ОПТИКО-МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КАЧЕСТВА ЗЕРНА И МУКИ ПШЕНИЦЫ
OPTICAL-MECHANICAL-ELECTRICAL ANALYSER OF WHEAT GRAIN AND FLOUR

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспрессных анализов, в частности для измерения упругости и количества клейковины и влажности зерна и муки пшеницы.
Известны способы и устройства для определения качества и количества клейковины в пшенице - ГОСТ 13586.1-68. Методы определения количества и качества клейковины в пшенице. Основными недостатками методов с использованием приборов ИДК и ПРК являются трудоемкость и длительность процесса анализа порядка 1,5-2 часа в стационарных условиях. Здесь продукт измельчают, замешивают тесто, отмывают, выдерживают, взвешивают, используют электромеханические приборы ИДК и ПРК для определения упругих свойств клейковины. Точность этих приборов 2% для количества и 5 усл. ед. для качества.
Известен инфракрасный анализатор для определения качества зерна и продуктов его переработки - патент РФ №2031406, 11.06.92, опубл. 20.03.95 в бюл. №8.
Принцип действия ИК-анализатора основан на корреляции между интенсивностью диффузно отраженного от образца излучения, измеренной в ближней инфракрасной области спектра, и содержанием анализируемого компонента.
Основными недостатками является то, что ИК-анализатор представляет дорогостоящее громоздкое устройство для измерений в стационарных условиях и не дает информации о качестве клейковины.
Известно устройство для реализации способа определения качества и количества клейковины - авт.свид. СССР №1567977, 04.01.87, опубл. 30.05.90 в бюл. №20.
Устройство включает источник света в ультрафиолетовом диапазоне, монохроматор, фотометрический шар, кювету для образца с окном, прозрачным для фиолетового излучения, фотоприемник, измерительный блок. Принцип действия устройства основан на спектральных особенностях диффузного отражения поверхностью размолотого образца, помещенного в кювету, в ультрафиолетовой области оптического излучения. Эти особенности позволяют по измеренным коэффициентам диффузного отражения получить количество и качество клейковины.
Основным недостатком наряду с громоздкостью дорогостоящего устройства, требующего стационарных условий для измерений, является слабая корреляционная связь между интенсивностью отраженного излучения и упругостью клейковины.
Известно устройство для реализации способа определения хлебопекарного качества зерна и муки пшеницы - патент РФ №2204830 с приоритетом от 02.02.2000, опубл. 20.05.2003 в бюл. №14.
Устройство включает расположенные на одной вертикальной оси верхний уплотнитель с электродом на нижнем основании, ограничителем движения на верхнем основании, с винтовым механизмом движения вдоль вертикальной оси, полую емкость из диэлектрического материала с электродами на двух противоположных внутренних боковых поверхностях, нижний уплотнитель с электродом на верхнем основании, подпорной пружиной, винтовым механизмом движения вдоль вертикальной оси, с возможностью фиксации момента заданной величины сжатия и электрическую измерительную схему с микроконтроллером и индикатором.
Емкость из диэлектрического материала и две пары электродов образуют два емкостных (емкости электрические) преобразователя. В вертикальном направлении в ряду разных факторов величина преобразованного электрического сигнала зависит от сочетания количества и упругости клейковины и объективно характеризует хлебопекарное качество, определяемое произведением количества клейковины на ее качество.
Процесс измерений включает размол проб зерна, сепарацию (просеивание), наполнение емкости, легкое сжатие образца верхним уплотнителем до упора его ограничителем о верхнее основание емкости, основное сжатие нижним уплотнителем до момента фиксации заданной величины сжатия, снятие сжатия, электрические измерения сигналов, снимаемых с образованных преобразователей в моменты сжатия и разрядки.
Выполнен значительный объем измерений с различными конструкциями, реализующими способ. Результаты показали, что хлебопекарное качество, т.е. произведение количества на качество клейковины в принятых единицах измерения, определяется однозначно с удовлетворительными результатами по точности. Но вследствие специфики реакции твердых частиц на сжатие в горизонтальном направлении, т.е. перпендикулярном к сжатию, где реакция много слабее, результаты измерения упругости клейковины не удовлетворяют требованиям ГОСТа. Результаты отдельного определения количества и качества клейковины не всегда удовлетворительны по точности.
Описанное устройство по функциональным и конструктивным признакам наиболее близко к заявляемому и принято за прототип.
Целью настоящего изобретения является одновременное экспрессное измерение упругих и количественных характеристик клейковины одним устройством.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения хлебопекарного качества зерна и муки пшеницы, содержащем расположенные вдоль вертикальной оси верхний уплотнитель с электродом на нижнем основании, с ограничителем движения на верхнем основании и возможностью движения в направлении вертикальной оси, полую емкость, нижний уплотнитель с электродом на верхнем основании, с механизмом движения вдоль вертикальной оси и фиксацией момента заданной величины сжатия, подпорную пружину, электрическую измерительную схему, верхний уплотнитель выполнен с возможностью жесткой фиксации и освобождения верхнего окна емкости, введена схема фиксации расстояния между электродами, а выше верхнего уплотнителя установлен фотометрический блок с источниками излучения и фотоприемником и возможностью движения вдоль вертикальной оси.
Полая емкость и частично вдвинутый в емкость нижний уплотнитель образуют приемник для образца. Уплотненный образец и электроды на основаниях уплотнителей, жестко зафиксированных, образуют электрический конденсатор, емкость которого определена расстоянием между электродами и электрическими свойствами образца.
Подпорная пружина удерживает освобожденный нижний уплотнитель. Возможность фиксации заданной величины сжатия, например, тензодатчиком позволяет выдерживать равное уплотнение образца, что необходимо при измерении упругих и электрических свойств образца.
Жесткая фиксация нижнего уплотнителя, возможность освобождения верхнего окна приемника, установка фотометрического блока с совмещением нижнего его основания с верхним основанием приемника, верхняя поверхность предварительно уплотненного образца образуют фотометрическую камеру с постоянными размерами.
На фиг.1 изображена схема оптико-механоэлектрического анализатора. 1 - стенки полой емкости. 2 - верхний уплотнитель. 3 - нижний уплотнитель. 4 - электроды. 5 - подпорная пружина. 6 - механизм движения нижнего уплотнителя. 7 - фотометрический блок. 8 - приемник для образца. 9 - корпус оптико-механического блока. 10 - электрическая измерительная схема.
На фиг.2 изображена фотометрическая камера, образованная поверхностью предварительно уплотненного образца 11, основанием 12 с излучателями и фотоприемником фотометрического блока 7.13 - окно.
Уплотненный образец в сжатом состоянии в приемнике 8 и электроды 4 образуют электрический преобразователь, электрические свойства которого зависят наряду с другими факторами от упругости и количества клейковины. После снятия сжатия величина геометрического отката и изменения электрического сигнала определяются в значительной степени количеством и упругостью клейковины.
Влажность тесно связана с величинами преобразованных сигналов и их изменениями. Поэтому она входит в уравнения связи величин электрических сигналов и факторов, их образующих.
После освобождения верхнего окна приемника от уплотнителя 2 и установки фотометрического блока 7 на верхнюю плоскость приемника образца образуется фотометрическая камера 11 с размерами основание с фотоэлементами 12 - поверхность предварительно уплотненного образца 11. Нижняя поверхность фотометрического блока имеет окно 13 для прохождения света в приемник и обратно.
В качестве оптических излучателей фотоблока используют современные полупроводниковые малогабаритные излучатели света в инфракрасной и ультрафиолетовой областях оптического спектра.
Тарирование прибора выполняется с образцами известной влажности, количества и качества клейковины. Уравнения связи получают многократными измерениями электрических сигналов от воздействия механических факторов, факторов диффузного отражения световых сигналов разной длины волны излучения. Решением систем уравнений связи получают рабочие уравнения регрессии.
Порядок измерений состоит в следующем. Измельчают и сепарируют (просеивают) пробу зерна. Наполняют приемник 8, опускают до упора верхний уплотнитель и прижимают фотометрическим блоком 7, механизмом движения 6 уплотнителя 3 сжимают образец до момента сигнализации заданного уплотнения. Соответствующий световой или звуковой сигнал поступает с электрической измерительной схемы 10, в которой преобразована реакция тензодатчика. На этот момент микроконтроллер измерительной схемы фиксирует размер между электродами через электрический преобразователь этого размера. В то же время микроконтроллер фиксирует электрический сигнал с преобразователя образец - электроды на уплотнителях.
Далее механизмом 6 снимают напряжение с образца, после чего образец удерживается только подпорной пружиной 5. Опять микроконтроллер фиксирует электрический сигнал с преобразователя образец - электроды.
После этого нижний уплотнитель жестко фиксируют.Окно приемника освобождают от верхнего уплотнителя, фотоблок 7 прижимают к верхнему основанию приемника. Микроконтроллер поочередно фиксирует сигналы диффузного отражения имеющихся источников света.
Процессор микроконтроллера решает систему рабочих уравнений регрессии с измеренными электрическими сигналами. На экран индикатора электрической измерительной схемы микроконтроллер выдает влажность в %, качество клейковины в условных единицах и количество клейковины в %. Длительный период разработки и измерений показал эффективность анализатора и реальную возможность измерений с точностями не хуже 0,5%, 5 усл. ед. и 2% для влажности, качества и количества клейковины соответственно. Анализатор сохраняет все возможности оптического анализатора на другие компоненты и другие продукты.