УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ФОСФОЛИПИДОВ В РАСТИТЕЛЬНОМ МАСЛЕ

Полезная модель предназначена для измерения концентрации фосфолипидов в растительных маслах и может применяться в масложировой промышленности при производстве растительных масел с целью контроля их качества.
В устройстве реализован известный способ определения содержания фосфолипидов в растительном масле по значению электропроводности при постоянном токе специально подготовленного образца растительного масла при фиксированной температуре [1].
Известен также способ определения содержания фосфолипидов в растительном масле, включающем подготовку образца растительного масла, измерение значения электропроводности образца при постоянном токе, расчет содержания фосфолипидов по формуле, исходя из калибровочной кривой, построенной в координатах «содержание фосфолипидов - значение электропроводности», измерение значения электропроводности образца растительного масла проводят при температуре 45-250°C [2].
Существует устройство для определения содержания фосфолипидов в растительном масле, состоящее из измерительной ячейки, снабженной прибором для измерения температуры, датчиком сопротивления и перемешивающим устройством, измерителя силы тока, источника напряжения и преобразователя величины силы тока в величину содержания фосфолипидов в процентах, при этом датчик сопротивления через измеритель силы тока подключен к источнику напряжения, а измеритель силы тока соединен с преобразователем величины силы тока в величину содержания фосфолипидов в процентах [3].
К недостаткам этого устройства можно отнести нестабильность показаний результатов измерений во времени. Это обусловлено, как физическими особенностями протекания тока в системе “растительное масло - фосфолипиды”, так и конструктивными особенностями реализации способа определения содержания фосфолипидов в растительном масле по значению электропроводности при постоянном токе в известном устройстве.
Например, известна способность фосфолипидов поляризоваться под действием электрического поля, что приводит к изменению электропроводности системы “растительное масло - фосфолипиды” по постоянному току. Влияние этого фактора можно уменьшить путем одновременного сочетания двух действий: 1) начала замеров в один и тот же момент времени после подачи напряжения на датчик сопротивления; 2) сокращения времени самого замера. Возможности оптимизации режима измерений в известном устройстве, с учетом сказанного выше, существенно ограничены, т.к. в устройстве реализован только “ручной” способ регистрации, который не позволяет исключить влияние “человеческого” фактора.
Точность измерения известным устройством удельной проводимости системы “растительное масло - фосфолипиды” зависит от стабильности и точности установки напряжения, подаваемого на датчик сопротивления. Это обусловлено используемым техническим решением - измерять не сопротивление (проводимость) датчика сопротивления, а только силу тока, протекающего через него. Известно, что величина силы тока, протекающего через исследуемый образец, зависит не только от его проводимости, но и от величины приложенного к этому образцу напряжения. Величина напряжения на выходе источника напряжений может зависеть от различных факторов, в том числе и внешних условий (температуры, влажности и т.п.). Более того, реальные источники напряжения характеризуются кратковременной и долговременной нестабильностью.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в уменьшении времени измерения концентрации фосфолипидов в растительном масле и в повышении точности и повторяемости результатов.
Задача решается тем, что устройство для измерения концентрации фосфолипидов в растительном масле состоит из датчика температуры, датчика проводимости, преобразователя температура-напряжение, преобразователя проводимость-напряжение, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, контролера и индикатора. Соединение, указанных выше узлов, следующее:
- выход датчика температуры подключен к входу преобразователя температура-напряжение;
- выход датчика проводимости подключен к входу преобразователя проводимость-напряжение;
- выход преобразователя температура-напряжение и выход преобразователя проводимость-напряжение подключены к входам коммутатора;
- выход коммутатора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя;
- выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу контролера;
- различные выходы контролера подключены к входам управления преобразователя проводимость-напряжение, коммутатора и аналого-цифрового преобразователя.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, являются: уменьшение времени оценки концентрации фосфолипидов в растительном масле за счет автоматизации процесса измерений; повышение точности оценки концентрации фосфолипидов в растительном масле за счет реализации измерения непосредственно проводимости системы “растительное масло фосфолипиды”; повышение повторяемости результатов измерений за счет выбора оптимальной временной последовательности измерений.
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, где представлена его общая схема.
Заявляемое устройство состоит из датчиков температуры 1 и проводимости 2, преобразователей температура-напряжение 3 и проводимость-напряжение 4, коммутатора 5, аналого-цифрового преобразователя 6 и контролера 7 и индикатора 8. Выход датчика температуры 1 подключен к входу преобразователя температура-напряжение 3. Выход датчика проводимости 2 подключен к входу 9 преобразователя проводимость-напряжение 4. Выход преобразователя температура-напряжение 3 и выход преобразователя проводимость-напряжение 4 подключены к входам 10 и 11 коммутатора 5, соответственно. Выход коммутатора 5 подключен к входу 12 аналого-цифрового преобразователя 6. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 подключен к входу контролера 7. Выходы 13', 14' и 15' контролера 7 подключены к входам 13 преобразователя проводимость-напряжение 4, 14 коммутатора 5 и к входу индикатора 8, соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Работой устройства управляет контролер 7 с помощью специальной управляющей программы. В программе задаются: 1) температура масла при измерении (например, 60°C); 2) временная последовательность измерений - длительность одного замера (например, 10 мкс) и временной интервал между моментом подачи напряжения на датчик проводимости 2 и началом измерений (например, 100 мкс); 3) вид масла, (например, подсолнечное, либо кукурузное, либо рапсовое, либо соевое и т.д).
В процессе измерения концентрации фосфолипидов в образце масла последовательно реализуются два режима работы устройства: “Контроль температуры” и “Оценка концентрации”.
В первом случае осуществляется непрерывное измерение температуры образца исследуемого масла до момента пока она, с заданной точностью, не станет равной значению, при котором планируется провести измерения.
Во втором случае осуществляется измерение проводимости датчика проводимости 2 с образцом исследуемого масла и преобразование величины проводимости в величину содержания фосфолипидов в масле в процентах.
Для проведения измерений электроды датчиков 1 и 2 помещаются в емкость (на фиг. не показана) с предварительно нагретым (например, до 80°C) образцом исследуемого масла.
Режим “Контроль температуры”.
Сигнал с датчика температуры 1 с помощью преобразователя температура-напряжение 3 преобразуется в унифицированный сигнал напряжением от 0 до 10 В, пропорциональный по величине напряжения температуре исследуемого масла. Этот унифицированный сигнал подается на вход 10 коммутатора 5. В исходном состоянии (до начала измерения проводимости) коммутатор 5 по входу 10 открыт, а по входу 11 закрыт.С выхода коммутатора сигнал подается на вход 12 аналого-цифрового преобразователя 6, где он оцифровывается. Оцифрованный сигнал с выхода “аналого-цифрового преобразователя 6 подается на вход контролера 7. В контролере происходит сравнение измеряемого сигнала с сигналом, соответствующим температуре, при которой планируется измерить проводимость масла. Если эти два сигнала с заданной точностью (например, ±0,5°C) совпадают, то контролер синтезирует несколько управляющих напряжений, в противном случае этого не происходит.
Во время измерений в этом режиме на индикатор 8 выводятся показания температуры образца исследуемого масла.
Режим “Оценка концентрации”.
При достижении температуры масла значения, при котором планируется провести измерения (например, 60±0,5°C), контролер 7 формирует ряд управляющих сигналов.
По выходу 13' синтезируется управляющий сигнал, который подается на вход 13 преобразователя проводимость-напряжение 4. По этому сигналу на датчик проводимости 2 подается напряжение. Преобразователь проводимость-напряжение 4 выполняет две функции. Первая - формирование сигнала пропорционального проводимости исследуемого образца масла, т.е. сигнал пропорциональный отношению I/U, где I - ток, протекающий через датчик проводимости 2, а U - напряжение на датчике проводимости 2. Вторая - преобразование сформированного сигнала в унифицированный сигнал напряжением от 0 до 10 В, пропорциональный по величине напряжения проводимости исследуемого образца масла.
По выходу 14' синтезируется управляющий сигнал, который подается на вход 14 коммутатора 5. Этот сигнал, по сравнению с сигналом по выходу 13', идет с временной задержкой. Величина задержки зависит от выбранной временной последовательности измерений. По этому сигналу коммутатор 5 переключается во второе состояние - по входу 10 закрыт, а по входу 11 открыт.
В режиме “Оценка концентрации” сигнал с датчика проводимости 2 через преобразователь проводимость-напряжение 4 подается на вход 11 коммутатора 5 (который в этом случае по входу 11 открыт, а по входу 10 закрыт), а затем на вход 12 аналого-цифрового преобразователя 6, где он оцифровывается. Оцифрованный сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 подается на вход контролера 7. В контролере происходит усреднение результатов нескольких последовательных измерений проводимости (например, 10-15) и преобразование величины измеренной усредненной проводимости в величину содержания фосфолипидов в масле в процентах. После этого сигнал, соответствующий установленному значению концентрации фосфолипидов, с выхода 15' контроллера 7 подается на индикатор 8, где и отображается измеренное значение концентрации фосфолипидов в исследуемом образце масла в процентах.
При следующем измерении этот процесс повторяется в той же самой последовательности.
С помощью заявляемого устройства определяли содержание фосфолипидов растительных маслах различного происхождения. Результаты испытаний иллюстрируются примерами, приведенными в таблице.
Параметр
Заявляемое устройство
Прототип
1. Время измерения
не более 1,0 с
не менее 0,5 час [1]
2. Пределы относительной погрешности измерений, %, (в диапазонах массовой доли C<sub>i</sub> от 0,02 до 3,0%)
[(3,4·10<sup>-3</sup>+0,13·C<sub>i</sub>)/C<sub>i</sub>]·100
не менее 3,6% [2]
Как видно из данных таблицы, заявляемое устройство обеспечивает, по сравнению с прототипом, уменьшение времени измерения концентрации фосфолипидов в растительном масле и повышение точности измерения концентрации фосфолипидов в растительном масле. Повышение повторяемости результатов измерений, по сравнению с прототипом, обусловлено уменьшением влияния поляризации масла на результаты измерения проводимости за счет одновременного сочетания двух действий: 1) начала замеров в один и тот же момент времени после подачи напряжения на датчик проводимости; 2) сокращения времени самого замера.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
7
1. Пат. №2170428, МПК G01N 33/03, 2001.
7
2. Пат. №2293319, МПК G01N 33/03, 2006
7
3. Пат. №2178887, МПК G01N 33/03, 2002.