Влагомеры. 
Системы управления технологическими процессами и информационные технологии

Влажность является одним из важнейших показателей качества пищевых продуктов, поскольку их сорт, вкус, цвет, длительность хранения в значительной степени зависят от этого параметра.

Влагосодержание продуктов определяют прямым или косвенным методом. В прямых методах измерения используют весы, по которым выявляют разницу в массе образца до и после высушивания. Время определения влагосодержания зависит от скорости высушивания. Для ускорения выпари;

вания влаги используют специальные сушильные камеры, оснащенные электронагревательной аппаратурой. Длительность выпаривания влаги и сушки образцов в различных сушилках составляет от 5 до 24 ч. Прямые методы имеют высокую точность, поэтому их часто используют в лабораториях для контроля и тарировки промышленных влагомеров, предназначенных для определения влажности косвенными методами.

Косвенные методы основаны на измерении параметров, величина которых зависит от содержания влаги в образце. Наиболее приемлемыми и перспективными для пищевой промышленности являются диэлькометрический, сверхвысокочастотный (СВЧ) и оптический методы.

С помощью диэлъкометрических влагомеров измеряют влагосодержание по изменению диэлектрической проницаемости и диэлектрическим потерям энергии во влажных продуктах. С увеличением влагосодержания диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери возрастают. Однако на диэлектрическую проницаемость влияет не только количество влаги, но и ее распределение в продукте, а также форма связи. Поэтому этот метод малопригоден для продуктов, где влага находится в связанном состоянии (мясо, сыр, хлеб и пр.). В качестве чувствительного элемента в приборах этого типа используется плоский или цилиндрический конденсатор. Емкость конденсатора определяют по формуле.

где С — емкость, Ф; е —диэлектрическая проницаемость материала, находящегося в межэлектродном пространстве, Ф/м; 5 — площадь поверхности электродов, м²; 5 — расстояние между электродами, м.

Диэлькометрический влагомер (рис. 6.21, а) состоит из мостовой измерительной схемы, в противоположные плечи которой подключены конденсатор переменной емкости С_п и рабочий конденсатор С, а также сопротивления Д) и /?₂— В диагональ моста АБ подается напряжение питания от высокочастотного генератора, с диагонали БД снимается напряжение рассогласования, которое усиливается с помощью усилителя и подается на реверсивный электродвигатель, который перемещает стрелку регистрирующего прибора и меняет настройку частоты напряжения генератора.

Сверхвысокочастотный (СВЧ) метод, характеризуемый высокой чувствительностью и точностью, используют для бесконтактного измерения влажности. Принцип действия СВЧ-влагомеров основан на измерении амплитуды, фазы или угла поворота плоскости поляризации электромагнитной волны, прошедшей через продукт или отраженной от его поверхности. Показания СВЧ-влагомеров не зависят от физико-химических свойств продукта, что является существенным преимуществом по сравнению с диэлькометрическими влагомерами. Влагомеры (рис. 6.21, б) состоят из СВЧ-генератора, излучателя, приемника излучения и регистрирующего прибора.

При прохождении продукта между обкладками конденсатора С в зависимости от содержания в нем влаги происходит разбаланс моста и в диагонали БД возникает электрический ток. Усиленный сигнал подается на обмотку возбуждения реверсивного электродвигателя. Вал электродвигателя поворачивается и перемещает стрелку прибора, которая показывает соответствующую влажность. Одновременно меняется частота колебаний напряжения генератора, разбаланс моста при этом устраняется.

Рис. 6.21. Схема влагомера:

а — диэлькометрический: 1 — мостовая измерительная схема; 2 — высокочастотный генератор; 3 — регистрирующий прибор; 4 — электродвигатель; 5 — усилитель; б — сверхвысокочастотный: 1 — генератор; 2 — излучатель; 3 — приемник излучения; 4 — регистрирующий прибор; в — оптический: 1,8 — линзы; 2 — источник излучения;

• 3 — фоторезис гор; 4 — усилитель; 5 — вычислительное устройство;
• 6 — регистрирующий прибор; 7 — светофильтр

С возрастанием количества влаги в продукте СВЧ-колебания затухают, амплитуда колебаний уменьшается, что регистрируется измерительным прибором. СВЧ-метод еще не нашел широкого применения в промышленности из-за сложности требуемой аппаратуры, однако, учитывая положительные стороны метода и быстрое развитие приборостроения, он, бесспорно, найдет широкое применение.

В оптических влагомерах инфракрасные (ИК) лучи поглощаются или отражаются образцами, содержащими влагу. Степень поглощения ИК-лучей зависит от количества влаги в исследуемом образце. Чувствительность и точность метода близки к чувствительности и точности химического анализа.

Влагомер состоит из источника излучения, оптических устройств (линз), светофильтров и фоторезистора, усилителя, вычислительного устройства и регистрирующего прибора.

ИК-лучи собираются первой линзой и направляются на образец, отразившись от которого, рассеянный пучок лучей собирается второй линзой и подается через светофильтр на фоторезистор. Светофильтр в процессе работы периодически меняется в зависимости от частоты излучения, поглощаемого исследуемым образцом. Интенсивность отражения лучей разных частот фиксируется и рассчитывается вычислительным устройством, после чего расчетная величина сигнала подается на регистрирующий прибор, оказывающий содержание влаги в продукте. В качестве источника питания монохроматического излучения может быть использован луч лазера.