CC BY
20
Ageev Pavel Aleksandrovich, candidate of military sciences, lecturer, pollHdeligne@ ramhler.ru, Russia, Sankt-Petersburg, Military Academy of Telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny,
Zaika Pavel Valentinovich, lecturer, _pashasever@mail.ru, Russia, Sankt-Petersburg, Military Academy of Telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny
УДК 681.784.23 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-170-175
ПРИМЕНЕНИЕ РЕФРАКТОМЕТРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПИТКОВ ТОРГОВОЙ
МАРКИ «LIPTON»
Е.Е. Майоров, В.В. Курлов, О.В. Громов, Р.Б. Гулиев, А.В. Дагаев, И.С. Таюрская
Освещены вопросы использования разработанного рефрактометра для измерения оптических свойств исследуемых сред. Применяя рефрактометр для измерения веществ, можно добиться хорошего качества продукции, поэтому данное исследование актуально для пищевой промышленности. Приведены объекты исследования и представлен внешний вид разработанного рефрактометра. Описана структурная схема прибора, а также приведена оптико-электронная схема прибора для сбора, обработки и вывода информации измерений. Получены экспериментальные данные на разработанном рефрактометре и в заводской лаборатории по концентрации сухого остатка B (шкала BRIX). Сходимость показаний прибора и реперных данных (данные заводских лабораторий) составляет в шкале BRIX не хуже ABx = ± 0,2 %, а для сред с большим уровнем рассеяния ABx = ± 0,4 %.
Ключевые слова: рефрактометр, призма, термодатчик, электронная плата, волоконный жгут, объектив, светодиод.
В последнее время огромное внимание уделяется контролю качества пищевой продукции [1, 2]. В пищевой промышленности существует широкий спектр методов и средств, применяемых непосредственно в производстве для определения качества продукции [3, 4]. Для контроля процессов сбора и обработки информации о выпускаемой продукции перспективно применять рефрактометрию, как высокоточный и достоверный инструмент [5, 6].
Используя рефрактометрические технологии, можно обеспечить достаточный контроль состава вещества [7, 8]. Однако рефрактометрические технологии требуют полноценные данные по оптическим свойствам исследуемых веществ и их компонентов (показатель преломления n, температурный коэффициент dn/dt, оптическое поглощение Kß) во всем диапазоне температур и концентраций [9, 10].
Стандартные рефрактометры общего назначения в данной области не пригодны, так как не адаптированы к соответствующим жидкофазным средам. Поэтому исследования оптических свойств напитков остается актуальным.
Целью работы явилось исследование напитков торговой марки «Lipton» рефрактометрическим прибором.
Постановка задачи. Основной задачей исследования являлось применение разработанного рефрактометра для контроля напитков торговой марки «Lipton» и получение информации о концентрации сухого остатка (КСО) по шкале BRIX. Такие данные неполны, противоречивы, а в научной литературе носят оценочный характер.
170
Метод и объекты исследования. В качестве объектов исследования были выбраны напитки продукции <^рШп»: холодный чай Lipton черный «Малина», холодный чай Lipton зеленый, холодный чай Lipton черный «Лимон». Объекты исследования были приобретены в торговой сети гипермаркетов «Окей» город Санкт-Петербург.
Измерения были проведены на разработанном рефрактометре (РР) внешний вид которого представлен на рис. 1.
Рис. 1. Внешний вид рефрактометра
На рис. 2. дана структурная схема РР. От источника света (светодиод X = 589 нм) 1 свет идет по волоконному жгуту 2 на входную грань призмы 3. Отразившись от границы раздела «исследуемый объект-грань призмы» по средству объектива 4 доводится на ПЗС линейку 5. Далее формируется граница «свет-тень» и полученное распределение света создается на фотодетекторе ПЗС линейки, сигналы с которой обрабатываются и выводятся на монитор и токовый выход 4-20 мА. Термодатчик 6 служит для температурной коррекции рефрактометрической информации. Эта информация также выводится на дисплей.
На рис. 3 приведена оптико-электронная схема прибора для сбора, обработки и вывода информации измерений. Электронная плата была в специальном корпусе с защитой от воздействия внешних факторов. Источником излучения являлся светодиод X = 589 нм (диаметр 3 мм) Источник излучения крепился на электронной плате и при сборке конструктивно совмещался с входным торцом волоконного жгута [11, 12].
4 — объектив; 5 — фотодетектор (ПЗС линейка); 6 — термодатчик
171
Фотоприемным устройством являлась ПЗС линейка с длиной фоточувствительного слоя 26, 2 мм и количеством пикселей равным 4096. Рефрактометр имел автономное питание от сети 220 В, 50 Гц. Блок питания также находился на электронной плате.
Экспериментальные результаты и их обсуждение. Измерения велись на РР в диапазоне показателей преломления п = 1,33...1,4 (BRIX 1...7 %) при температуре Т = 20 °С. Также были получены зависимости концентрации сухого остатка (КСО) В по шкале BRIX от температуры.
На рис. 4 представлены данные измерения КСО по шкале BRIX РР (Врр) с независимыми данными полученными в лаборатории (Влаб).
I. ч
1 1 1 1 1 1
/л /л
д 7 \ ^ ' ]
1 ____________ 1 ч' 1
—4------- 1 Т 1 Ь ----4--------- 1 т
2 ч 6 I)
\
ч\
л А ^ч! А
//
Т Гч-
!
! ! !
0 2 3 ч 6 7 8
Рис. 4. Экспериментальные данные на РР (сплошная линия) и на лабораторном
рефрактометре (пунктирная линия) по КСО В в шкале ВЫХ: а — холодный чай Ыр(он зеленый; б — холодный чай Ыр(он черный «Лимон»; в -холодный чай
Ыр(он черный «Малина»
На рис.5 показаны графические зависимости КСО В по шкале BRIX от температуры.
а)
б)
в)
1-------Г------1------1-------Г------1------1------1
11111
10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13.5 14
ТоС
Рис. 5 Экспериментальные данные КСО В по шкале BRIX на РР (сплошная линия) и в лабораторных условиях (пунктирная линия) от температуры: а — холодный чай Ыр(он зеленый; б — холодный чай Ыр(он черный «Лимон»; в — холодный чай
Ыр(он черный «Малина»
Как видно из рис. 4, 5 в холодном чае Lipton зеленый сходимость показаний РР и реперных данных (данные заводских лабораторий) составляет в шкале ВЫХ не хуже АВх = ± 0,2 %, что вполне удовлетворяет требованиям производственного контроля. В холодный чай Lipton черный «Малина» и холодный чай Lipton черный «Лимон», имеющих высокий уровень рассеяния света из-за большой концентрации растворенного сухого остатка сходимость доходила до АВх = ± 0,4 %.
Заключение. В работе получены экспериментальные результаты по измерениям КСО по шкале BRIX РР в сравнении с данными заводской лаборатории. Информация обработана и сведены в виде графических зависимостей на рисунках. Построены кривые распределения КСО В по шкале ВЫХ в зависимости от температуры.
Представленный РР полностью удовлетворял нормативным требованиям данного производства напитков. Экспериментальные результаты представляют интерес для пищевой промышленности, а также для оптического приборостроения.
Список литературы
1. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии. Л.: Химия. 1983. 352 с.
2. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение. 1987. 264 с.
3. Пентин Ю.А., Вилков JI.B. Физические методы исследования в химии. М.: Мир. 2006. 683 с.
4. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. Оптические свойства растворов черных щелоков и рефрактометрические средства контроля концентрации сухого остатка в сульфатном производстве целлюлозы // Журнал Прикладной Спектроскопии. 2012. № 3. Т. 79. С. 514-516.
5. Акмаров К.А., Артемьев В.В., Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Па-тяев А.Ю., Смирнов А.В., Шерстобитова А.С., Шишова К.А., Яськов А.Д. Промышленные рефрактометры и их применение для контроля химических производств // Приборы. 2012. № 4 (142). С. 1-8
6. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Прокопенко В.Т., Хайдаров Г.Г. Рефрактометрические технологии и их применение для контроля диффузно отражающих объектов в производственном цикле // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2013. Вып. 4. Сер. 4: Физика, химия. C. 24-31.
7. Белов Н. П., Лапшов С. Н., Майоров Е.Е., Шерстобитова А. С., Яськов А. Д. Оптические свойства зеленых щелоков и применение промышленной рефрактометрии для контроля их состава при производстве сульфатной целлюлозы // Оптический журнал. 2014. Т.81. №1. С. 60-65.
8. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Хайдаров А.Г., Абрамян В.К., Зайцев Ю.Е. Разработка оптико-электронного рефрактометрического прибора для контроля состава водных растворов гликолей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2016. №3. С. 33-41.
9. Прокопенко В.Т., Майоров Е.Е., Федоров А.Л., Цыганкова Г.А., Жаркова Т.В., Дагаев А.В. Производственные испытания рефрактометрического прибора для контроля жидкофазных сред // Известия высших учебных заведений. Приборостроение.
2017. Т. 60. № 7. С. 672-678.
10. Майоров Е.Е., Попова Н.Э., Дагаев А.В., Черняк Т.А., Шаламай Л.И., Хайдаров Г.Г., Хайдаров А.Г., Писарева Е.А. Разработка и практические испытания рефрактометрического прибора для контроля противообледенительных жидкостей в авиации // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2018. Вып. 12. С. 227-234.
11. Майоров Е.Е., Туровская М.С., Хохлова М.В., Шаламай Л.И., Константинова А.А., Дагаев А.В., Гулиев Р.Б., Таюрская И.С. Применение гониометрической рефракции для измерения состава щелоков в производстве сульфатной целлюлозы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 129-137.
12. Майоров Е.Е., Черняк Т.А., Цыганкова Г.А., Машек А.Ч., Константинова А.А., Писарева Е.А. Спектральное исследование текстильного оптического отбеливателя и органического красителя // Научное Приборостроение. 2021. Том 31. № 1. C. 7383.
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. тех. наук, доцент, majorov_ee@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики,
Курлов Виктор Валентинович, канд. тех. наук, доцент, vitek543@ramblerl.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Громов Олег Владимирович, канд. тех. наук, доцент, oleggromoff@,mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС,
Гулиев Рамиз Балахан оглы, канд. тех. наук, доцент, ramiz63yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС,
Дагаев Александр Владимирович, канд. тех. наук, доцент, adagaev@list.ru, Россия, Ивангород, Ивангородский гуманитарно - технический институт (филиал) Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения,
Таюрская Ирина Соломоновна, канд. экон. наук, доцент, tis_ivesep@,mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС
THE USE OF A REFRACTOMETER FOR MONITORING DRINKS OF THE LIPTON
TRADEMARK
E.E. Maiorov, V.V. Kurlov, O.V. Gromov, R.B. Guliyev, A.V. Dagaev, I.S. Tayurskaya
The article highlights the issues of using the developed refractometer to measure the optical properties of the media under study. Using a refractometer to measure substances, it is possible to achieve good product quality, so this study is relevant for the food industry. The paper presents the objects of research and presents the appearance of the developed refractometer. The block diagram of the device is described, as well as the optoelectronic scheme of the device for collecting, processing and displaying measurement information is given. Experimental data on the developed refractometer and in the factory laboratory for the concentration of dry residue B (BRIX scale) were obtained. The convergence of the device readings and reference data (factory laboratory data) is no worse than ABx = ± 0.2 % on the BRIX scale, and for media with a high level of scattering, ABx = ± 0.4 %.
Key words: refractometer, prism, thermal sensor, electronic board, fiber bundle,
lens, led.
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate. of technical sciences, docent, ma-jorov_ee@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg University of management technologies and Economics,
Kurlov Viktor Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, vitek543@ramblerl.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Gromov Oleg Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, oleggromoff@,mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the inter-parliamentary Assembly ofEurAsEC,
Guliyev Ramiz Balahan oglu, candidate of technical sciences, docent, ramiz63@, yandex. ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the EurAsEC interparliamentary Assembly,
Dagaev Alexsander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ada-gaev@list.ru, Russia, Ivangorod, Ivangorodskii Humanitarian-Technical Institute (branch of) Saint-Petersburg University of Aerospace Instrumentation,
Tayurskaya Irina Solomonovna, candidate of economic sciences, docent, tis_ivesep@,mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the EurAsEC inter-parliamentary Assembly
