така измерените стойности и данните за състоянието на уреда да се предават директно към системите за автоматизация и мониторинг.

С помощта на диагностичните функции могат да се открият повреди, необичайни работни условия или промени в поведението на измервателната система. Това улеснява превантивната поддръжка и намалява вероятността от неочаквани прекъсвания на производството. При интегриране на множество измервателни уреди в обща система за автоматизация диагностичните данни могат да се използват и за по-широкобхватни стратегии за мониторинг на състоянието.

Точността и стабилността на измерването остават основни изисквания за управлението на процесите. Дигиталните функции са полезни, когато предоставят информация, въз основа на която могат да се предприемат конкретни действия, без да създават излишна сложност за операторите и персонала по поддръжката.

Точност, повторяемост и стабилност

Точността е важен показател, но не е единственият критерий за пригодността на даден уред за приложение в хранително-вкусовия сектор. Повторяемостта, времето за реакция, дългосрочната стабилност и устойчивостта на смущенията в процеса също могат да имат значително влияние върху работата на системата.

Дори малки отклонения в измерването могат да повлияят на дозирането, определянето на количествата при пълнене и съотношенията при смесване, както и на управлението на термичните процеси. При непрекъснато производство стабилният измервателен сигнал е особено важен, тъй като наличието на чести флуктуации може да доведе до необходимост от извършването на ненужни корекции от системата за управление.

Затова необходимите експлоатационни характеристики трябва да се определят според конкретния процес, а не само според параметрите на уреда. Сензор с много висока точност невинаги е най-подходящото решение, ако самата инсталация води до значителни грешки поради температурни влияния, неправилно разположение или неподходящо присъединяване.