РЕОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ МОЛОЧНО-БЕЛКОВОГО СГУСТКА
RHEOMETER FOR MONITORING FORMATION OF MILK-PROTEIN COAGULUM

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочно-белкового сгустка при производстве сыров и кисломолочных продуктов в молочной промышленности, а также для непрерывного контроля процессов структурообразования в других отраслях промышленности.
Известен торсиометр С.Блэра, предназначенный для контроля образования сгустка в сырной ванне. Торсиометр состоит из основания, в котором в подшипниках установлен измерительный валик, на нижнем конце которого закреплен гладкий измерительный цилиндр, а верхний его конец через упругий элемент соединен с торсионной головкой, получающей вращение через зубчатую передачу от электропровода. Возвратные вращения измерительного цилиндра ограничены двумя контактами, которые замыкаются поочередно при соприкосновении одного из них со стрелкой, закрепленной на измерительном валике, и включают электропривод на реверс. При этом угол циклических вращений цилиндра составляет (±15)° [1].
При свертывании молока и увеличении плотности сгустка колебания гладкого измерительного цилиндра начинают отставать от торсионной головки, упругий элемент закручивается и его показания отмечаются измерителем угловых перемещений, выполненным в виде шкалы со стрелкой.
Недостатком данного прибора является сложность его конструкции, кроме того, в торсиометре не предусмотрена возможность использования его в системе автоматического управления технологическим процессом.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является реометр, предназначенный для определения эластичности (упругости) сырного (далее - молочно-белкового) сгустка, содержащий модуль управления, основание, на котором установлен шаговый электродвигатель, к валу которого снизу и соосно прикреплен верхним концом вертикально расположенный крутильный провод (далее - упругий элемент), а к нижнему его концу подвешен измерительный желобчатый цилиндр (рифленый цилиндр), помещенный в термостатируемую емкость. Измеритель угловых перемещений измерительного желобчатого цилиндра состоит из зеркала, закрепленного на нем, источника лазерного луча и чувствительного фотоэлемента, зафиксированных на основании. При повороте измерительного желобчатого цилиндра зеркало отклоняет падающий на него лазерный луч на угол, пропорциональный повороту цилиндра, и подает этот луч на чувствительный фотоэлемент [2].
Молоко с внесенным в него сычужным ферментом свертывается в термостатируемой емкости. В процессе образования сгустка с модуля управления подается серия импульсов на шаговый электродвигатель, который через упругий элемент поворачивает измерительный желобчатый цилиндр на угол, пропорциональный эластичным свойствам сгустка. При этом датчик угловых перемещений зафиксирует этот угол поворота измерительного желобчатого цилиндра. Через заданное время на шаговый электродвигатель подается такая же серия импульсов, но в противоположном направлении. В результате измерительный желобчатый цилиндр повернется в обратную сторону и угол его поворота также будет зафиксирован датчиком угловых перемещений. Далее циклический процесс измерения будет продолжаться по выше описанной циклограмме до момента готовности сгустка. В начальный период образования сгустка, когда молочная смесь является еще жидкостью, показания датчика угловых перемещений будут равны нулю, т.к. измерительный желобчатый цилиндр не будет закручиваться относительно вала шагового электродвигателя. Затем по мере повышения эластичности (упругости) сгустка при каждом цикле измерений угол поворота измерительного желобчатого цилиндра будет увеличиваться относительно угла поворота вала шагового электродвигателя, т.к. измерительный желобчатый цилиндр по мере образования структуры сгустка будет все больше отставать от угла поворота вала шагового электродвигателя. Когда угол поворота измерительного желобчатого цилиндра примет постоянные значения, это значит, что сгусток готов к дальнейшей переработке.
Недостатками реометра являются: во-первых, сложность конструкции датчика угловых перемещений измерительного желобчатого цилиндра; во-вторых, в конструкции реометра отсутствует опора (подшипник) для измерительного желобчатого цилиндра, что может способствовать смещению оси измерительного желобчатого цилиндра относительно оси шагового электродвигателя и, как следствие, возникновение изгибающих деформаций в крутильном проводе (силоизмерителя), что в конечном итоге вызовет смещение зеркала и, как следствие приведет к погрешностям в работе датчика угловых перемещений, т.е. будет внесена погрешность в определение эластичности сгустка; в-третьих, конструкция реометра не предполагает его применения в системе автоматического управления технологическим процессом.
Задачей изобретения является упрощение конструкции реометра и расширение области его использования.
Цель задачи достигается тем, что в реометре для контроля образования молочно-белкового сгустка, содержащем основание, измерительный желобчатый цилиндр, упругий элемент, шаговый электродвигатель, измеритель угловых перемещений и модуль управления, упругий элемент выполнен в виде калиброванной цилиндрической винтовой пружины, верхним концом соединенной с валом шагового электродвигателя, установленного на пластине, закрепленной при помощи стоек на основании. Нижний конец упругого элемента соединен с верхнем концом измерительного валика, установленного соосно валу шагового электродвигателя в прецизионных шарикоподшипниках в центральной втулке, вертикально прикрепленной к горизонтальному основанию, а на нижнем конце этого измерительного валика в замке зафиксирован измерительный желобчатый цилиндр. При этом измеритель угловых перемещений выполнен в виде прозрачного диска, закрепленного на зубчатом колесе, вал которого зафиксирован в прецизионном шарикоподшипнике, установленном в корпусе, закрепленном на основании. Причем это зубчатое колесо входит в зацепление с закрепленным на измерительном валике ведущим зубчатым колесом, которое обеспечивает передаточное отношение не менее 1:10. По окружности прозрачного диска нанесена контрастным цветом равномерная радиальная штриховая шкала, напротив которой с одной стороны прозрачного диска установлен щелевой источник постоянного света, щель которого расположена параллельно штрихам прозрачного диска, а с другой его стороны и напротив щелевого источника постоянного света расположен счетчик импульсов, передающий сигнал в модуль управления.
На чертеже изображена схема реометра.
Реометр имеет основание 1, к которому перпендикулярно прикреплена центральная втулка 2, в которой установлены прецизионные шарикоподшипники 3, осевое перемещение которых ограничено фиксирующим кольцом 4 и распорной втулкой 5. В прецизионных шарикоподшипниках 3 установлен измерительный валик 6, к нижнему концу которого присоединен измерительный желобчатый цилиндр 7, зафиксированный замком 8. На верхнем конце измерительного валика 6 закреплена траверса 9, фиксирующая нижний конец упругого элемента, выполненного в виде калиброванной цилиндрической винтовой пружины 10, а ее верхний конец прикреплен к траверсе 11, зафиксированной на выходном валу шагового электродвигателя 12, установленного соосно с измерительным валиком 6 на пластине 13, которая закреплена на вертикальных стойках 14, зафиксированных на основании 1.
Для измерения угловых перемещений измерительного желобчатого цилиндра 7 предусмотрен датчик угловых перемещений, выполненный в виде прозрачного диска 15, закрепленного соосно на ведомом зубчатом колесе 16, напрессованном на вал 17, который зафиксирован в прецизионном шарикоподшипнике 18, установленном в корпусе 19, закрепленном на основании 1. Ведомое зубчатое колесо 16 входит в зацепление с ведущим зубчатым колесом 20, закрепленным на измерительном валике 6. Причем передаточное отношение зубчатых колес 20 и 16 принято не менее 1:10. По окружности диска 15 нанесена равномерная радиальная штриховая шкала, выполненная контрастным цветом, напротив которой с одной стороны прозрачного диска 15 установлен щелевой источник постоянного света 21, щель которого расположена параллельно штрихам прозрачного диска, а с другой стороны и напротив этого щелевого источника света расположен счетчик импульсов 22, передающий сигнал для обработки данных измерений в модуль управления 23. Модуль управления 23 имеет стандартный выход для подключения реометра к системе автоматического управления технологическим процессом.
Реометр работает следующим образом. Специальным кронштейном (на чертеже условно не показан) реометр крепится строго вертикально на стенке термостатируемой технологической ванны, наполненной молоком с внесенным в него сычужным ферментом. Затем подключают реометр к электросети и к системе автоматического управления технологическим процессом.
Процесс измерения выполняется в следующем порядке. Включают тумблер "Пуск". Модуль управления 23 подаст заданное число импульсов на шаговый электродвигатель 12, выходной вал которого повернется на заданный угол и передаст крутящий момент через траверсу 11, упругий элемент 10, траверсу 9, измерительный валик 6, измерительный желобчатый цилиндр 7 на образующийся сгусток. При этом при повороте измерительного валика 6 закрепленное на нем ведущее зубчатое колесо 20, входящее в зацепление с ведомым зубчатым колесом 16, повернет закрепленный на нем прозрачный диск 15 с штриховой шкалой на угол, пропорциональный углу закручивания измерительного желобчатого цилиндра 7, что будет зафиксировано счетчиком импульсов 22, и соответствующий сигнал с него поступит в модуль управления 23. Через промежуток времени, определяемый программой, модуль управления 23 подаст такое же число импульсов, но в противоположном направления на шаговый электродвигатель 12, вал которого при этом повернется в обратном направлении на тот же заданный угол, и измерительный желобчатый цилиндр 7 вернется в исходное положение. Затем через заданные промежутки времени цикл измерений будет повторяться по выше описанной схеме. По мере упрочнения молочно-белкового сгустка произойдет нарастающее во времени отставание угла поворота измерительного желобчатого цилиндра 7 от задаваемого шаговым электродвигателем 12 угла поворота его выхода вала. Это отставание будет фиксироваться датчиком угловых перемещений, который передаст сигнал в модуль управления 23. После образования и упрочнения сгустка до заданной эластичности будет сформирован сигнал для передачи в систему автоматического управления технологическим процессом.
Источники информации
1. Реометрия пищевой промышленности и продуктов: Справочник /Под ред. Ю.А.Мачихин. - М.: Агропроиздат. - 1990. - 271 с.
2. Шильников Ю.С., Никольская Л.В., Ковтунова Л.Е., Малькова Д.А. Новые методы технохимического контроля молока и молчных продуктов. Обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭИ мясомолпром, 1980, 40 с.