Измерение жирности молочных продуктов (стр. 1 из 3)
Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Машиностроительный факультет
Курсовая работа
по дисциплине “Метрология, теория измерений и измерительная техника”
Задание №30
Тема: “Измерение жирности молочных продуктов”
Выполнил: студент гр. 103617
Шпакович И.С.
Руководитель: Мирошниченко И. Ф.
Минск 2009
Часть 1. Измерение жирности молочных продуктов
1. Фотоэлектрические жиромеры
2. Ультразвуковые жиромеры
3. Жиромеры, основанные на измерении удельной теплоемкости молока
4. Жиромеры инфракрасной спектроскопии
5. Высокочастотные жиромеры
6. Кондуктометрические жиромеры
7. Химический метод
Часть 2. Контроль деталей по альтернативному признаку с использованием калибров
Часть 3. Анализ точечных диаграмм
Часть 4. Анализ применяемых шкал в ходе выполнения задания
Литература
Часть 1. Измерение жирности молочных продуктов
Требования, предъявляемые к измерению содержания жира в молоке изложены в ГОСТе 5867-92 "Молоко и молочные продукты. Методы определения жира".
1. Фотоэлектрические жиромеры
Принцип действия их основан на изменении степени поглощения или рассеивания светового потока слоем жировых шариков молока (жира).
Через емкость с испытуемым продуктом пропускают световой поток от источника излучения. Интенсивность этого потока изменяется по сравнению с исходной в зависимости от оптической плотности молока, которая зависит от его жирности. Полученный поток регистрируют фотоэлектрическим датчиком. Градуировку приборов периодически проверяют с помощью калибровочного фильтра с оптической плотностью, соответствующей определенной жирности молока.
Оптическая и электрическая принципиальные схемы жиромера приведены на рис. 1. Источник света — низковольтная лампа накаливания 4, питаемая стабилизированным напряжением, — создает два одинаковых световых потока. Левый поток, пройдя через линзу 3, светофильтр 2 (который служит эталоном молока и имеет такую же оптическую плотность, как и молоко определенной жирности) и через измерительную с отсчетной шкалой шторку 9, перемещающуюся перпендикулярно оптической оси, попадает на фотоэлемент 1.
Правый световой поток, проходя через линзу 5, красный светофильтр 6 и стеклянную кювету 7 с анализируемым молоком (толщина слоя около 1 мм), попадает на второй фотоэлемент 8. На пути обоих световых потоков установлены шторки .11, 12, используемые для настройки прибора.
Фотоэлементы 1 и 8 соединены по компенсационной схеме; при одинаковой интенсивности световых потоков, падающих на эти фотоэлементы. Если жирность молока превышает значение, при котором интенсивность световых потоков равна, световой поток, падающий на фотоэлемент 8, ослабляется, нарушается равновесие в электрической цепи и процессор фиксирует это. Равновесие восстанавливают с помощью шторки 9, после чего делают отсчет по ее шкале, градуированной в процентах жира
Рис.1 Оптическая схема прибора для определения содержания жира в молоке.
Погрешность измерений фотоэлектрическими жиромерами заметно уменьшается в случае определения содержания жира в предварительно нагретом гомогенизированном молоке. Как показывают исследования погрешность измерений жира, использующих данный метод измерений, составляет 0,05%.
2. Ультразвуковые жиромеры
Принцип действия ультразвуковых жиромеров заключается в измерении скорости распространения, степени поглощения или рассеивания ультразвука в продукте, которые зависят от содержания жира в молоке. Эта зависимость более резко выражена при температуре 50°С.
Типичная схема построения ультразвуковых жиромеров такова. Ультразвуковые колебания, которые передаются датчиком погружного или проточного типа в молоко, воспринимаются вторичным прибором, который преобразует их в электрические сигналы. Блок счета импульсов в соответствии с полученными сигналами формирует показания прибора. На точность измерения влияет температура продукта. Поэтому поддержание постоянной температуры молока 50°C является необходимым условием измерений с высокой точностью (до 0,1% жира).
Ультразвуковые жиромеры по сравнению с фотоэлектрическими имеют то преимущество, что не требуют гомогенизации продукта и его разбавления или обработки. Однако сложность конструкции и эксплуатации, а также высокая стоимость ограничивают применение этих приборов.
3. Жиромеры, основанные на измерении удельной теплоемкости молока
Принцип действия этих жиромеров основан на измерении величины удельной теплоемкости молока, которая зависит от содержания в нем жира. Молоко нагревают постоянным тепловым потоком от 60°С до 90°С (в этих условиях теплоемкость продукта практически мало зависит от температуру).
В зависимости от содержания жира в молоке меняется величина удельной теплоемкости молока и соответственно время нагрева продукта в указанном диапазоне температур.
Сосуд, наполненный испытуемым молоком, помещают в термоизолированную камеру, где молоко подогревается электронагревателем, который питается постоянным напряжением от стабилизатора. В сосуде помещены два полупроводниковых термосопротивления. Первое включено в схему измерительного моста, баланс которого осуществляется при достижении молоком нижнего предела температуры (60°С). При этом включается таймер. Второе термосопротивление включено в диагональ измерительного моста, который уравновешивается при достижении молоком верхнего предела температуры (90°С). При этом таймер останавливается. По показанию таймера судят о жирности молока.
4. Жиромеры инфракрасной спектроскопии
Этими приборами можно определять содержание не только жира, но и других составных частей молока.
Разработанные жиромеры инфракрасной спектроскопии функционируют следующим образом. Образец молока предварительно гомогенизируется и поступает в небольшой сосуд, через который проходит поток инфракрасного излучения с различной длиной волны (5,8; 6,5; 9,6 мкм). Интенсивность излучения определяют при выходе из сосуда. По степени поглощения этих волн определяют соответственно содержания в молоке жира, белка и лактозы. Сомо рассчитывают в зависимости от содержания белка и лактозы. По интенсивности потока инфракрасного излучения, проходящего через сосуд с водой, определяют поправку на поглощение потока излучения водой. Погрешность метода сравнима с погрешностью химических методов.
5. Высокочастотные жиромеры
Принцип действия этих жиромеров основан на зависимости между величиной одного из электрических параметров продукта, помещенного в поле высокой частоты, и содержанием жира. Таким параметром является в частности диэлектрическая проницаемость.
Действие высокочастотного жиромера для молока типичной конструкции основано на измерении емкости конденсаторного датчика, содержащего контролируемый продукт. Конденсаторный датчик заполняется пробой молока, предварительно разбавленной дистиллированной водой в определенном соотношении (1:2 или 1:3). Вследствие добавления в молоко дистиллированной воды уменьшается сквозная проводимость конденсаторного датчика, и повышается точность измерений.
Датчик высокочастотного жиромера молока представляет собой электрический конденсатор с обкладками в виде двух коаксиальных круговых цилиндров. При заполнении конденсатора в нем поддерживается постоянный уровень жидкости. Внутренний и внешний электроды покрыты цилиндрическими тонкостенными прокладками из оргстекла. С измерительным прибором датчик соединяется экранированным кабелем.
Чтобы установить жирность молока, определяют его плотность, приготавливают смесь молока с дистиллированной водой, измеряют температуру молока, емкость конденсаторного датчика заполненного водой (x1), емкость датчика, заполненного разбавленным молоком (x2), вычисляют разность x1-x2, определяют по графику градуировки прибора содержание жира в молоке в % и вносят поправку на плотность.
Как показали испытания, погрешность высокочастотных жиромеров при исследовании одной и той же пробы молока составляет до 0,08%. Однако максимальные расхождения показаний прибора с результатами определения содержания жира химическими методами составляли до 0,17%.
6. Кондуктометрические жиромеры
Принцип их действия основан на зависимости электропроводности продукта от содержания в нем жира.
Типичная конструкция кондуктометрического жиромера состоит из измерительной ячейки, термометра и измерительного устройства. Измерительная ячейка представляет собой емкость, в которую вмонтирован двухэлектродный датчик и термометр.
Погрешность кондуктометрических жиромеров, получаемая при измерении содержания жира в молоке, слишком велика, поэтому их используют для определения жирности прочих молочных продуктов, но не молока.
Требования к измерению жирности молока:
Диапазон изменения относительного содержания жира в молоке составляет (0,10 - 6,5)% от массы продукта.
7. Химический метод
Чтобы определить содержание жира в молоке, освобождают жировые шарики от белковых оболочек. В качестве растворителя применяют концентрированную серную кислоту. Для более полного выделения освободившегося от оболочек жира употребляют изоамиловый спирт. При последующем центрифугировании смеси жир, как наиболее легкая составная часть, концентрируется в градуированной шкале стеклянного прибора — жиромера.
Если молоко исследуется вскоре после отбора, то его хорошо перемешивают, переворачивая до 6 раз закрытые бутылочки с пробами. При этом не допускают образования пены, которая приводит к неправильному отмериванию. Особенно тщательно подливают пробы долго стоявшего молока. Иногда их прогревают в воде, чтобы смыть жировой слой, приставший к стенкам бутылочки, а затем перемешивают.