1.1.7. Особенности использования приборов для измерения температуры в пищевой промышленности

При выборе и использовании приборов для измерения температуры в пищевой промышленности учитывают не только такие требования, как диапазон измерения, точность, надежность, но и требования, вызванные специфическими условиями пищевых производств. Так, при ведении биохимических и микробиологических процессов должна соблюдаться стерильность, чтобы не допустить появления побочной микрофлоры или появления со стороны контактирующих с пищевой средой элементов, вредно действующих на полезную микрофлору.

Пищевые продукты нередко являются химически активными и агрессивными средами, и материалы, находящиеся в контакте с ними (например, чувствительные элементы термопреобразователей сопротивления и манометрических термометров), должны быть коррозиестойкими и эрозиостойкими. Кроме того, материал чувствительного элемента выбирается из числа разрешенных санитарными органами для контакта с определенными пищевыми продуктами.

В случае использования жидкостных стеклянных термометров применяются меры, полностью исключающие попадание в пищевую среду осколков стекла и заполнителя (ртути, спирта, толуола), что достигается установкой термометров в защитных гильзах и выбором места их установки. Такое же требование следует учитывать и при установке термобаллонов манометрических термометров, заполняемых газами или жидкостями, попадание которых в пищевой продукт может сделать его непригодным к употреблению.

В помещениях спиртовых, ацетоно-бутиловых, ликерно-водочных, маслоэкстракционных и некоторых других производств необходимо учитывать взрыво- и пожароопасность технологических сред и помещений. В этом случае для измерения температуры предпочтительно применение неэлектрических устройств, а для передачи показаний на расстояние - пневматических дистанционных передач.

Измерение температуры вязких сред (опары, теста, конфетной массы, фруктовых начинок и т.п.) связано с определенными трудностями, для устранения которых термочувствительные элементы приборов должны устанавливаться так, чтобы их можно было быстро заменять и чистить.

Несмотря на значительные достижения термометрии, отвечающей практически любым требованиям пищевой промышленности, проблемой остается измерение температуры внутри отдельных единиц изготовляемых пищевых продуктов (консервных банках, хлебобулочных и колбасных изделиях и т. п.), особенно при их движении в процессе производства в пекарных, коптильных или обжарочных камерах.

1.2. Характеристики измерительных преобразователей.

Основными характеристиками, определяющими качество и эффективность использования измерительных преобразователей вообще и температуры, в частности, являются следующие.

Диапазон измерения.

Диапазон измерения — диапазон значений измеряемой величины, которые могут быть измерены данным прибором; диапазон измерения характеризуют нижним и верхним пределами измерений – самой малой и самой большой величинами физического параметра, подлежащими измерению данным измерительным преобразователем.

Номинальная статическая характеристика преобразования.

Зависимость между значениями величины на выходе и входе средства измерений, представленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной характеристикой средства измерений. Градуировочная характеристика является индивидуальной, т. е. описывает свойства конкретного экземпляра средств измерений. При серийном выпуске однотипных средств измерений зависимость между значениями величины на выходе и входе средства измерений часто устанавливается с помощью номинальной функции преобразования или номинальной статической характеристики преобразования. В отличие от градуировочной характеристики номинальная функция преобразования является типовой, а ее использование сопровождается погрешностями, вызванными отличием типовой номинальной функции преобразования от индивидуальной градуировочной характеристики.

Для термоэлектрических измерительных преобразователей номинальные статические характеристики нормируются ГОСТ 6616-94, в котором в табличном виде приведены соотношения между входной величиной – температурой и выходной – электродвижущей силы (э.д.с.) термопары. ГОСТ определяет также полиномиальные зависимости, аппроксимирующие табличные данные. Так, для термопары типа К (ТХА) полином имеет вид:

, (1.1)

где: E(t) – ЭДС генерируемое ПТП, мкВ;t– значение температуры в ºС «горячего» спая термопары при условии, что температура «холодного» спая равна 0°С;b_i– коэффициенты полинома статической характеристики преобразования для термопары хромель-алюмель:

Чувствительность.

Важной характеристикой средств измерений является чувствительность, равная отношению изменения величины на выходе к вызывающему его изменению входной (измеряемой) величины. Различают абсолютную S и относительную Sо чувствительности, которые определяются формулами

S=y/x, So=y/(x/x),

где y — изменение величины на выходе; x — измеряемая величина; x — изменение измеряемой величины.

Для средств измерений с линейной градуировочной характеристикой абсолютная чувствительность не зависит от значения измеряемой величины.

Порог чувствительности.

От чувствительности следует отличать порог чувствительности, представляющий собой такое воздействие на входе измерительного прибора, которое вызывает на выходе минимальный уверенно обнаруживаемый эффект. Другими словами, порог чувствительности — это изменение значения измеряемой величины, способное вызвать наименьшее обнаруживаемое изменение выходной величины.

Точность.

Важнейшей характеристикой средств измерений является их точность, под которой понимается степень приближения результатов измерения, полученных с помощью данных средств измерений, к истинному значению измеряемой величины. Общепринятого количественного способа определения точности пока нет, поэтому для количественной оценки точ­ности пользуются понятием погрешности. Под погрешностью понимается отклонение показаний приборов (или номинальных значений мер) от истинных значений измеряемой величины (истинных значений мер).

Динамические характеристики.

В современной измерительной практике очень часто приходится измерять быстро изменяющиеся величины. При этом необходимо учитывать не только статические, но и динамические свойства средств измерений. Динамические характеристики средств измерений молено разделить на полные и частные. Полные динамические характеристики позволяют при любом заданном изменении во времени величины на входе рассчитать изменение во времени выходной величины, а следовательно, оценить погрешности, вызванные инерционностью средства измерений. Так, полной динамической характеристикой любого средства измерений является дифференциальное уравнение, связывающее входную и выходную величины. Для линейных средств измерений (описываемых линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами) полными динамическими характеристиками являются также передаточная функция, комплексная частотная (амплитудно-фазовая) характеристика, переходная характеристика, импульсная характеристика.

Полные динамические характеристики исчерпывающе характеризуют динамические свойства средств измерений, однако они сложны и не обладают достаточной наглядностью.

Частная динамическая характеристика представляет собой какой-либо параметр полной динамической характеристики или ее функционал. В качестве такой характеристики используются: полоса частот измеряемых величин, в пределах которой динамическая погрешность не превышает заданной; время установления выходной величины.

Надежность.

Важной характеристикой средств измерений является их надежность. Следует учитывать, что ненадежными считаются не только те средства измерений, которые теряют способность нормально функционировать из-за механических или электрических повреждений, но также и те, у которых характеристики выходят за допустимые пределы. Поэтому надежность средств измерений можно определить как свойство сохранять нормируемые метрологические характеристики в определенных условиях эксплуатации.

Надежность оценивают различными количественными характеристиками: вероятностью безотказной работы, частотой отказов, средним временем безотказной работы, средним временем между соседними отказами и др. При этом под отказом понимается событие, после появления которого характеристики средств измерений выходят за допустимые пределы.