УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СПИРТА В СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЯХ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СНИРТА В СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЯХ
Полезная модель относится к контрольно-измерительным приборам, а именно, к приборам, определяющим объем и температзфу жидкой среды, и может быть использована в спирто-водочном и винном производстве для определения концентрации этилового спирта в процессе производства и при контроле готовой продукции.
Известно устройство SITRANS F производства Германии 1. Определение концентрации алкоголя в водноспиртовом растворе производится посредством измерения скорости распространения звука в трубе, заполняемой исследуемой жидкостью, в которую встроены ультразвуковые сенсоры. Используя имеющуюся калибровочную зависимость скорости распространения звука от концентрации спирта в жидкости, по измеренному значению скорости находят концентрацию.
К недостаткам данного устройства относятся:
1.возможность измерения концентрации только в водноспиртовых растворах: устройство не пригодно для многокомпонентных жидкостей, например, для вин и ликеров, которые содержат сахар;
2.сложность устройства, обусловленная необходимостью соблюдения высокой технологической точности изготовления трубы, заполняемой исследуемой жидкостью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известное устройство для определения концентрации спирта в жидкостях, разработанное фирмой Strates Control System GmbH (Германия) 2. Оно содержит измерительную ячейку, заполняемую исследуемой жидкостью, источник
инфракрасного излучения, два оптических датчика и анализатор сигналов с цифровым блоком, выход которого подключен к входу блока отображения информации. Контрольный луч от источника через фильтр попадает на оптический датчик. Другой измерительный луч проходит через измерительную ячейку, в которой происходит селективное поглощение (соответствующее определенной длине волны) на молекулах спирта. Степень поглощения пропорциональна концентрации спирта и фиксируется по интенсивности луча, попадающего на другой датчик. Посредством последующего сравнения интенсивностей контрольного и измерительного лучей определяют концентрацию спирта.
Недостатки данного устройства следующие:
1.оптическая система требует точной юстировки, которая может нарущаться при его транспортировке;
2.при наличии разности температур устройства и окружающей среды происходит конденсация водяных паров на оптических элементах, в узлах прибора и воздухе внутри него, что искажает результат измерения.
Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков, достигается в предлагаемом устройстве для определения содержания спирта в спиртосодержащих жидкостях, содержащем измерительную ячейку, заполненную спиртосодержащей жидкостью, и блок обработки информации, выход которого подключен к входу блока отображения информации, тем, что оно содержит датчик температуры, ультразвуковой датчик и термостат, измерительная ячейка выполнена в виде закрытой емкости с вертикально установленной в ней мерной трубкой и расположена в термостате, на верхнем конце мерной трубки установлен ультразвуковой сенсор, датчик температуры расположен в измерительной ячейке, выходы датчика температуры и ультразвукового сенсора подключены к информационным входам блока обработки информации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена конструкция устройства.
Устройство содержит измерительную ячейку 1, заполненную спиртосодержащей жидкостью, и блок 2 обработки информации, выход которого подключен к входу блока 3 отображения информации, датчик 4 температуры, ультразвуковой датчик 5 и термостат 6.
Измерительная ячейка 1 выполнена в виде закрытой емкости с вертикально установленной в ней мерной трубкой 7 и расположена в термостате 8.
Ультразвуковой датчик 5 установлен на верхнем конце мерной трубки 7, датчик 4 температуры расположен в измерительной ячейке 1.
Выходы датчика 4 температуры и ультразвукового датчика 5 подключены к информационным входам блока 2 обработки информации.
Исследуемая жидкость заливается в ячейку 1 через входной штуцер (на чертеже не показан).
Ультразвуковой датчик 5 предназначен для контроля уровня жидкости в мерной трубке 7. Датчик 5 содержит излучатель ультразвука и его приемник (на чертеже не показаны).
Датчик 4 предназначен для измерения температуры жидкости.
Блок 2 обработки информации состоит из электронного преобразователя и вычислителя (на чертеже не показаны) и предназначен д;1я обработки информационных сигналов, поступающих от датчика 4 температуры и ультразвукового датчика 5.
Блок 3 предназначен для отображения результата измерения.
На дне устройства установлены регулировочные опорные элементы 8.
Для сообщения внутреннего объема устройства с атмосферой имеется специальный патрубок - воздушник (на чертеже не показан).
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии корпус устройство посредством регулировочных опорных элементов 8 выставляют в строго вертикальном положении.
Измерительная ячейка полностью заполнена исследуемой жидкостью. Жидкость заливают до фиксированного уровня 9 в мерной трубке 7. Общий начальный объем спиртосодержащей жидкости при комнатной температуре равен сумме ее объемов в измерительной ячейке 1 и мерной трубке 7. Затем жидкость нагревают до фиксированной температуры, которой будет соответствовать новый уровень 10 жидкости в мерной трубке 7, который измеряют с помощью ультразвукового датчика 5.
Уровень жидкости в мерной трубке 7 определяют посредством измерения времени прохождения ультразвука до границы раздела «воздух-жидкость в мерной трубке 7 и его отражения в обратном направлении до приемника датчика 5 при известной скорости распространения ультразвука в воздухе.
Затем с помощью блока 2 обработки информации определяют коэффициент объемною расширения жидкости по формуле:
p  (T2-Ti),(1)
где: TI и Т2 - соответственно начальная и конечная (после нагрева) температуры спиртосодержащей жидкости;
Vo - начальный объем жидкости при температуре TI;
AV - изменение объема жидкости при ее нагреве, которое определяют как: AV  (7rdV4)(h2-h,),(2)
где d - диаметр мерной трубки 7;
h2 и hi -высоты жидкости в мерной трубке 7 при температурах Та и TI соответственно..:
Вычисления по формулам (1) и (2) осуществляются в блоке 2 обработки информации по предварительно введенной программе с учетом поступающих
4Ям/f /if
сигналов от датчика 4 температуры и ультразвукового датчика 5. В память блока 2 предварительно введены табличные (калибровочные) данные зависимости концентрации этилового спирта (п) от значения коэффициента объемного расширения р. Тогда по определенному значению Р определяют . п.
Результат измерения выводится на экран блока 3 отображения информации.
Как установлено экспериментально, для виноматериалов, содержащих сахар, коэффициент объемного расширения увеличивается пропорционально содержанию сахара в жидкости. Поэтому определенное с помощью данного устройства значение концентрации уменьшают на величину:
Лп  Кс  Пс,(3)
где Кс -3,2-10 % об. спирта / гр.сахара/литр,
Пс - содержание сахара в жидкости в граммах на 1 литр раствора.
Промышленные испытания на различных винах, ликерах и водке показали, что предложенное устройство обеспечивает достаточную точность определения концентрации при высокой надежности и стабильности его работы.
Источники информации:
1.Измеритель концентрации STRANS разработки фирмы SIMENS
(Германия). Интернет адрес: http://www.tsar.rU/Techno./Equipment/contreg.html.
2.Система измерения Ргосоп фирмы Strates Control-system GmbH (Германия). Интернет адрес: http://www.siemens.ru/Equipment/sitrans.
5jM/ l i