Оборудование для определения влагосодержания продуктов

Правильное и эффективное ведение технологических процессов невозможно без измерения влажности на каждом этапе производства. В современных экономических условиях измерение массы сырья и продукта при взаимных расчетах продавца и покупателя также строится на точном измерении и учете его влажности.

Различают следующие методы определения влажности: прямой и кос­венный.

Прямой метод основан на удалении из образца каким-либо способом влаги и измерения массы образца до и после ее удаления.

Наибольшее распространение получили измерители влажности, в основе работы которых лежит прямой термогравиметрический метод, но отличающиеся способом удаления из образца влаги: вакуумно-тепловой; воздушно-тепловой и прямого нагрева.

Из прямых методов определения влажности зерна и зерновых продуктов стандартизированными являются вакуумно-тепловой (ГОСТ 8.432) как образ­цовый и воздушно-тепловой (ГОСТ 13586.5-93) как лабораторный.

Так, установка вакуумно-тепловая образцовая (УВТО) предназначена для точ­ного измерения влажности зерна и зернопродуктов, а также для поверки и градуировки различных измерителей влажности. Диапазон измерения влажности 5...45%; предел допускаемой абсолютной погрешности ±0,1%.; диапазон изменения температуры сушки 90...140^оС. Время выхода установки на рабочий режим не более 20 мин, мощность 1500 Вт; масса 125 кг.

Воздушно-тепловой метод положен в основу работы сушильных электрических шкафов, сушильных камер, предназначенных для сушки зернопродуктов при определении влажности в лабораторных условиях.

Метод выполнения измерения (МВИ) влажности регламентирован ГОСТ, которыми предусматриваются измельчение продукта до определенного гранулометрического состава; высушивание навески определенной массы в специальных бюксах при заданных температуре и времени сушки, охлаждение с использованием влагопоглощающих веществ, взвешивание и вычисление влаж­ности.

Абсолютная погрешность результатов определения влажности воздуш­но-тепловым методом по сравнению с образцовым вакуумно-тепловым для различных культур составляет ±0,5...0,8%.

Определение влажности воздушно-тепловым методом с использованием сушильных шкафов имеет ряд недостатков:

- требуется большое количество поверенных приборов и устройств, от­вечающих требованиям МВИ (лабораторные весы, мельница, секундомер, часы с сигнальным устройством, электроконтактный термометр);

- возможно внесение дополнительной погрешности оператором;

- длительное проведение анализа;

- требуются лабораторные условия, невозможно проведение анализов в поле, на производственных участках, станциях отгрузки и т.д. В таких случаях оптимально использование приборов-измерителей и индикаторов, использующих термогравиметрический способ прямого нагрева.

С 90-х годов XX в. в России предлагаются импортные лабораторные влагомеры со встроенными весами и инфракрасным источником излучения. В резуль­тате объединения сушильного шкафа и весов отпадает необходимость предварительного взвешивания и охлаждения продукта в эксикаторе. Встроенный микропроцессор управляет режимом сушки и вычислительными операциями. Все это позволяет производить измерения в течение 5-20 мин, повысить сходимость результатов измерения и обеспечивает возможный предел допускаемой погрешности анализатора ±0,2...0,35%.

В качестве ИК-излучателя используются ТЭНы или галогеновые лампы общей мощностью порядка 300 Вт. Температура в камере измеряется датчи­ком и поддерживается в заданном значении микропроцессором. Встроенная взвешивающая система автоматически определяет начальную массу образ­ца, в процессе сушки непрерывно контролирует во времени его текущую массу и передает это значение микропроцессору для сравнения с предыдущим пока­зателем.

Однако для использования этих приборов в лаборатории требуется адаптация их режимов работы под российские требования. Для этого необходимо провести метрологическую проверку соответствия результатов измерения на влагомере и на стандартизованном оборудовании. Обязательным услови­ем их применения для взаиморасчетов является наличие утвержденных в Госстандарте РФ МВИ для анализируемых продуктов, а также методик ежегод­ной поверки, контролирующих воспроизводимость кривой высушивания стандартных образцов в заданных пределах.

При использовании приборов для оперативного контроля влажности поверка может производиться методом сравнения результатов измерения влажности продукта на анализаторе и стандартизированным методом.

Косвенные методы измерения влажности основаны на изменении физи­ческих, электрических, химических, механических свойств зерна и зернопродук­тов в зависимости от их влажности.

Более широкое распространение получили электрические способы опре­деления влажности: кондуктометрические (или резистивные), основанные на измерении электрического сопротивления образца при прохождении постоян­ного тока, и диэлькометрические (или емкостные и микроволновые), основан­ные на измерении диэлектрических свойств влажного зерна в электромагнит­ном высокочастотном поле. Диэлькометрические и резистивные влагомеры преобразуют электрический параметр продукта, функционально связанный с влажностью, в выходной сигнал.

Влагомеры состоят из первичного и при необходимости промежуточного преобразователя (датчика) влажности и измерительного устройства.

Погрешность измерений влажности диэлькометрическими и резистивными влагомерами не должна превышать значений, указанных в ГОСТ 8.434-81.

Помимо перечисленных, есть влагомеры, в основу работы которых поло­жены такие косвенные методы измерения, как ядерно-магнитный резонанс ЯМР). В основе ЯМР лежит резонансное поглощение радиочастотной энергии, или энергии гамма-лучей, ядрами атомов водорода воды при нахождении влажного продукта в магнитном поле. По степени поглощения энергии можно судить о влагосодержании исследуемой пробы продукта. Имеется ряд универ­сальных приборов, использующих спектрометрический метод в ближнем ИК-диапазоне волн, определяющих наряду с влажностью, и другие характеристи­ки (стекловидность, зольность, белок).

В приборах, основанных на косвенных методах измерения, время анализа сокращено до 1-5 мин, но результаты определения влажности получаются более грубые. Эти приборы выпускаются со специализированным назначением для отдельных видов продуктов.

Наиболее точные, надежные, отвечающие современным требованиям влагомеры конструктивно должны включать: микропроцессор; запоминающее ус­тройство; клавиатурный ввод информации и команд; цифровой дисплей, отражающий промежуточную информацию и результаты вычислений. Засыпное устройство, в которое помещается образец, должно обеспечивать нормали­зованную повторяемость условий засыпки, объемное количество образца и его уплотнение.

Влагомер должен иметь возможность измерять температуру и объемную массу (натуру) образца и передавать информацию в микропроцессор с целью внесения градуировочных корректировок, а также вносить в память прибора градуировочные характеристики для новых продуктов.