Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Машиностроительный факультет
Курсовая работа
по дисциплине “Метрология, теория измерений и измерительная техника”
Задание №30
Тема: “Измерение жирности молочных продуктов”
Выполнил: студент гр. 103617
Шпакович И.С.
Руководитель: Мирошниченко И. Ф.
Минск 2009
Содержание
Часть 1. Измерение жирности молочных продуктов
1. Фотоэлектрические жиромеры
2. Ультразвуковые жиромеры
3. Жиромеры, основанные на измерении удельной теплоемкости молока
4. Жиромеры инфракрасной спектроскопии
5. Высокочастотные жиромеры
6. Кондуктометрические жиромеры
7. Химический метод
Часть 2. Контроль деталей по альтернативному признаку с использованием калибров
Часть 3. Анализ точечных диаграмм
Часть 4. Анализ применяемых шкал в ходе выполнения задания
Литература
Часть 1. Измерение жирности молочных продуктов
Требования, предъявляемые к измерению содержания жира в молоке изложены в ГОСТе 5867-92 «Молоко и молочные продукты. Методы определения жира».
1. Фотоэлектрические жиромеры
Принцип действия их основан на изменении степени поглощения или рассеивания светового потока слоем жировых шариков молока (жира).
Через емкость с испытуемым продуктом пропускают световой поток от источника излучения. Интенсивность этого потока изменяется по сравнению с исходной в зависимости от оптической плотности молока, которая зависит от его жирности. Полученный поток регистрируют фотоэлектрическим датчиком. Градуировку приборов периодически проверяют с помощью калибровочного фильтра с оптической плотностью, соответствующей определенной жирности молока.
Оптическая и электрическая принципиальные схемы жиромера приведены на рис. 1. Источник света — низковольтная лампа накаливания 4, питаемая стабилизированным напряжением, — создает два одинаковых световых потока. Левый поток, пройдя через линзу 3, светофильтр 2 (который служит эталоном молока и имеет такую же оптическую плотность, как и молоко определенной жирности) и через измерительную с отсчетной шкалой шторку 9, перемещающуюся перпендикулярно оптической оси, попадает на фотоэлемент 1.
Правый световой поток, проходя через линзу 5, красный светофильтр 6 и стеклянную кювету 7 с анализируемым молоком (толщина слоя около 1 мм), попадает на второй фотоэлемент 8. На пути обоих световых потоков установлены шторки .11, 12, используемые для настройки прибора.
Фотоэлементы 1 и 8 соединены по компенсационной схеме; при одинаковой интенсивности световых потоков, падающих на эти фотоэлементы. Если жирность молока превышает значение, при котором интенсивность световых потоков равна, световой поток, падающий на фотоэлемент 8, ослабляется, нарушается равновесие в электрической цепи и процессор фиксирует это. Равновесие восстанавливают с помощью шторки 9, после чего делают отсчет по ее шкале, градуированной в процентах жира
/>
Рис.1 Оптическая схема прибора для определения содержания жира в молоке.
Погрешность измерений фотоэлектрическими жиромерами заметно уменьшается в случае определения содержания жира в предварительно нагретом гомогенизированном молоке. Как показывают исследования погрешность измерений жира, использующих данный метод измерений, составляет 0,05%.
2. Ультразвуковые жиромеры
Принцип действия ультразвуковых жиромеров заключается в измерении скорости распространения, степени поглощения или рассеивания ультразвука в продукте, которые зависят от содержания жира в молоке. Эта зависимость более резко выражена при температуре 50°С.
Типичная схема построения ультразвуковых жиромеров такова. Ультразвуковые колебания, которые передаются датчиком погружного или проточного типа в молоко, воспринимаются вторичным прибором, который преобразует их в электрические сигналы. Блок счета импульсов в соответствии с полученными сигналами формирует показания прибора. На точность измерения влияет температура продукта. Поэтому поддержание постоянной температуры молока 50°C является необходимым условием измерений с высокой точностью (до 0,1% жира).
Ультразвуковые жиромеры по сравнению с фотоэлектрическими имеют то преимущество, что не требуют гомогенизации продукта и его разбавления или обработки. Однако сложность конструкции и эксплуатации, а также высокая стоимость ограничивают применение этих приборов.
3. Жиромеры, основанные на измерении удельной теплоемкости молока
Принцип действия этих жиромеров основан на измерении величины удельной теплоемкости молока, которая зависит от содержания в нем жира. Молоко нагревают постоянным тепловым потоком от 60°С до 90°С (в этих условиях теплоемкость продукта практически мало зависит от температуру).
В зависимости от содержания жира в молоке меняется величина удельной теплоемкости молока и соответственно время нагрева продукта в указанном диапазоне температур.
Сосуд, наполненный испытуемым молоком, помещают в термоизолированную камеру, где молоко подогревается электронагревателем, который питается постоянным напряжением от стабилизатора. В сосуде помещены два полупроводниковых термосопротивления. Первое включено в схему измерительного моста, баланс которого осуществляется при достижении молоком нижнего предела температуры (60°С). При этом включается таймер. Второе термосопротивление включено в диагональ измерительного моста, который уравновешивается при достижении молоком верхнего предела температуры (90°С). При этом таймер останавливается. По показанию таймера судят о жирности молока.
4. Жиромеры инфракрасной спектроскопии
Этими приборами можно определять содержание не только жира, но и других составных частей молока.
Разработанные жиромеры инфракрасной спектроскопии функционируют следующим образом. Образец молока предварительно гомогенизируется и поступает в небольшой сосуд, через который проходит поток инфракрасного излучения с различной длиной волны (5,8; 6,5; 9,6 мкм). Интенсивность излучения определяют при выходе из сосуда. По степени поглощения этих волн определяют соответственно содержания в молоке жира, белка и лактозы. Сомо рассчитывают в зависимости от содержания белка и лактозы. По интенсивности потока инфракрасного излучения, проходящего через сосуд с водой, определяют поправку на поглощение потока излучения водой. Погрешность метода сравнима с погрешностью химических методов.
5. Высокочастотные жиромеры
Принцип действия этих жиромеров основан на зависимости между величиной одного из электрических параметров продукта, помещенного в поле высокой частоты, и содержанием жира. Таким параметром является в частности диэлектрическая проницаемость.
Действие высокочастотного жиромера для молока типичной конструкции основано на измерении емкости конденсаторного датчика, содержащего контролируемый продукт. Конденсаторный датчик заполняется пробой молока, предварительно разбавленной дистиллированной водой в определенном соотношении (1:2 или 1:3). Вследствие добавления в молоко дистиллированной воды уменьшается сквозная проводимость конденсаторного датчика, и повышается точность измерений.
Датчик высокочастотного жиромера молока представляет собой электрический конденсатор с обкладками в виде двух коаксиальных круговых цилиндров. При заполнении конденсатора в нем поддерживается постоянный уровень жидкости. Внутренний и внешний электроды покрыты цилиндрическими тонкостенными прокладками из оргстекла. С измерительным прибором датчик соединяется экранированным кабелем.
Чтобы установить жирность молока, определяют его плотность, приготавливают смесь молока с дистиллированной водой, измеряют температуру молока, емкость конденсаторного датчика заполненного водой (x1), емкость датчика, заполненного разбавленным молоком (x2), вычисляют разность x1-x2, определяют по графику градуировки прибора содержание жира в молоке в % и вносят поправку на плотность.
Как показали испытания, погрешность высокочастотных жиромеров при исследовании одной и той же пробы молока составляет до 0,08%. Однако максимальные расхождения показаний прибора с результатами определения содержания жира химическими методами составляли до 0,17%.
6. Кондуктометрические жиромеры
Принцип их действия основан на зависимости электропроводности продукта от содержания в нем жира.
Типичная конструкция кондуктометрического жиромера состоит из измерительной ячейки, термометра и измерительного устройства. Измерительная ячейка представляет собой емкость, в которую вмонтирован двухэлектродный датчик и термометр.
Погрешность кондуктометрических жиромеров, получаемая при измерении содержания жира в молоке, слишком велика, поэтому их используют для определения жирности прочих молочных продуктов, но не молока.
Требования к измерению жирности молока:
Диапазон изменения относительного содержания жира в молоке составляет (0,10 — 6,5)% от массы продукта.
7. Химический метод
Чтобы определить содержание жира в молоке, освобождают жировые шарики от белковых оболочек. В качестве растворителя применяют концентрированную серную кислоту. Для более полного выделения освободившегося от оболочек жира употребляют изоамиловый спирт. При последующем центрифугировании смеси жир, как наиболее легкая составная часть, концентрируется в градуированной шкале стеклянного прибора — жиромера.
Если молоко исследуется вскоре после отбора, то его хорошо перемешивают, переворачивая до 6 раз закрытые бутылочки с пробами. При этом не допускают образования пены, которая приводит к неправильному отмериванию. Особенно тщательно подливают пробы долго стоявшего молока. Иногда их прогревают в воде, чтобы смыть жировой слой, приставший к стенкам бутылочки, а затем перемешивают.
В штатив устанавливают нужное количество пронумерованных жиромеров. Нумеруют жиромеры путем загибания вокруг шкалы жестяных пластинок с высеченными номерами.
В каждый жиромер отмеривают дозатором 10 мл серной кислоты. Потом отбирают пипеткой 10,78 мл (11 г) хорошо перемешанного молока. Осторожно, по стенке вливают молоко в жиромер. Во избежание преждевременного разогревания слой молока должен расположиться над слоем кислоты. При этом конец пипетки не должен касаться серной кислоты.
Отмеривают дозатором 1 мл изоамилового спирта, стараясь не смочить горлышко жиромера, что в последующем может привести к выскакиванию пробки.
Заполненные жиромеры закрывают резиновыми пробками и вставляют в центрифугу, привинчивают крышку центрифуги и центрифугируют 5 мин со скоростью около 1000 об/мин. По окончании центрифугирования жиромеры на 5 мин устанавливают пробками вниз в водяную баню при 65 °С.--PAGE_BREAK--
Вынув жиромер из бани и осушив его салфеткой, отсчитывают количество жира по шкале.
Важными показателями качества молока являются содержание сухого вещества, которое определяется с помощью сушильного шкафа, и количество сухого обезжиренного остатка (СОМО). Эти величины, кроме лабораторных анализов, можно определить расчетным путем. По количеству жира в сухом веществе молока можно судить о натуральности последнего. Если жира в сухом веществе молока окажется меньше 25%, такое молоко вызывает подозрение в его ненатуральности.
Часть 2. Контроль деталей по альтернативному признаку с использованием калибров
Дано: Номинальный размер и поля допусков отверстия и вала
/>.
Требуется: Определить предельные размеры отверстия и вала по ГОСТ 25 346-89, рассчитать исполнительные размеры калибров по ГОСТ 24 852-81 и ГОСТ 24 853-81. Выполнить эскизы калибров с обозначениями требований к рабочим поверхностям.
а) Рассчитаем предельные отклонения и размеры отверстия Æ22X7.
По таблице ГОСТ 25346-89 определяем величину допуска IT7=21мкм;
По таблице ГОСТ 25346-89 определяем величину основных отклонений:
/>мкм — нижнее отклонение;
/>мкм — основное отклонение.
Предельные размеры отверстия:
/>мм;
/>мм;
б) Рассчитаем предельные размеры вала Æ22h8.
По таблице ГОСТ 25346-89 определяем величину допуска />=33мкм;
По таблице ГОСТ 25346-89 определяем значение основных отклонений
/>мкм — основное отклонение;
/>мкм — нижнее отклонение.
Предельные размеры вала:
/>мм;
/>мм;
Расчёт предельных размеров деталей сопряжения
Диаметры
IT, мкм
ES(es), мкм
EI(ei), мкм
Dmin(dmin), мм
Dmax(dmax), мм
Æ22X7
21
-54
-75
21.925
21.946
Æ22h8
33
-33
21.967
22.000
в) Строим схему расположения полей допусков сопрягаемых деталей и рассчитываем предельные значения табличных зазоров(натягов).
/>мм;
/>мм;
Рис 2.1 Схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей.
г) Расчёт калибров для контроля деталей гладких цилиндрических сопряжений для посадки Æ22X7/h8.
Определяем предельные отклонения и размеры отверстия Æ22X7:
Dmax=21,946мм, Dmin=21.925мм;
По ГОСТ 24853-81 выбираем схемы расположения полей допусков калибров. Определяем численные значения H, Z, Y:
Z=3 мкм— отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для отверстия, относительно наименьшего предельного размера изделия.
Н=4 мкм — допуск на изготовление калибров для отверстия.
Y=3 мкм — допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия.
Определяем предельные размеры проходного и непроходного калибра для отверстия Æ22X7.
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
Схема полей допуска калибров пробок показана на рисунке 2.2.
Рис 2.2 Поля допуска калибров пробок.
Определяем предельные отклонения и размеры вала Æ22h8:
dmax=22.000мм; dmin=21.967мм.
По ГОСТ 24853-81 выбираем схемы расположения полей допусков калибров. Определяем численные значения H1, Z1, Y1, Нр:
Z1=5мкм— отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для вала, относительно наибольшего предельного размера изделия.
Н1=6мкм — допуск на изготовление калибров для вала.
Y1=4мкм — допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия.
Нр=2,5мкм — допуск на изготовление контркалибров для скобы.
Определяем предельные размеры проходного и непроходного калибра для вала Æ28h8.
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм;
/>мм.
Схема полей допуска калибров для контроля вала показана на рисунке 2.3
2.3 Поля допуска калибров для контроля вала
Определяем исполнительные размеры калибров и контркалибров:
1) калибры-пробки:
/>мм;
/>мм;
2) контркалибры:
/>мм;
/>мм;
/>мм;
3) калибры скобы:
/>мм;
/>мм;
Калибр пробка:
Калибр скоба:
/>
Часть 3. Анализ точечных диаграмм
Дано: точечные диаграммы результатов многократных измерений (каждый из рисунков две серии измерений одной ФВ).
Требуется: Для каждой серии определить наличие и характер (тенденцию) изменения результатов, провести аппроксимирующие линии и оценить все возможные количественные характеристики погрешностей измерений (общий размах результатов, размах случайных составляющих погрешности измерений, накопленную, систематическую составляющую и/или амплитуду систематической составляющей погрешности измерений.)
/>/>
Рассмотрим точечные диаграммы результатов многократных измерений одной физической величины различными методами (МВИ 1 и МВИ 2)
/>
В первом случае монотонная тенденция изменения результатов свидетельствует о наличии прогрессирующей систематической погрешности. Отклонение диаграммы от аппроксимирующей линии говорит также о наличие и случайной погрешности. На диаграмме показаны два значения рассеяния результатов — общий размах R’1, обусловленный комплексным влиянием систематической и случайной погрешностей, и свободный от прогрессирующих систематических погрешностей размах R1, вызванный случайными отклонениями результата от аппроксимирующей линии. Для определения значения размаха R1 через наиболее удаленные от аппроксимирующей линии вверх и вниз точки проведены две эквидистанты.
/>
Во втором случае имеется явно выраженная прогрессирующую тенденцию изменения результатов, что свидетельствует о наличии прогрессирующей систематической составляющей. Отклонение диаграммы от аппроксимирующей линии говорит также о наличие и случайной погрешности. На диаграмме показано значение рассеяния результатов R2, обусловленный комплексным влиянием систематической и случайной погрешностей. Для определения значения размаха R2 через наиболее удаленные от аппроксимирующей линии вверх и вниз точки проведены две эквидистанты.
В обеих сериях отсутствуют грубые погрешности измерений.
Сходимость, определяемая размахом результатов, в первой серии будет примерно равной второй. Сходимость первой серии измерений может быть повышена за счет исключения систематической погрешности, во второй серии также.
Часть 4. Анализ применяемых шкал в ходе выполнения задания
Требуется: Проанализировать ход и результаты выполнения предыдущих частей задания и описать примеры применения оценочных шкал всех видов, включая непосредственно использованные при выполнении задания и относящиеся к его отдельным элементам.
Шкала
Примеры использования
Наименований
Наименование калибров; погрешностей; наименований, размерности и единиц измеряемой ФВ.
Порядка
Шкалы разрядов образцовых средств измерений, условных классов точности приборов
Интервалов
Частотные интервалы гистограммы
Отношений
Значения предельных размеров, допусков, погрешностей.
Литература
1. ГОСТ 24853-81.
2. ГОСТ 25346-89.
3. ГОСТ 5867-92 «Молоко и молочные продукты. Методы определения жира».
4. www.elibrary.ru
5. www.1bm.ru