Пірометри в харчовій промисловості

Автор: Vern Lappe, Віце-президент, Технічний Відділ, Ircon®, Inc.
Переклад та редакція Яковлєва В.А., www.gtest.com.ua

Безконтактні інфрачервоні термометри (IR) зазвичай сприймають як прилади, призначені для вимірювання високих температур об'єктів у процесі їх нагрівання, наприклад, при індукційному нагріванні, технологічних процесах на сталеливарних заводах або променисте нагрівання різних матеріалів. Тим не менш, IR широко застосовуються для вимірювання поверхонь практично всіх типів продукції, при тому що часто цією продукцією виявляється їжа та харчові продукти.

Температури у харчовій промисловості часто вимірюються із застосуванням різних типів сенсорів. Прикладами таких сенсорів можуть бути біметалічні термометри, газонаповнені сенсори, термопари і дистанційні температурні детектори (RTD). Для того, щоб усі ці сенсори генерували правильні дані, вони (сенсори) повинні бути поміщені безпосередньо в їжу. Якщо це не робиться, то сенсори встановлюються в системі охолодження у безпосередній близькості до об'єкта вимірювань, але при цьому не торкаючись його. Через те, що за своєю природою сенсори безконтактні, вони вимірюють х-ки довкілля об'єкта, але не температуру самого об'єкта. Температура їжі може змінюватися через швидкість технологічної лінії, товщину матеріалу або навіть вміст вологи, тим самим, при зміні будь-якого з цих параметрів, сенсор може і не вловити супутні температурні флюктуації.

Пірометр GT950 призначений для безконтактного вимірювання температур поверхонь в діапазоні від -50ºC до 950ºC, тим самим забезпечуючи безпеку контролю температур різного роду та призначення об'єктів.

Інфрачервоні термометри мають певні риси, що робить їх кращими, ніж контактні сенсори. ІЧ термометрам немає необхідності стикатися з харчовими продуктами, тим самим відсутнє втручання в технологічний процес і виключається можливість забруднення продукту, що тестується. ІЧ сенсор вимірює реальну температуру їжі, а не температуру навколишнього середовища. Повітряна оболонка, що оточує їжу, прозора, тим самим термометр бачить крізь повітря і вимірює лише х-ки продукту. Отримуючи достовірні дані про температуру їжі, оператор приймає їх у розрахунок для керування швидкістю технологічної лінії або кількістю готових харчових виробів, при цьому залишаючись спокійним за встановлену температуру. Оскільки певні процедури приготування їжі мають високу швидкість, то висока ймовірність псування безлічі продуктів до того, як буде виявлено некоректну температуру або, що ще гірше, коли результати відступу від технології приготування виявляться тільки при надходженні харчової продукції в роздрібну мережу або на стіл покупцю.

ІЧ термометри набагато швидше, ніж контактні сенсори. Їхній час реакції складає всього 100 milliseconds – і це стандартна х-ка. У свою чергу термопари здатні генерувати дані через 1-2 секунди при індикації на повну шкалу. Чим менший час реакції приладу, тим надійніший температурний контроль навіть при дуже швидкісних технологічних процесах.

Установка ІЧ термометра зазвичай дуже проста. Все, що потрібно, то це пряма видимість від сенсора на об'єкт контролю. Для спостереження за об'єктом у градирні необхідно отвір приблизно 38mm/1.5 дюйма у діаметрі. Залежно від відстані від сенсора до мети розмір цієї мети повинен бути 25-51mm/1-2 дюймів шириною. Якщо ж їжа, що готується, може бути видима із зовнішнього боку градирні, то все що потрібно, так це безперешкодний канал спостереження. Корпус сенсора може бути виконаний з нержавіючої сталі, а матеріал лінз зі спеціального пластику, таким чином, якщо лінзи якось розіб'ються, то виключається ймовірність забруднення харчових продуктів, що тестуються. Деякі сенсори покриваються спеціальною стандартизованою смолою для їхнього збереження від контактів з будь-якими відкритими металевими поверхнями. При цьому існує одна важлива застереження: при технологічній операції промивання градирні сенсори повинні бути обов'язково прикриті чимось. Гарячий їдкий розчин, який застосовується при очисних процесах, може пошкодити лінзи, а якщо очищувальний розчин виявиться надмірно гарячим, то на період цієї технологічної операції сенсор необхідно тимчасово демонтувати.

Сенсор можна використовувати при температурі навколишнього середовища в 0°C/32°F. Зазвичай сенсор не встановлюється усередині системи охолодження. Оскільки йдеться про процес охолодження, де повітря холодніше сенсора, то на лінзах може утворитися конденсат, а ІЧ термометри не здатні «бачити» через будь-який, нехай і тонкий його шар. Для запобігання лінз їх часто прочищають сухим газом як азот або сухе повітря, при цьому для підтримки лінз сухими і чистими потрібно потік повітря 6CFM.

Більшість сенсорів, що застосовуються для вимірювання температури їжі, що готується, є дуже прості конструкції, що працюють на довжинах хвиль 8-14 micron. На таких довжинах хвиль ці інструменти здатні реєструвати дані на рівні –50ºC/-58ºF. Випромінювальна здатність більшості типів харчових продуктів і рідин становить 0.94, при цьому колір, структура та склад рідин зазвичай не впливають на їх х-ки випромінювання. Вимірювальні прилади зазвичай запитуються від джерела 24VDC з лінійним вихідним контуром 4-20 mA. Деякі прилади мають цифрові вихідні сигнали від RS485 або RS232. Такі найпростіші виходи приладів дозволяють стикуватися з програмованими логічними аналізаторами або ПК для керування закритими контурами, генерування сигналів тривог та простих індикацій температур.

ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ

Нижче наводяться приклади типових областей застосування ІЧ термометрів, які контролюють процеси охолодження харчових продуктів:

У кондитерській промисловості в процесі виробництва цукерок шоколад заливається у пластикові форми. Ці форми робляться з товстого матеріалу та охолоджуються до температури 17ºC/62ºF перед безпосередньою заливкою в них шоколаду. Якщо пластик недостатньо охолоджений, то цукеркові брусочки, що формуються, не знайдуть достатньої міцності, щоб можна було загортати їх в обгортку, до того ж якщо технологічна температура виробництва цукерок не коректна, то це негативно вплине на колір шоколаду. Хоча кольоровість і не впливає на смакові якості цукерок, проте для споживача ці цукерки можуть виглядати не дуже апетитно. Температуру пластикових форм легко контролювати, якщо об'єкт контролю є досить габаритним, а температура вимірюється на виході з кулера. Колір пластикових форм не вплине на результати їх вимірювань навіть при налаштуваннях їхньої випромінюючої здатності, - параметр, необхідний при використанні вимірювань ІЧ термометром.

Високотемпературний пірометр DT8867H призначений для виконання точних вимірювань температур об'єктів у широкому діапазоні температур: від -50°С до 1650°С. До особливостей пірометра DT8867H відноситься не тільки відмінна оптична роздільна здатність 30:1 і подвійна лазерна указка, що забезпечують тим більш точне наведення пірометра на область, що цікавить, але також можливість підключення пірометра через порт USB до ПК для реалізації функцій реєстрації температур і моніторингу

У харчовій промисловості, включаючи кондитерську, мають місце технологічні процеси, де цукор або кукурудзяний сироп розплавляються з охолодженням до стану ірисок. Для отримання необхідної температури цукор і кукурудзяний сироп розливаються в охолоджені роли. Основна тенденція – контроль температури ролів, але реальна температура, яку необхідно контролювати та вимірювати – це поточна температура продуктів харчування. Як раніше згадувалося, колір і товщина компонентів цукру або сиропу не впливають на налаштування термометра, але можуть впливати на температуру продукції, що готується. Оскільки сенсор неконтактний, то нашарування цукру на нього не буде. У випадку контактного сенсора, такі нашарування будуть створювати ізоляційний шар, тим самим сприятиме генеруванню спотворених температурних показників.

Заморожені продукти харчування є величезну область для застосування ІЧ термометрів. Для продуктів харчування, як то заморожена кукурудза, горох, французька картопля фрі та вафлі необхідна флеш-заморозка до, приблизно, –38ºC/-36ºF. Такі продукти вимагають дуже швидкого заморожування до точно встановленої величини інакше колір цієї їжі стане дуже неапетитним, особливо якщо ці продукти видно крізь прозору упаковку. Вимірювальний прилад встановлюється таким чином, що тестує температуру продуктів на виході з камери флеш-заморозки. Прилад не встановлюється для вимірювання їжі безпосередньо в холодильній камері, оскільки присутня там вологість вноситиме спотворення при генеруванні температурних показників продукту. Такий процес потребує спеціального інструментарію, здатного долати ефект фонового випромінювання. Продукти харчування мають температуру -34ºC/–30°F, але довкілля у приміщенні становить 1ºC/35ºF. Це означає, що інфрачервона енергія від більш теплих стінок приміщення відбиватиметься від продуктів, тим самим змушуючи термометр вказувати на вищі температурні показники, ніж вони є насправді. Помилка може досягати -6ºC/20ºF – що надто високо. Вирішенням такої проблеми може стати застосування сенсора з кореляцією на фонову температуру. Сенсор знімає показники існуючої температури їжі, після чого коригує через встановлену програму, тим самим передаючи на процесор правильну температуру продуктів.

Температурний сенсор сприяє в енергозбереженні за допомогою не переохолодження харчового продукту, що тестується. Рефрижераторні системи споживають більшу частину енергії, необхідну за технології заморожування їжі. Переохолодження може або повністю зіпсувати продукт, або зробити його непридатним для споживачів через серйозні зміни в його кольорі та текстурі. Складним фактором є пошук точного співвідношення в надійній безпеці продукту щодо можливості його псування - і все через неправильно виставлену температуру обробки.

Доданим бонусом під час контролю температури є безпека. Якщо харчовий продукт неправильно охолоджений, при цьому упаковується в гарячому стані, тобто ще в процесі випічки, то може статися пожежа, яка може зруйнувати всю технологічну лінію або ще гірше, завдати істотної шкоди виробничому підприємству в цілому. Ця проблема може мати місце декількома годинами пізніше, коли гарячі упаковки вже будуть поміщені на склад, а загоряння не буде виявлено, поки істотні збитки не стануть очевидними.

ВИСНОВКИ

ІЧ термометри вимірюють реальну температуру продукту, а не навколишнє середовище. Ці прилади можуть бути використані для управління технологічним процесом, підвищення якості кінцевого продукту та енергозбереження. Додатковою перевагою може бути підвищення безпеки процесу зберігання продукту.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник пірометрів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/pirometry