Вимірювання жирності молочних продуктів

Міністерство освіти Республіки Білорусь

БІЛОРУСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Машинобудівний факультет

Курсова робота

з дисципліни "Метрологія, теорія вимірювань та вимірювальна техніка"

Завдання № 30

Тема: "Вимірювання жирності молочних продуктів"

Виконав: студент гр. 103617

Шпакович І.С.

Керівник: Мірошниченко І. Ф.

Мінськ 2009

Зміст

Частина 1. Вимірювання жирності молочних продуктів

1. Фотоелектричні жиромера

2. Ультразвукові жиромера

3. Жиромера, засновані на вимірюванні питомої теплоємності молока

4. Жиромера інфрачервоної спектроскопії

5. Високочастотні жиромера

6. Кондуктометрические жиромера

7. Хімічний метод

Частина 2. Контроль деталей за альтернативною ознакою з використанням калібрів

Частина 3. Аналіз точкових діаграм

Частина 4. Аналіз застосовуваних шкал в ході виконання завдання

Література

Частина 1. Вимірювання жирності молочних продуктів

Вимоги, що пред'являються до вимірювання вмісту жиру в молоці викладені в Гості 5867-92 "Молоко і молочні продукти. Методи визначення жиру".

1. Фотоелектричні жиромера

Принцип дії їх заснований на зміні ступеня поглинання або розсіювання світлового потоку шаром жирових кульок молока (жиру).

Через ємність з випробуваним продуктом пропускають світловий потік від джерела випромінювання. Інтенсивність цього потоку змінюється в порівнянні з вихідною в залежності від оптичної щільності молока, яка залежить від його жирності. Отриманий потік реєструють фотоелектричним датчиком. Градуювання приладів періодично перевіряють за допомогою калібрувального фільтра з оптичною щільністю, відповідній певній жирності молока.

Оптична і електрична принципові схеми жиромера наведено на рис. 1. Джерело світла - низьковольтна лампа накалювання 4, що живиться стабілізованою напругою, - створює два однакових світлові потоки. Лівий потік, пройшовши через лінзу 3, світлофільтр 2 (який служить еталоном молока і має таку ж оптичну щільність, як і молоко певної жирності) і через вимірювальну з відліковою шкалою шторку 9, що переміщається перпендикулярно оптичній осі, потрапляє на фотоелемент 1.

Правий світловий потік, проходячи через лінзу 5, червоний світлофільтр 6 і скляну кювету 7 з аналізованим молоком (товщина шару близько 1 мм), потрапляє на другий фотоелемент 8. На шляху обох світлових потоків встановлені шторки .11, 12, використовувані для настройки приладу.

Фотоелементи 1 і 8 сполучені по компенсаційній схемі; при однаковій інтенсивності світлових потоків, падаючих на ці фотоелементи. Якщо жирність молока перевищує значення, при якому інтенсивність світлових потоків рівна, світловий потік, падаючий на фотоелемент 8, послаблюється, порушується рівновага в електричному ланцюзі і процесор фіксує це. Рівновага відновлюють за допомогою шторки 9, після чого роблять відлік за її шкалою, градуйованою у відсотках жиру

Рис.1 Оптична схема приладу для визначення вмісту жиру в молоці.

Похибка вимірювань фотоелектричними жиромера помітно зменшується в разі визначення вмісту жиру в попередньо нагрітій гомогенізоване молоці. Як показують дослідження похибка вимірювань жиру, використовують даний метод вимірювань, складає 0,05%.

2. Ультразвукові жиромера

Принцип дії ультразвукових жиромера полягає у вимірюванні швидкості розповсюдження, ступеня поглинання або розсіювання ультразвуку в продукті, які залежать від вмісту жиру в молоці. Ця залежність більш різко виражена при температурі 50 ° С.

Типова схема побудови ультразвукових жиромера така. Ультразвукові коливання, які передаються датчиком погружного або проточного типу в молоко, сприймаються вторинним приладом, який перетворює їх в електричні сигнали. Блок рахунку імпульсів у відповідності з отриманими сигналами формує показання приладу. На точність вимірювання впливає температура продукту. Тому підтримка постійної температури молока 50 ° C є необхідною умовою вимірів з високою точністю (до 0,1% жиру).

Ультразвукові жиромера в порівнянні з фотоелектричними мають ту перевагу, що не вимагають гомогенізації продукту і його розведення або обробки. Однак складність конструкції та експлуатації, а також висока вартість обмежують застосування цих приладів.

3. Жиромера, засновані на вимірюванні питомої теплоємності молока

Принцип дії цих жиромера заснований на вимірюванні величини питомої теплоємності молока, яка залежить від вмісту в ньому жиру. Молоко нагрівають постійним тепловим потоком від 60 ° С до 90 ° С (у цих умовах теплоємність продукту практично мало залежить від температуру).

У залежності від вмісту жиру в молоці змінюється величина питомої теплоємності молока і відповідно час нагрівання продукту в зазначеному діапазоні температур.

Посудина, наповнений випробуваним молоком, вміщують у термоізольовану камеру, де молоко підігрівається електронагрівачем, який харчується постійною напругою від стабілізатора. У посудині побачити два напівпровідникових термоопору. Перше включено в схему вимірювального моста, баланс якого здійснюється при досягненні молоком нижньої межі температури (60 ° С). При цьому включається таймер. Друге термоопір включено в діагональ вимірювального моста, який врівноважується при досягненні молоком верхньої межі температури (90 ° С). При цьому таймер зупиняється. За показаннями таймера судять про жирності молока.

4. Жиромера інфрачервоної спектроскопії

Цими приладами можна визначати зміст не тільки жиру, але й інших складових частин молока.

Розроблені жиромера інфрачервоної спектроскопії функціонують наступним чином. Зразок молока попередньо гомогенізується і надходить у невеликий посуд, через який проходить потік інфрачервоного випромінювання з різною довжиною хвилі (5,8; 6,5; 9,6 мкм). Інтенсивність випромінювання визначають при виході з посудини. За ступенем поглинання цих хвиль визначають відповідно вмісту в молоці жиру, білка та лактози. Сомо розраховують залежно від вмісту білка та лактози. За інтенсивністю потоку інфрачервоного випромінювання, що проходить через посудину з водою, визначають поправку на поглинання потоку випромінювання водою. Похибка методу порівнянна з похибкою хімічних методів.

5. Високочастотні жиромера

Принцип дії цих жиромера заснований на залежності між величиною одного з електричних параметрів продукту, який міститься у поле високої частоти, і вмістом жиру. Таким параметром є зокрема діелектрична проникність.

Дія високочастотного жиромера для молока типової конструкції засноване на вимірюванні ємності конденсаторного датчика, що містить контрольований продукт. Конденсаторний датчик заповнюється пробою молока, попередньо розведеною дистильованою водою у певному співвідношенні (1:2 або 1:3). Внаслідок додавання в молоко дистильованої води зменшується наскрізна провідність конденсаторного датчика, і підвищується точність вимірювань.

Датчик високочастотного жиромера молока є електричний конденсатор з обкладинками у вигляді двох коаксіальних кругових циліндрів. При заповненні конденсатора в ньому підтримується постійний рівень рідини. Внутрішній і зовнішній електроди покриті циліндричними тонкостінними прокладками з оргскла. З вимірювальним приладом датчик з'єднується екранованим кабелем.

Щоб встановити жирність молока, визначають його щільність, готують суміш молока з дистильованою водою, вимірюють температуру молока, ємність конденсаторного датчика заповненого водою (x1), ємність датчика, заповненого розведеним молоком (x2), обчислюють різницю x1-x2, визначають за графіком градуювання приладу вміст жиру в молоці у% і вносять поправку на щільність.

Як показали випробування, похибка високочастотних жиромера при дослідженні однієї і тієї ж проби молока становить до 0,08%. Проте максимальні розбіжності показань приладу з результатами визначення вмісту жиру хімічними методами становили до 0,17%.

6. Кондуктометрические жиромера

Принцип їх дії заснований на залежності електропровідності продукту від вмісту в ньому жиру.

Типова конструкція кондуктомеричного жиромера складається з вимірювальної комірки, термометра і вимірювального пристрою. Вимірювальна комірка являє собою ємність, у яку вмонтований двохелектродні датчик і термометр.

Похибка кондуктометричних жиромера, одержувана при вимірюванні вмісту жиру в молоці, занадто велика, тому їх використовують для визначення жирності інших молочних продуктів, але не молока.

Вимоги до вимірювання жирності молока:

Діапазон зміни відносного вмісту жиру в молоці становить (0,10 - 6,5)% від маси продукту.

7. Хімічний метод

Щоб визначити зміст жиру в молоці, звільняють жирові кульки від білкових оболонок. Як розчинник застосовують концентровану сірчану кислоту. Для більш повного виділення звільнився від оболонок жиру вживають ізоаміловий спирт. При подальшому центрифугуванні суміші жир, як найбільш легка складова частина, концентрується в градуйованою шкалою скляного приладу - жиромера.

Якщо молоко досліджується незабаром після відбору, то його добре перемішують, перевертаючи до 6 разів закриті пляшки з пробами. При цьому не допускають утворення піни, яка призводить до неправильного отмериванию. Особливо ретельно підливають проби довго стояв молока. Іноді їх прогрівають у воді, щоб змити жировий шар, що пристав до стінок пляшки, а потім перемішують.

У штатив встановлюють потрібну кількість пронумерованих жиромера. Нумерують жиромера шляхом загинання навколо шкали бляшаних пластинок з висіченими номерами.

У кожен жиромера відмірюють дозатором 10 мл сірчаної кислоти. Потім відбирають піпеткою 10,78 мл (11 г) добре перемішаного молока. Обережно, по стінці вливають молоко в жиромера. Щоб уникнути передчасного розігрівання шар молока повинен розташуватися над шаром кислоти. При цьому кінець піпетки не повинен торкатися сірчаної кислоти.

Відмірюють дозатором 1 мл ізоамілового спирту, намагаючись не змочити шийку жиромера, що в подальшому може призвести до вискакування пробки.

Заповнені жиромера закривають гумовими пробками і вставляють у центрифугу, пригвинчують кришку центрифуги і центрифугують 5 хв зі швидкістю близько 1000 об / хв. Після закінчення центрифугування жиромера на 5 хв установлюють пробками вниз у водяну баню при 65 ° С.

Вийнявши жиромера з лазні і осушивши його серветкою, відраховують кількість жиру за шкалою.

Важливими показниками якості молока є зміст сухої речовини, що визначається за допомогою сушильної шафи, і кількість сухого знежиреного залишку (СОМО). Ці величини, крім лабораторних аналізів, можна визначити розрахунковим шляхом. За кількістю жиру в сухій речовині молока можна судити про натуральність останнього. Якщо жиру в сухій речовині молока виявиться менше 25%, таке молоко викликає підозру в його ненатуральності.

Частина 2. Контроль деталей за альтернативною ознакою з використанням калібрів

Дано: Номінальний розмір і поля допусків отвору і валу

.

Потрібно: Визначити граничні розміри отвору і валу по ГОСТ 1925 346-89, розрахувати виконавчі розміри калібрів за ГОСТ 1924 852-81 та ГОСТ 1924 853-81. Виконати ескізи калібрів з позначеннями вимог до робочих поверхонь.

а) Розрахуємо граничні відхилення і розміри отвору Æ 22 X 7.

По таблиці ГОСТ 25346-89 визначаємо величину допуску IT ₇ = 21мкм;

По таблиці ГОСТ 25346-89 визначаємо величину основних відхилень:

мкм - нижнє відхилення;

мкм - основне відхилення.

Граничні розміри отвору:

мм;

мм;

б) Розрахуємо граничні розміри валу Æ 22 h 8.

По таблиці ГОСТ 25346-89 визначаємо величину допуску = 33мкм;

По таблиці ГОСТ 25346-89 визначаємо значення основних відхилень

мкм - основне відхилення;

мкм - нижнє відхилення.

Граничні розміри валу:

мм;

мм;

Розрахунок граничних розмірів деталей сполучення

Діаметри	IT, мкм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	D min (d min), мм	D max (d max), мм
Æ 2 2X7	21	-54	-75	21.925	21.946
Æ 22h8	33	0	-33	21.967	22.000

в) Будуємо схему розташування полів допусків сполучених деталей і розраховуємо граничні значення табличних зазорів (натягов).

мм;

мм;

Рис 2.1 Схема розташування полів допусків деталей, що сполучаються.

г) Розрахунок калібрів для контролю деталей гладких циліндричних сполучень для посадки Æ 22 X 7 / h 8.

Визначаємо граничні відхилення і розміри отвору Æ 22 X 7:

D _max = 2 1, 946 мм, D _min = 2 1. 925 мм;

За ГОСТ 24853-81 вибираємо схеми розташування полів допусків калібрів. Визначаємо чисельні значення H, Z, Y:

Z = 3 мкм-відхилення середини поля допуску на виготовлення прохідного калібру для отвори, щодо найменшого граничного розміру виробу.

Н = 4 мкм - допуск на виготовлення калібрів для отвору.

Y = 3 мкм - допустимий вихід розміру зношеного прохідного калібру для отвори за кордон поля допуску вироби.

Визначаємо граничні розміри прохідного і непрохідного калібру для отвору Æ 22 X 7.

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

Схема полів допуску калібрів пробок показана на малюнку 2.2.

Рис 2.2 Поля допуску калібрів пробок.

Визначаємо граничні відхилення і розміри вала Æ 22 h 8:

d _max = 2 лютого .000 мм; d _min = 1 лютому .967 мм.

За ГОСТ 24853-81 вибираємо схеми розташування полів допусків калібрів. Визначаємо чисельні значення H _1, Z _1, Y _1, Н _р:

Z ₁ = 5мкм-відхилення середини поля допуску на виготовлення прохідного калібру для валу, щодо найбільшого граничного розміру виробу.

Н ₁ = 6мкм - допуск на виготовлення калібрів для валу.

Y ₁ = 4мкм - допустимий вихід розміру зношеного прохідного калібру для валу за межу поля допуску вироби.

Н _р = 2,5 мкм - допуск на виготовлення контркалібров для скоби.

Визначаємо граничні розміри прохідного і непрохідного калібру для валу Æ 28 h 8.

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Схема полів допуску калібрів для контролю валу показана на малюнку 2.3

2.3 Поля допуску калібрів для контролю валу

Визначаємо виконавчі розміри калібрів і контркалібров:

1) калібри-пробки:

мм;

мм;

2) контркалібри:

мм;

мм;

мм;

3) калібри скоби:

мм;

мм;

Калібр пробка:

Калібр скоба:

Частина 3. Аналіз точкових діаграм

Дано: точкові діаграми результатів багаторазових вимірювань (кожен з малюнків дві серії вимірювань однієї ФВ).

Потрібно: Для кожної серії визначити наявність та характер (тенденцію) зміни результатів, провести апроксимуючі лінії і оцінити всі можливі кількісні характеристики похибок вимірювань (загальний розмах результатів, розмах випадкових складових похибки вимірювань, накопичену, систематичну складову і / або амплітуду систематичної складової похибки вимірювань. )

Розглянемо точкові діаграми результатів багаторазових вимірювань однієї фізичної величини різними методами (МВВ 1 і МВВ 2)

У першому випадку монотонна тенденція зміни результатів свідчить про наявність прогресуючої систематичної похибки. Відхилення діаграми від апроксимуючої лінії говорить також про наявність і випадкової похибки. На діаграмі показані два значення розсіювання результатів - загальний розмах R'1, обумовлений комплексним впливом систематичної та випадкової похибок, і вільний від прогресуючих систематичних похибок розмах R1, викликаний випадковими відхиленнями результату від апроксимуючої лінії. Для визначення значення розмаху R1 через найбільш віддалені від апроксимуючої лінії вгору і вниз точки проведені дві еквідістанти.

У другому випадку мається явно виражена прогресуючу тенденцію зміни результатів, що свідчить про наявність прогресуючої систематичної складової. Відхилення діаграми від апроксимуючої лінії говорить також про наявність і випадкової похибки. На діаграмі показано значення розсіювання результатів R2, обумовлений комплексним впливом систематичної та випадкової похибок. Для визначення значення розмаху R2 через найбільш віддалені від апроксимуючої лінії вгору і вниз точки проведені дві еквідістанти.

В обох серіях відсутні грубі похибки вимірювань.

Відповідність, обумовлена ​​розмахом результатів, в першій серії буде приблизно рівною другий. Збіжність першої серії вимірювань може бути підвищена за рахунок виключення систематичної похибки, у другій серії також.

Частина 4. Аналіз застосовуваних шкал в ході виконання завдання

Потрібно: Проаналізувати хід і результати виконання попередніх частин завдання і описати приклади застосування оціночних шкал всіх видів, включаючи безпосередньо використані при виконанні завдання і пов'язані з його окремих елементів.

Література

1. ГОСТ 24853-81.

2. ГОСТ 25346-89.

3. ГОСТ 5867-92 "Молоко і молочні продукти. Методи визначення жиру".

4. Www. Elibrary. Ru

5. Www .1 bm. Ru