Способ контроля размеров кристаллов сахара в утфелях

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 33/02 51) Ь И ИЕ Н АВТОР ТЕЛЬСТВ геу,гпегЪУ Е1 Бц 8 агр.207210. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Киевский технологический интут пищевой промышленности(56) НоЫ 1.8., Б.С.Н. Мс СаИцсь.е Б.Ь.Г., Вгомп 11., ЮеаСгуэса 1 эггар, 1 псегпаг 1 опа3 оцгпа 1. 1986, ч.88, Ф 1055,(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ КРИСТАЛЛОВ САХАРА В УТФЕЛЯХ (57) Изобретение относится к сахарной промышленности и может найти применение при контроле размеров кристаллов сахара при варке утфелей, Целью изобретения является сокращение времени и расширение диапазона контролируемых величин. При варке в утфельпомещают излучатель 4 и приемник 5,закрепленные соосно друг другу. Генератор 3 импульсов вырабатывает сигналы синусоидальной формы, возбуждаяв исследуемом продукте ультразвуковые колебания в режиме увеличениячастоты в диапазоне 0,4 - 20 МГц,Измеряют скорость распространенияультразвука в сахарных утфелях, величину затухания ультразвуковых колебаний, Устанавливают значение длинволн, в зависимости от которого определяют размеры кристаллов. Относительное количественное соотношениекристаллов различных размеров в утфелях определяют в зависимости отвеличины затухания за счет рассеянияупругой энергии на кристаллах. 3 ил.,1 табл.20 Изобретение относится к методамКонтроля, используемым в сахарнойпромышленности, и предназначено дляреализации контроля характеристикутфелей в технологических потокахсахарного производства.Цель изобретения - сокращение времени и расширение диапазона контролируемых величин. 10В качестве физического параметра,Коррелирующего с гранулометрическимсоставом кристаллов утфелей, используют рассеяние энергии упругих волнНа кристаллах при соизмеримости длинволн и размеров кристаллов. В процессе контроля в утфелях измеряютскорость ультразвука, затухание ультразвука за счет рассеяния упругойэнергии на кристаллах в диапазонечастот 0,4-20 МГц в режиме увеличеНия частоты, определяют длины волн,Н в зависимости от длин волн, на которых происходит рассеяние упругойэнергии на кристаллах, определяют 25размеры кристаллов, а в зависимостиот величины затухания за счет рассеяния определяют относительное количественное соотношение кристаллов различных размеров в утфелях.30На фиг. 1 показана экспериментально полученная в режиме увеличениячастоты (уменьшения длины волн) зависимость длин волн, на которых начинается рассеяние, от размеров крисгаллов, вызывающих это рассеяние;на фиг. 2 - схема реализации способа;на фиг, 3 - пример, характеризующийпоследовательность обработки измерительной информации.При прохождении акустических волн40через различные среды потери энергии .этих волн (затухание звука) обусловлены двумя основными причинами: поглощением и рассеянием. Рассеяние упругой энергии может возникать в средетолько при условии наличия в нейнеоднородностей, в частном случаекристаллов сахара в утфелях. Рассеивающую способность неоднородностей характеризуют сечением рассеяния - отношением мощности рассеянныхволн к плотности потока энергии впервичной волне, Связь между размерами тела, являющегося источником рассеяния, и его сечением рассеяния всег да зависит от соотношения между размерами этого тела и длиной упругойволны,При введении в утфели упругих волнс уменьшающейся длиной волны (увеличивающейся частоты) происходит рассеяние упругой энергии, причем начиная с определенных величин длин волн,Процесс можно условно разбить на отдельные стадии. При уменьшении длины волны до величины, соизмеримой сразмерами самых крупных кристаллов,произойдет начало рассеяния. В процессе дальнейшего уменьшения длиныволны источниками рассеяния становятся все более мелкие кристаллы. Подостижении волной наименьшей длиныв Выбранном диапазоне длин волн величина рассеяния обусловлена рассеивающей способностью суммы кристалловвсех размеров, т.е. рассеяние упругой энергии является интегральнойхарактеристикой гранулометрическогосостава кристаллов сахара,Таким образом, информативным составом о гранулометрическом составекристаллов сахара является изменениевеличины потерь упругой энергии взависимости от длины волны.Экспериментально полученная зависимость длин волн, на которых начинается рассеяние при введении в утофели упругих колебаний с уменьшающейся длиной волны, от размеров кристаллов показана на фиг. 1, Для определения затухания ультразвука, обусловленного только рассеянием, использован метод сравнения амплитуд сигна 1лов, выделенных на акустическихприемниках после прохождения упругих волн через чистый раствор (потери акустической энергии только напоглощение), и через утфель с тойже концентрацией жидкой фазы (потериакустической энергии на поглощениеи рассеяние).Если- величина у - плотность весового распределения кристаллов сахарапо размерам Г, тогда изменение величины потерь упругой энергии вследствие рассеяния при уменьшении длиныволны зависит,от изменения величины у пЫ расс---- = Г(у) (1)Й Ъ ассгде о о, - потери упругой энергии нарассеяние;Р - произвольная функция распределения кристаллов сахара по размерам.154334 2 6 Следовательно, для получения информации о гранулометрическом соста - ве кристаллов сахара необходимо дифференцировать получаемую зависимость потерь акустической энергии на рас 5 сеяние на кристаллах сахара приуменьшении длины волны.Определение относительной массовой концентрации твердой фазы достигается решением интеграла(2) 15 20 25 30 35 40 45 50 другу,55 ,Операционно-управляющий блок 1 где г- размер кристаллов.Верхний предел интегрирования (величина и) нормируется в зависимостиот числа условных размерных диапазонов кристаллов, на которые разбивают.получаемую кривую распределения.При выборе частотного диапазонаисходят из следующих технологическихкритериев. Известно, что при варкеутфелей скорость ультразвука можетколебаться в диапазоне 1700-2000 м/с.По формуле ф = с/Г, где ф - длинаволны, с - скорость ультразвука,Й - частота, определим величины дляволн для номинальных, верхних и нижних значений крайних точек диапазоначастот 0,4-20 МГц, а также величиныразмеров кристаллов, которые при данньгх значениях длин волн становятсяисточниками рассеяния упругой энергии в режиме уменьшения длины волны(по фиг, 1),Гранулометрический состав кристаллов сахара в зависимости от частотыариведен в таблице.Процесс варки утфелей прекращают,.когда кристаллы сахара достигают размеров 1,2-1,5 мм, но в ряде случаевкристаллы наращивают и до больших размеров. В частности, на некоторыхсахарных .заводах варят кристаллы размером до 5 мм. Контролировать кристаллы таких размеров возможно, еслив качестве нижнего предела частотного диапазона выбрать частоту 0,4 МГц,ниже которой лежит неинформативнаячастотная зона.Верхний предел частотного диапазона 20 МГц выбран из условия началаконтроля характеристик утфелей сразупосле заводки кристаллов (размер кристаллов затравочной пудры или пастыоколо 0,020 мм). Как видно из таблицы, частота свыше 20 МГц также не несет информации о гранулометрическом "составе кристаллов сахара.Для р еали зации способа необхоцимоизмерить скорость ультразвука, а также получить зависимость амплитуд сиг -налов на приемнике от частоты в диапазоне частот 0,4-20 МГц в результате прохождения упругих волн черезчистый раствор и через утфель. Приэтом амплитудно-частотная зависимость сигналов для чистого раствора,может быть измерена заранее и записана в устройстве обработки информации, так как характер этой зависимости не зависит от температурыутфеля и свойств его жидкой фазы,а зависит только от свойств применяемых электроакустических преобразователей,Разность амплитудно-частотных зависимостей сигналов для чистого раствора и для утфеля является интегральной характеристикой гранулометрического состава кристаллов сахара. Последифференцирования этой разности ипоследующего двойного пересчета величин частот: вначале пересчет частота - длина волны, затем длина волны - размер кристаллов, а также после решения интеграла (формула 2) получится зависимость размеров кристаллов от их относительной массовойконцентрации в утфеле,Схема реализации способа представлена на фиг. 2 и содержит операционно-управляющий блок 1, генератор 2сигналов синусоидаЛьной формы и генератор 3 импульсов, не менее однойпары электроакустических, например,пьезокерамических преобразователей,излучатель 4 - приемник 5; вторичный регистрирующий или отображающийприбор 6, Схема осуществляет измерение скорости ультразвука и получениезависимости амплитуды сигналов наприемнике от частоты с последующейобработкой информации операционноуправляющим блоком 1,Способ осуществляют следующим образом. В утфели помещают излучатель 4 и приемник 5, закрепленные соосно друг производит запуск генератора импуль" сов 3. Сигналы с генератора 3 постулают на излучатель 4 и в блок 1.5 го 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Входящий в состав блока 1 измеритель интервалов времени определяет интервал времени между импульсами, поступившими от генератора 3 и приемника 5, после чего блок 1 по формуле С = Б/Т, где Ь - акустическая база (расстояние между активными поверхностями излучателя и приемника), Т - измеренный интервал времени; определяет скорость ультразвука (найример 1800 м/с) .Затем блок 1 производит отключение генератора импульсов 3 и запуск генератора 2 сигналов синусоидальной формы, который вырабатывает сигналы синусоидальной формы в диапазоне частот 0,4-20 МГц в сторону увеличения частоты, которые поступают на излучатель 4Напряжения, выделенные на приемнике 5 после прохождения упругих волн через утфели, содержат информацию о зависимости амплитуды на приемнике от частоты, Кроме "гого, в блоке 1 записана зависимость амплитуды сигналов на приемнике от частоты после прохождения упругих . волн через чистый раствор (или сироп) .После проведения измерений блок 1 отключает генератор 2 и производит обработку измерительной информации Э следующей последовательности (фиг. 3); - вычитание зависимости амплитуды на приемнике от частоты после прохождения упругих волн через утфели (фиг. За, кривая 2) из предварительно записанной аналогичной Зависимости после прохождения упругих волн через чистый раствор (фиг. Закривая 1),Результирующая кривая показана на фиг. Зб - дифференцирование кривой Фиг. Зб (результат;:показан на фиг. Зв); - пересчет вычисленных знач,ений оси абсцисс дифференциальной кривой фиг, Зв с частоты на длину волны ( для этого необходимо измеренное значение скорости ультразвука) .Результирующая кривая показана на фиг. Зг - пересчет численных значений оси абсцисс кривой Фиг. Зд с длины волны на размеры кристаллов по фиг. 1 (результирующая кривая показа" на на фигЗд).Полученная после решения интеграла (формула 2) зависимость характеризует относительную концентрацию кристаллов сахара различных размеров в утфеле (гранулометрический состав кристаллов).Информация после обработки в информационно-управляющем блоке 1 выдается на регистрирующий или отображающий прибор 6 (пример приведен для значения скорости ультразвука 1800 м/с и для диапазона частот 0,4-20 МГц),Как показали исследования, длительность одного цикла измерения не превышает 60 с и в основном зависит от скорости обработки измерительной информации. Ускорение процесса контроля и расширение его диапазона позволяет поддерживать оптимальный режим процесса кристаллизации сахара и увеличить выход сахара на О,ОЗЖ к массе перерабатываемой свеклы. Формула изобретения Способ контроля размеров кристал.- лов сахара в утфелях, предусматривающий электрофизическое воздействие на исследуемый продукт с последующим установлением физическоо показателя, коррелирующего с размерами кристаллов сахара, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени и расширения диапазона контролируемых величин путем установления Фракционного состава кристаллов сахара в утфеле, электрофиэическое воздействие на ис"ледуемый продукт осуществляют путем введения в кристаллизующиеся сахарные утфели ультразвуковых колебаний в режиме увеличения частоты в диапазоне 0,4-20,0 МГц, а в процессе контроля измеряют скорость распространения ультразвуковых колебаний в сахарных утфелях, величины затухания ультразвуковых колебаний за счет рассеяния упругой энергии на кристаллах сахара и устанавливают значения длин волн, при этом в качестве физического показателя, коррелирующегос размерами кристаллов сахара в утфеле, выбирают установленные значения длин волн, на которых происходит рассеяние упругой энергии на кристаллах,а контроль фракционного составакристаллов сахара осуществляют в зависимости от измеренной величины затухания ультразвуковых колебаний,расс. мм Скоростьультразвука, м/с 1700 2000 1790 2000 1700 2000 1700 2000 1543342 Длина волны 5,66 6,66 4,25 5,00 3,40 4,00 0,089 0,105 О, 085 0,100 0,081 0,095 змер кристалВ мм 4,9 0,019 О, 021. О, 01.8 0,020 0,018 0,019