Контроль состава и свойств веществ

Одним из компонентов, присутствующим практически во всех пищевых продуктах и в сырье, является вода. По этой причине контроль влажности различных веществ является необходимым измерением при автоматизации большинства технологических процессов.

В зависимости от метода измерения влагометрические датчики делятся на весовые, электрические и радиоволновые.

При весовом методе влажность продукта определяют путем взвешивания определенного его объема и сравнения полученного веса с заданным или с весом обезвоженного продукта.

В электрических датчиках используют параметрические преобразователи, у которых основной параметр (сопротивление, емкость) зависит от влажности среды (вещества).

Гигристоры (гигрорезисторы) – это резисторы, у которых токопроводящий слой впитывает влагу из газообразной среды и изменяет свое сопротивление (проводимость). Изготавливают их на основе сложных материалов – полупроводниковых или синтетических, которые в виде пленок наносятся на фарфоровые основания.

Кондуктометрические преобразователи. В качестве проводящего материала в них используется контролируемое вещество, удельное омическое сопротивление которого зависит от влажности. Чувствительным элементом таких преобразователей является пара электродов, непосредственно контактирующих с контролируемым веществом или средой.

Емкостные преобразователи (Рис. 10.17) не требуют непосредственного контакта с веществом. Их действие основано на существенном различии диэлектрической проницаемости e влажной и сухой среды.

Рис. 10.17 – Схема емкостного датчика влажности

Емкость С плоского конденсатора выражается формулой:

где S - площадь пластин; d - расстояние между пластинами;

ε - диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинам; ε₀ - электрическая постоянная, численно равная 8,854187817·10⁻¹² Ф/м.

У воздуха e ≈ 1, а у воды e ≈ 81. Следовательно, при изменении влажности σ среды от 0 до 100%, ее диэлектрическая проницаемость будет зависеть от влажности, как ε = f(σ). Учитывая, что ёмкость С конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости ε среды между его пластинами, то она такжебудет зависеть от влажности, то есть С = С(σ).

При подаче для питания датчика напряжения высокой частоты от генератора высокой частоты (ГВЧ на рис. 10.17), ток через конденсатор и напряжение на нагрузке будут изменяться в зависимости от влажности как I(σ) и U(σ).

Радиоволновые датчики также являются неконтактными. Их действие основано на явлении поглощения радиоволнового излучения, зависящего от влажности веществ, через которые проходит это излечение.

Подобные методы могут использоваться также и для контроля за количественными показателями других компонентов – жировых образований, растворенных и нерастворенных примесей и т. д. При этом используют некоторый характерный показатель, который легко преобразовать в физическую величину, удобную для дальнейшего использования.

Здесь могут использоваться также преобразователи (датчики) генераторного типа. Например, при определении уровня кислотности среды в качестве чувствительного элемента используют гальваническую пару двух материалов, генерирующую ЭДС, величина и знак которой зависит от рН данной среды.