سنسورهای دما در صنایع غذایی

انواع سنسورهای دما در صنایع غذایی کدامند؟ کاربردهای سنسورهای دما در صنایع غذایی چیست؟ در بسیاری‌از فرآیندها در صنعت غذا، کنترل دما به‌شدت اهمیت دارد. برای مثال در بیوراکتورها و فرمانتورها، کوره‌ها، واکنش‌های شیمیایی، کندانسور، خشک‌کن، اکسترودر و فرآیندهای کریستالیزاسیون باید دما را کنترل کرد. از این‌رو استفاده از سنسورهای دما در صنایع غذایی بسیار کاربرد دارد و به ما در کنترل دما کمک می‌کند. در این پست از علم فود قصد داریم این سنسورهای دمایی را بررسی کنیم. با علم فود همراه باشید.

 

 

مفهوم دما

به میانگین انرژی جنبشی ذرات یک جسم دما گفته می‌شود. به‌عبارت دیگر به وسیله دما، میزان فعالیت مولکول‌های داخلی یک ماده اندازه‌گیری می‌شود. بنابراین با افزایش سطح فعالیت مولکول‌ها،دمای ماده نیز افزایش می‌یابد. در واقع سردی و گرمی مفاهیم و توصیف کیفی از تغییر فعالیت مولکول‌ها در یک ماده می‌باشد. گاهی‌اوقات دما مهم‌ترین پارامتر اندازه‌گیری در مورد یک محصول می‌باشد. استفاده از سنسورهای دما در صنایع غذایی و اندازه‌گیری دما نه‌تنها برای کنترل کیفیت مواد غذایی بلکه برای نظارت بر روی تجهیزات در صنعت غذا قابل اهمیت است.

 

سنسورهای دما

نیاز فرآیندهای صنعتی به راه‌های ثابت و دقیق برای اندازه‌گیری دما منجربه اختراع وسیله‌های اندازه‌گیری دما یا همان حسگرهای دمایی شد. برای اندازه‌گیری دما در هر دامنه‌‌‌ی دمایی به وسیله سنسورهای دما در صنایع غذایی ، روش‌های خاصی معرفی شده است:

• دماهای بسیار پایین :استفاده از فشار گازی مانند گازهلیوم
• دماهای بالاتر : برای مثال در کوره‌ها – استفاده از حسگرهای مقاومتی پلاتینی
• دماهای خیلی بالاتر: استفاده از روش های تابشی – زیرا در این دماها، دماسنج قدرت اندازه‌گیری دما را از دست می‌دهد.

سنسورهای دما در صنایع غذایی باید دارای ساختار محکم و مقاوم دربرابر شرایط محیط و فراآیند باشند. این سنسورها در طول فرایند ممکن است درمعرض دما و فشار بالا و یا حتی لرزش‌های شدید قرار بگیرند. بنابراین برای ساخت آن‌ها از فلزات خاصی استفاده می‌شود.

 

انواع سنسورهای دما در صنایع غذایی

1.ترمیستورها( Thermistors) :

این سنسورها از نوع حسگرهای نیمه‌رسانا هستند.

2.پیرومترهای مادون قرمز(infrared pyrometers):

این نوع سنسورها در اندازه‌گیری‌های غیرتماسی کاربرد دارد.

3.سیستم‌های فیبرنوری (Fiber Optic):

این نوع سنسورها بیشتر در شرایط وجود آلودگی یا حضور امواج الکترومغناطیسی در محیط استفاده می‌شوند.

4.حسگرهای مقاومتی (Resistance temperature detector):

این دسته از سنسورها که به اختصار RTD نیز گفته می‌شوند، دارای بالاترین صحت اندازه‌گیری نسبت به سایر بیوسنسورها می‌باشند.

5.ترموکوپل‌ها(Thermocouples) :

این دسته از پرکاربردترین بیوسنسورهای دمایی در صنعت غذا می‌باشد.

6. حسگرهای بی متال:

حسگرهای بی متال از اولین سنسورهای دمایی مورد استفاده در صنعت است.

7.ترمومترها:

برای کار آزمایشگاهی استفاده میشوند.

 

بررسی سنسورهای دما در صنعت غذا

حسگرهای بی متال

یکی از سنسورهای دما در صنایع غذایی، حسگرهای بی متال هستند. در این حسگرها، 2 فلز از دو جنس نتفاوت به یکدیگر متصل میشوند. ضریب انبساط دو فلز متفاوت است. وقتی حسگر بی متال حرارت داده میشود، به سمتی خم میشود که فلز دارای ضریب انبساط کمتری است. این سنسورهای دمایی در مکان هایی استفاده میشود که دارای سیستم هشدار آتش نشانی هستند. از آنجایی که صنایع بزرگ به ویژه صنعت غذا مجهز به این سیستم ها هستند، از حسگر های بی متال می توان به عنوان یکی از سنسورهای دما در صنعت استفاده کرد.

حسگرهای بی متال ، برای دمای خاصی از قبل تنظیم میشوند تا در آن دما واکنش نشان دهند. این حسگر ها در دو محدوده دمایی زیر استفاده میشوند:

1. دمای پایین:  -70 تا  50+ درجه سلسیوس
2. دمای بالا: 100 تا 500 درجه سلسیوس

مزیت های حسگرهای بی متال:

• ارزان
• عدم نیاز به منبع انرژی بیرونی
• همیشه آماده به کار
• احتمال شکستن کمتر

عیب حسگرهای بی متال:

دارای دقت محدودی هستند و به صورت تقریبی دما را نشان میدهد.

ترمومترها

این گروه از سنسورهای دما در صنایع غذایی بیشتر برای کار آزمایشگاهی استفاده میشوند. به دلیل اینکه جنس آنها از شیشه است و داخل آنها از جیوه و الکل پر میباشد. اما اگر قصد استفاده از آن را در صنعت داریم باید داخل یک حفاظ قرار بگیرد. مزایای استفاده از این ترمومترها به صورت زیر است:

• دقیق بودن این ابزارها
• قابلیت قرارگیری روی اتوکلاو و پاستوریزاتور (البته با حفاظ)
• عدم نیاز به منبع تغذیه

عیب ترمومترها : یکی از اشکالات ترمومترها این است که نمی توانند جزء ساختار کنترل باشند یعنی نمیتوانند سیگنالی تولید کنند که قابل ثبت کردن باشد و فقط برای اندازه گیری محلی استفاده میشود.

ترموکوپل

ازآنجایی که ترموکوپل‌ها از پرکاربردترین سنسورهای دما در صنایع غذایی می‌باشند به شرح مختصر و ویژگی‌ها آن در این قسمت می‌پردازیم.

ساختار ترموکوپل

یک ترموکوپل از دوفلز با جنس‌های متفاوت ساخته شده‌است. به هر کدام از این فلزات یک ترموالمنت گفته می‌شود. این دو فلز از یک انتها به وصل می‌باشند و از انتهای دیگر به یک ولت‌متر وصل هستند. جریان الکتریسیته از ولتمتر عبور نمی‌کند و درنتیجه وجود ولتمتر از عبور جریان جلوگیری می‌کند و تنها میزان جریان را اندازه‌گیری می‌نماید.

این باعث می‌شود که بارالکتریکی به صورت مداوم در انتهای یک فلز جمع شود و در دیگری تخلیه گردد. این جریان باعث ایجاد یک اختلاف پتانسیل در دوانتهای فلزات می‌شود. نتیجه این فرآیند این است‌که متناسب با اختلاف پتانسیل ایجاد شده، اختلاف دما نیز ایجاد می‌گردد و در نتیجه می‌توان به کمک ترموکوپل دما را اندازه‌گیری نمود. در شکل زیر ساختمان ساده‌ای از یک ترموکوپل را مشاهده می‌کنید.

یکی از بخش های مهم یک سیستم اندازه گیری ترموکوپل و سایر سیستم ها استفاده از چاهک حرارتی است. چاهک حرارتی یک لوله با انتهای بسته است که ترموکوپل در آن قرار میگیرد. استفاده از چاهک حرارتی برای زمانی که ترموکوپل خراب شد، زیرا میتوان به راحتی از چاهک حرارتی خارج کرد و دیگر هیچ تاثیری بر روی جریان سیال نخواهد داشت. همچنین از ترموکوپل محافظت میکند و نمیگذارد که آسیب حرارتی ببیند.

ویژگی‌های ترموکوپل‌ها

• الکتریسیته ایجاد شده درون آن‌ها تابع دما است

• اگر دو سیم با جنس متفاوت را به‌هم متصل کنیم به راحتی می‌توانیم یک ترموکوپل بسازیم( دانستن جنس سیم‌ها برای اینکه بدانیم در چه دامنه دمایی فعالیت می کنند اهمیت دارد)

• اگر ازآنها در یک محیط خورنده مثلا در یک محیط اسیدی و یا به‌صورت طولانی مدت استفاده کنیم، باید آن‌ها را درون پوشش قرار دهیم.

• نسبت به حسگرهای مقاومتی، ارزانتر هستند و دارای دقت کمتری می‌باشند( برای دستگاه‌هایی که می خواهیم، دما را به ما دقیق نشان دهند از حسگرهای مقاومتی استفاده می کنیم)

• هر کدوم از سنسورهای دما در صنایع غذایی در طی فعالیت خودشان، سیگنال‌هایی را تولید می‌کنند. سیگنال‌های تولید شده توسط ترموکوپل‌ها نسبت به سایر ابزارها ضعیف‌تر می‌باشد. به همین دلیل‌ممکن است به امواج مزاحم حساس باشند. برای مثال وجود یک سیگنال ساده الکتریکی در محیط می‌تواند سیگنال‌های تولیدشده توسط ترموکوپل را از بین ببرد و در کار آن‌ها اختلال ایجاد کند. البته راه حل آن نیز این می‌باشد که کابل ترموکوپل را داخل شیلدهایی از جنس فلز قرار دهیم تا سیگنال‌های مزاحم اختلال ایجاد نکنند.

 

اشکال مختلف استفاده از ترموکوپل

1. چسباندن به یک سطح (البته باید توجه شود که خود چسب هم مقاومت حرارتی دارد)
2. اتصال ترموکوپل به وسیله یک صفحه فلزی به یک سطح
3.  اتصال به سطح به وسیله خمیر رسانا

 

حسگرهای مقاومتی ( RTD)

یکی دیگر از سنسورهای دما در صنایع غذایی، حسگرهای مقاومتی یا Resistance Tempreture Detector هستند. این حسگرها به طور معمول از تغییر مقاومت یک مولکول یا یک عنصر برای اندازه گیری دما استفاده میکند. در مورد حسگرهای مقاومتی، میتوان از پلاتین برای اندازه گیری های دقیق در بازه 260- تا 1000 درجه سلسیسوس استفاده کرد. pt-100 نوعی از حسگرهای مقاومتی از جنس پلاتین هستند که در دمای 0 درجه سلسیوس، 100 اهم مقاومت دارد.

 

 

درمورد سنسورهای فشار در صنایع غذایی در علم فود بخوانید.

 

دوره آموزشی متخصص آزمایشگاه مواد غذایی

 

دوست عزیز علم فودی اگر می خوای از دوره های تخصصی که علم فود برگزار میکنه باخبر بشی و کلی مطلب علمی در زمینه صنایع غذایی یاد بگیری علم فود رو در اینستاگرام هم دنبال کن (کافیه روی عکس زیر کلیک کنی تا وارد پیج علم فود بشی):

علم فود