Глава 3. Влагомеры продуктов

Для количественной характеристики содержания влаги в продуктах применяют два показателя – влагосодержание U и влажность W, определяемые из выражений:

U= [M_в /M_c]· 100 = [M_вм–M_с/M_c]∙100 ; (3.1)

W= [M_в /M_вм]·100 = [M_вм–M_c/M_вм]∙100 , (3.2)

где М_в - масса влаги;

М_с - масса абсолютно сухого материала;

М_вм - масса влажного материала.

Из (3.1) и (3.2) можно записать:

W= [u/(1+u)]·100 .

Влажность продуктов определяют прямыми (как правило, весовыми) и косвенными (кондуктометрическими, емкостными, сверхвысокочастотными, инфракрасными, ядерно- магнитного резонанса и пр.) методами.

Из прямых методов рассмотрим метод высушивания, на котором основаны весовые влагомеры.

Метод состоит в воздушно-тепловой сушке навески анализируемого мате­риала до достижения ею равновесия с окружающей средой.

На этом принципе основаны влагомеры фирм «Фосс», «Гронерт». Сушка осуществляется продуванием через сушильную камеру нагретого воздуха или от лампы инфракрасного излучения.

С помощью встроенного микропроцессора изменение веса материала в процессе сушки преобразовывается непосредственно в проценты влаги. Приборы оснащены цифровой индикацией показаний. Процесс измерения занимает в среднем 10 минут. Погрешность измерений до ±0,1 % влаги.

В настоящее время используются весовые влагомеры инфракрасной сушки для контроля влажности в сухих молочных продуктах и твороге. В целом, эти влагомеры характеризуются простотой конструкции и высокой точ­ностью измерения.

Сибагроприбором разработан универсальный весовой анализатор влажности “Эвлас-2М”, градуировка которого может выполняться под различные пищевые продукты.

С целью интенсификации процесса сушки пробы фирмой «Анрицу» (Япония) разработан микроволновый анализатор для определения сухих веществ в молоке и молочных продуктах с частотой излучения магнитрона 2450 МГц. Благодаря сверхвысокочастотному излучению нагрев осуществляется по всему объему пробы, что позволяет сократить время проведения анализа до 3,5 мин. В анализаторе проба автоматически взвешивается до и после сушки. Результаты взвешивания обрабатываются встроенным микропроцессором и выводятся на дисплей. Погрешность измерения составляет ± 0,1 % .

К недостаткам весовых влагомеров следует отнести дискретность контроля, длительность процесса измерения, необходимость ручных операций лаборанта.

От этих недостатков свободны приборы, основанные на электрофизических методах измерения.

3.1. Кондуктометрические влагомеры

Эти приборы основаны на зависимости электропроводности контролируемого продукта от его влажности. Зависимость электрического сопротивления R_x от влажности для капиллярно-пористых материалов выражается следующим образом:

Rx=CW^-a ,

г де С и а - постоянные, зависящие от вида материала и условий измерения.

На рис. 3.1 представлена зависимость сопротивления продукта Rx в логарифмическом масштабе от влажности W: lg Rx=f(W).

Эту зависимость можно разделить на два участка, Участок Ι аппроксимируется выражением вида:

lg Rx =a–bW ,

где а и b - постоянные.

Он характерен для области низкой и средней влажности и отличается высокой крутизной.

У часток повышенной влажности ΙΙ характерен снижением крутизны. Чувствительность влагомера в этой области резко падает.

Следует отметить, что на величину электропроводности материала сущес­твенное влияние оказывает и целый ряд других факторов: температура, хими­ческий состав, плотность насыпки и т.д.

Поэтому приборы, основанные на этом методе контроля, как правило, не обладают высокой точностью измерения и используются в основном в качестве индикаторов.

Конструктивно первичные преобразователи кондуктометрических влагомеров представляют собой два или более электродов, выполненных в виде пластин, цилиндрических трубок, роликов. При анализе сыпучих материалов прибор, как правило, снабжается устройством для прессования пробы.

Из измерительных схем наиболее широкое применение получили мостовые, в одно из плеч которых включается датчик.

При измерении на постоянном токе, благодаря наличию ионной проводимос­ти, характерной для пищевых продуктов, наблюдается значительная поляриза­ция электродов. Повышение частоты измерений снижает этот эффект. Практически поляризация электродов не сказывается на частотах свыше 3 кГц. Учитывая, что изменение электропроводности составляет 1-2,5 % на 1 °С, погрешность кондуктометрических влагомеров в значительной степени определяется точнос­тью температурной компенсации.

Поэтому выбор и настройка системы термокомпенсации - одно из важнейших условий работоспособности основанных на этом методе влагомеров.

Из применяемых в отрасли подобных приборов можно назвать влагомер для сгущенного молока с сахаром типа АВСГ.

Первичный преобразователь прибора состоит из двух измерительных электродов.Один из них представляет собой отрезок трубопровода из нержа­веющей стали. Другой выполнен из молибдена и изолирован от трубы втул­кой из фторопласта. В качестве вторичного прибора используется электронный измерительный мост. В качестве термокомпенсатора служит стандартный термопреобразователь сопротивления, включенный последовательно с измерительной ячейкой в одно из плеч измерительной мостовой схемы, или термистор, включенный в смежное плечо моста.

Предусмотрена сигнализация момента достижения заданного значения содер­жания влаги.

Погрешность контроля составляет ±0,5 % влаги. Частота измерений 50 Гц. Диапазон температур контролируемого продукта 50–60 °С.