Автоматизированное устройство для дозирования азота в молоко
Полезная модель относится к области автоматизации технологических процессов и предназначена для использования в молочной промышленности для увеличения сроков хранения молока.
Полезная модель обеспечивает непрерывное дозирование жидкого азота в молоко с точностью 1,5-3% от номинального значения (например, от 1% к массе молока).
Предлагаемое устройство использует тензометрический метод измерения массы жидкого азота в расходной емкости и в сосуде Дьюара, что увеличивает время безотказной работы и снижает стоимость автоматизированного устройства для дозирования жидкого азота в молоко для последующего фасования. 1 илл.
Полезная модель относится к области автоматизации технологических процессов и предназначена для использования в молочной промышленности для увеличения сроков хранения молока.
Известен способ (патент 2134982, МПК А 23 С 3/04, А 23 С 3/08, опубл. 1999.08.27) применения жидкого азота в качестве консерванта путем барботации его в молоко в количестве от 1,0 до 10,0% к массе молока. Применение жидкого азота в качестве консерванта молока увеличивает продолжительность холодильного хранения минимум в 2 раза, не ухудшает органолептические свойства молока и не влияет на его качественные характеристики при дальнейшей обработке.
Известны способ и устройство для производства молочного продукта (патент 2240591, МПК G 05 D 11/02, B 01 F 15/04, B 67 D 5/56, опубл. 2004.11.20). Устройство для производства молочного продукта содержит трубопроводные средства, включая первый и второй трубопроводы, продолжающиеся до места смешивания, датчик, расположенный с возможностью определения уровня указанного продукта в резервуаре, и устройство управления, причем уровень, определенный указанным датчиком, используется для управления по меньшей мере одним из указанных потоков.
Данное устройство имеет низкую точность регулирования, обусловленную погрешностью уровнемера (
±1 мм). Например, если расходная емкость имеет внутренний диаметр 
=30 см2, то за 1 минуту необходимо подать в молокопровод при текущем расходе молока 33 кг/мин массу азота 0,33 кг., что составляет изменение уровня азота в емкости на 5,78 мм, т.е. относительная погрешность измерения среднемассового расхода за 1 мин составит 34,6%. Увеличение периода дискретных измерений (Т0) повышает вероятность получения некачественного продукта.
Известен автомат для дозированного впрыска жидкого азота в емкость с молоком, состоящий из сосуда Дьюара, соединенного гибким металлорукавом с расходным сосудом. Расходный сосуд оборудован измерителем уровня жидкого азота, предохранительным и заправочным клапанами. Жидкий азот из расходного сосуда
поступает в дозирующую головку с пневмоприводом, оснащенную электронагревателем с термопарой. Оптронный датчик фиксирует поступление жидкого азота по изменению температуры термопары. (Автомат АзотИнжект®; caйт .http://www.cryotec.ru/azotinj.shtml).
Недостатком этого технического решения является то, что устройство содержит подвижные части, которые быстро изнашиваются, это снижает ресурс работы устройства, а отсутствие измерителя массы жидкого азота в сосуде Дьюара не позволяет своевременно получать информацию о необходимости его дозаправки или замены, кроме того устройство имеет недостаточную точность дозирования и высокую стоимость.
Полезная модель решает задачу повышения точности дозирования одновременно снижая стоимость устройства.
Для получения необходимого технического результата в известном устройстве для дозирования жидкого азота в молоко, включающем сосуд Дьюара, соединенный с расходной емкостью, снабженной заправочным клапаном, блок управления предлагается сосуд Дьюара и расходную емкость установить на тензометрических датчиках измерения массы, а расходную емкость дополнительно оснастить датчиком давления и соединить гибким рукавом, снабженным регулирующим клапаном, с молокопроводом, оснащенным датчиком расхода молока. В месте соединения рукава с молокопроводом предлагается установить датчик наличия азота, кроме того, датчик давления связать с исполнительным устройством регулирующего клапана, а все датчики связать с блоком управления, который оборудован вычислительным устройством для сравнения измеренного расхода жидкого азота с нормированным значением.
Для решения поставленной задачи в устройстве предусмотрено наличие:
1) гибкого рукава, соединяющего расходную емкость с молокопроводом;
2) тензометрического датчика для измерения текущей массы расходной емкости;
3) вычислительного устройства, введенного в блок управления для расчета среднемассового расхода азота по результатам дискретных измерений массы расходной емкости с интервалом 1-2 мин., сравнения результата
расчета с желаемым (нормированным) расходом азота и формирования управляющего сигнала на исполнительное устройство;
4) исполнительного устройства для привода регулирующего клапана расхода азота, подаваемого в молокопровод, по сигналу с блока управления;
5) термопары, установленной в штуцере для подсоединения гибкого рукава к молокопроводу;
6) тензометрического датчика, соединенного с блоком управления для измерения массы сосуда Дьюара, соединенного с блоком управления;
7) заправочного клапана, используемого для дозаправки расходной емкости;
8) датчика давления, соединенного с блоком управления;
9) датчика расхода молока, соединенного с блоком управления.
На приведенной схеме изображено предлагаемое дозирующее устройство, где приняты следующие обозначения:
1 - сосуд Дьюара;
2 - тензометрический датчик, на котором установлен сосуд Дьюара;
3 - блок управления;
4 - заправочный клапан для дозапр авки расходной емкости;
5 - тензометрический датчик, на котором установлена расходная емкость с азотом;
6 - расходная емкость с азотом;
7 - датчик давления;
8 - исполнительное устройство, воздействующее на регулирующий клапан;
9 - регулирующий клапан для изменения подачи жидкого азота в молоко-провод;
10 - штуцер, используемый для подсоединения гибкого рукава к молокопроводу;
11 - датчик температуры (термопара);
12 - датчик расхода молока.
В предлагаемом устройстве (фиг.1) расходная емкость 6 соединена гибким рукавом, содержащим регулирующий клапан 9, с молокопроводом и установлена на тензометрический датчик 5, по сигналам которого блок управления 3 осуществляет дозаправку расходной емкости 6 путем открытия заправочного клапана 4 и
регулирует степень открытия регулирующего клапана 9 на основе сравнения фактического и желаемого расхода жидкого азота, вычисляемого по сигналу датчика расхода молока 12. Начальная степень открытия регулирующего клапана 9 вычисляется блоком управления 3 и устанавливается исполнительным устройством 8 по сигналу датчика давления 7 в расходной емкости 6. В штуцер 10, соединяющий гибкий рукав с молокопроводом в качестве датчика наличия азота встроена термопара 11, соединенная с блоком управления, который подает сигнал оператору о неисправности системы или перекрывает подачу молока. Сосуд Дьюара 1 снабжен тензометрическим датчиком измерения массы 2, сигнал с которого поступает в блок управления 3, вырабатывающий сигнал о необходимости дозаправки или замены сосуда Дьюара.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Жидкий азот, находящийся в сосуде Дьюара 1, поступает по гибкому рукаву через заправочный клапан 4 в расходную емкость 6. Сигнал от тензометрического датчика 2 поступает в блок управления 3, который вырабатывает управляющий сигнал на дозаправку или замену сосуда Дьюара 1. Сигнал с тензометрического датчика 5 поступает в блок управления 3, который вырабатывает управляющий сигнал на дозаправку расходной емкости 6 путем открытия заправочного клапана 4. Если расход жидкого азота, подаваемый в молокопровод и вычисленный по результатам дискретных измерений массы расходной емкости с интервалом (периодом дискретности) Т0=1-2 мин, не соответствует заданному значению, то по сигналу блока управления с помощью исполнительного устройства 8 регулируется положение регулирующего клапана 9. Расход азота определяется по изменению массы расходной емкости через фиксированный промежуток времени Т 0. Расчеты показывают, что при Т0 =1-2 мин. погрешность вычисления расхода азота по результатам взвешивания расходной емкости с помощью тензометрического датчика SCAIME не превышает 1,5-3%.
Автоматизированное устройство для дозирования жидкого азота в молоко, содержащее сосуд Дьюара, соединенный с расходной емкостью, снабженной заправочным клапаном, блок управления, отличающееся тем, что сосуд Дьюара и расходная емкость установлены на тензометрических датчиках измерения массы, а расходная емкость дополнительно оснащена датчиком давления и соединена гибким рукавом, снабженным регулирующим клапаном, с молокопроводом, оснащенным датчиком расхода молока, а в месте соединения рукава с молокопроводом установлен датчик наличия азота, кроме того, датчик давления связан с исполнительным устройством регулирующего клапана, и все датчики связаны с блоком управления, который оборудован вычислительным устройством для сравнения измеренного расхода жидкого азота с нормированным значением.
