Температурни сензори за ХВП

Начало > Автоматизация > Сп. Инженеринг ревю - брой 6/2022 > 28.09.2022

  • Температурата е сред най-важните технологични променливи в хранително-вкусовата промишленост (ХВП), които подлежат на стриктно измерване и проследяване

  • Все по-популярни в цеховете от отрасъла днес са интелигентните измервателни системи за непрекъснат мониторинг на температурата

  • Основно изискване към температурните сензори е да са с хигиенен дизайн, който предполага лесно почистване и не допуска замърсяване на продукта, както и с висок клас на IP защита срещу навлизане на влага и различни субстанции в корпуса

 

Tемпературата е сред най-важните технологични променливи в хранително-вкусовата промишленост (ХВП), които подлежат на стриктно измерване и проследяване. Подходящите температури на съхранение и обработка са не само ключов фактор за успешното изпълнение на редица технологични операции като сушене и ферментация, но и критично условие за гарантиране на безопасността на продуктите след преработване. Все по-популярни в цеховете от отрасъла днес са дигиталните температурни сензори и интелигентните измервателни системи за непрекъснат мониторинг, които позволяват дистанционно отчитане, отличават се с надеждни и прецизни измервания и позволяват съхранение, обработка и възпроизвеждане на резултатите в реално време или в исторически план.

 

Особености и функционални възможности

Съвременните дигитални инструменти и решения за мониторинг на температурата значително улесняват процеса по събиране на информация в реално време, което позволява ефективна организация и безпрепятствена синхронизация на отделните технологични етапи без необходимост от нежелани прекъсвания за ръчно отчитане на данни с преносими инструменти. Те правят възможно и цифровото документиране на измерванията с времеви етикети, съхранението, обработката и кумулативния анализ на данните заедно с тези за други процесни величини. В допълнение са налице функции за извеждане на справки, доклади и анализи в исторически план, каквито често изискват регулаторните органи в бранша. Системите за непрекъснат мониторинг на температурата са подходящи за внедряване и експлоатация във всички зони и обекти на цеховете от ХВП, включително складове, хладилни камери, фризери, транспортни съоръжения, станции за заготовки, пещи и т. н. Освен за спазването на всички задължителни стандарти относно съхранението и преработката на храните, тези решения се грижат и за това оборудването за охлаждане, затопляне или термична обработка да работи с възможно най-висока енергийна ефективност с цел контрол на разходите.

Съществен елемент от системите за мониторинг са температурните сензори, специално проектирани за приложения в хранително-вкусовата промишленост. Основно изискване към тях е да са със специален хигиенен дизайн, който предполага лесно почистване и не допуска замърсяване на продукта, както и с висок клас на IP защита срещу навлизане на влага и различни субстанции в корпуса. Популярен материал за изработката на пробите или функционалните елементи от датчиците, които реално влизат в контакт с храната, е неръждаемата стомана. Останалата част на сензора обикновено е подложена на риск от досег с всякакви типове мазнини, масла и флуиди, използвани за преработка или приготвяне на хранителни продукти, а нерядко и с вредители. Работните среди в този отрасъл се характеризират като тежки и освен на разнообразни механични и химични влияния, температурните сензори трябва да са високоустойчиви и на различни процедури и препарати за почистване и дезинфекция.

 

Типове сензори и уреди и техните специфики

Термодвойките, съпротивителните термометри (RTD), термисторите и инфрачервените сензори са сред най-популярните групи технически решения за осъществяване на температурни измервания в ХВП. Що се отнася до типовете измервания, които се извършват в цеховете от бранша, те биват вътрешни (отчитат вътрешната температура на самия продукт) и външни (на средата, в която се съхранява или обработва продуктът). За първия тип се предпочитат контактни измервателни инструменти, тъй като осигуряват по-прецизно снемане на данни, докато за втория все по-популярни стават безконтактните сензори. Най-често се използват комбинации от двата варианта, тъй като температурният мониторинг в хранителната индустрия изисква комплексна интерпретация на информация от различен характер и с разнообразни източници.

По отношение на дизайна и конструкцията на използваните измервателни средства, те могат да бъдат фиксирани, ръчни, преносими, кабелни, безжични и др. Дори уредите за статичен монтаж могат да бъдат свързани безжично със системата за мониторинг, ако инсталацията на кабелно решение не е практична или би се оказала твърде скъпа.

Модерните дигитални устройства постепенно изместват аналоговите си предшественици в съвременната практика поради множеството ползи, които носят. Освен с вградена памет за съхранение на резултатите от извършените измервания, те могат да бъдат свързани (кабелно или безжично) и към външен носител, локален или пък облачен сървър чрез интернет връзка.

Индиректните инфрачервени термометри са сред предпочитаните решения за измерване на температура в редица приложения, тъй като осигуряват изключително бързо отчитане (в рамките на милисекунди). Те са подходящи например за мониторинг на шокови охладители, фурни, пещи, големи казани със супи и други горещи или студени субстанции, течности, плодове и зеленчуци в найлонови или пластмасови контейнери и др. Инфрачервените безконтактни сензори регистрират температурата на повърхността на продукта или на околната среда. Ако е необходима проверка на топлинните нива във вътрешността му, за да се направи заключение дали е термично приготвен, се предпочита контактната термометрия.

За случаите, в които е необходимо бързо визуално отчитане на резултатите или незабавна справка със статуса на температурните процеси в реално време или в исторически план, се залага на устройствата с дисплей и интелигентни функции, които позволяват например сравняване на стойности с различни часови етикети.
Експертите препоръчват в цеховете от хранително-вкусовата промишленост да се използват продукти, които са надеждни, изискват по-малко поддръжка и са с високоустойчиви компоненти, материали и дизайн, тъй като при тях обслужването и ремонтите са по-редки и евтини. В зоните с наличие на вибрации е добре да се избере специален модел, предназначен за такива приложения, при който конструкцията и устройството гарантират, че условията на експлоатация няма да компрометират работата на системата.

Все по-популярни в сектора са гъвкавите сензори поради възможностите за лесен монтаж към различни повърхности, както и тези, които позволяват скъсяване на дължината на мястото на приложението, за да се поберат в съответната фиксирана температурна тръба или сонда.

 

Температурни сонди

Температурните сонди в хранително-вкусовата промишленост могат да бъдат статично прикрепени към резервоарите или тръбопроводите, по които се движат транспортираните продукти, или да се въвеждат ръчно от служител и резултатите да бъдат отчитани на място.

Особено важно изискване към този тип устройства е да се почистват лесно, тъй като задължително включват в контакт с хранителни продукти, обикновено потапяне в съдове с различни течности или субстанции. Неръждаемата стомана клас 316 е водещият избор на материал за изработка на елементите, които са в контакт с храни, като често капсулованите модели със свързващи глави се произвеждат изцяло от такъв материал. При използването на температурни сонди в съдове под налягане, което обикновено е сравнително ниско, обикновено се предвиждат фланци или фитинги за бързо освобождаване, за да е възможно въвеждането на пробата.

При проектирането на система за мониторинг на температурата, която включва сонди, е добре да се предвиди достатъчно дълбоко потапяне на сензора, за да се гарантира адекватно измерване на вътрешната температура на продукта. Недостатъчно дълбокото поставяне на пробата в материала може да доведе до некоректно отчитане поради влияние на температурата на околната среда върху чувствителния елемент. Съпротивителните термометри традиционно са предпочитано решение в сравнение с термодвойките при ниски работни температури, тъй като осигуряват по-висока точност. Изискванията за кабелно свързване на някои модели се пренебрегват като затруднение при инсталацията поради по-голямата ефективност от термодвойките при дългосрочна експлоатация. Перманентно фиксираните температурни сонди често включват специални трансмитери, които преобразуват сигнала с данните от отчитането във формат 4 – 20 mA за по-лесното му пренасяне до различни крайни точки и устройства в цеха.

Гарантирането на надеждно отчитане на температурата в дългосрочен план в цеховете от ХВП налага регулярна инспекция и калибриране на температурните сензори, тъй като те спадат към критичното за безпроблемното протичане на технологичните процеси оборудване. Обикновено тази задача налага извеждане на устройствата от експлоатация, което се реализира чрез физическото им демонтиране от зоната на приложение и сравняването им с еталони и стандарти за грешки посредством специализирана система. Тази процедура може да се извършва на място в предприятието или в специализирана лаборатория от външен доставчик на услугата.

Съвременните технологии в сегмента позволяват използването на калибрирани виртуални симулатори за температурни сензори, при които известният симулиран сигнал може да бъде въведен в системата, а данните от модула за отчитане на място да бъдат сравнени със симулирания сигнал. Специализираните платформи за конфигуриране, калибриране и диагностика на дигитални температурни сензори значително намаляват времетраенето на тази регулярна процедура. Предлагат се и мобилни станции за калибровка, които елиминират необходимостта от демонтаж на сензора, прекъсване на връзката с контролната система и извеждането му от експлоатация за по-продължителен период от време. Освен че ускорява и улеснява процеса, тази практика предотвратява и допълнителните рискове, свързани с човешка грешка, при неправилно разкачане и повторно свързване на сензорите.

 

Сензори за статичен монтаж и регистратори на данни

При използването на безконтактни инфрачервени сензори за измерване на температура в хранително-вкусовата промишленост са налице някои важни съображения относно провеждането на отчитането, за да се гарантират прецизни и надеждни резултати. Препоръчително е зоната за измерване на устройството да е по-малка от площта на обекта, чиято температура се отчита, например наполовина или по-малко. Оптичната конфигурация и работното разстояние между сензора и обекта е добре прецизно да се съобразят със спецификите на приложението и помежду си. Повечето обекти в сегмента, които подлежат на измерване посредством тази технология, са достатъчно големи, за да се използва стандартен инфрачервен сензор, но други изискват прилагането на силно насочена оптична система.

При поток от обекти, които се придвижват (например по конвейер) покрай статично монтиран инфрачервен сензор, е препоръчително да се гарантира, че всеки отделен обект остава достатъчно дълго време в зоната на измерване, за да е налице адекватно отчитане. Съвременните модели дигитални сензори позволяват непрекъснат поток от данни от регулярни измервания на температурата на обекти, движещи се по транспортна лента, като благодарение на интелигентни камери за машинно зрение и алгоритми празните зони между изделията не задействат отчитане, а се разпознават от системата като “дупки”.
При конфигурирането на системи със статичен монтаж за непрекъснат мониторинг на температурните стойности на движещи се потоци от продукти, например излизащи от пещ печива, при които обаче не са налице камери за визуална инспекция, е важно да се зададат точните интервали на преминаване на обектите през зоната на отчитане на сензора. Подобни настройки могат да бъдат съхранявани във вътрешната памет на устройството и използвани в други приложения със същите изходни параметри.

При високи температури на околната среда, например във фурни и пещи, е от критична важност да се избере сензор, който е специално проектиран за целта и може да издържи на такива експлоатационни условия. Конвенционалните модели са предназначени за зони, в които температурата не надвишава 60 – 70°C, но гореописаните приложения изискват специален високотемпературен модел, подходящ за стойности от порядъка на 120 до 180°C.

Температурите на замразените храни също могат да бъдат измервани с помощта на инфрачервени датчици, при които стойностите на отчитане обикновено са до -40°C. При ниски температури на цялата зона, например в хладилно или фризерно помещение, могат да се използват специални въздушни или водни кожуси, които да съхраняват самия сензор при стойности над 0°C и да предотвратяват образуването на скреж по оптичните елементи на устройството. Парата е друго явление, което може да компрометира коректното отчитане, затова е препоръчително да се избягва досег с нея, като с това се съобразяват точките за фиксиран монтаж на сензорите или зоните на измерване при използване на преносим ръчен уред. Изключително удобство при динамични технологични процеси осигуряват преносимите електронни регистратори на данни. За повърхностите от неръждаема стомана пък, които са често срещани в хранително-вкусовата индустрия, най-подходящи са късовълновите сензори.



Ключови думи: температурни сензори, температурен мониторинг, температурни сонди, инфрачервени термометри, безконтактни термометри, ХВП, хранително-вкусова промишленост



ЕКСКЛУЗИВНО

Top