Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

AUTOMATION OF IDENTIFICATION OF ALCOHOLIC PRODUCTS

Belozerov Vl.V. 1 Tsarev A.M. 1
1 Don State Technical University
The subject of the study was the dosing and control of liquid pre-packaged products, for identification, to highlight counterfeit products. It is established that in the presence of a “container image” (volume, weight) and a “reference liquid image” (density, dynamic and kinematic viscosity, freezing temperature and viscosity index), it becomes possible to express-analyze packaged liquid products in containers without autopsy. The research methodology is based on the use of weighted electrometry of the packaged liquid product, without opening the container into which it is packaged. The novelty of the study lies in the development and application of a "cap-capacitive sensor", which closes containers with liquid packaged products. Such a solution allows, turning the container with liquid packaged products in the upper bottom and placing it on an electronic balance, connect, measure and calculate within a few seconds the correspondence of the indicated “images”.
packaged liquid
viscosity
conductometry
comparative analysis
capacitive sensor
emittance meter
density
volume
container
weight

И промышленные жидкие продукты (топлива, масла, охлаждающие жидкости и т.д.), и продуктово-бытовые жидкости (алкогольные и безалкогольные напитки, растительные масла, моющие и косметические средства и т.д.), помимо определения химических составов, идентифицируются по многим физико-химическим параметрам, например,

- по кинематической и динамической вязкости,

- по плотности и предельно-допустимым концентрациям,

- по температурам замерзания и вспышки/самовоспламенения,

- по шелочным или кислотным числам и токсичности,

- по сроку сохраняемости и стабильности,

- по гигроскопичности и растворяемости,

- по цвету, прозрачности и помутнению и др.

И промышленные жидкие продукты (ПЖП), и продуктово-бытовые жидкости (ПБЖ) реализуются, в основном, в различной таре (стеклянной, полимерной и т.д.), розлив в которую, как правило, осуществляют автоматизированные линии и установки [3-7].

Большинство производителей жидкой фасованной продукции практикуют её защиту подделки, пломбированием горлышек фасовочной тары (бутылок, канистр и т.д.). Тару и пробки видоизменяют, вводят разрушаемые фиксаторы и голографические наклейки и т.д. Однако, несмотря на все ухищрения, объемы контрафактной продукции не уменьшаются. Так на сегодняшний день до 30% всех моторных масел, реализуемых в России, являются поддельными, подделок охлаждающих жидкостей реализуется до 40%, тормозных жидкостей – до 50%! Аналогичная картина и с ПБЖ [3,4].

Существенным при этом является тот факт, что сертификация и экспертиза ПЖП и ПБЖ (на соответствие действующим техническим регламентам и стандартам) являются длительными и трудоемкими процессами, и они невозможны без вскрытия тары.

Именно поэтому, с точки зрения кардинального решения «проблемы контрафакта» алкогольной продукции, актуальным является адаптация метода весовой импедансной электрометрии (ВИЭМ), применение которого позволяет реализовать «сплошной входной экспресс-контроль» фасованных алкогольных напитков без вскрытия тары, чем защитить продавца и потребителя от подделки [1,2].

Как следует из метода ВИЭМ, измерения с помощью «вставляемого» сдвоенного коаксиального датчика двух емкостей (Сдн и Сдв) и двух тангенсов угла потерь (tgδ1,2), позволяют вычислить среднее значение относительной диэлектрической проницаемости (ε) алкогольного напитка, и при наличии данных эталона (τэ,ηэ), - определить динамическую вязкость образца (ηо), через вычисление его микроскопического (τо) и макроскопического времён релаксации (τ) [1]:

(1)

где Сон – емкость наружного датчика в воздухе, пФ; Сов – емкость внутреннего датчика в воздухе, пФ.

Как следует из результатов исследования [2], подделка достоверно «обнаруживается» по отклонениям: плотности при 15°С, - кинематических вязкостей при 40°С и при 100°С, индекса вязкости, температуры застывания, недолива/перелива.

Таким образом, для синтеза автоматизированной системы экспресс-контроля алкогольной продукции необходимо и достаточно сконструировать датчик-крышку тары, в которую он расфасовывается.

Емкость трубчатого (коаксиального) датчика (в пФ) (рис.1) определяется по формуле:

(2)

(а) – трубчатый, (б) – стержневой, (1 – образец, 2 – измерительный электрод, 3 – охранное кольцо)

Рисунок 1 - Система из 3-х электродов коаксиального или стержневого образца

В этом случае необходимо учитывать влияние охранных электродов, поэтому вместо длины измерительного электрода в расчет вводят сумму (+b), где b – зазор между измерительным и охранным электродами (м), и относительную диэлектрическую проницаемость рассчитывают по уравнению:

(3)

где -   толщина жидкости или стенки трубчатого образца (м); СХ – емкость с жидкостью или образцом (пФ);

- средний диаметр трубки (м).

В тех случаях, когда b>>h , искажением поля у краев электрода можно пренебречь (В=1), в противном случае, для учета этого искажения в трех электродной системе вводят поправочный коэффициент (В), в связи с чем, указанные формулы (2,3) принимают вид соответственно:

(4)

(5)

(6)

Относительную диэлектрическую проницаемость материала определяют как отношение емкости Сх конденсатора, в котором пространство между электродами заполнено испытуемым диэлектриком, к емкости С0 при таким же образом расположенных электродах в вакууме (воздухе):

(7)

Для реализации системы сплошного контроля жидкой фасованной продукции был изготовлен 3-х электродный коаксиальный датчик-крышка (рис.2).

Рисунок 2 - Емкостный 3-х электродный коаксиальный датчик-крышка

Из формулы (1) следует, что емкость наружной секции датчика (на воздухе и без охранного кольца) должна составить:

Сдн = 6,28*1,005* 8,85·10-12 *0,02/ln(0,019/0,013) = 2,94374E-12 Ф или 2,94 пФ,

а емкость внутренней секции датчика (между внутренней трубкой и стержнем –

Сдв = 6,28*1,005* 8,85·10-12 *0,013/ln(0,012/0,006) = 1,04758E-12 Ф или 1,05пФ.

Измерениями на частоте 1000 Гц зарегистрированы следующие значения - Сдн = 2,71 и Сдв = 1,07 пФ, а при калибровке в криобензоле - Сдн = 8,82 пФ, а Сдв = 3,15 пФ.

Тогда, применяя краевая емкость электродов составит:

Содн = (8,82 – 2,71)/(2,9 -1,0) = 3,22 пФ

Содв = (3,15 – 1,07)/(2,9 -1,0) = 1,09 пФ

Таким образом, получим результирующие формулы расчета относительной диэлектрической проницаемости алкогольного напитка «внешним и внутренним» датчиками:

ε = (Сизмдн – 2,71)/3,22 +1                                                                                     (8)

ε = (Сизмдв – 1,07)/1,09 +1                                                                                     (9)

Принимая во внимание результаты НИР, модель системы сплошного контроля алкогольной продукции можно представить (рис.3), как совокупность следующих подсистем [8,9]:

- подсистемы потребителей (реализаторов) фасованной алкогольной продукции (магазины, аптеки и т.д.), состоящей из переносного автоматизированного комплекса (ПАК) с соответствующим программным обеспечением, включающего в себя: ноутбук, измеритель иммитанса и электронные весы с контактной площадкой под различные крышки тары (со встроенными коаксиальными датчиками с выводами наружу), которыми закупоривают алкогольную продукцию;

Рисунок 3 Блок-схемы модели системы и ПАК

- подсистемы производителя алкогольной продукции, который для обеспечения качества и защиты выпускаемой продукции от подделки, разработал и применил крышку со встроенным в неё емкостным датчиком с выводами наружу, и, например, на своем сайте в Интернете размещает «электронные сертификаты» - «образы эталонов» выпускаемого алкоголя, которые «скачиваются» в ПАК;

- подсистемы муниципального надзора за качеством фасованной алкогольной продукции, которая реализуется с помощью ПАК сотрудниками соответствующих государственных и общественных структур.