многоканальная автоматизированная система для контроля коагуляции молока

Формула изобретения

Многоканальная система для контроля коагуляции молока, содержащая несколько групп аналоговых входов для датчиков измерения рН и активности ионов с помощью ион-селективных электродов, для термометрических датчиков вязкости на основе термопар, для датчиков температуры на основе кремниевых терморезисторов для одновременного мониторинга температуры, вязкости, активной кислотности и активности ионов кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно представляет собой прибор для одновременного мониторинга нескольких физико-химических параметров молока в процессе его свертывания, например температуры, вязкости, активной кислотности, активности ионов кальция (или других ионов в зависимости от выбора ион-селективных электродов). Момент свертывания молока определяется прибором по изменению его эффективной вязкости с помощью одного или нескольких датчиков.

В настоящее время для определения момента коагуляции молока используется целый ряд физико-химических методов [1]. Однако для применения в условиях промышленного производства подходят лишь немногие из них. Наиболее широко используются специальные вискозиметры, принцип действия которых основан на измерении сопротивления поступательному или крутильному колебательному движению датчика.

К недостаткам вискозиметров можно отнести наличие внутренних подвижных деталей и, как следствие, относительно высокая сложность и стоимость конструкции.

Прототипом предлагаемого изобретения является автоматизированное двухканальное устройство для комплексного мониторинга процесса свертывания молока [2]. Принцип его действия основан на одновременном мониторинге двух технологических параметров молока: вязкости и активной кислотности.

К недостаткам вышеупомянутого прибора можно отнести то, что прибор позволяет проводить измерение всего двух параметров молока (вязкость и рН), нуждается в применении внешнего потенциометра для измерения активной кислотности и, кроме того, для контроля за температурой среды необходим дополнительный отдельный термометр.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание автоматизированного устройства для одновременного мониторинга нескольких (до 16) физико-химических параметров молока в процессе его свертывания, обладающего хорошей точностью и надежностью, невысокой стоимостью.

Техническая задача достигается за счет того, что в разработанном устройстве используется несколько групп аналоговых входов для датчиков различного назначения, сгруппированных по типу сигнала, его уровню и входному сопротивлению. Можно выделить четыре основных группы входов прибора.

К первой группе относятся высокоомные входы потенциометрических датчиков, используемых для измерения рН или активности ионов с помощью ион-селективных электродов. В качестве преобразователей для этих входов используются прецизионные операционные усилители с входным сопротивлением около 1 ТОм, включенные в режиме повторителя сигнала. Конструктивно все преобразователи идентичны и выполнены на базе относительно недорогой микросхемы 140УД24 (или ее аналога ICL7650). Питание микросхем осуществляется от двуполярного стабилизированного источника напряжения ±5 В. Чувствительность входов (с учетом усиления карты АЦП) составляет примерно 10^-2 В.

Вторая группа входов предназначена для термометрических датчиков вязкости на основе термопар. Принцип действия этих датчиков основан на измерении перепада температур между двумя спаями термопары, помещенными в молоко на расстоянии около двух сантиметров [3]. Один из спаев подогревается за счет того, что наклеен на поверхность резистора, по которому протекает электрический ток. Мощность, подводимая к резистору, поддерживается постоянной (Р 1 Вт). Увеличение вязкости молока во время его свертывания уменьшает конвекционный отвод тепла от подогреваемого спая и отражается в увеличении его температуры. Преобразователи дифференциального сигнала термопар выполнены на базе недорогой микросхемы 140УД6 (или ее аналога МС1456). Питание микросхем осуществляется от двуполярного стабилизированного источника напряжения ±12 В, для питания источника тепла используется стабилизированное напряжение +5 В. Чувствительность данных входов (с учетом усиления карты АЦП) составляет примерно 10^-6 В.

Третья группа входов предназначена для датчиков температуры на основе кремниевых терморезисторов. В качестве опытного образца использован термодатчик на основе микросхемы LM 335. Она имеет корпус транзисторного типа, относительно дешева и обладает вполне приемлемыми характеристиками (температурный коэффициент напряжения 10 мВ/градус) в технологическом диапазоне температур (20-40°С). Для питания микросхем используется стабилизированное напряжение +5 В. Чувствительность входов определяется усилением карты.

Последний тип входов является резервным и представляет собой непосредственные аналоговые входы карты АЦП. В принципе, к ним могут присоединяться любые измерительные устройства, имеющие аналоговый выход с напряжением от 0,25 В до 10 В.

Все входы вместе с блоком преобразования сигналов конструктивно оформлены в виде устройства, размещаемого в стандартном гнезде персонального компьютера, предназначенном для установки CD/DVD. Питание устройства осуществляется по стандартной шине питания персонального компьютера.

Для высокоомных входов потенциометрических датчиков используются байонетные разъемы, для входов термометрических датчиков используются трехэлементные разъемы типа «общий, сигнал, питание».

В качестве АЦП используется недорогая серийная 16-канальная карта сбора данных типа А812, подключаемая к порту персонального компьютера. Блок-схема универсального многоканального автоматизированного устройства для контроля коагуляции молока представлена на фиг.1.

Для сбора данных на основе динамических библиотек, поставляемых вместе с картой АЦП, написана программа для опроса всех входов устройства. Программа позволяет выбрать в качестве активных нужные входы, задать коэффициент усиления, размер массива данных и его дискретность по времени. Полученные данные автоматически сохраняются в файл, имя которого задается пользователем.

Вид рабочего окна программы сбора данных показан на фиг.2.

Конструкция прибора позволяет использовать его для мониторинга процесса гелеобразования непосредственно в сырной ванне. Использование датчиков различного типа позволяет получать более полную информацию о технологических параметрах в течение процесса свертывания молока. Использование нескольких датчиков одного типа, установленных в различных точках сырной ванны, может быть полезно для исследования однородности среды в ходе протекания процесса или для определения качества перемешивания сырья.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Lucey J.A. Formation and Physical Properties of Milk Protein Gels // Journal of Dairy Science, 2002 - V.85 - p.281-294.

2. Патент РФ № 2273023. Автоматизированное двухканальное устройство для комплексного мониторинга процесса свертывания молока / A.M.Осинцев, С.Г.Зиновьев, О.В.Иваненко.

3. A.M.Осинцев, Н.А.Бахтин, В.И.Брагинский, О.В.Иваненко. Термографический метод исследования коагуляции молока. Сыроделие и маслоделие, 2005 г., № 5, с.20-21.