Спосіб оцінки якості заморожених продуктів

1. Спосіб оцінки якості заморожених продуктів шляхом розміщення замороженого продукту між електродами ємнісного датчика та вимірювання на початку заморожування продукту та через деякий час тангенсів кута електричних втрат ємнісного датчика в області високих частот, який відрізняється тим, що для вимірювання тангенсу кута електричних втрат ємнісного датчика в області високих частот до його електродів підключають резонансний контур з частотою резонансу в області високочастотних теплових 3 27330 4 Відомий також спосіб оцінки якості електричних витрат в цьому продукті, та заморожених продуктів [див. Романовский І.Я. перетворити шумовий струм у дві шумові напруги, Електрофізичні методи контролю якості продуктів які знімаємо зі вторинних обмоток харчування - К.: Наукова думка, 1996, с.64-70] трансформатора. Підсилення шумових напруг шляхом розміщення замороженого продукту між двома високочастотними підсилювачами, електродами ємнісного датчика та вимірювання на наступне їх перемноження та їх усереднення початку заморожування продукту та через деякий забезпечує виключення впливу власних шумів час тангенсів кута електричних втрат ємнісного високочастотних підсилювачів та отримання датчика в області високих частот. постійної напруги, яка пропорційна тільки Крім того, відомий спосіб містить операції електричним витратам в продукті, що зберігається. підключення до електродів ємнісного датчика Наступне порівняння отриманої постійної напруги генератора коливань високої частоти та з напругою пропорційною електричним витратам у вимірювання добротності ємнісного датчика з зразковому конденсаторі зі заданими продуктом зберігання. електричними витратами, які відповідають Резонансний режим роботи схеми призводить якісному замороженому продукту, забезпечує до значного збільшення високочастотного струму, кількісну характеристику якості через відносну який проходить через ємнісний датчик, що різницю порівнювальних напруг, що підвищує призводить до нагріву замороженого продукту. достовірність оцінки якості продуктів, що Тому цей спосіб оцінки якості заморожених зберігаються, без їх розмороження. продуктів також не відповідає вимогам На кресленні представлена функціональна неруйнівного контролю. Крім того, підвищення схема вимірювального пристрою, за допомогою температури продукту призводить до підвищення якого реалізується запропонований спосіб. значення вимірювальних витрат, що змінює На схемі позицією один 1 позначена результати контролю. холодильна камера, всередині якої розміщені В основу корисної моделі покладена задача електроди 2 та 3, які складають ємнісний датчик. створити такий спосіб оцінки якості заморожених До електродів 2 та 3 через перемикачі 4 та 5 продуктів, в якому шляхом введення нових підключений резонансний ланцюг з послідовно операцій забезпечилось би підвищення з'єднаних конденсаторів 6 та 7 та первинної достовірності оцінки якості продуктів без обмотки 8 підвищуючого трансформатора 9. До розморожування. вторинних обмоток 10 та 11 підвищуючого Поставлена задача вирішується тим, що в трансформатора 9 підключені високочастотні способі оцінки якості заморожених продуктів підсилювачі 12 та 13, виходи яких з'єднані з шляхом розміщення замороженого продукту між множильною схемою 14. Вихід множильної схеми електродами ємнісного датчика та вимірювання на 14 через інтегратор 15 з'єднаний з вольтметром початку заморожування продукту та через деякий 16. час тангенсів кута електричних втрат ємнісного В іншому положенні перемикачів 4 та 5 до датчика в області високих частот, згідно з конденсаторів 6 та 7 підключений еталонний корисною моделлю, для вимірювання тангенсу конденсатор 17, який шунтовано резистором 18. кута електричних втрат ємнісного датчика в Заморожені продукти знаходяться в області високих частот, до його електродів холодильній камері 1 та в зоні дії ємнісного підключають резонансний контур з частотою датчика з електродами 2 та 3. резонансу в області високочастотних теплових Спосіб оцінки якості заморожених продуктів шумів замороженого продукту, отримують здійснюється наступним чином. шумовий струм, який перетворюють на дві шумові В холодильній камері 1 між електродами 2 та 3 напруги, підсилюють їх двома високочастотними розміщують продукт, який зберігаються при підсилювачами, перемножують підсилені напруги, низькій температурі (270-206К). Електричні усереднюють перемножені шумові напруги, властивості замороженого продукту такі ж як і у вимірюють постійну складову усередненої діелектрика, так як вода, яка входить в склад напруги, яку порівнюють з постійною складової продуктів, знаходиться у вигляді льоду. Як відомо, усередненої напруги, яка пропорційна тангенсу в будь-якому діелектричному середовищі з кута електричних втрат якісного замороженого активними електричними витратами присутні продукту, а за різницею між ними визначають електричні флуктуації чи тепловий струм. Цей шум якість заморожених продуктів. є наслідком теплового хаотичного (броунівського) Доцільно, щоб постійну складову усередненої руху носіїв струму, які находяться в напруги, яка пропорційна тангенсу кута термодинамічній рівновазі з молекулами речовини електричних втрат якісного замороженого продукту. У зв'язку з низькою провідністю продукту, запам'ятовувати шляхом підключення заморожених продуктів джерелом теплового шуму резонансного контуру до еталонного у діелектрику є не вільні електрони та іони (як в конденсатора. провідному середовищі), а термозбуджені Підключення до електродів ємнісного датчика поляризовані молекули, які утворюють з послідовно з'єднаних конденсаторів та первинної елементарні флуктуючі диполі. Це призводить до обмотки підвищуючого трансформатора, того, що в замкнутому електричному ланцюгу в налаштованого на послідовний резонанс окремі проміжки часу будуть проходить флуктуючі електричних шумів, дозволяє виділити зі спектру струми, а на різних її елементах будуть виникати теплових шумів замороженого продукту шумовий відповідні шумові напруги. струм, функціонально зв'язаний з тангенсом кута 5 Згідно формули Найквіста квадратичне значення шумового струму 27330 середнє 4kTDf (1) Re Z , де k - стала Больцмана; Т - термодинамічна температура в градусах Кельвіна; Df - смуга частот, в якій вимірюється шум; ReZ - активна складова комплексного опору Z замороженого продукту. При паралельній схемі заміщення ємнісного датчика з активними витратами ідеальним конденсатором ємністю С0 та резистором з опором R0 активна складова комплексного опору I0 = Re Z = R0 / ê1 + (wR0C0 )2 ú = tgd / [weC0 æ1 + tg2d ö] (2) ç ÷ ê ú ë û è ø , де tgd - тангенс кути діелектричних витрат; e - діелектрична проникність замороженого продукту; w - кутова частота шумового струму. З виразу (2) видно, що активна складова комплексного опору ємнісного датчика ReZ пропорційна тангенсу кута активних витрат. У відповідності з виразом (1) шумовий струм функціонально зв'язаний з активними витратами без підведення зовнішньої електричної напруги, яка може викликати розморожуючий ефект. Середнє квадратична значення шумового струму дуже низьке (долі мікроампер) і тому його вплив на заморожений продукт відсутній. В той же час частотний спектр теплового шуму дуже широкий (від одиниць кГц до сотень МГц). Враховуючи малу ємність електродної системи 2 та 3 холодильної камери 1 (десятки мiкрофарад) полосу частот виділяємого шуму обирають в області високих частот. Для виділення слабкого шумового сигналу використаний високочастотний резонансний ланцюг з послідовно з'єднаних конденсаторів 6 та 7 та первинної обмотки 8 підвищуючого трансформатора 9. При послідовному резонансі зовнішній електричний ланцюг холодильної камери 1 має близький до нуля опір по електричним шумам. Тому струм, який протікає через первинну обмотку 8 підвищуючого трансформатора 9 практично визначається тільки внутрішнім опором ємнісного датчика, тобто виразом (1). Якщо ємність конденсаторів 6 та 7 вибирати в сто-двісті разів більше ємності датчика холодильної камери 1, то резонансна частота зовнішнього ланцюга визначиться параметрами конденсаторів 6 та 7 та індуктивністю первинної обмотки 8 підвищуючого трансформатора 9 із умови: 1 1 + + jwL1 = 0 (3) jwC1 jwC2 , де С1 та С2 - ємності конденсаторів 6 та 7; L1 - індуктивність первинної обмотки 8 підвищуючого трансформатора 9. При рівності ємностей конденсаторів 6 та 7 С1= С2 резонансна частота 6 2 (4) L1C1 . Смуга частот Dw шуму, який виділяється, визначається добротністю первинної обмотки 8 підвищуючого трансформатора 9 та резонансною частотою w0 w Dw = 2pDf = 0 (5) 2Q , w0 = wL1 r - добротність первинної обмотки 8 де підвищуючого трансформатора 9; r - омічний опір первинної обмотки 8 підвищуючого трансформатора 9. На резонансній частоті шумовий струм (1) створює на вторинних обмотках 10 та 11 підвищуючого трансформатора 9 дві шумові напруги, середньоквадратичне значення яких Q= U1 = U2 = k1w0L1Q I0 , (6) де k1 - коефіцієнт трансформації підвищуючого трансформатора 9 (k1>>1). Вихідні напруги підвищуючого трансформатора 9 з вторинних обмоток 10 та 11 підсилюються високочастотними підсилювачами 12 та 13. Підсиленні напруги з урахуванням власних шумів підсилювачів 12 та 13, які не корельовані з шумами холодильної камери 1, можна представити у вигляді: 2 U3 = k 2 U 2 + U4 1 , (7) (8) U5 = k 3 U 2 + U 2 6 , 2 де k2 та k3 - коефіцієнти підсилення високочастотних підсилювачів 12 та 13; U4 та U6 - середньоквадратичні значення напруг власних шумів високочастотних підсилювачів 12 та 13. Підсиленні напруги (7) та (8) перемножуються множильною схемою 14, а перемножені напруги усереднюються інтегратором 15. При U3 та U5 слід врахувати, перемноженні напруг що власні шуми високочастотних підсилювачів 12 та 13 теж між собою не корельовані. Крім того, та U2 не корельована з власними шумами U4 та U6 високочастотних підсилювачів 12 і 13. Тому добуток підсилених шумових напруг з урахуванням усереднення буде визначатися тільки добутком корельованих шумових напруг U3 та U5 , які кожна з підсилених напруг U1 формуються з одного шумового струму (1): U7 = m U2 U5 = mk 2k 3 U1U2 , (8) де m - масштабний коефіцієнт множильної схеми 14 з урахуванням усереднення інтегратором 15. Оскільки напруги U1 та U2 формуються з одного шумового струму, то їх коефіцієнт кореляції 7 27330 8 дорівнює одиниці. Тому усереднений добуток (8) з допомогою перемикачів 4 та 5 підключається до урахуванням виразу (6) вимірювальної схеми. Результат вимірювання буде аналогічний (12): 2k k w2L2Q2I 2 (9) U8 = mk 2 3 0 1 0. 1 U11 = S 0 / tg dя . (14) Підставляючи в (9) вираз шумового струму з Відносну оцінку якості здійснюють за (1), отримаємо формулою (10) U8 = 4mkk 2k 2k 3w2L2Q2TDf / Re Z U - U11 æ U10 ö 0 1 1 . ÷ h = 10 = ç (15) ç U - 1÷ * 100[%] Усереднений добуток шумових корельованих U11 è 11 ø , напруг (10) представляє собою постійну складову де h - показник погіршення якості продукту, що результуючої напруги, яка вимірюється зберігається. вольтметром 16. Підставивши в (15) значення напруг (12) і (14), Підставив в (10) значення активної складової отримаємо комплексного опору ємнісного датчика з виразу h = (tgdm / tgd - 1) * 100[%] . (16) (2), отримаємо Так як витрати в продукті зростають, що 1 + tg2d (11) U9 = 4mkk 2k 2k 3 w2L2Q2eC0 TDf відбиває погіршення якості замороженого 0 1 1 tgd . продукту, то показник h має від'ємний знаю та У заморожених продуктах tgd відносно малий зростає. При цьому слід відмітити, що на значення та звичайно не перевищує значення 10-1. Тому показника погіршення якості h не впливає кінцевий результат вимірювання буде мати вигляд несталість всіх параметрів елементів вимірювальної схеми U10 = S / tg d , (12) m,k1, k 2, k3, w0,L1, Q, C0, T, Df ). Крім того, повністю ( 2 2 2 2 де S0 = 4mkk1 k 2k 3 w0L1Q eC0 TDf - крутизна відсутній ефект розморожування. узагальненого перетворення шумового струму Досліди показали, що в замороженому м'ясі (ємнісного датчика у вимірювану постійну напругу. 20°С) діелектрична проникність на частоті 5-10МГц З отриманого виразу (12) видно, що показання має значення e/=11-12, а коефіцієнт витрат вольтметру 16 зменшуються при збільшенні e//=e/tgd=1,5-2. В процесі зберігання (6 місяців) активних втрат в замороженому продукті, тобто з через зневоднення продукту та порушення погіршенням його якості. Тому показники структури білків коефіцієнт витрат, а відповідно вольтметра 16 на початку зберігання будуть tgd, знижується на 25-30%. При більш значному найбільшими, після чого зі збільшенням строку зберігання спостерігається подальше збільшення зберігання показання вольтметру 16 будуть показнику h. Вершкове масло за температури зменшуватися, тобто шкала може бути 10°С має діелектричні характеристики e/=3,9, а відградуйована в умовних одиницях якості. e//=0,36. В процесі зберігання на протязі трьох Для виключення впливу несталості місяців tgd знижується на 15-20%. коефіцієнтів перетворення різних елементів Для виділення теплових шумів вимірювальної схеми пропонується проводити використовується високочастотний діапазон (5відносну оцінку якості продукту. За міру якості 10МГц), в якому елементи резонансного контуру прийнято еталонний конденсатор 17, який мають мінімальні розміри та високу добротність шунтовано резистором 18, який призводить до (до 200-300), а для множення використано електричних втрат. Параметри цих елементів аналогову помножуючу мікросхему КМ525ПС3А. обираються такими, щоб активні втрати Підсилення шумових напруг здійснюється відповідали нормі у 100% якісної шкали, тобто малошумлячими операційними підсилювачами тангенс кута витрат міри із еталонного 140УД1. Трьохобмоточний трансформатор для конденсатора 17 та резистора 18 на резонансній підвищення добротності первинної обмотки частоті w0 відображав би початкову (гарну) якість виконаний з феритовим осердям та проводом продукту, що зберігається. Якщо позначити діаметру 0,5мм. Перемикачі виконані на герконах, керуючі обмотки яких включені в ланцюг C/ ємність еталонного конденсатора 17 через 0 , а мультивібратора. R/ опір резистора 18 - 0 , то тангенс кута витрат якісного продукту (13) tgd я = 1/ w0R / C / 0 0. При цьому ємність еталонного конденсатора C/ 17 0 вибирають рівною ємності електродів 2 та 3 холодильної камери 1. В цьому випадку активна складова комплексного опору міри якості відповідає активній складовій комплексного опору ємнісного датчика з якісним продуктом, що зберігається. Для поточної оцінки якості продукту, що зберігається, з нормою еталонна міра 17, 18 за 9 27330 10