автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электрофизические методы контроля качества сельскохозяйственных и пищевых продуктов

НАЦЮНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

* ■' ) * * а U , i

2 h MAP 1997 На ПраваХ рукопису

РОМАНОБСЬКИЙ IBAH ЯКИМОВИЧ

ЕЛЕКТРОФ13ИЧН1 МЕТОДИ КОНТРОЛЮ ЯКОСТ1 СГЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ I ХАРЧОВИХ ПРОДУКТ1В

05.20.02 - застосування електротехнологш у сгльськогосподарському виробшщтв1

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук

Кшв - 1997

Дисертащя е рукописом науково! пращ. Робота виконана в Украшському державному ушвер-cHTexi харчових технологш.

Науковий консультант: доктор техшчних наук, професор, академж AIH Украши

Буляндра Олексш Федорович

ОфщШт опоненти:

заслужений дшч науки i техники Украхни, доктор техшчних наук, професор

1ноземцев Георгш Борисович доктор техшчних наук, професор

Скрипник Юрш Олексшович доктор техшчних наук, професор

Купчик Михайло Петрович

IlpoBigna оргатзащя: 1нстигут електродинамши HAH

Укра'ши

Захист в!дбудеться 24 березня 1997 р. о 1430 год. на 3aci-данш спещалдзовано! вчено? ради Д.01.05.05 у Нацюнальному аграрному ушверситеп за адресою: 252041, Кшв-41, вул. Геро-хв Оборони, 15, учбовий корпус 3, аудитор1я 65.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ ушвер-

ситету.

Автореферат розкланий 21 лютого 1997 р.

Вчений секретар спещал1зованоУ вченог ради

Тищенко Л.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальтсть теми. Забезпечення виробництва р1зно-маттних високоякюних продукпв харчування, застосування електротехнолог1й, комплексно! мехашзацп та автоматизацп у переробнш 1 харчовш промисловост1 залежить значною м!рою в1д объективного контролю якост1 сьльськогосподарсько! про-дукци та сировини, безперервного контролю режимних пара-метр!в технолопчних процеав на р1зних етапах к переробки, а також оцшки складу та якост1 готово!" продукцн.

1з велико! кглькосп в1домих метод1в визначення якосп продукт1в харчування (реолопчних, теплос^пзичних, оптичних, радю1зотопних, х1мйних, бюлопчних) особливе мкце нале-жить електроф1зичним методам, в1дмшного особливютю яких е висока чутлив1сть та точшстъ, швидкод1я, еколопчна чистота, мoжливicть забезпечити дистанцшшсть та автоматизацию ке-рування контролюючими 1 технолопчними процесами. Ц1 ме-тоди дозволяюгь розкрити змши не тальки складу, а й струк-турно-мехашчних властивостей, прогнозувати змшу якост1, встановлювати збережешсть та термши реал1зацп продукпв харчування.

Незважаючи на в1дмшн1 особливосп електроф1зичних метод1в, вони застосовуються для анал1зу продукпв харчування ще недостатньою м1рою. Зумовлено це тим, що бъ\ышсть с1льськогосподарських 1 харчових продукт1в е вологими дис-персними гетерогенними системами з досить значною елек-тропров1дтстю та ¿з змшними з часом електроф1зичними параметрами, а кнуюча промислова електротехшчна апаратура та в1дпов1д1п методики побудоваш для дослцужень д!електри-шв I використання !х для продукта харчування, як правило,

неможливе.

Ф1зичш процеси у продуктах харчування при накладан-ш електричного поля е мало вивченими. Першою книгою, в якш узагальнено матер1ал з д1електричних вим!рювань для юлыисного анал1зу 1 визначення х1м1чно1 структури, е моно-граф1я Фpiдpixa Еме (1962 р.). ГЪмдш роботи виконаш у Мос-ковському технолопчному шституп м'ясо-молочно!' промисло-вост1 пзд кер1вництвом Й.О.Рогова, у Тимиряз1вськш СГА (пращ Н.Д.Немова, О.ГМаргиненка, К.Й.Каменсько1 та ш.), у Леншградському технолопчному шституп холодильно! проми-словосп (пращ А.В.Жучкова, Т.В.Пилипенка та ш.), у Московскому шституп народного господарства (пращ А.Н.Вишелесь-кого, П.С.Бруева та 1н.), у Кшвсъкому технолопчному шституп харчово'1 промисловост! (пращ О.Д.Куриленка, 1.С.Павлова, М.П.Купчика, А.П.Кабана та ш.), в Гнстигуп електродина-мжи АН Украши (пращ Ф.Б.Гршевича, М.М.Сурду, АЛ.Новша та ш.).

А1тературш дан! стосуються досмджень окремих про-дукпв у вузьких интервалах еологовм1СТ1Б та для деяких частот електричного поля 1 не дозволяють систематизувати матер1ал

3 даних питань. Пояснения одержаних результатов даються, виходячи з теорн поляризацп явних д1електршав, без розгляду впливу структури продукту харчування як складно!' гетероген-но1 системи.

Робота виконувалась у рамках науково-техшчного зав-дання Державного агропромислового комггету УРСР за № 776: "Розробити шформацшно-управляючий комплекс та доомдити електроф!зичш власти во ст1 овоч1в з метою прогнозування IX лежкоздатност!" (№ 01.88.0022373 Держ. реестрацй) та плану

НДР Кшвського технологичного шституту харчово!' промисло-восп за темою: "Застосування 1 розробка мещадв обробки, пе-реробки та контролю якос^ харчових продуючв за допомогою змптих електричних струтв та електромагштних пол1в" (зато. 31.01.1986 р., протокол № 8).

Таким чином, розробка та впровадження електроф1зич-них метод1в контролю е одним ¡з актуальних 1 перспективних напрямк1в забезпечення виробництва I збер1гання продуктов харчування б!лын ефективними та надшними методами оцшки Ьс якость

Мета_робо_ти:_ на основ! теоретичного 1 експеримен-тального вивчення електроф1зичних властивостей схльськогос-подарських I харчових продукт!в досл!дити 1 обгрунтувати принципов! можливосп застосування електроф1зичних мето-д1в та розробити технолопчш основи 1 нов1 надшш методи контролю якосп продукпв харчування у процес1 Ух виробництва та збер^гання сукупно з в1дпов1дним апаратурним забезпе-ченням.

У зв'язку з цим, грунтуючись на законом1рностях по-ширення та взаемодп електричного поля з неоднородною речо-виною, необхщно розв'язати так! основт завданняг.

1. Розробити теоретичш основи контролю якосп про-дуктхв харчування за вим1рюваннями IX електроф1знчних характеристик та встановити параметри оцшки якосп, як1 ви-значаються експериментально.

2. Розробити та виготовити вмпрювальш пристро!, як! б враховували структурш особливосп основних груп продук-т1в харчування, а також створити ви>ирювач1 емносп конден-сатор!в, добротшсть яких менша одинищ.

3. Виконати до сложения електроф!зичних властивос-тей (д1електрично1 проникносп е', тангенса кута втрат 1д5, пи-томо'1 наскр1зно1 пров^ност! аиаск) с1льськогосподарських 1 харчових продуктав р1зного складу та якост1 при реальних режимах виробничих процеов.

4. На основ! встановлених кореляцшшсс залежностей е', 1д5, аваск продукт1в бюлопчного походження в]д вологовмк:-ту, складу, структурно-мехашчних характеристик, харчових добавок, частота електричного поля, тиску, температури, три-валосп та умов збер1гання встановити та обгрунтувати принципов! можливост! застосування електроф1зичних метод1в 1 розробити технолопчш основи та нов1 надшш шструментальш методи з хх апаратурним забезпеченням для контролю пара-метр1в якост1 си\ъськогосподарських I харчових продукпв при IX переробщ та збер1ганш.

Наумове новизна:

1. На основ1 положень про неоднор1дносп внутрппньо-го електричного поля у продукта, як1 зумовлюють перерозпо-ди. заряд1в 1 потенщамв, теоретично обгрунтовано вплив структури продукту на характер залежностей його електрофЬ зичних характеристик 1 запропоновано для оцшки змши стану продукту величину - показник якоси.

2. Науково обгрунтовано та експериментально доведено, що прям1 вим!рювання електроф1зичних властивостей продукта бюлопчного походження не вщображають ix справжш ягасш показники. Доведено, що достов1ршсть цих показнишв забезпечуеться лише при наявносп градуювальних залежностей за однакових умов виробництва та збер1гання для кожного продукту.

3. Одержано прямий експериментальний доказ впливу структур я неоднор1дного продукту на його д1електричш влас-тивосп, що в^дображаеться, наприклад, виявленою петлею пс-терезису у залежносп е' вершкового масла в1д характеру з>п-ни тиску.

4. Розроблеш технолопчт основи практично!" реал ¿за -цй оцшки якоеп с1льськогосподарських 1 харчових продутогё за IX д1електричного проникшстю.

5. Грунтуючись на законом1рностях поширення елек-тричного поля у неоднор1дних продуктах та зважаючи на характер залежностей електроф!зичних параметр!в (е', 1до, анасх) молокопродумчв, м'яса та м'ясопродугапв, природних високо-иол1мер1в, розчишв сахарози, лшер1В, др1ждж0вих суспензт, плодоовочево! продукцй розроблеш та впроваджеш нов! тнпи вим!рювалышх конденсатор]», яю враховують структур и! особливосп в!дпову\них продукпв харчування та умов !х ви-робництва, наприклад, г1дродинамтп законом1рност1 при рус1 в'язко-пластичного продукту.

6. Базуючись на встановлених закономхрностях елек-троф1зичних параметр!в вологих продуктов харчування та анал1з1 в1домнх метод1в !х дооидження, розроблеш та впроваджеш нов1 вгопрювач! емност1 конденсатор1в-датчик1в, елек-тричний отр яких становить десятки ом!в.

7. Запропоновано новий експрес-метод визначення якосп м'ясних туш для направлено! переробки, який базуеться на кореляцшнш залежносп е' 1 рН тканин м'яса.

8. На основг виконаних дослдджень електроф^зичних властнвосгей природних високопольмер^в В1Д вологовмкту екс-периментально доведено 1 теоретично обгрунтовано, що неод-

накове зростання е' 1 1д5 прппадае на в1ДПов!!Дш формк зв'язку поглинено! вологи. При цьому встановлено, що частотна дис-перс!я е' та 1д5 мае мкце при вологовмютах, як1 перевихцують значения мономолекулярно! адсорбцп.

9. На основ! анализу одержаних залежностей кшегики ф1зичних параметр1в плодоовочево'х продукцп у процесс трива-лого п збер1гання теоретично обгрунтовано, розроблено та впроваджено шструментальний споаб прогнозування лежко-здатносп продукцп за д1електричними вим1рюваннями и зраз-ив. При цьому запропоновано новий показник оцшки якосй продукцп - лежкоздатшсть.

Объекта дослщжеиь. Объектами досл^джень е електро-ф1зичн1 методи вим!рювання електричних параметр1в продук-Т1в харчування та апаратурне забезпечення цнх метод!в. До-сллджувались молокопродукти (вершкове масло, згущене молоко), м ясо та мясопродукта (фарии, вареш ковбаси), природш високопол1мери (крохмаль, целюлоза, желатин), розчини саха-рози, лжери, др1жджов1 суспензй, плодоовочева продукщя (картопля, морква, столовий буряк, цибуля, часник, капуста, сливи, яблука).

МеТ9АЯА0ГЛ1^енытр0гМш Основт

результата робота одержан! аналггичним та експерименталь-ним шляхом. При теорегнчних до сложениях використовува-лись ф1зичш модел1 процес1в у д!електриках при накладанш електричного поля, вздом1 та розроблеш електротехшчш модели представления реальних конденсатор1в з продуктом екв1ва-лентними схемами зам1щення. Експериментальш досл1дження електроф1зичних властивостей продукив харчування у лабора-торних та виробничих умовах виконувались мостовими та ре-

зонансними методами за допомогою промислових та створе-них електротехшчних прилад1в.

ГНропдшсть одержаних результате досягнута шляхом врахування впливу паразитних елеменпв як вим1рювалышх конденсатор1в, так 1 вим1рювальних схем, шляхом градуюван-ня та перев1рки вим1рювальних блоюв еталонними зразками, використанням сучасних фiзикo-xiмiчниx мeтoдiв анал1зу продукта, а також застосуванням математичних метод1в кореля-цшиого та регресшного анализу, яю здшснювались за допомогою ПЕОМ.

Практична цштсть робот гя реал!защя результатов:

1. Результата виконаних достиджень вказують напрям-ки здшснення нових розробок електроф1зичних методДв контролю продукте харчування та використовуються при вирг-шешп питань практичного застосування ¡снуючих на вироб-ництвах електричних вологом1р1в.

2. Розроблет технолопчш основи оцшки якостх продукта харчування реал!зоваш на чотирьох лпиях неперервно-го збивання вершкового масла та трьох л!шях виробництва згущеного молока. Ц1 установки дають можлизють одержува-ти продукти ¡3 61\ьш сталими характеристиками по волоз1, за-безпечують вимоги стандарт1в 1 значно полшшують виршення питань сертифжацп. Економ1чний ефект В1Д впровадження од-ше! установки неперервного контролю та автоматичного регу-лювання масово! частки вологи у вершковому масл1 на лшн Мнрошвського заводу сухого знежиреного молока становив 4060 крб. у цшах 1990 р.

3. Розроблений шструментальний способ та створеш установки шлькктю 50 досмдно-промислових зразкт реал1зова-

ш у державних торговельно-закутвельних п1дприемствах в основному м. Киева. Щ установки становлять основу для управ-лшня продесами загот1вл1, збер1гання та реаллзацп с1л.ьсько-господарсько1 продукцп. Економшний ефект в1д встановлення оптимального графжа реал1заци хсартоши, моркви, буряку та капусти на Калин1вському овочесховиоц м. Киева становив 323 тис.крб. у цшах 1989 р.

4. Створет вим1рювач1 емносп у сукупносп 13 створе-ними вилирювальними конденсаторами-датчиками, яга розши-рюють область дослджень на б^лышсть с1л.ьськогосподарських 1 харчових продукт!в при р^зних умовах виробництва 1 збер!-гання, дозволяють одержати експериментальш даш для роз-робки в1дпов1дних електротехнологш.

Науков! результата, як1 ваносяться на захист.

- технолопчш основи контролю змши якост! продукпв харчування за '¿х д1електричною проникшстю, як1 базуються на теоретичному обгрунтувант впливу структури неоднор!д-ного продукту на характер залежностей його д1електричних параметр 1в;

- вим1рювальш конденсатори для лабораторних та ви-робничих досл1джень та контролю, конструктивш особливост1 яких враховують структурш вхдмшносп основних груп продукте харчування та умов Ьс виробництва;

- експериментальш залежносп електроф1зичних влас-тивостей с1льськогосподарських 1 харчових продуктов при р!з-них параметрах досл1джень та виробничих процес1в, обгрунту-вання метод1в практично! реал1зацн кореляцшних залежнос-тей мшс електроф1зичними параметрами та показниками якос-т1 продугспв харчування, та рекомендацп по 1х застосуванню;

- установки неперервного контролю масовоТ частки во-логи у вершковому маем та згущеному молохд на лшшх "¿х неперервного виробництва;

- спосхб та установка прогнозування лежкоздатносп плодоовочево! продукцп за д1електричними вим1ргованнями.

Алробаяшройохп, Основн! результата роботн допов1-дались на щор1чних наукових конференциях Кшвського техно-лопчного шетитуту харчово! промисловосп у 1980-1936 рр. (ниш Украшський державний ушверситет харчових технологий), десяти всесоюзшсс (Воронеж, 1977; Москва, 1985, 1990; Леншград, 1987; Алма-Ата, 1988; Каунас, 1988; Кт'в, 1989; Тамбов, 1990; Вологда, 1992), двох мЬкнародних (Пловд1в, Болгар1я, 1988; Ктв, 1993), восьми республшанських 1 всеукрашських (Миргород Полтавсько! обл., 1989; Клровсград, 1989; Ктв, 1989, 1991, 1992, 1995) наукових конференщях та семшарах.

ПубАШЗШЬ За матер1алами дисертацн опублжовано 69 друкованих праць, у тому чнса 1 монографш, одержано 2 ав-торських сз1доцтва, 1 патент Украши, 4 позитивних решения на винаходн.

Особясгнй виссон автора поля гае у розробщ наукових положень технолопчних основ контролю якостг продукпв хар-чування, способ'ш Ьс практично"! реал1зацп, проведенш лабора-торних I виробничих досиджень та анализу результат, кон-струюванш вимфювальних пристрош, загальшй постановф завдань 1 розробщ структурних та принципових електрнчшгх схем створених установок. Науков! положения, результата, висиовки та рекомендаци дисертацшно! роботи автор одержав слмостшно.

^ Структура та обсяг роботя* Осношшй змкт дисертацп

викладешш на 252 стортках машинописного тексту, який складаеться 1з встухху, 5 роздшв, загальних висновгав. Дисер-тацхя шострована 64 рисунками та 16 таблицами. Наводиться список використано'{ л!тератури, що мктить 252 найменуван-ня, та додатки.

ЗМ1СТ РОБОТИ У вступг обгрунтована актуальшсть теми, визначена мета та основш завдання досмджень, наведена наукова новизна 1 практична цшшсть одержаних результат1в.

У першоиу роздш "Електроф1зичт характеристики продукив харчування" розглядаються основш положения по-ляризацп дисперсних систем, встановлюються ствв^ношення М1Ж електричними параметрами БИмipювaльнoгo конденсатора, заповненого продуктом, даеться теоретичне обгрунтування впливу структури неоднор1дного продукту на його д!електрич-ш характеристики, вводиться критерш оцшки змши стану продукту м1ж двома вим1рюваннями, наводиться анализ в1до-мих формул анал1Тичного розрахунку д1електрично1 проник-ност1 гетерогенних систем.

Враховуючи, що задов1\ьних аналогичных формул не к> нуе, надшш вздомосп про електроф1зичш властивосп дисперсних продукт1в можна одержати лише дослущим шляхом.

Для визначення електричних властивостей продукту його помщають у конденсатор. Комплексний oпip схеми замещения цього конденсатора (рис. 1):

2 =-1-+ 1<ои, (1)

и

==СК£

I

см

Рис. 1. Екв1валентна схема замещения вим1рювального конденсатора, заповненого продуктом: С„ -електроемшсть, И - отр продукту; -1ндуктивн1сть вим1рювального конденсатора; Ск - емшсть кра!в електрод1в та з'еднувальних шинок

де © - циклшна частота електричного поля, г = V-!.

3 внразу (1) одержуемо екв1валентш пропотеть та емшсть:

1

1 __К_

Яе

Я

ш

!11+(1-©21к(См+Ск))2

Секв

(См + Ск)(1-®21к(См+Ск))

я2

я

(О

!1^+(1-©21к(С„ + Ск))2

(2)

(3)

Анал1з вираз1в (2) 1 (3) показуе, що з ростом пров1дносп росте величина емносп, 1 при розрахунках електричних пара-метр1в продукту, який пом1щено у конденсатор, необх1дно враховувати як проведтсть продукту, так 1 паразитш емшсть та шдуктившсть самого конденсатора.

Волоп продукта харчування мктять хаотично розподЬ леш включения вологи, як елементи шаруватого неоднор1дно-го д1електрика. Пров1дшсть у р1зних ф1зично малих об'емах неоднор1дного продукту неоднакова, а тому саморозряди у них призводять до перерозпод1л1в заряд1в та потенщал1в по продукту як насл]Док, до змши його електричних парамет-р1в. Ц1 процеси втдображаються у схем! замещения неод-

Рис. 2. Схема зам1-щення неоднородного продукту:

С«, - безшерщйна ем-тсть продукту; Са6, гав -В1дпо1Мдно абсорбцшш емшсть та ошр неодно-р^Акостей продукту; К -ошр наскр1зному струму

породного продукту (рис. 2) абсорбцш-ною емшстю та опором абсорбцшно-му струму, яю зумовлеш накопичен-ням заряду на неоднор^дностях, тобто самими неоднор1дностями:

Са6 = КС. , (4)

де К - коефодент неоднородности

За М.М. Некрасовим коефщЬ ент неоднор1дносп д!електрика харак-теризуе ступшь в1дмшност1 дшсно! криво! саморозряду в1д експоненщаль-но!:

та

К =

К С»

(5)

де тд - дшснии час релаксацп Д1електрнка.

Пров!дшсть продукту

У = Онасх +

1

Габ~ '

1

+ гсо С»

(6)

©Са6

Виконавши перетворення у формул! (6) та врахувавши, що гл6Са6—х визначае час релаксацп кола неоднор1дностей продукту, матимемо

&2К Соог

У =о,

1+оа2т2

+ 1Ю Соо 1 +

К

1 + ш2'2

Зв1дси д1електрична проникшсть

К

е = е<

1 +

1 + сй2~2

т

(8)

При ю -» О, маемо статичну б'с 1 тод! коефщ1ент неодно-

р1дност1 продукту

*г 6 с 6 со

(9)

визначаеться за експерименталышмн значениями д1електрич но! проникносп.

Величина тангенса кута втрат ¿з (7):

Вплив структури неоднор]дного продукту проявляеться в аномально високих значениях е' (сотт тисяч) на низьких частотах.

Зазначимо, що при змш1 вологовмкту коефщ1ент неод-нор!дносп дисперсного продукту не залншаеться постшним. Спочатку при зволожент коефщ1ент К зростае завдяки роз-витку неоднор^дностей внутриннього поля, оск1льки волога у цьому випадку розпод1\ена дискретно. При подальшому зволо-женш, коли створюються суц^ьт електропров!дт шари, не-однор]дн!сть внутриннього поля у продукт! змеяшуеться, що зумовлюе зменшення коефщ1ента К.

Р1зна стутнь неоднор1дност1 в1дображаеться в шнуван-т деюлькох частотних максимум1в 1д5 та у дисперсшних за-лежностях д1електрично! проникносп продукту.

Для оцшки змши якост! (стану) продукту загтропонова-но ввести критерш - показник якост! П, який в1дображае змь ну абсорбцшних процес!в в електричному пол1 м1ж двома вим1рюваннями:

(10)

л =

К2 Т2 е'гРг

(11)

де XI — ^С,, Х2=Я2С-1 - дшсш часы релаксацй продукту в!дпов!д-но для моментов вищрювання ^ та р! 1 Рг ~~ в^дпов^дт питом! опори продукту.

Показник якосп П е величина, яка показуе у сгальки раз!в змшюеться стан продукту за час пор1вняно з тим, який був стан у момент

На в!дмшу В1д коефщ!ента неоднор^дност! К, який зав-жди е бывшим за одиницю 1 може приймати велик! значения, величина показника якосп П може бути як меншою одиниц! (при зниженш якост! - наприклад, при зб1\ьшенш масово! частой вологи у вершковому масл!, при зменшенш лежкоздат-ност! плодоовоч!в), так ! большою одиниц! (при зростанш якос-т! продукту).

У зв'язку з цим для розробки технолопчних основ контролю якост! продуктов харчування необх!дн! експерименталь-н! дан! залежностей електроф!зичних параметр1в цих продукта в!д вологовм!сту, складу, струкгурно-мехашчнях характеристик, частоти електричного поля, температури, тривалост! та умов збер!гання.

У ' "Об'екти ! методи досл!дження елек-

троф!зичних властивостей с!льськогосподарських ! харчових продуктов" обгрунтовуеться педид до вибору объектов до сложения за характером взаемодп частинок дисперсного продукту, даеться опис конструктивних особливостей розроблених вим!рювальних конденсатор!в, проводиться анал!з в^домих ме-тод!в вим!рювання електроф!зичних властивостей д^електриыв

Рис. 3. Герметичш вим1рювальш конденсатори: для редких та в'язко-пластичних продукте (а), з поршнем (п), для твердих та пластиичастих продукте (б), для сипучих продукпв (г)

у плаш використання цюс метод1в для досл1дження вологих продукпв.

е' 1 1д5 вологих продукпв змшюються з частотою зде-61льшого досить сильно, що зумовлюе виб1р розмф1в (геомет-ричну електроемшсть) конденсатора. Запропоноваш вимгрю-вальш конденсатори (рис. 3, 4) забезпечують р1вном1рний роз-под1л вологи у продукт! при збереженш його макропористо! структур и та к1лькосп сухо! речовини м1ж обкладками.

На рис. 5 зображено вим1рювальний конденсатор для в"язко-пластично! рэдини, в якому зводиться до мппмуму г!д-

17

Рис. 4. Вим1рюваль-ш конденсатори: а, б - конденсатори-пробов1дб1рники для плодоовоч1в та мясопродукте, в - для суспензш з м1шал-кою, г - для експрес-анал!зу плодоовохпв

равллчний отр у потощ продукту при м1шмалькому вплив! краевих ефекйв на розпод1л електричного поля.

Виконаш г^дродинам^чт розрахунки показали, що в1д-ношення екв1валентних д1аметр1в труб конденсатора повинно дор1внювати = 2,218. При застосуванш некруглих труб

сл*д враховувати коефщ1енг впливу форми. Так, для труби з 18

Рис. 5. Виг-ирювалышй конденсатор для в'язко-пластично! pi

диня у потоц1

прямокутним nepe.pi30M i3 сторонами Gib при коеф1щентах впливу форми к2 та ки в^дстань х м1ж обкладками конденсатора знаходиться за формулою:

а +■ b (а - 2х) + (Ь - 2х)

Специфжа харчових продутспв полягае у тому, що вони мають високу наскр1зну пров1дшсть. В]дпов1дна об'екту вимЬ рюваяь схема замщення конденсатора з продуктом е нелшш-ним конденсатором Сх з низькою добротшстю, який зашунто-вано в 1дhoch о малим опором Rm.

У зв'язку з цим визначення д]електричних параметров продукт!в здшсшоеться у д1апазош радючастот, де забезпечу-ються оптималып сшвву\ношення м1ж емшсними та активни-ми пров1дностями конденсатора i3 зосередженими параметрами та розд!льне ix вим1рювання з необх1дного точнгстю.

Анал13 роботи в!домих мостових вим1рювач1в емност1

показав, що напруга, яка подаеться на вим!рювальний об'ект, залежить в1д величшш його електроемносто та опору. 1х засто-сування для визначення д1електричних властивостей електро-пров!Дних продуктов харчування неможливе, або приводить до неоднозначное?! результатов вим!рювань. Так, при робото з приладами Р 5016 та Е7-13 змша В)Д 1000 до 200 Ом призво-дить до трикратно! змши напруги на вт.прювальному конденсатор!. При робото на шших сершних вим!рювачах емносто, як! забезпечують сво! характеристики при гадключенш кон-денсатор1в з досить високою добротшетю, так! вади просл!д-жуються ще бЬ\ыыою м!рою.

Д\я вим!рювання електричних вх!дних параметр!в вим!-рювального конденсатора в областо високих рад!очастот (105108 Гц) найзручнйпе використати резонансний метод куметра. При цьому одержуван! значения вх!дних параметр!в досл1джу-ваного конденсатора на високих частотах в!др!зняються в!д д!йсних значень у результат! внливу !ндуктивностей вим!рю-вального ! настроювального конденсатор!в на покази резо-нансних емностей куметра. Показана можлив!сть обчислити ц! ^ндуктивносто ! врахувати !х вплив на р!зних частотах при р!з-них значениях показ!в резонансних емностей у методах двох ! трьох вим!рювань.

Розроблена методика розрахунку допустимих макси-мальних в!дносних похибок у визиаченш вх!дних параметр!в вим!рювального конденсатора при врахуванш величини мш!-мально! вх1дно! добротност! конденсатора, яка п!ддаеться вимЬ рюванню.

У третьему роздш "Доаидження елекгроф!зичних властивостей с1льськогосподарських ! харчових продуктов" наве-

дено результата експеримен-тальних досл!джень електро-ф1зичннх властивостей про-дугспв у лабораторних га ви-робничих умовах.

Виконаш досл!Дження залежносп б', 1д8 вершкового масла чотирьох вид1в (солод-ковершкове несолоне, люби-тельське, селянсысе несолоне та солоне) в1д температуря (273-308 К], частоти (50-3-107 Гц) електричного поля (рис. б), вологовмкту (рис. 7) та тиску (рис. 8).

Експериментальт за-лежност! в' та 1д8 досл1джува-них вид1в масла В1д темпера-тури мають лшшний характер, причому для в' з додат-ним кутовим коефщ1ентом, а для 1д6- з В1Д емним. Так, для селянського несолоного масла:

е' = 4,89 + 0,025(7- 273)ЬГ' (13)

при коеф1щент1 детермшацп 0,995,

1дб=0,166-0,001(7- 273)К~' (14)

при коефйцыт детермшацп 0,934.

Експериментально встановлено, що з п1двищенням жирносп веритв е' масла з цих вершк!в зменшуеться, а ¡з зб!лыпенням кислотносп вершюв е' масла зростае.

Рис. 6. Залежшсть д1електрич-них властивостей вершкового масла в!д довжин електромаг-$птних хвиль:

1-3 - е'(1дХ); 4-6 - 1дб(1дХ); 1, 4 -солодковершкове несолоне; 2, 5 -лгобительське; 3, 6 - селянське

1дб 0,20

0.15

0,10

0,05

о; £*

12 10

8 6 4

Рис. 7. Залежшсть д1елек-тричних властивостей вершкового масла в1д масово! частки вологи: а - 1 б - для частот

1 - 100 кГц, 2-6 МГц

О 5 р 0,707, кПа

Рис. 8. Залежшсть електроем-ностх конденсатора (див- Рис-Зв), заповненого селянським маслом, В1д тиску для частот: 1 - 10 кГц; 2 - 100 кГц. Т= 293 К

Масло проштовхуеться у труб! шнеками маслообробни-ка, витискуючи воду, тому у маслопровод! тиск не залишаеть-ся постшним. Змша тиску призводить до перерозпод1лу водя-но1 та повггряно! фаз у жир1. При накладанш електричного поля це веде до змш неоднор!дностей дисперсно"! системи, ят визначають перерозподьл. потенщал1в в об'ем1 д1електрика ¡, як насл)док, до змши його електроф!зичних парамет^мв.

Залежшсть електроемносп вим!рювального конденсатора, заповненого маслом, В1Д тиску представляеться петлею пс-терезису (рис. 8). Ця обставина показуе, що при однаковому

тиску електроемшсть вим1рювального конденсатора р1зна в за-лежносп В1д напрямку змш тиску.

Отже, визначен-ня масово1 частки воло-ги у вершковому маем прямими вим1рювання-ми д1електричних його параметров не дае до-стов1рнюс результате при реальных умовах виробництва.

3 метою розроб-ки методу оцшки масо-во! частки вологи у згу-щеному молоц! у пото-

Н. Ом

Рис. 9. Залежшсгь електричного опору конденсатора ¡з згущеним молоком в1д температур и та частоти електричного поля при масовш част-

щ виконаш дооиджен- ц1 вологи'Л - 24,7 %, 2 - 26,5 %, 3 - 28,6 % ня залежностей його (/ - в Гц) електроф1зичних пара-

мер^в при температурах 293-363 К у дiaпaзoнi частот 0,032-100 кГц при р1зних вологовмктах (рис. 9). Як видно, при шдви-щенш температури ошр згущеного молока ргзко зменпгуеться, особливо для молока 1з меншою волопстю, що зумовлено зб1льшенням рухливостей мжрочастинок продукту. При зрос-танш частоти електричного поля мае мкце незначне зменшен-ня опору, що пояснюеться ростом емшсноХ складово! пров1Д-носп продукту.

Залелсшсть електроемносп вим1рювального конденсатора 1з згущеним молоком з масовою часткою вологи 28,6 % при температур! 20 °С в1д частоти виражаеться формулою

1 п8,423

при коефицеип детермшацп 0,999, а в1д температури на часто-эт 100 кГц:

при коефнцеш! детермшацп 0,959. Значения С у нф, /у Гц.

У досл!дженому частотному д1апазош мае мкце дуже сильна дисперс1я б' (на пять порядив). При п!двищент температури б' згущеного молока зростае, що пояснюеться зб!ль-шенням електропровздносп продукту.

Одним з важливих показниюв якост! мяса у плаш технологи його обробки та збер1гання е величина рН, яка знач-ною м1рою визначае його водоутримуюч1 а\астивост!. Остання обставина дозволяе проводите направлене використання сиро-вини. У зв'язку з цим дослужено вх1дну емшсть вим!рюваль-ного конденсатора, заповненого м'ясом свинини вздовж та поперек волокон з р1зними рН. Результати вим!рювань при час-топ 100 кГц 1 температур! Т= 293 К представлен! в1Дпов!дно р1вняннями (значения емносп у нФ):

С= 10,40- 1,246 рН (17)

при коефщ!ент! детермшацй 0,983,

С= 16,50 - 2,047 рН (18)

при коеф!щент1 детермшацй 0,976.

Як видно, е' тканин м'яса !з зменшенням його рН сутте-во зб!льшуеться, що зумовлюеться зростанням електропров5д-ност! м'язово! тканини, яка у свою чергу пов'язана з послаб-24

ленням водоутримуючих властивостей м'яса.

Дооиджувались мяс/п фарт/ з разним вмктом ялови-чини та свининн. е' фаршу ¡з свинина мае значения менше, шж г фаршу ¿з яловичини. Цей факт можна використати для контрольних зам1р1в якосп готового фаршу, для чого необх1д-но мати попередш градуювальш законом1рность 1з зб1\ьшен-ням подр1бнення м'яса, як встановлено, величина е' фаршу зростае, що зумовлено зб1льшенням електропров1дносп систе-ми через утворення електропров1дних мктгав.

Виробництво широкого асортименту мясопродуктов здшсшоеться на основ! поеднання м^ясно! сировини з баками тваринного та рослинного походження. У зв'язку з цим були проведен! досмдження впливу кукурудзяного борошна та кар-топляного крохмалю на електроф1зичш властивосто варенииг ковбас. Встановлено, що додавання рослинних добавок при-зводить до зменшення електропров1дносто системи та до зрос-тання електроемносто конденсатора з продуктом. Такий характер залежностей електроф1зичних параметр1в реального конденсатора з продуктами в1дображаеться исключениям пара-лельних гаБСа6 вггок (див. рис. 2), що в^ображають властивосто в]"дпов1дних складових продукту.

Добавка кукурудзяного борошна в1д 3 до 7 % у комб!-нованому фарш! зб1лыиуе електричну емшсть заповненого продуктом конденсатора больше як у два рази, тодх як отр зростае трохи бьльше як у швтора рази. Такий же напрямок залежностей прослежу еться ! при добавленш картопляного крохмалю, але меншою м1рою. П^дтверджеиням цього е обчис-лений внутржомплексний коефнрент кореляцп, який дор!внюе 0,961 при додаванш борошна ! 0,943 при додаганш крохмалю.

30 «■'. %

Доведено, що змша дделек-тричних параметр1в б!льш шфор-мативно в1дображае вид та масову частку рослинних добавок у варе-них ковбасах, шж змша 1х елек-тропров!дност!. Так1 експеримен-тальт даш можугь бути викорис-тан! для розробки метод1в контролю якосп варених ковбас.

Важливими компонентами продукта харчування е природт внсокополтери - крохмаль, целю-лоза, желатин. Дан! досиджень "¿х диференц!альних водоутримуючих властивостей за допомогою взаем-

Рис. 10. Залежшсть д1-електричних властивостей картопляного крохмалю в!д вологовмюту: а - 1д5Н но незалежних метод!в, таких як

! б - е'(и') для р^зних дов- изотерм сорбцй - А, термограм !зо-жин хвиль, м (г - 6 ООО; 2 - термгано! сушки - В, теплот змо-400; 3 - 40; 4 - 20) чування - С та пхдикатора за

А.В. Думанським - Р, приведен! у таблиц!

Вологовмют Зв'язана волога, Максималь- Осмо-

Речовина мономоле- % но пгроско- тична

кулярно1 шчна золога,

адсорбцй,% волога, % %

А В Б С В А В В

Крохмаль - 18,8 34,2 34,9 34,7 40,5 40,7 54,3

Целюлоза 3,4 4,8 - 14,4 15,8 24,7 24,9 -

Желатин - 24,7 - 40,8 41,0 67,6 70,4 85,3

Експериментальш дан! у вигляд! кривих залежностей е' та 1д8 крохмалю, целюлози та желатину в1д вологовмкту пред-ставлеш в!дпов1ДНо на рис. 10-12.

Рис. 11. Залежшсть д1елек- Рис. 12. Залежшсть електроф!-

тричних властивостей целю- зичних властивостей желатину

лози в1д вологовмюту: а - в1д вологовмкту: а - 1д5(ту), р(^)

{д8(иг) I б - б'М для р1зп1£х 1 б - в'М для р1зних довжин

довжин хвиль, м -60 ООО; 2- хвиль, м (/ - б ООО; 2 - 400; 3 - 40;

6 ООО; 3 ~ 400; 4-40) 4- 20; 5 - рМ)

Крив! е'(ту) ! характеризуються областями неод-

накового зростання в' та 1д§. Перех!д в!д першого в1др!зку до другого для досл!д жува них продукив припадае приблизно на область переходу вологи в1д мономолекулярноУ до пол!молеку-лярно! адсорбцп.

Вим!рювання електроф!зичних параметр!в природних пол!мер!в у д^апазош частот 0,005-100 МГц показали, що дис-перс!я б' та 1д§ мае м!сце при вологовм!стах, яи перевищують вологовм!ст мономолекулярно'! адсорбцп. 1з зб!льшенням воло-говмюту область дисперсп в' 1 1д8 зм!щуеться у бш менших

27

1д$-103 е Р- Ю"3 Ом м

150 50

5

100 45

3

50 40 2 и

0 35 1 0 г—

20 30

3

100

75

30

23

36

32

28

24

0 ± 20

60

С,%

довжин хвиль, що пов язано ¿з змiнaми рухливосп на-ступних молекул поглине-но1 вологи. Широкий д1апа-зон дисперсп е' обумовле-ний пол1дкс«ерсшстю сис-теми.

Одержан! експери-ментальш результата впли-ву форм зв'язку поглинено! вологи на електроф1зичш властивосп природних ПОЛ1-мер1в та IX залежшсть в1д частоти електричного поля Рис. 13. Залежшсть електрофь Необх1дно враховувати при

зичних властивостей розчишв .

1 розробц1 та градуюванш

сахарози В1д концентраца (а) 1

електричних вологомтш,

температури (б):

призначених для високопо-

1 - г ; 2 - 1д5; 3 - р ^

л1мерних коло^дних продук-этв, а також у в1дп0в!дних електротехнологжх.

Досл1дження залежносп е' та 1д6 водних розчишв сахарози в1д концентрацй (рис. 13а) та температури (рис.136) ви-конаш у частотному д1апазош 0,05-30 МГц. Досл^дження за-лежносп питомого електричного опору р розчишв вгд концентрацй 1 температури виконаш мостовим методом на частот! 1 кГц. 1з зменшенням частоти спостер1гаеться монотонна дис-перс1я &' та 1д8.

В обласгч високих температур мае мгсце б!льш сильний рют 1д5, що зумовлено зб1льшенням активно!" пров!дносп та

р

260' 240220200 180 160

1д5

0,58

0,56

0,54

0,52

0,50

100

одночасним змен-шенням реактивно! складово! струму вна-сл!док зменшення б'.

Одержан! екс-периментальш даш необх!дт для розра-хунку розсЬчно! енер-гп при обробц! роз-чишв в електричному пол1 висок о! частота, а також в облает! електровологометрн.

Технолопя ви- 0 2 б ю 14 т,мгс.

робництва мкеру пе- рнс. 14. Залежшсть електроф1зичних редбачае 110го видер- властивостей ликеру в1д тривалосп жування протягом визр1вання: I - е'; 2 - 1д8; 3 - р багатьох мюящв для

визр1вання. Експериментальт дат залежностей в', 1д5 1 р екс-педнцшного лшеру в1д тривалосп визр1вання представлен! на рис. 14 при температур! вимхрювань 293 К на частой 10 кГц.

На першш стадй видержування лжеру р1зко зростае його отр, що веде до зменшення активно! складово! змшного струму, реактивна складова також зменпгуеться, але у меншш м1р1, внасл!док зменшення при цьому е'. Це веде до зменшення 1д6.

У под альт ому 1д5 починае зб1льшуватись за рахунок зростання активно! складово! струму (ол!р зростае менш ш-тенсивно) та спадания реактивно! складово! (ступшь спадання

е' змеишуеться). Це приводить до появи м1шмуму 1д5. При ще подалыному видержуваши 1д6 зростае за рахунок переважаю-чого зменшення реактивно! пров^дносп лжеру внасллдок змен-шенкя е' з часом.

Одержан! досл!дн! дан! можна покласти в основу роз-робки та градуювання прилад!в автоматичного анал!зу та контролю якост! даного продукту, а також для розробки техноло-пчних процес!в !з застосуванням електротехнологш.

3 метою розробки експрес-методу визкачення росту бюмаси др1'жджш при досл!дженнях '¿х продуктивност! п!д впливом низько!нтенсивного випром!нювання гел1й-неонового та гелш-кадм!евого лазер1В було створено спещальну кювету-конденсатор (див. рис. 4в). Зм!на п електроемност! з досуиджу-ваною др1жджовою суспенз!ею в!дображае рют бюмаси (Б) спиртових др1ждж!в раси У-30 сп!вв!дношенням:

С = -3,29 + 0,706 Б, (19)

при коефщ!ент! детермгаацп 0, 998 (С у нф, Б у г/дм3, частота 100 кГц).

Вимирювання електроф!зичних властивостей плодоозо-чевоУ продукцм виконувались при юмнатшй температур! вико-ристовуючи спец!альн! конденсатори (див. рис. 4а 1 46) на час-топ 50 Гц за допомогою моста Р 5058, на частотах 1, 5, 10, 50 кГц за допомогою моста Р 5016, а починаючи з урожаю 1989 р. на частот! 100 кГц за допомогою спещально розробле-ного для таких продутспв приладу.

Для врахування статистичних законом!рностей юль-кють зразюв у виб!рках картопл!, моркви становила близько 100 шт., буряку, цибул!, часнику - 50 шт., капуста, слив, яб-лук - 30 шт. 30

Електроф1зичш властивост! продукцп досл1джувано1 партй запропоновано визначати за нашмов!ртшими значениями елекгрофхзичних параметр1в, для знаходження якюг слзд будувати функцп розпод1л.у стандаргних зразюв виб1рки дано! парти по вим1рюваному параметров!.

Встановлено, що ¿з збьчъшенням терм1ну зберкання значения нашмов1ртшо! електроемносп заповненого конденсатора зростають для картогш, моркви, цибул1, слив, а для столового буряку та часнику зменшуються. Виявлено, що у ль кувальний перюд описаний х1д залежностей е протилежним. Цей досмдний факт оид враховувати при прогнозуванш леж-коздатност1 плодоовоч1в, особливо таких як капусти та яблук рхзних сортових вцадв, для яких л1кувальний перюд розтягу-еться на дек1\ька мюящв збер!гання.

У четвертому роздш "Електроф!зичш методи контролю якост! с1льськогосподарських 1 харчових продуктов" запропоновано класифшувати методи визначення показниюв якосто продуктов харчування на основ! единого подходу, а саме за формою шдведено! для вим1рювання енергп до зразка продукту, який при цьому справляе В1дпов1дний сво'1М властивостям в)дгук, а не за втнрюваними показниками, як в ¿снуючих кла-сифнсащях. На основ! проведеного анал1зу метод1в показано переваги електроф1зичних метод1в у визначенш об'ективних показнийв якосто прямим шструментальним способом. Ц1 методи дозволяють судити гфо склад макронеоднор1дностей дисперсно! структури за даними вим1рювань и електроф1зичних параметр1в (вим1рювання е експресними).

На основ! критичного анал!зу ¿снуючих вим!рювальних блок!в та конденсатор!в-датчик!в в!домих вологом!р1в вершко-

вого масла ЭРВ-59 та ВСМ конструкцп Леншградського техно-лопчного шституту холодкльно! промнсловосп, АВСМ-1 конструкцп СКВ "Проектприлад" T6L\icbKoro HBO, ф1рм "Брабеи-дер" (ФРН), "AiipiTcy" (Япон1я), приладу "Акваметр" (Чехосло-ваччина) та in. показана ix неспроможшсть забезпечити необ-х1дну точшсть визначення масово! частки вологи.

Зокрема, вякористання пластинчастих конденсатор1в з хх значними краевими ефектами i встановлення ix у Tpy6i маслопроводу приводить до перерозподь\у масла по перер1зу труби, що знижуе AocroBipHicTb одержуваних результата вим1рю-ванкя. Для шдвищеяня точносп визначення масово!" частки вологи у вершковому маои у потощ на erani перетворення не-електричного параметра (вологосп продукту) в електричний параметр (емшсть вим1рювального конденсатора) нами запро-поновано конденсатор-датчик (див. рис. 5) та вим1рювальний блок, який описаний у п ятому розд1ль

Для плодоовочево! продукцн розроблено cnoci6 прогно-зування н лежкоздатность При цьому введено новий показник якосп продукцн - лежкоздатшсть. Це тривалкть (у мгсяцях) збер1гання плодоовоч1в з м1шмальними (без суттевих змш) неминучими природними втратами маси та якостт.

Лкературш в1домост! стосуються прогнозування леж-кост1 (як властивостх) окремих плодоовоч^в за вим1рюваннями лише електропров;1дность Встановлюють д1апазони значень електричного опору рослинних тканин з в1дкиданням деяко1 юлькосп найб1льших i найменших значень опору. Bn6ip дат-чшив i3 двома паралельними ножами е невдалим, осгальки вони призводять до розтрккування або зминання зразка та до появи на noBepxni соку. Вим1рювання бюелектричного по-

тенщалу у рослинних тканинах передбачае застосування таких електрод1в, як! б не поляризувались та не змшювали свохх властивостей при проходженш через них струму, не вносили б змш у фгзюлопчний стан досмджуваних тканин, що важко забезпечити у виробничих умовах.

Характерною особлив1стю нашого подходу до проведения прогнозування лежкоздатност1 плодоовоч^в за 1х електрофь зичними властивостями е врахування статистичних законом1р-ностей ф1зюлопчного стану зразюв певно! партн продукцн. А саме: прогнозування внконуеться не за абсолютними значениями параметр!в зразк1в, а за нашмов1ртшими значениями цих параметр1в для дано! партн продукцн.

Для вибору нашнформатившшого параметра, за якнм слхд вести прогнозування лежкоздатносп плодоовоч1в, проведен! досл!дження к!нетики електроф1зичних параметр1в, кон-центраци сухих розчинних речовин (рефрактометричним методом) та масово!" густннн зразшв (ваговнм методом) у процес! IX тривалого збер!гання. Вим1рювання вс!х ф!зичних парамет-р!в виконувались на одному зразку одноразово.

На основ! експериментальних даних будували пол1гони частот розпод1лу зразшв виб1рки за значениями вим!рюваного параметра. Це виконувалось на ЕОМ за складеним алгоритмом. Як встановлено, полпони частот для вс1х досмджуваних плодоовоч!в характеризуються максимумами, як1 в1дпов)дають нашмов1ртшим значениям параметр!в. У процес! збернання плодоовоч1в положения цих максимум1в зм!щуються (вим!рю-вання виконувались з штервалом один мк:яць).

Експериментально встановлено, що оптнмальним параметром, який в1дображае зм!ну ф!зюлопчного стану продукту

0,21 0,18 0,15 0,12 0,09 0,06 0,03

л"

* /

/ \ А \ { / 1

' / 1 / \ 1 ' А 1

—1

- -О- 2

3

' I

1

'Л

I I I I

и

//

'Л

\

36 40 44 48 52 56

С,

60 нФ

Рис. 15. Розподь\ бульб картоши за вх1Дною емшстю вим1рювального конденсатора з продуктом: 1 - парт!я 1; 2 - парт 2; 3 - парт 3

б^олопчного п ох од жен-ня, е його д1електрична проникшсть. Проведений дисперсшний анализ впливу фактора зб1льшення термшу збе-р1гання моркви на змшу електроемност1 конденсатора з продуктом, показав кнування в1дмш-ност1 двох чергових ви-б1рок продукцп з надш-шстю не меншою 0,95.

При досл1дженш р1зних партш одше! продукцп у певш перю-ди и зберп-ання нашмо-в1рш1ш значения елек-троф1зичного параметра не сшвпадають одне з

одним 1 за характером змщення максимуму оцшюеться, яка партия плодоовоч1в мае бхльшу лежкоздатшсть, а яка меншу, 1 по цьому встановлюеться черговкть реалдзаци цих партш. Таю даш для трьох партш картопл1 наведет на рис. 15.

Для експрес-анал1зу плодоовочево! продукцй запропо-новаш конденсатори-датчики великого об"ему (див. рис. 4г) та встановлена в1дпов1дшсть загального ходу залежностей емкое-то цього конденсатора-датчика з нашмов1ршшими значениями емносто конденсатора (див. рис. 4а та 46) з плодоовочами дано!

О

виб1рки.

У пятому,роздш "Апаратурке забезпечення електрофх-зичних метод1в контролю якосп продугспв харчування" роз-глядаються розроблеш установки УКРВМ (установка контролю та регулювання вологосп масла), УПЛП (установка прогно-зування лежкоздатносп плодоовоч1в) та УКВЗМ (установка контролю вологост1 згущеного молока).

Схема зам1щення вим1рговалышго конденсатора-датчика, заповненого маслом, - нелшшний конденсатор (20-500 пФ), зашунтований опором (сотш ом1В - десятки мегаом1в).

Вим1рювальний прилад, блок-схема якого приведена на рис. 16, забезпечуе: незалежшсть напруги на конденсатору-датчику при змш1 його комплексного опору та вим1рювання електроемносп заповненого маслом конденсатора при значнш його пров!дност1 (малш добротносп).

Коло МП-АД-ПСН-РДН створюе зворотннй зв'язок, який стабШзуе амшитуду синусоидально! напруги, яка Д1е на електродах конденсатора-датчика.

Вузол повертання фази та фазочутливии детектор вид1ляють 1з сигналу, що зшмаеться з моста (точка "в"), лише його емшсну складову. Постшна напруга, що зшмаеться з ви-ходу п1дсилювача постшно! напруги (ППН), пропорцшна значению в1дхилення емносп заповненого конденстора-датчика в1д заданого. Останне встановлюеться за допомогою набору конденсатор1в С. Напруга з ППН подаеться для реестрацй на КСП, 1 одночасно на вх1д блока автоматичного регулювання к1л.ьк1ст!о оберт1в вала маслозбивального агрегату.

Установка УПЛП складаеться з вим1рювальних кондеи-саторгв-датпшйв та ним1рювального приладу, блок-схема якого

Рис. 16. Блок-схема вим1рювального приладу УКРВМ: ЗГ - задаючий генератор, РДН - роздь ляючий Д1лышк на-пруги, ФСН - фор-мувач синусоидально! напрути, ПП -шдсилювач потуж-носи, РТ - розд1ляю-чий трансформатор, Сд - конденсатор -датчик у плеч! ЯС-моста, МП - масш-табний шдсилювач, АД - амплпудний детектор, ПСН - шдсилювач сигналу не-узгодженосп, ДОН -джерело опорно! напрути, ФП - вузол повертання фази, ФНП- формувач напрути прямокутно! форми, ФЧД - фазо-чутливий детектор, ФН11 - фш>тр низь-ких частот, ППН -шдсилювач п0стшн01 напрути, потенцю-метр типу КСП

ФП ФНП ФЧА ФНЧ-

г-

Рис. 17. Блок-схема вишрговального приладу УПАП: позначення як на рис. 16, а також ГТ1 - генератор тактових ¡мпульав, АЦП - амтйтудно-цифровий перетворювач

приведена на рис. 17. Типов1 значения емноси втпрювально-го конденсатора 0,2-100 нф, ошр його 5-500 Ом.

Генератор тактових 1мпульав, що входить в амплпудно-цифровий перетворювач (АЦП), виконаний у вигляд! штег-рально! мжросхеми забезпечуе функцюнування АЦП 1 служить для розкачування формувача синусоКдально!' напруги, який живить ЛС-натвмют через роздишючий трансформатор.

Введения зворотного зв'язку, який стабиизуе амплитуду напрути на вим1рювальному конденсаторх-датчику, дозволяе лжв!дувати вплив нелшшност1 д1електрично1 проникносп продукту на результат вим1рювань 1 у сукупносп з методом фазового детекгуваняя дае можливють визначити з високою до-стсдаршстю емшсть заповненого продуктом конденсатора-датчика з досить значною пров]дшстю.

В УКВЗМ блок-схема така, як 1 для УПАП, а у принци-повш схем! поставлен1 додатков1 мжросхеми з метою збЛль-шеиня чутливост1, оск1\ькн пров1дшсть датчика 1з згущеним молоком у виробничих умовах бувае часом досить значною.

ОСНОВЫ РЕЗУЛЬТАТЫ ТА ВИСНОВКИ

1. На основ! розгляду мехашзмхв поляризацшних про-цеов у неоднор!дннх продуктах, де мае м!сце неоднакова про-в1дтсть у р1зних ф!зично малнх объемах, в результат! чого В1д-буваеться перерозподхл заряд!в 1 потенщалхв, теоретично об-грунтовано вплив структур« продукту на характер залежное-тей його д1електричних параметров. Какопичення заряд1Б на неоднор1дностях продукту зумовлюхоть абсорбцшну емшеть, 1з ростом ххеоднор1дностей продукту збхлыггуеться його д1елек-трична проникнхеть, хцо проявляться в аномально високих н значениях (сотхп тисяч) у д1апазош низьких частот.

Виходячи з цього запропоновано для оцшки змши якосп продукту ввести величину - показник якосп, як крите-рш змши стану продукту м1ж двома вим!рюааннямн.

2. На П1дстав1 комплексних експеркментальних доелдд-жень електроф!зичних властивостей продутспв харчування бю-лопчного походження при р1зних режимах виробничих проце-ов науково обгрунтовано та експериментально доведено, хцо дат прямих вим1рювань електроф1зичних параметр1в не вх-дображають "хх спрахзжш яккш показннки. Для визначення до-стовхрних результате необх1дно матн градуховальш залежност! за однаковкх умов виробництва та збер1гання для кожного продукту.

3. Базуючись на закономерностях хюширення елехтрич-ного поля у речовиш, розроблено та впроваджено нов» типи конденсатор1в, як1 враховугать структурш особливостх продук-

•пв, а також умови Ух виробництва: герметичш для сипучгос, в'язко-пластичних, твердих та пластинчастих продуюпв; конденсатор з поршнем; конденсатори-пробов1дб1рники; кювета-конденсатор з мшалкою для аналлзу суспензш; штегралышй конденсатор-датчик для експрес-анал1зу виб1рки плодоовоче-во1 продукцн; конденсатор-датчик, конструкщя якото враховуе г!дродштм!чт законом!рносп при руо в'язко-пластичного продукту.

4. Внконаш експериментальш досл1дження електроф1-зичних властивостей вершкового масла р1зних вид1в в1д воло-говм!сту на частотах 0,05-30 МГц в штервал1 температур 273308 К, а також в1д характеру змши тиску, в1д жирнеет! та кис-лотнооп вершюв, що поступають на переробку, дозволили ви-явити петлю пстерезису у залежносп д1електричних парамет-Р1В вершкового масла В1Д тиску та вплив на й розмхри частота електричного поля. Це е прямим експериментальним доказом нпливу структури неоднор!дного гфодукту на його д^електрич-ш властивоеп. Одержан! експериментальш факти становлять основу наукового обгрунтування неспроможяосп ¿снуючих вологом1р)в забезпечитн необххдну точшеть втпрговань масо-во! частки вологи у масл1 за реальних умов виробництва.

5. На основ! експериментальних досл^джень залежносэт електроф1зичних параметр!в згущеного молока в!д масово!' частки вологи у д1апазот частот 0,032-100 кГц при температурах 293-363 К доведено, що застосування д!електрично! про-ишсност! для оц!нки якосп продукту забезпечуе б!льш високу достов!рн!сть, тж оцшка за питомим опором. Так, при змпп

температури 1 частота електричного поля у заданих штервалах питомий ошр зминоеться приблизно на один порядок, тод! як д!електрична проникнуть - на п ять.

6. Встановлено корелящю м1ж е' тканин м'яса свинини та його рН. 1з зменшениям рН м'яса к' зб^лынуеться, а водоут-римуюч! властивост! його послаблюються. Ц1 експерименталь-ш даш покладет в основу розробки експрес-методу визначен-ня якост1 (водоутримуючих властивостей) м'ясних туш для направлено!" переробки (для коптшня чи варшня).

Одержан! експериментальш залежноста електроф!зич-них властивостей мясного фаршу р1зного компонуваиня та подр1бнення з яловичини та свинини. Встановлено, що е' фаршу 13 свинини менше, шж !з яловичини.

Виконаш досл^дження змши електроф1зичних парамет-р1В варених ковбас в1д в!дсоткового вмкту рослинних добавок при р1зних вмктах кухонно! сол1 та води дають необх1дну ш-формацпо для визначення складу, зокрема, добавок у готовому продукта. Одержано експериментальний доказ, що в' бь\ьш шформативно В1дображае вид та масову частку рослинних добавок у варених ковбасах, шж змша гх електропров!дност1.

7. На основ! проведених досл!джень електроф!зичних властивостей природних високопол!мер!в (крохмалю, целюло-зи, желатину) в!д вологовм!сгу та частоти електричного поля (в ¡нтервал1 0,005-100 МГц) сукупно з !х водоутримуючими властивостями (за допомогою метод1в ¿зотерм сорбцп, термо-грам !зотермтт1 сушки, теплот змочування та !ндикатора) експериментально доведено 1 теоретично обгрунтовано, що

крив! б'(т^) 1 характеризуются областями неоднакового

зростання б' та 1д8, границ! переходу припадають на в1дпов1дт форми зв'язку поглинено! вологи. При цьому встановлено, що частотна дисперс1я б' та 1дб мае м!сце при вологовмютах, як1 перевишують значения мономолекулярно! адсорбцй. Ц1 експе-риментальш результати необх^дт для розробки та градуюван-ня електричних вологом1р!В, призначених для високопол1мер-них харчових продуктов, а також в областо електротехнологш.

8. Одержан! експериментальн! дан! залежностей елек-троф!зичних властивостей розчин!в сахарози ргзних концен-трац!й в!д температури при р!зних частотах електричного поля, лжер!в, хцо застосовуються для приготування шампанських вин, в!д тривалосто визр!вання, а також суспенз!й др!ждж!в р!зних вид!в та штам!в, як! використовуються у виноробному, спиртовому та др!жджовому виробництвах, становлять основу для управлшня процесами в!дпов!дних електротехнолог!й. На баз! запропонованого специального конденсатора з мипалкою розроблено експрес-метод визначеиня росту б!омаси др1ждж!в за д!електричними вим1рюваниями культурально"! рэдиии.

9. На основ! анал1зу одержаних залежностей кшетики ф!зичних параметр!в (густини, концентрацн сухих розчинних речовин, електропров!дност! та д!електричних властивостей) плодоовочево! продукцй (картопл!, моркви, столового буряку, цибул!, часнику, капусти, слив, яблук) у процес! тривалого и збер!гання встановлено, що оптимальннм параметром, який вь дображае зм!ну ф!зтлопчного стану продукту бюлоточного по-ходження, е його Д1електрична проникн!сть.

Розроблено та впроваджено шструментальний спос!б прогнозування лежкоздатност1 плодоовочево! продукци за ви-м1рюваниямн вххдно! електроемносп специального внм1рюваль-ного конденсатора, який заповнюеться зразками досмджува-но1 парти. При цьому запропоновано новий показник якосп продукци - лежкоздатшсть.

Встановлено, що ¿з зб1льшенням термшу збер1гання плодоовоч!в значения вх1дно! емносп конденсатора зростають для картогш, моркви, цибул1, слив I зменшуються для столового буряку 1 часнику. Виявлено, що у лжувальний тслязбираль-ний перюд Х1Д таких залежиостей е протилежним. Для капуста та яблук р1зних сортових вид!в цей перюд розтягуеться на калька мюящв збер1гання, що необх!дно враховувати при про-гнозуванш лежкоздатносп цих плодоовоч1в. Устшною реалЬ защею запропонованого способу е прогнозування лежкоздат-носп плодоовочево! продукци одночасно для декиъкох ц пар-тш.

10. Теоретичне обгрунтування та експериментальне п]д-твердження спроможносп електроф!зичних методов забезпе-чити необх1дну достов1ршсть визначення масово! частки воло-ги у продуктах харчування лише при вим!рюваннях зм!ни во-логосп продукту (а не и абсолютно! величини) та при збере-женш його макропористо! структури вказуе напрямки здшснення нових розробок та вир1шуе питания практичного використання юнуючих на виробництвах електричних волого-м1р!в.

11. Розроблено технолопчш основи ощнки якосп про-

дуктав харчування реал1зовано у розробленому та створеному комплекс! установок для контролю якосп цих продукт1в:

-установка неперервного контролю та автоматичного регулювання масово! частки вологи у вершковому масл1 з точил стю до 0,1 % на чотирьох л!шях збивання (Мирошвський завод сухого знежиреного молока Кшвсько! обл., Миргородсь-кий сироробний комбшат Полтавсько! обласи, Гуляйшльський сирзавод Запор1зько! обл., Городоцький молококонсервний комбшат Хмельницько! обл.);

-установка контролю масово! частки вологи у згущено-му молощ з точшстю до 0,5 % на трьох лппях його виробниц-тва у Городоцькому молококонсервному комбшат!;

-установка прогнозування лежкоздатностх плодоовоче-во! продукцй на основ! вим!рювання й д!електрично! проник-ност! к!льк!стю 50 досл!дно-промислових зразив, яи реал!зо-ван! в основному у м. Киев!. Ц1 установки становлять основу для управления процесами заптвл!, збер!гання та реал1зацц плодоовочевох продукци.

12. Розроблен! вим!рювальш блоки можна використати як вим1рювач! електроемносп конденсатора з досить значною пров!дшспо (опором близько 10 ом1в) ! у сукупностх з розроб-леними вим!рювальними конденсаторами розширити область дослгджень електроф!зичних властивостей на биытсть сьльсь-когосподарських ! харчовнх продукт!в при р!зних умовах ви-робництва 1 збер!гання, як об'ектав в!дпов!дних електротехно-логш.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛ1КОВАНИХ РОБ1Т ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦЙ'

1. Романовський 1.Я. Електроф1зичш методи контролю якосто продуктов харчування.- Кшв: Наук, думка, 1996,- 184 с.

2. Романовский И.А. Измерительный конденсатор для определения электрических свойств влажных дисперсных тел // Заводская лаборатория.- 1975.-№ 12.-С. 1491-1492.

3. Романовський 1.Я., Буляндра О.Ф. Д1електричш влас-тивосто вершкового масла // Науков1 пращ Укр. держ. ун-ту харчових технологш - 1994.- Вип. 2- С. 68-75.

4. Романовський 1.Я., Лукашенко B.I., Мельничук П.Д., Голжов В.А. Визначення масово! частки вологи у вершковому Maovi в потощ // Там же. - С. 201-204.

5. Романовський 1.Я., Романовська H.I., Колтунов В.А., Тригуб A.M. ГТрогнозування зберйання картоши та корене-плод1в //Овоч1вництво i баштанництво.-1992.-Вип.37.-С.66-69.

6. Романовський 1.Я., Романовська H.I., Лукашенко B.I., Мельничук П.Д. Приладовий cnoci6 прогнозування лежкоздат-носто плодоовочево! продукцп // Харчова промислов1сть / За ред. С.Циганкова.- Кшв, 1995-Вип. 41- С. 40-43.

7. Романовський 1.Я., Романовська H.I., Точилш В.О. Визначення ринково'х вартост1 картоши за и яюсними показника-ми // Харчова промисловють / За ред. С. Циганкова.- Кшв, 1996.- Вип. 42,- С. 57-60.

8. Романовский И.А., Оленко Я.В., Мигляченко А.Ф. Влияние влаги разных форм связи на электрические свойства увлажненных кож // Изв. вузов. Технология легкой промышленности- 1976.- № 2 - С. 14-17.

9. Дущенко В.П., Романовский И.А. Исследование зави-

симости электрофизических свойств влажных капиллярнопо-ристых тел в связи с различием форм связи влаги // Тепло- и массоперенос в твердых телах, жидкостях и газах / Под ред. A.B. Лыкова.- Минск: Ин-т тепло- и массообмена АН БССР,

1970,- С. 126-138.

10. Дущенко В.П., Романовский И.А. Исследование зависимости электрофизических свойств кварцевого песка от влагосодержания // Исследование тепло- и массообмена в технологических процессах и аппаратах / Под ред. A.B. Лыкова.- Минск: Наука и техника, 1966.- С. 156-164.

И. Дущенко В.П., Романовский И.А. Об электрофизических свойствах увлажненных силикагелей // Журнал физической химии - 1970.- № 6.- С. 1479-1484.

12. Дущенко В.П., Романовский И.А. О влиянии форм связи влаги на электрические свойства часов-ярской глины // Инженерно-физический журнал.- 1969.-№3,- С. 443-447.

13. Дущенко В.П., Романовский И.А. О влиянии форм связи влаги на электрофизические свойства некоторых природных полимеров // Электронная обработка материалов.-1969.- № 4.-С. 55-58.

14. Дущенко В.П., Романовский И.А., Оленко Я.В., По-бережец И.И. Влияние форм связи влаги на диэлектрические свойства целлюлозы // Инженерно-физический журнал,-

1971,- № 4.-С. 642-646.

15. Дущенко В.П., Панченко М.С., Романовский И.А., Слинякова И.Б. О взаимодействии влаги с модельными капил-лярнопористыми гидрофильными материалами // Инженерно-физический журнал,- 1968.- № 4.- С. 653-659.

16. Домарецкий В.А, Романовский И.А., Вендичан-

скнй В.Н., Романовская Т.И. Электрофизические свойства растворов сахарозы // Пищевая промышленность.- 1988.- № 3.-С. 49-50.

17. Герасименко О., Романовська Н., Романовський I. Нормативш показники i прогнози // Харчова i переробна промисловють- 1993 - № 10.- С. 22-23.

18. Колтунов В.А., Романовський 1.Я., Тригуб Л.М. Результата досл!джень електроф1зичних властивостей ово-ч1в//Овоч1вництво i баштанництво.-1991.-Вип. 36.- С.45-47.

19. Куц А.М., Романовская Т.Н., Романовский И.А., Суходол В.ф. Изучение влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae// Биотехнология.- 1992.- № 2,- С. 27-29.

20. Патент 1347 Украши, МПК5 G/01 N 33/02. Пристрш для вим1рювання д1електричних властивостей плодоовочево! продукцй / 1.Я. Романовський, B.I. Лукашенко, П.Д. Мельни-чук. -15.07.1993 р.

21. А.с. 1729326 СССР, МКИ5 А 01 F 25/00, G 01 N 33/02. Способ прогнозирования лежкоспособности плодоовощной продукции / И.А. Романовский, В.А. Колтунов-03.01.1992 г.

22. А.с. 1824579 СССР, МКИ5 G 01 N 33/02. Устройство для измерения диэлектрических свойств плодоовощной продукции при прогнозировании ее лежкоспособности / И.А. Романовский, В.И. Лукашенко, П.Д. Мельничук.- 12.10.1992 г.

23. Патент Украши, МПК3 G 01 N 33/02. Конденсатор-датчик для вдапрювання масово!" частки вологи у в'язко-плас-тичнш р1диш в потощ / 1.Я. Романовський, B.I. Лукашенко, П.Д. Мельничук.- Заявка 94030796 в1д 28.07.1993 р.

24. Патент Украхни, МПК5 С 01 N 33/02. Конденсатор-датчик для експрес-анал1зу плодоовочевох продукцн / 1.Я. Ро-маиовський, В.1. Лукашенко, П.Д. Мельничук.- Заявка 93005857 в1д 15.10.1993 р.

25. Патент Укра'ши, МПК5 в 01 N 33/02. Прилад для ви-значення масовох частки вологи в харчових продуктах / 1.Я. Романовський, В.1. Лукашенко, П.Д. Мельничук.- Заявка 93006805 в!д 15.10.1993 р.

26. Патент Укра'ши, МПК5 С 01 N 33/02. Кювета-конденсатор для визначення росту бюмаси др1жддав / 1.Я. Романовський, Т.1. Романовська, А.М. Куц.- Заявка 93006369 в!д 26.11.1993 р.

27. Романовський 1.Я. Про електроф!зичн! властивост! харчових продукпв // Розвиток иауковоХ д!яльносп студеггпв на основ! експериментальних дослхджень в галуз1 теплофизики дисперсних систем: Тези допов. Миквуз. наук.-практ. конф. 910 червня 1992 р. - Кшв,. 1992.- Ч. 1- С. 39.

28. Романовський 1-Я. Поляризащя дисперсних продукта // Шляхи удосконалеиня фундаментально! 1 професшнох тдготовки вчител1в ф1зики: Тез. допов. II Всеукр. конф. 24-25 травня 1995 р.- Кшв, 1995,- Ч. 2.- С. 161.

29. Романовський 1.Я. Електроф!зичний показник змши якосп харчових продукт!в // Розробка та впровадження про-гресивних технолог!й та обладнання у харчову та переробну промисловють: Тез. допов-. всеукр. наук.-техн. конф. 17-20 жовтня 1995 р.- Кшв, 1995,- С. 341.

30. Романовський 1.Я. Електроф1зичш властивост! неод-норхдних продукта // Там же.- С. 342.

Annotation

Romanovskiy LA. Electro-physical methods of quality check of agricultural and food products.

The thesis is presented for a science-degree of Doctor of Engineering on speciality-employment of electrical technologies in agricultural production, the Ukrainian National Agrarian University, Kiev, 19S6.

The following papers are to be defended: 62 scientific works, 7 author's certificates and patents containing theoretical studies of polarization of heterogeneous products as well as the results of experimental researches of electrophysical properties of agricultural and food products of different composition and quality. It is stated that the optimum criterion of quality check of a product is its dielectric permeability. A new method of prediction of keeping quality of fruits and vegetables has been carried out. The introduction of the proposed methodics into industry has been realized together with a complex of measuring blocks and condensers for guality check of agricultural and food products.

Аннотация

Романовский И.А. Электрофизические методы контроля качества сельскохозяйственных и пищевых продуктов.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.20.02 - применение электротехнологий в сельскохозяйственном производстве, Национальный аграрный университет, Киев, 1996.

Защищается 62 научные работы, 7 авторских свидетельств и патентов, которые содержат теоретические исследования поляризации неоднородных продуктов, а также результаты экспериментальных исследований электрофизических свойств сельскохозяйственных и пищевых продуктов различного состава и качества, обеспечивших разработку технологических основ контроля их качества по диэлектрической проницаемости. Разработан способ прогнозирования лежкоспо-собности плодоовощей. Осуществлено промышленное внедрение предложены^ методик, а также комплекса измерительных блоков и конденсаторов для контроля качества сельскохозяйственных и пищевых продуктов.

Ключозг слова: електротехнолопя, електроф1зичш характеристики, продукта харчування, контроль, ягасть, вим1рю-

Ba4i електроемность____

ГИдписано до друку 18.02.97. Формат 60x84/16. Пашр друк № 3.

Друк офсетний. Умовн. друк. арк. 2.0. Тираж 100 прим. Зам. № 132.

УДУХТ, 252033, Кшв 33, вул. Володимирська, 68