Система автоматичного керування магнітною обробкою харчових рідинних середовищ

Система автоматичного управління магнітною обробкою харчових рідинних середовищ, що містить суматор, перший вхід якого з'єднаний з джерелом напруги, що відповідає заданій оптимальній амплітуді пульсацій магнітного поля, другий вхід з джерелом напруги, що відповідає заданій оптимальній частоті коливань магнітного поля; вихід суматора з'єднаний з входом імпульсного блока живлення, вихід якого з'єднаний з котушками апарата для магнітної обробки рідинних харчових середовищ, а третій вхід суматора з'єднаний з датчиком електрорушійної сили апарата для магнітної обробки рідинних харчових середовищ. Винахід належить до харчової промисловості, зокрема до систем обробки харчових рідинних середовищ пульсуючим магнітним полем для сприяння кращому освітленню (наприклад: вин, соків, коктейлів, пива), збільшенню терміну зберігання харчових рідинних середовищ за рахунок бактерицидної дії магнітного поля. Відомо багато конструкцій електромагнітних апаратів для магнітної обробки харчових рідинних середовищ, наприклад, Классен В.И. Омагничивание водних систем. - М.: Химия, 1978. рис.45, а, с.121, але за допомогою відомих конструкцій не можна створити систему автоматичного управління магнітною обробкою харчових середовищ, яка могла б забезпечити регулювання амплітуди магнітної індукції і частоти пульсацій магнітного поля для підтримання роботи магнітного апарата в оптимальному режимі. Відомі магнітні апарати під назвою МГДрезонатор з постійними магнітами [патенти України 6051, 6100,6406]. На базі одного із таких апаратів створено механічну систему автоматичного регулювання, в якій управління магнітним полем постійних магнітів здійснюється виконавчим механізмом, що управляє положенням постійних магнітів. Така система не може забезпечити магнітну обробку в оптимальному режимі, бо за її допомогою не можна створити і управляти пульсуючим по амплітуді і частоті магнітним полем. Відомі конструкції не дозволяють створити систему автоматичного управління пульсуючим по амплітуді і частоті магнітним полем, бо не мають спеціального датчика, що створює сигнал зворотного зв'язку, який залежить від параметрів, що впливають на ефективність магнітної обробки. Із науково-технічної літератури відомі датчики механічні, пневматичні, швидкості, прискорення, температури, тиску і т. і., а також електричні. В патенті Росії №2136605 від 02.10.98 "Устройство для магнитной обработки жидкостей" в системі управління передбачено датчик тиску, сигнал від якого використовується для управління оптотиристорами, що живлять трифазну обмотку статора. Ні один із відомих датчиків не може рішити задачу створення системи автоматичного управління магнітною обробкою харчових середовищ, яка могла б забезпечити регулювання амплітуди магнітної індукції і частоти пульсацій магнітного поля, що створюється трьома котушками для підтримання роботи магнітного апарата в оптимальному режимі. (19) UA (11) 95311 (13) C2 (21) a200904360 (22) 05.05.2009 (24) 25.07.2011 (46) 25.07.2011, Бюл.№ 14, 2011 р. (72) ШТЕПА ЄВГЕН ПАВЛОВИЧ, МИХАЙЛОВА КАТЕРИНА АБДУЛАЇВНА (73) ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ (56) UA 6051 U, 15.04.2005 UA 6406 U, 16.05.2005 UA 6100 U, 15.04.2005 RU 2136605 C1, 10.09.1999 CN 2366407 Y, 01.03.2000 US 5074998 A, 24.12.1991 CN 2765900 Y, 22.03.2006 3 В основу винаходу поставлено задачу створити систему автоматичного управління магнітною обробкою харчових рідинних середовищ, яка забезпечує регулювання амплітуди магнітної індукції і частоти пульсацій магнітного поля, що створюється трьома котушками для підтримання роботи магнітного апарата в оптимальному режимі, який сприяє освітленню соків, коктейлів, вин, пива; збільшенню терміну зберігання їх за рахунок бактерицидної дії магнітного поля; видаленню накипу від солей жорсткості води в теплообмінних апаратах. Поставлена задача вирішена системою автоматичного управління харчових рідинних середовищ, що містить суматор, перший вхід якого з'єднаний з джерелом напруги, що відповідає заданій оптимальній частоті пульсацій магнітного поля, другий вхід - з джерелом напруги, що відповідає заданій оптимальній частоті коливань магнітного поля; вихід суматора з'єднаний з входом імпульсного блока живлення, вихід якого з'єднаний з котушками апарата для магнітної обробки рідинних харчових середовищ, а третій вхід суматора з'єднаний з датчиком електрорушійної сили апарата для магнітної обробки рідинних харчових середовищ. Система автоматичного управління магнітною обробкою рідинних харчових середовищ зображена на кресленні, де: Фіг.1 - структурна схема системи автоматичного управління; Фіг.2 - вигляд магнітного апарата для магнітної обробки в перерізі; Фіг.3 - вигляд датчика електрорушійної сили (аксонометрія); Фіг.4 - графік залежності електрорушійної сили від напруженості магнітного поля; Фіг.5 - графік залежності ефекту магнітної обробки від напруженості магнітного поля. Система автоматичного управління магнітною обробкою харчових середовищ (Фіг.1), що пропонується, містить суматор 1, перший вхід якого з'єднаний з джерелом напруги 2, що відповідає заданій оптимальній частоті пульсацій магнітного поля UAзад, другий вхід - з джерелом напруги 3, що відповідає заданій оптимальній частоті коливань магнітного поля Ufзад; вихід суматора 1 з'єднаний з входом імпульсного блока живлення 4, вихід якого з'єднаний з котушками апарата для магнітної обробки рідинних харчових середовищ 5, на виході якого установлений датчик електрорушійної сили 6, з'єднаний, з третім входом суматора 1. Апарат для магнітної обробки харчових рідинних середовищ (Фіг.2) містить вхідний 7 і вихідний 12 патрубки для установки його в трубопровідну мережу; зовнішню феромагнітну трубу 8, внутрішню діамагнітну трубу 9 розміщену в середині феромагнітної труби 8. В середині діамагнітної труби 9 розміщені три котушки 10. Апарат має виведені зовні проводи живлення 11, а також датчик ЕРС 13, розміщений в кільцевому зазорі між зовнішньою феромагнітною трубою 8 і внутрішньою діамагнітною 9. Датчик ЕРС складається із латунного сегмента 25 величиною 60...90 градусів (Фіг.3) ізольованого 95311 4 діелектричною втулкою 15 від стальної верхньої кришки 16 фланця 19 феромагнітної труби 20. Латунний сегмент 25 розміщується в кільцевому зазорі між феромагнітною трубою 20 і діамагнітним кожухом 24, що захищає котушку 21 з осердям 23 від омагнічуваної рідини. Проводи 18, приєднані до шпильки 14, яка з'єднана з латунним сегментом 25, і до болта з гайкою 17, приєднаного до верхньої стальної кришки 16 являються вихідними затискачами, з яких знімається ЕРС. Тільки електричний датчик електрорушійної сили (ЕРС) запропонованої конструкції, вбудований в магнітний апарат, дозволяє створити систему автоматичного управління, що пропонується. Датчик створює електрорушійну силу (ЕРС), величина якої залежить від дії зовнішніх факторів, наприклад: швидкість рідини, напруженість магнітного поля, хімічний та мінералогічний склад рідини і т. і. Датчик досліджували на промисловому апара3 ті продуктивністю 15м /год. Напруженість магнітного поля змінювали в межах 30...180кА/м, регулюючи струм в обмотках живлення апарата, і вимірювали ЕРС за допомогою вольтметра з великим внутрішнім опором. ЕРС змінювалась в межах 5...60мВ практично за лінійним законом (Фіг.4) Рідина, що омагнічується в залежності від її властивостей і хімічного складу має відповідну електропровідність. Пульсуюче магнітне поле, що створюється котушками 10, перетинає латунний сектор 25 датчика і створює згідно закону електромагнітної індукції відносно феромагнітної зовнішньої труби 20 ЕРС, величина якої залежить від параметрів, що впливають на ефективність магнітної обробки, наприклад, напруженість магнітного поля; швидкість протікання рідини через апарат; амплітуди і частоти пульсацій магнітного поля; мінералогічний склад рідинного харчового середовища і т. і. Відомо (див. Иванов А.А., Русаков В.А., Штепа Е.П. Электромагнитная обработка пива //Пищевая промышленность.-1987. - №4. - С.53-54), що ефект магнітної обробки має поліекстремальний характер (точки А, В і С, Фіг.5). В екстремальних точках спостерігається оптимальний ефект, що визначається технологічним процесом, в якому використовується магнітна обробка. Наприклад: стійкість пива, освітлення соків, розмноження дріжджів і т. і. Система автоматичного управління магнітною обробкою (Фіг.1) працює так. На один вхід суматора 1 подається напруга, що відповідає заданій оптимальній амплітуді пульсацій UAзад, а на другий - напруга, що відповідає заданій оптимальній частоті коливань Ufзад. Ці величини визначаються при налагодженні системи за даними експериментів для конкретного харчового середовища (вода, пиво, напої, соки і т. ін.) (Наприклад, точка В на Фіг.5). На виході суматора виникає сигнал, що управляє амплітудою і частотою коливань, які виробляє імпульсний блок живлення 2. Блок живлення створює в обмотках магнітного апарата 3 струм відповідної амплітуди і частоти. Напруга UAf зворотного зв'язку від датчика ЕРС вбудованого в магнітний апарат, поступаючи на третій вхід суматор 1, змінює амплітуду магнітної індукції і частоту 5 95311 пульсацій до оптимальних величин, що відповідає омтимальній точці. Проводили магнітну обробку пива при частоті пульсацій 0; 2; 50Гц і амплітуді магнітної індукції 0,2; 0,22; 0,25; 0,4; 0,5Тл. Мікробіологічні аналізи 3 проводили висівом 1см пива на поживні середовища. Для виявлення дріжджів використовували поживне середовище сусло-агар, а для виявлення бактерій - м'ясо-пептонний агар. Потім зразки витримували в термостаті при 30 °С протягом 48 год. Результати експериментів наведені в таблиці. 6 Як видно з даних, наведених в таблиці, кращі результати мали місце в досліді №6 при частоті пульсацій магнітного поля 2Гц і амплітуді пульсацій в діапазоні 0,2...0,3Тл, які являються оптимальними для даного випадку. При зміні цих параметрів за рахунок відзначених вище факторів, що впливають на магнітну обробку, система автоматичного управління буде підтримувати інші значення частоти і амплітуди пульсацій магнітного поля в залежності від величини ЕРС, що видає датчик ЕРС. Таблиця Результати експериментів магнітної обробки пива №П.п. Частота, Гц 1 2 3 4 0 0 0 0 5 6 7 8 9 0 2 2 0 50 Дріжджі Бактерії Кількість, клізменшення, Кількість, клізменшення, тин % тин % Обробка постійним магнітним полем 0 140 0 70 0 0,2 106 24,3 50 28,6 0,25 100 28,5 23 67 0,4 60 57,1 44 37 Обробка пульсуючим магнітним полем 0 940 0 8300 0 0,2...0,3 15 98,4 1440 83,7 0,25...0,5 13 98,6 1680 79,7 0 830 0 1150 0 0,25...0,5 380 54 740 36 Амплітуда, Тл 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 95311 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601