УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОНОМЕТРИИ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА

Полезная модель относится к устройствам анализа и контроля концентрации ионов в различных средах и может быть использована, например, в пищевой промышленности или в бытовых условиях для проведения экспресс-анализа превышения предельно допустимого количества нитратов в продуктах.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству для ионометрии является устройство, содержащее источник питания, индикатор и зонд (см. патент РФ №2073854 опубл. 20.02.1997).
Недостатком его является невысокая точность и нестабильность измерений вследствие зависимости замеров от напряжения источника питания и разброса параметров электронных компонентов устройства.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и стабильности определения содержания ионов в биопродуктах, увеличение диапазона определяемых параметров.
Для получения указанного технического результата предлагается устройство, содержащее источник питания, индикатор и зонд. Устройство содержит в качестве индикатора дисплей, и дополнительно содержит процессор, два импульсных конвертора, широтно-импульсный регулятор, амплитудный детектор и модулятор. Процессор соединен с двумя импульсными конверторами, дисплеем, широтно-импульсным регулятором, модулятором и амплитудным детектором. Один импульсный конвертор соединен с дисплеем, а другой импульсный конвертор с широтно-импульсным регулятором, амплитудным детектором и модулятором, а модулятор и амплитудный детектор, кроме того, соединены с зондом, а источник питания соединен с процессором и импульсными конверторами. Устройство дополнительно содержит устройство защиты установленное в цепи соединения источника питания с процессором и импульсными конверторами. Устройство защиты выполнено в виде параллельно соединенных диода и стабилитрона. В устройстве использован процессор ATmega 168. Импульсные конверторы выполнены на микросхемах NCP1406 или NCP1403 или любых других повышающих неизолирующих DC-DC конверторах. Широтно-импульсный регулятор и модулятор выполнены на биполярных транзисторах ВС817-25.
Предлагаемое устройство ионометрии от известного наиболее близкого к нему отличается тем, что устройство содержит в качестве индикатора дисплей, и дополнительно содержит процессор, два импульсных конвертора, широтно-импульсный регулятор, амплитудный детектор и модулятор, при этом процессор соединен с двумя импульсными конверторами, дисплеем, широтно-импульсным регулятором, модулятором и амплитудным детектором, один импульсный конвертор соединен с дисплеем, а другой импульсный конвертор с широтно-импульсным регулятором, амплитудным детектором и модулятором, а модулятор и амплитудный детектор кроме того соединены с зондом, а источник питания соединен с процессором и импульсными конверторами, устройство дополнительно содержит устройство защиты установленное в цепи соединения источника питания с процессором и импульсными конверторами, при этом устройство защиты выполнено в виде параллельно соединенных диода и стабилитрона, кроме того в устройстве использован процессор ATmega 168, импульсные конверторы выполнены на микросхемах NCP1406 или NCP1403 или любых других повышающих неизолирующих DC-DC конверторах, а широтно-импульсный регулятор и модулятор выполнены на биполярных транзисторах ВС817-25.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема устройства.
Устройство содержит источник питания 1, дисплей 2 и зонд 3. Устройство дополнительно содержит процессор 4, два импульсных конвертора 5 и 6, широтно-импульсный регулятор 7, амплитудный детектор 8 и модулятор 9. Процессор 4 соединен с двумя импульсными конверторами 5 и 6, дисплеем 2, широтно-импульсным регулятором 7, модулятором 9 и амплитудным детектором 8. Один импульсный конвертор 5 соединен с дисплеем 2, а другой импульсный конвертор 6 соединен с широтно-импульсным регулятором 7, амплитудным детектором 8 и модулятором 9. Модулятор 9 и амплитудный детектор 8, кроме того, соединены с зондом 3. Источник питания 1 соединен с процессором 4 и импульсными конверторами 5,6. Устройство дополнительно содержит устройство защиты 10 установленное в цепи соединения источника питания 1 с процессором 4 и импульсными конверторами 5, 6. Устройство защиты 10 выполнено в виде параллельно соединенных диода и стабилитрона. В устройстве использован процессор ATmega 168 со встроенным аналого-цифровым преобразователем и широтно-импульсным модулятором, обеспечивающим низкое энергопотребление. Импульсные конверторы выполнены на микросхемах NCP1406 или NCP1403 или любых других повышающих неизолирующих DC-DC конверторах, обеспечивающих за сет сокращения количества электронных компонентов простоту конструкции. Широтно-импульсный регулятор и модулятор выполнены на биполярных транзисторах ВС817-25.
Источник питания 1 выдает постоянное напряжение, например, 4 В. Устройство защиты 10 предотвращает поломку схемы устройства при неисправностях в источнике питания 1. Процессор 4 производит обработку команд пользователя, математические вычисления и вывод информации на дисплей. Импульсные конверторы 5, 6 предназначены для получения постоянного напряжения, например, 14 В. Широтно-импульсный регулятор 7 управляемый процессором 4 предназначен для регулирования напряжения, используемого для питания модулятора 9.
Модулятор 9, управляемый процессором 4, предназначен для выдачи высокочастотного переменного напряжения на зонд (частота сигнала, например, 1МГц и амплитуда 10 В). Амплитудный детектор 8 предназначен для измерения амплитуды высокочастотного сигнала на зонде 3 поступающего с выхода модулятора 9. С амплитудного детектора 8 постоянное напряжение пропорциональное амплитуде сигнала с модулятора 9 подается на процессор 4 для измерения. Использование процессора ATmegal68 позволяет произвести математическую обработку серии измерений и их усреднение, ввести компенсацию погрешностей измерения и тем самым повысить точность показаний устройства. Устройство работает следующим образом. С помощью процессора 4 подается команда широтно-импульсному регулятору 7 на выдачу напряжения. На модуляторе 9 формируется сигнал, например частотой 1 МГц и амплитудой определяемой выходным сигналом широтно-импульсного регулятора 7. После этого с помощью процессора 4 производят измерение напряжения зондирующего сигнала в режиме высокочастотного сигнала на входе в зонд 3 и воздействии на зонд измеряемой среды продукта.
Для получения конкретного значения количества ионов в пищевом продукте используется калибровочный коэффициент полученный путем обработки статистических данных лабораторных измерений.
В образцах устройства использовался процессор ATmegal68. Импульсные конверторы 5, 6 выполнены на микросхемах NCP1406. Широтно-импульсный регулятор 7 и модулятор 9 выполнены на дискретных элементах резисторах, конденсаторах, биполярных транзисторах ВС817-25. Калибровочный коэффициент для предлагаемой схемы устройства был определен в результате 30 экспериментальных замеров на биопродуктах. Среднеквадратичное значение калибровочного коэффициента составило 132 мг/кг.
Пример: Проведены измерения количества ионов (нитратов) в капусте и ананасах.
Биопродукт
Результат замера мг/кг
Результат лабораторного анализа мг/кг
Мякоть ананаса
152
142
Сердцевина ананаса
232
215
Капуста
203
196
Проведенные измерения на одном и том же биопродукте разными экземплярами устройств дали разброс результатов в пределах ±5%, что показывает на независимость результатов замера от источников питания и разброса электронных компонентов для различных экземпляров приборов.