Пирометры в пищевой промышленности

Автор: Vern Lappe, Вице-президент, Технический Отдел, Ircon®, Inc.
Перевод и редакция Яковлева В.А.,www.gtest.com.ua

Бесконтактные инфракрасные термометры (IR) обычно воспринимают как приборы, предназначенные для измерения высоких температур объектов в процессе их нагрева, например, при индукционном нагреве, технологических процессах на сталелитейных заводах или лучистый нагрев различных материалов. Тем не менее, IR широко применяются для измерения поверхностей практически всех типов продукции, при том, что часто этой продукцией оказывается пища и пищевые продукты.

Температуры в пищевой промышленности часто измеряются с применением различных типов сенсоров. Примерами такого рода сенсоров могут быть   биметаллические термометры, газонаполненные сенсоры, термопары и дистанционные температурные детекторы (RTD). Для того чтобы все эти сенсоры генерировали правильные данные, они (сенсоры) должны быть помещены непосредственно в пищу. Если это не делается, то сенсоры устанавливаются в системе охлаждения в непосредственной близости к объекту измерений, но при этом не касаясь его. Из-за того, что по своей природе сенсоры бесконтактные, то они измеряют х-ки окружающей среды объекта, но никак не температуру самого объекта. Температура пищи может изменяться из-за скорости технологической линии, толщины материала или даже содержания влаги, тем самым, при изменении любого из этих параметров, сенсор может и не уловить сопутствующие температурные флюктуации.

Пирометр GT950 предназначен для бесконтактного измерения температур поверхностей в диапазоне от -50ºC до 950 ºC, тем самым обеспечивая безопасность контроля температур различного рода и назначения объектов

Инфракрасные термометры обладают определёнными чертами, что делает их более предпочтительными, чем контактные сенсоры. ИК термометрам нет необходимости соприкасаться с пищевыми продуктами, тем самым, отсутствует вмешательство в технологический процесс и исключается возможность загрязнения тестируемого продукта. ИК сенсор измеряет реальную температуру пищи, а не температуру окружающей среды. Воздушная оболочка, окружающая пищу, прозрачна, тем самым термометр видит сквозь воздух и измеряет только х-ки продукта. Получая достоверные данные о температуре пищи, оператор принимает их в расчёт для управления скоростью технологической линии или кол-вом приготовляемых пищевых изделий, при этом оставаясь спокойным за установленную температуру. Поскольку определённые процедуры приготовления пищи имеют высокую скорость, то высока вероятность порчи множества продуктов до того, как будет выявлена некорректная температура или, что ещё хуже, когда результаты отступления от технологии приготовления проявятся только при поступлении пищевой продукции в розничную сеть, либо на стол покупателю.

ИК термометры гораздо быстродейственнее, чем контактные сенсоры. Их время реакции составляет всего 100 milliseconds – и это стандартная х-ка. В свою очередь термопары способны генерировать данные через 1-2 сек при индикации на полную шкалу. Чем меньше время реакции прибора, тем надёжнее осуществляемый им температурный контроль даже при очень скоростных технологических процессах.

Установка ИК термометра обычно очень проста. Всё, что требуется, так это прямая видимость от сенсора на объект контроля. Для наблюдения за объектом в градирне необходимо отверстие приблизительно 38mm/1.5 дюйма в диаметре. В зависимости от расстояния от сенсора до цели, размер этой цели должен быть 25-51mm/1-2 дюймов шириной. Если же приготовляемая пища может быть видима с внешней стороны градирни, то всё что требуется, так это беспрепятственный канал наблюдения. Корпус сенсора может быть выполнен из нержавеющей стали, а материал линз из специального пластика, таким образом, в случае, если линзы как-то разобьются, то исключается вероятность загрязнения тестируемых пищевых продуктов.  Некоторые сенсоры покрываются специальной стандартизированной смолой для их сохранности от контактов с  любыми открытыми металлическими поверхностями. При этом существует одно важное предостережение: при технологической операции промывки градирни сенсоры должны быть обязательно чем-нибудь прикрыты. Горячий едкий раствор, применяемый при очистительных процессах, может повредить линзы, а если очистительный раствор окажется чрезмерно горячим, то на период этой технологической операции сенсор необходимо временно демонтировать.  

Сенсор можно использовать при окружающей температуре в 0°C/32°F. Обычно сенсор не устанавливается внутри системы охлаждения. Поскольку, речь идёт о  процессе охлаждения, где воздух холоднее сенсора, то на линзах может образоваться конденсат, а ИК термометры не способны «видеть» через любой, пусть и тонкий его слой. Для предохранения линз их часто прочищают сухим газом как то азот или сухой воздух, при этом для поддержания линз сухими и чистыми требуется поток воздуха 6CFM.

Большинство сенсоров, применяемых для измерений температуры приготовляемой пищи представляют собой очень простые конструкции, работающие на длинах волн 8-14 micron. На таких длинах волн эти инструменты способны регистрировать данные на уровне –50ºC/-58ºF. Излучательная способность большинства типов пищевых продуктов и жидкостей составляет 0.94, при этом цвет, структура и состав жидкостей обычно не влияют на  их х-ки излучения. Измерительные приборы обычно запитываются от источника 24VDC с выходным линейным контуром 4-20 mA. Некоторые из приборов имеют цифровые выходные сигналы от RS485 или RS232. Такие простейшие выходы приборов позволяют стыковаться с программируемыми логическими анализаторами или ПК для управления закрытыми контурами, генерирования сигналов тревог и/или простых индикаций температур.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Ниже приводятся примеры типичных областей применения ИК термометров, контролирующих процессы охлаждения пищевых продуктов:

В кондитерской промышленности в процессе производства конфет шоколад заливается в пластиковые формы. Эти формы делаются из толстого материала и охлаждаются до температуры 17ºC/62ºF перед непосредственной заливкой в них шоколада. Если пластик недостаточно охлаждён, то формируемые конфетные брусочки не обретут достаточной крепости, чтобы можно было заворачивать их в обёртку, к тому же если технологическая температура производства конфет не корректна, то это негативно повлияет на цвет шоколада. Хотя цветность и не воздействует на вкусовые качества конфет, тем не менее, для потребителя эти конфеты могут выглядеть не очень аппетитно. Температуру пластиковых форм легко контролировать, если объект контроля достаточно габаритный, а температура измеряется на выходе из кулера. Цвет пластиковых форм не повлияет на результаты их измерений даже при настройках их излучающей способности, - параметр, необходимый при использовании для измерений ИК термометром.  

Высокотемпературный пирометр DT8867H предназначен для выполнения  точных измерений температур объектов в  широком диапазоне температур: от - 50°С  до 1650 °С. К особенностям  пирометра DT8867H относится не только отличное оптическое разрешение 30:1 и двойная лазерная указка, обеспечивающие тем самым более точное наведения пирометра на интересующую область, но также возможность подключения пирометра через порт USB к ПК для реализации функций регистрации температур и мониторинга

В пищевой промышленности, включая кондитерскую, имеют место технологические процессы, где сахар или кукурузный сироп расплавляются с последующим охлаждением до состояния ирисок. Для получения требуемой температуры, сахар и кукурузный сироп разливаются в охлаждённые роллы. Основная тенденция - контроль температуры роллов, но реальная температура, которую необходимо контролировать и измерять – это текущая температура продуктов питания. Как ранее упоминалось, цвет и толщина компонентов сахара или сиропа не влияют на настройки термометра, но могут воздействовать на температуру приготовляемой продукции. Поскольку сенсор неконтактный, то наслоений сахара на него не будет. В случае же контактного сенсора, такие наслоения будут создавать изоляционный слой, тем самым способствовать генерированию искажённых температурных показателей.

Замороженные продукты питания представляют собой огромную область для применения ИК термометров. Для продуктов питания, как то замороженная кукуруза, горох, французская картошка фри и вафли необходима флэш-заморозка до, приблизительно, –38ºC/-36ºF. Такие продукты требуют очень быстрой заморозки до точно установленной величины иначе цвет этой пищи станет очень неаппетитным, в особенности, если эти продукты видны сквозь прозрачную упаковку. Измерительный прибор устанавливается таким образом, что он тестирует температуру продуктов на выходе из камеры флэш-заморозки. Прибор не устанавливается для измерений пищи непосредственно в холодильной камере, поскольку присутствующая там влажность будет вносить искажения при генерировании температурных показателей продукта. Такой процесс требует применения специального инструментария, способного преодолевать эффект фонового излучения. Продукты питания имеют температуру -34ºC/–30°F, но окружающая среда в помещении составляет 1ºC/35ºF. Это означает, что инфракрасная энергия от более тёплых стенок помещения будет отражаться от продуктов, тем самым заставляя термометр указывать на более высокие температурные показатели, чем они есть на самом деле. Ошибка может достигать -6ºC/20ºF – что слишком высоко. Решением такой проблемы может послужить применение сенсора с корреляцией на фоновую температуру. Сенсор снимает показатели существующей температуры пищи, после чего осуществляет коррекцию через предустановленную программу, тем самым передавая на процессор правильную температуру продуктов.

Температурный сенсор содействует в энергосбережении посредством не переохлаждения тестируемого пищевого продукта. Рефрижераторные системы потребляют большую часть энергии, требуемую при технологии заморозки пищи.  Переохлаждение может либо полностью испортить продукт, либо сделать его непригодным для потребителей из-за серьёзных изменений в его цвете и текстуре. Сложным фактором является поиск точного соотношения в надёжной сохранности продукта относительно возможности его порчи – и всё из-за неправильно выставленной температуры обработки.

Добавленным бонусом при контролировании температуры является безопасность. Если пищевой продукт неправильно охлаждён, при этом упаковывается в горячем состоянии, т.е будучи ещё в процессе выпечки, то может произойти пожар, который может разрушить всю технологическую линию или что ещё хуже, нанести существенный вред производственному предприятию в целом. Эта проблема может иметь место несколькими часами позже, когда горячие упаковки уже будут помещены на склад, а возгорание не будет выявлено, пока существенный ущерб не станет очевидным. 

ВЫВОДЫ

ИК термометры измеряют реальную температуру продукта, а не окружающую его среду. Эти приборы могут быть использованы для управления технологическим процессом, повышения качества конечного продукта и энергосбережения. Дополнительным преимуществом может быть повышение безопасности процесса и хранения продукта.

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик пирометров в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/pirometry