На рисунке 2.36 приведен вид объемного шнекового дозатора "Бестром-1400", предназначенного для дозирования различных видов сыпучих пищевых продуктов, в том числе конфет.

Рис. 2.36.Объемный шнековый дозатор"Бестром-1400"

Система управления дозатора "Бестром-1400" состоит из дисплея и программируемого контроллера, используемых для управления процессом работы дозатора и диалога с оператором. Производительность дозатора (в зависимости от свойства продукта и объема дозы) до 150 доз в минуту. Масса дозы 10-10000 г.

На рисунке 2.37 приведен вид Мультиголовки "Multipond". В зависимости от требуемой производительности комбинационные весовые дозаторы MULTIPOND состоят из 10; 14; 16; 20 или более взвешивающих головок. За долю секунды мощный компьютер AUTOPOND® EP4.1 рассчитывает порционные количества, взвешиваемые индивидуальными взвешивающими системами, с целью достижения конечного заданного веса. Происходит единовременный сброс выбранных порционных количеств на упаковочную машину, синхронизированную с работой весового дозатора.

Использование принципа "взвешивание и вычисление" порционных количеств для весового дозирования сыпучих продуктов дает возможность получать конечный вес со значительно меньшими погрешностями, чем при взвешивании по штукам.

Весовые дозаторы MULTIPOND способны одновременно взвешивать до шести разных компонентов, для каждого из которых определен конечный вес, в результате чего достигается точное взвешивание полной упаковки конечного продукта. Более того, можно получать точно установленное количество взвешиваемых продуктов.

Рис. 2.37.Весовой дозатор MULTIPOND

Весовые дозаторы применяются в пищевой промышленности в случаях, где требуется очень большая точность порции, или где невозможно применить объемные дозаторы. Например, сыпучие, или продукты неоднородной фракции (куски) могут неравномерно заполнять мерный объем, что создает проблемы с измерением и определением порции. На рисунке 2.38 приведен вид весового дозатора 1110В5, предназначенного для точного автоматического дозирования длинных макарон (спагетти , букатини) по 2-5 кг.

Рис. 2.38.Весовой дозатор 1110В5

Дозатор 1110В5 состоит из приемного вибролотка, виброжелобов точной и грубой подачи, отсечных шиберов точной и грубой подачи с приводами, весовой корзины с приводом, сборной корзины. Управление всеми параметрами дозирования осуществляется программируемым контроллером. Для их отображения используется ЖК дисплей. В памяти контроллера можно сохранить до 30 программ дозирования со своими параметрами, что сводит к минимуму время простоя при переходе с одного вида продукта на другой. С помощью оптических датчиков поддерживается необходимый уровень продукта на лотках.

2.7. Средства измерения уровня

Одним из важнейших технологических параметров в пищевой промышленности является уровень жидких и сыпучих продуктов в различных емкостях.

Как правило, необходимо измерять уровень непрерывно, тем самым получая информацию о количестве исходного сырья или готового продукта (уровнемеры или индикаторы уровня), либо сигнализировать предельные (верхний и нижний) его значения, тем самым не допуская потерь продукта (сигнализаторы). И те и другие широко используются в качестве датчиков в автоматизированных системах технологического контроля.

По принципу действия уровнемеры и сигнализаторы уровня можно разделить на следующие группы:

Контактные методы:

механические (поплавковые, мембранные);

контактно-механические,

гидростатические;

электрические;

Бесконтактные методы:

акустические (ультразвуковые);

оптические;

радиоволновые;

радиоизотопные

Механические уровнемеры и сигнализаторы уровня отличаются простотой, высокой надежностью и низкой стоимостью. К этой группе относятся приборы, основанные на использовании механического воздействия измеряемого материала (при изменении его уровня) на чувствительный элемент. В первую очередь это поплавковые уровнемеры и сигнализаторы уровня жидкостей

Принцип действия поплавковых уровнемеров основан на использовании перемещения поплавка 1, плавающего на поверхности жидкости. Это перемещение механически 2, 3, 4 или с помощью дистанционной передачи передается к измерительной части прибора 5, 6. Поплавок и трос уравновешиваются контргрузом 7 (рис.2.39) Поплавковые приборы широко используются в качестве сигнализаторов верхних пределов уровня.

К недостаткам этих устройств следует отнести определенные трудности санитарной обработки.

Рекомендуется пременять их для контроля уровня воды.

Рис. 2.39.Структурная схема поплавкового уровнемера.

Поплавковые датчики уровня — одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. Могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Датчики уровня воды и жидких сред устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями. Так, датчики уровня воды поплавковые ОВЕН ПДУ применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости.

Датчики уровня поплавковые ОВЕН ПДУ могут работать при температурах до 105 °С в воде и в химически агрессивных средах. Однако сигнализаторы уровня воды и других жидкостей поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

Датчики ОВЕН ПДУ имеют простую конструкцию: поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится геркон. Герконовый контакт срабатывает при приближении магнита, когда жидкость достигнет поплавка.

На рис.2.40 приведен внешний вид датчика ОВЕН ПДУ, а на рис. 2.41 приведена схема установки датчиков. Возможно два варианта крепления: горизонтальное (ПДУ-1.1) и вертикальное (ПДУ-2.1, ПДУ-3.1). Вертикальное крепление позволяет отслеживать как промежуточные, так и предельные (переполнение, недолив) уровни, горизонтальное — только промежуточные уровни. Если установка прибора сверху емкости невозможна, то его можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель в корпусе датчика. Такие устройства срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня.

Датчик ПДУ-3.1, имеющий шарообразный поплавок, может работать с более вязкими жидкостями.

Рис. 2.40. Внешний вид датчика ОВЕН ПДУ, предназначенного для горизонтального крепления.

Рис. 2.41. Схема крепления поплавковых датчиков ОВЕН ПДУ.

Гидростатические уровнемеры основаны на принципе измерения разности давлений двух водяных столбов жидкости с помощью дифманометров. Они могут применяться для контроля как в открытых резервуарах, так и под вакуумом.

При применении дифманометров для измерения уровня обязательно устанавливается уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью (для обеспечения постоянного столба жидкости). Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давлений, что позволяет судить о положении уровня.

Принцип действия манометрических датчиков основан на измерении давления столба жидкости в зависимости от уровня жидкости:

,

где – уровень, м;

– давление, создаваемое столбом жидкости, Па;

– плотность, кг/м³;

– ускорение силы тяжести, м/с².

На рис. 2.42 приведена схема измерения уровня жидкости дифманометром.

Рис. 2.42. Схема измерения уровня жидкости дифманометром.

Устройство состоит из уравнительного сосуда 2 и дифференциального манометра 3, подсоединяемых к контролируемому резервуару 1. Дифференциальный манометр используется в качестве измерительного прибора. Уравнительный сосуд обеспечивает постоянную высоту столба жидкости Н₂, подаваемую в «минусовую» измерительную камеру дифмано-метра. Постоянство высоты столба обеспечивается непрерывными сливом и подачей рабочей жидкости в сосуд. К другой камере («плюсовой») подсоединяется резервуар, в котором контролируется уровень жидкости Н1. Дифманометр измеряет перепад давления ∆р, Па. Если в уравнительном сосуде используется та же жидкость, что и контролируемая, то ∆р = ρg (H₁ – H₂)

Достоинство уровнемеров-дифманометров в простоте конструкции и возможности использования как в качестве индикатора, так и сигнализатора уровня. Показания уровнемеров-дифманометров не зависят от колебаний давления на свободной поверхности (для открытых резервуаров).

Недостатки: громоздкость конструкции, необходимость постоянной подпитки рабочей жидкостью уравнительного бачка, зависимость показаний от плотности (температуры) жидкости.

Более современным аналогом дифманометров являются датчики гидростатического давления. Как и у дифманометров, у них имеются две измерительные камеры. Одна из камер выполнена в виде открытой мембраны, а вторая - в виде штуцера. Такие датчики всегда можно установить непосредственно у дна резервуара, поэтому отсутствует необходимость в импульсных трубках, а значит, и в необходимости компенсации высоты импульсной трубки.

Наиболее распространенные измерительные схемы с использованием гидростатического датчика давления представлены на рис.2.43.

Рис. 2.43. Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления: а – для открытых резервуаров; б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда; в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом

Электрические уровнемеры

Принцип действия кондуктометрических уровнемеров основан на замыкании электрической измерительной цепи, при достижении продуктом определенного уровня — уровня установки первичного преобразователя. Применяются в основном, как сигнализаторы уровня.

На рис. 2.44 приведена схема установки кондуктометрических датчиков уровня в металлических и неметаллических резервуарах.

а б

Рис. 2.44. а - вертикальное размещение датчиков уровня в открытом неметаллическом резервуаре; б - горизонтальное размещение кондуктометрических датчиков уровня в закрытом металлическом резервуаре.

Достоинством кондуктометрических сигнализаторов является возможность контроля нескольких уровней и высокая точность срабатывания. Погрешность измерений составляет 10 мм. Возможность удаления вторичных приборов от места установки датчиков до 100 м.

Основной недостаток заключается в невозможности контроля уровня неэлектропроводящих сред.

Емкостные датчики основаны на преобразовании уровня продукта в изменение электрической емкости. Емкостные датчики обеспечивают как сигнализацию предельных значений уровня, так и его индикацию. В каждом случае вторичным прибором служит соответствующий измеритель электрической емкости. При существенном различии диэлектрической проницаемости двух сред емкостной датчик может служить для контроля поверхности их раздела.

Не рекомендуется применять емкостной датчик для вязких продуктов из-за их налипания, а также для жидкостей, образующих пену.

Н рис.2.45 приведена схема контроля уровня емкостным методом. В резервуар 2 высотой Н опущен металлический стержень 1, диаметром d имеющий внешнее диэлектрическое фторопластовое покрытие. Корпус резервуара является наружным электродом, а стержень внутренним. Высота уровня продукта в резервуаре — L. Общая емкость такого конденсатора С_х может быть представлена схемой замещения (рис. 3, б). При параллельном соединении конденсаторов их общая емкость равна сумме составляющих С_х = С_в + С_{п ,} где С_в — электрическая емкость части резервуара, заполненной воздухом, пф; С_п — электрическая емкость части резервуара, заполненной продуктом, пФ.

Рис. 2.45. Контроль уровня емкостным методом: а — схема контроля; б — схема замещения

Сигнализаторы уровня оснащаются одним, двумя и тремя датчиками для сигнализации нижнего, верхнего и предельного уровней. Сигнализаторы имеют электрический выход для дистанционной передачи. Сигнал может быть преобразован в пневматический с помощью соответствующей приставки – преобразователя.

Для диэлектриков применяются датчики с голыми проводниками в виде стержней, двух коаксиальных цилиндров или параллельных пластин.

При контроле электропроводных материалов, каковыми, как правило, являются жидкие пищевые продукты, электроды покрываются слоем изоляции, чаще всего фторопластом.

Емкостные датчики включаются в мостовую измерительную схему или колебательный контур генератора высокой частоты.

Бесконтактные методы и средства измерения уровня.

Акустические уровнемеры, прежде всего ультразвуковые, находят все большее применение благодаря высокой точности измерений.

Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик. При этом достигается разрешения до 0,2 мм (рис. 2.46).

Рис. 2.46. Принцип действия ультразвуковых датчиков уровня.

Благодаря тому, что пьезорезистивный преобразователь может служить как излучателем, так и приемником ультразвуковых импульсов, появляется возможность создать ультразвуковые датчики расстояния с одним преобразователем. Такой преобразователь сначала излучает короткий ультразвуковой импульс. Одновременно с этим, в датчике запускается внутренний таймер. Когда отраженный от объекта ультразвуковой импульс вернется обратно в датчик, таймер останавливается. Время, прошедшее между моментом излучения импульса и моментом, когда отраженный импульс вернулся в датчик, служит основой для вычисления расстояния до объекта. Полный контроль за процессом измерения производится с помощью микропроцессора, обеспечивающего высокую линейность измерений. Наиболее важными особенностями применений ультразвуковых датчиков служит их возможность измерять расстояния до таких сложных объектов таких как, например, сыпучие вещества, жидкости, гранулы, прозрачные или напротив сильно отражающие поверхности.

Ультразвуковые датчики уровня имеют ряд ограничений. Прежде всего, это пена и другие объекты, сильно поглощающие ультразвуковые колебания. Такое поглощение сильно уменьшает измеряемую дистанцию. Сильно изогнутые поверхности так же снижают расстояние и точность измерений, поскольку рассеивают ультразвуковые колебания в различных направлениях. Ультразвуковые датчики излучают импульс в виде широкого конуса, что так же ограничивает возможность измерения расстояния до небольших объектов, увеличивая уровень помех от других объектов, которые так же могут находиться в поле зрения датчика. Некоторые ультразвуковые датчики имеют конус с углом всего 5 градусов. Это позволяет использовать их для измерения намного меньших объектов, например таких, как бутылки или ампулы.

На рис. 2.46 дан пример микропроцессорного ультразвукового преобразователя уровня - модель 8175 фирмы Burkert. Преобразователь уровня состоит из ультразвукового датчика и блока управления с 8-ми позиционным многоязыковым индикатором, заключенным в пластиковый корпус с классом защиты IP65 (рис. 2.47). Преобразователь имеет 3-х проводной выход 4…20мА непосредственно для управления клапаном, для контроллера или внешней индикации. Простое и быстрое программирование устройства обеспечивается функциями “Teach-In” и “Simulation”. Различная форма емкостей (цилиндр, куб, сфера) может быть просто запрограммирована через задание фиксированных промежутков уровня или шаг за шагом через заполнение емкости равными порциями жидкости. Измеренная величина может отображаться как уровень, расстояние (в см, м, дюймах или футах) или непосредственно в единицах объёма (литр, м³, галлон, us-галлон). Предназначен для неконтактное непрерывное измерение уровня для жидкостей в открытых или закрытых емкостях.

Рис.2.47. Ультразвуковой датчик уровня и измерительный

преобразователь.

Оптические датчики расстояния

Довольно часто встает задача по бесконтактному определению расстояния до объекта, одним из способов решения которой, является применение оптических датчиков расстояния или оптических дальномеров. Выходной функцией у этих датчиков является, аналоговый (4..20 мА / 0..10 В) или цифровой выходной сигнал + , у более дорогих версий, интерфейс RS485.

Принцип работы датчика - измерения времени прохождения светового луча от датчика до объекта и обратно - приведен на рисунке 2.48.

Р ис. 2.48. Принцип работы оптического датчика расстояния

Новые схемы измерения, базирующиеся на современных технологиях обработки сигнала позволяют теперь без опасений проводить измерения на прямом солнечном свете. Даже такие отражающие поверхности, как полированный металл не влияют на надежность измерений.

Датчики серии O1D включают в свой состав датчики расстояния, работающие как на рассеяном от объекта излучении, так и на отражении от рефлектора для измерения на больших дистанциях (до 75 метров). Датчики наличия объекта имеют только дискретный выход, зато они могут обнаруживать небольшие объекты за значительных расстояниях, до нескольких метров. Оптические датчики уровня сыпучих и жидких веществ могут быть совершенно незаменимы для измерения уровня вязких веществ, например для измерения уровня шоколада в кондитерском производстве.