Измерване на маслеността на млечните продукти
Министерство на образованието на Република Беларус
БЕЛОБЪЛГАРСКИ НАЦИОНАЛЕН ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ
по дисциплина "Метрология, теория на измерванията и измервателна техника"
Тема: „Измерване съдържанието на мазнини в млечни продукти“
Завършени: студент гр. 103617
Ръководител: Мирошниченко И. Ф.
Част 1: Измерване на мазнините в млечните продукти
1. Фотоелектрически бутирометри
2. Ултразвукови бутирометри
3. Бутирометри, базирани на измерване на специфичната топлина на млякото
4. Бутирометри за инфрачервена спектроскопия
5. Високочестотни бутирометри
6. Кондуктометрични бутирометри
7. Химичен метод
Част 2. Проверка на части по признак с помощта на габарити
Част 3: Анализ на диаграмите на разсейване
Част 4. Анализ на скалите, използвани по време на заданието
Част 1.Измерване съдържанието на мазнини в млечни продукти
Изискванията за измерване на съдържанието на мазнини в млякото са изложени в GOST 5867-92 "Мляко и млечни продукти. Методи за определяне на мазнини".
1. Фотоелектрически бутирометри
Техният принцип на действие се основава на промяна на степента на абсорбция или разсейване на светлинния поток от слой мастни глобули от мляко (мазнини).
През контейнера с изпитвания продукт преминава светлинен поток от източник на радиация. Интензитетът на този поток се променя в сравнение с първоначалния в зависимост от оптичната плътност на млякото, която зависи от неговата масленост. Полученият поток се записва от фотоелектричен сензор. Калибрирането на уредите се проверява периодично с помощта на калибровъчен филтър с оптична плътност, съответстваща на определено съдържание на млечна мазнина.
Оптичните и електрически схеми на бутирометъра са показани на фиг. 1. Източникът на светлина е лампа с нажежаема жичка с ниско напрежение 4, захранвана от стабилизирано напрежение, което създава два еднакви светлинни потока. Левият поток, преминавайки през леща 3, светлинен филтър 2 (който служи за еталон на млякото и има същата оптична плътност като млякото с определено съдържание на мазнини) и през измервателен затвор 9 със скала за отчитане, движеща се перпендикулярно на оптичната ос, влиза във фотоклетка 1.
Правилният светлинен поток, преминавайки през леща 5, филтър за червена светлина 6 и стъклена кювета 7 с анализирано мляко (дебелина на слоя около 1 mm), влиза във втората фотоклетка 8. По пътя на двата светлинни потока са монтирани капаци .11, 12, които служат за настройка на устройството.
Фотоклетки 1 и 8 са свързани в компенсационна верига; при еднаква интензивност на светлинните потоци, падащи върху тези фотоклетки. Ако съдържанието на мазнини в млякото надвишава стойността, при която интензитетът на светлинните потоци е равен, светлинният поток, попадащ върху фотоклетката 8, се отслабва, балансът в електрическата верига се нарушава и процесорът коригира това. Балансът се възстановява с помощта на перде 9, след което се прави отчитане на неговата скала, градуирана в проценти мазнини
Фиг.1 Оптична схема на уреда за определяне маслеността на млякото.
Грешката на измерване на фотоелектрическите бутирометри е значително намалена в случай на определяне на съдържанието на мазнини в предварително загрято хомогенизирано мляко. Както показват проучванията, грешката при измерването на мазнините с този метод на измерване е 0,05%.
2. Ултразвукови бутирометри
Принципът на действие на ултразвуковите бутирометри е да измерват скоростта на разпространение, степента на абсорбция или разсейванеултразвук в продукта, които зависят от маслеността на млякото. Тази зависимост е по-силно изразена при температура от 50°C.
Типична схема за конструиране на ултразвукови бутирометри е следната. Ултразвуковите вибрации, които се предават от потопяем или поточен сензор в млякото, се възприемат от вторично устройство, което ги преобразува в електрически сигнали. Блокът за броене на импулси генерира показания на инструмента в съответствие с получените сигнали. Точността на измерване се влияе от температурата на продукта. Следователно поддържането на постоянна температура на млякото от 50°C е предпоставка за измервания с висока точност (до 0,1% масленост).
Ултразвуковите бутирометри имат предимството пред фотоелектрическите бутирометри, че не изискват хомогенизиране и разреждане или обработка на продукта. Въпреки това, сложността на дизайна и работата, както и високата цена, ограничават използването на тези устройства.
3. Бутирометри, базирани на измерване на специфичната топлина на млякото
Принципът на действие на тези бутирометри се основава на измерване на стойността на специфичната топлина на млякото, която зависи от съдържанието на мазнини в него. Млякото се нагрява с постоянен топлинен поток от 60°C до 90°C (при тези условия топлинният капацитет на продукта практически не зависи от температурата).
В зависимост от съдържанието на мазнини в млякото се променя стойността на специфичния топлинен капацитет на млякото и съответно времето за нагряване на продукта в определения температурен диапазон.
Съдът, напълнен с изследваното мляко, се поставя в термоизолирана камера, където млякото се загрява от електрически нагревател, който се захранва с постоянно напрежение от стабилизатора. В съда са поставени два полупроводникови терморезистора. Първият е включен в схемата на измервателния мост, чийто баланс се извършва, когато млякото достигнедолна температурна граница (60°С). Това стартира таймера. Второто термично съпротивление е включено в диагонала на измервателния мост, което се балансира, когато млякото достигне горната температурна граница (90°C). Това ще спре таймера. Според таймера се преценява съдържанието на мазнини в млякото.
4. Инфрачервени бутирометри
Разработените бутирометри за инфрачервена спектроскопия работят по следния начин. Пробата от млякото се хомогенизира предварително и постъпва в малък съд, през който преминава поток от инфрачервено лъчение с различна дължина на вълната (5.8; 6.5; 9.6 µm). Интензитетът на излъчване се определя на изхода от съда. Според степента на поглъщане на тези вълни се определя съответно съдържанието на мазнини, протеини и лактоза в млякото. Сомо се изчислява в зависимост от съдържанието на протеин и лактоза. Според интензитета на потока инфрачервено лъчение, преминаващо през съда с вода, се определя корекцията за поглъщането на потока на лъчение от водата. Грешката на метода е сравнима с грешката на химичните методи.
5. Високочестотни бутирометри
Действието на високочестотен бутирометър за мляко с типичен дизайн се основава на измерване на капацитета на кондензаторен сензор, съдържащ контролиран продукт. Сензорът на кондензатора се напълва с проба мляко, предварително разредена с дестилирана вода в определено съотношение (1:2 или 1:3). Поради добавянето на дестилирана вода към млякото, пропускателната проводимост на сензора на кондензатора намалява и точността на измерване се увеличава.
Сензорът на високочестотен бутиромер за мляко е електрически кондензатор с плочи под формата на два коаксиални кръгли цилиндъра. При пълнене на кондензатора в него се поддържа постоянно ниво на течността. Вътрешни и външни електродипокрити с цилиндрични тънкостенни уплътнения от плексиглас. Сензорът се свързва към измервателния уред с екраниран кабел.
Както показват тестовете, грешката на високочестотните бутирометри при изследване на една и съща проба от мляко е до 0,08%. Въпреки това, максималните несъответствия между показанията на уреда и резултатите от определянето на съдържанието на мазнини по химически методи са били до 0,17%.
6. Кондуктометрични бутирометри
Принципът на тяхното действие се основава на зависимостта на електропроводимостта на продукта от съдържанието на мазнини в него.
Типична конструкция на кондуктометричен бутирометър се състои от измервателна клетка, термометър и измервателно устройство. Измервателната клетка представлява контейнер, в който са монтирани двуелектроден сензор и термометър.
Грешката на кондуктометричните бутирометри, получена при измерване на съдържанието на мазнини в млякото, е твърде голяма, така че те се използват за определяне на съдържанието на мазнини в други млечни продукти, но не и в млякото.
Изисквания за измерване на маслеността на млякото:
Диапазонът на изменение на относителното съдържание на мазнини в млякото е (0,10 - 6,5)% от масата на продукта.
7. Химичен метод
Ако млякото се изследва малко след събирането, тогава то е добре смесено чрез завъртане на затворените бутилки за проби до 6 пъти. В същото време не се допуска образуването на пяна, което води до неправилно измерване. Особено внимателно се наливат проби от дълго отстояло мляко. Понякога се нагряват във вода, за да се отмие мастният слой, полепнал по стените на бутилката, и след това се смесват.