МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНЫХ РАСТВОРОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ КАРАМЕЛИ
Карамель по объему производства среди различных видов кондитерских изделий занимает одно из первых мест. Качество карамели во многом зависит от режима приготовления сахарного сиропа. Технологический процесс приготовления карамели состоит из нескольких этапов:
растворение сахара в воде и уваривание полученного раствора до концентрации сахара 80%;
дозирование подогретой до 40-50° С патоки;
уваривание сиропа до содержания сухих веществ 84-86%.
Большое значение в карамельном производстве имеет вязкость карамельной массы. Высокая вязкость способствует поддержанию карамельной массы в аморфном состоянии, так как чем выше вязкость, тем меньше она подвержена кристаллизации – засахариванию. Вязкость и пластичность карамельной массы зависят от температуры, концентрации сухих веществ и рецептуры – соотношения патоки и сахара. Чем выше концентрация сухих веществ в карамельной массе, тем выше ее вязкость.
В настоящее время для измерения концентрации растворов используют три основные метода: рефрактометрический, поляриметрический и фотоколорометрический.
В технологических требованиях карамельного производства указано, что для получения карамели заданного качества необходимо в процессе приготовления контролировать температуру карамельной массы и процентное содержание в ней сухих веществ по сахарозе. При этом точность измерения температуры должна быть не хуже ±1 °С, а точность измерения процентного содержания сухих веществ по сахарозе - не хуже ±0,5% в диапазоне 80-86%.
Рефрактометрический метод основан на том, что показатель преломления луча света растворов зависит от их концентрации. Это свойство широко используется в контроле производства. По показателю преломления, например, водного сахарного или спиртового растворов легко определяют их концентрацию.
Для измерения показателя преломления используют специальные приборы, которые называют рефрактометрами. Для контроля кондитерского производства применяют рефрактометры марки РПЛ-3 (пищевой лабораторный), УРЛ (универсальный лабораторный) и РПЛ-2 (прецезионный лабораторный).
Поляриметрический метод физико-химического анализа основан на измерении вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами.
Под фотоколориметрией понимают метод количественного анализа, основанный на избирательной способности различных веществ и их растворов поглощать световой поток. При контроле кондитерского производства этим методом определяют содержание редуцирующих веществ, общего сахара, алкоголя, цветность патоки, качество красителей, содержание карамельной массы в халве и др.
При применении фотоколориметрии измеряют уменьшение светового потока при прохождении через исследуемое и стандартное вещество или через их растворы.
При использовании рефрактометра для контроля содержания сухих веществ известные сложности вызывает то, что объекты кондитерского производства в своем составе содержат множество различных веществ, имеющих различные показатели преломления, а шкала рефрактометра отградуирована по растворам чистой сахарозы. В связи с этим при рефрактометрировании объектов кондитерского производства следует вводить поправки, компенсирующие ошибки за счет разности показателей преломления сахарозы и составляющих исследуемый объект веществ.
Рефрактометр является лабораторным прибором, измеряющим концентрацию пробы, поэтому им не может быть реализована процедура измерения в реальном масштабе времени. Кроме того, этот прибор не имеет электрического выхода и процесс определения концентрации занимает значительное время.
Для повышения эффективности производства карамели необходимо автоматизировать процесс измерения концентрации сахара. Был разработан прибор, который осуществляет измерение процентного содержания сухих веществ по сахарозе по результатам измерения плотности раствора и его температуры. Измерение плотности раствора основано на измерении разности давлений в растворе и преобразовании в пропорциональный электрический сигнал .В процессе уваривания сиропа температура может изменятся в диапазоне от 100 до 120 °С, а процентное содержание сухих веществ - в пределах 80-86 %.
В технологических требованиях карамельного производства указано, что для получения карамели заданного качества необходимо в процессе приготовления контролировать температуру карамельной массы и процентное содержание в ней сухих веществ по сахарозе. При этом точность измерения температуры должна быть не хуже ±1 °С, а точность измерения процентного содержания сухих веществ по сахарозе - не хуже ±0,5%.
В настоящее время существует прототип данной системы .Измерительный канал температуры особенностей не имеет и представляет собой классический термометр сопротивления с выходом на цифровой индикатор.
Измерение процентного содержания сухих веществ по сахарозе выполняется косвенным методом - по результатам измерения плотности раствора и его температуры. Измерение плотности раствора основано на измерении разности давлений в растворе и преобразовании в пропорциональный электрический сигнал. Принцип измерения поясняется : DP = dh*g*p = k*p,
где р - плотность, dh -const,
g - ускорение свободного падения.
Таким образом, выходной сигнал преобразователя разности давлений пропорционален значению плотности раствора.
Сигналы температуры и перепада давления поступают в АВУ, где рассчитывается в реальном масштабе времени сахаро-содержание. Результат выводится на цифровую индикацию.
На базе описанного прототипа предлагается создать более совершенную систему, обладающую повышенной точностью и надежностью, имеющей расширенный набор функций. С этой целью планируется спроектировать цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) вместо аналогового. Сигналы напряжения поступают через коммутатор на АЦП, преобразуются в цифровую форму и вводятся в контроллер. Контроллер выполняет необходимые вычисления и выдает результат на индикатор. Кроме того, возможно введение такой дополнительной функции, как автоматическое поддержание оптимальной температуры карамельной массы. Для этого предполагается использовать ЦАП.
Целью работы: улучшение метрологических характеристик (точность, быстродействие) описанного прототипа за счет автоконтроля и коррекции погрешности средств измерений.