电子振动多传感器
阅读说明：本技术 电子振动多传感器 (Electronic vibration multisensor ) 是由 谢尔盖·洛帕京 尤利娅·罗森海姆 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种在捣碎过程中用于确定和/或监测麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度的方法,包括如下方法步骤：-提供醪；-将醪加热至至少一个可预定的温度(T)；-确定醪的密度(ρ)；-确定醪中声速(v)；-查明在醪中麦芽糖糊精和麦芽糖的浓度；以及-查明在醪中麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度。(The invention relates to a method for determining and/or monitoring the concentration of maltodextrin and/or maltose during mashing, comprising the following method steps: -providing a mash; -heating the mash to at least one predeterminable temperature (T); -determining the density (p) of the mash; -determining the speed of sound (v) in the mash; -ascertaining the concentration of maltodextrin and maltose in the mash; and-ascertaining the concentration of maltodextrin and/or maltose in the mash.)
技术领域
本发明涉及在捣碎过程中用于确定和/或监测麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度的方法。可以例如借助于包括具有至少一个机械可振荡单元和至少一个压电元件的传感器单元的设备来执行该方法。
背景技术
为了可靠地监测复杂过程，需要同时了解大量不同的过程变量。这种过程的示例是捣碎过程，其被应用在例如啤酒的酿造中。
在这种情况下，通过示例，由谷物，尤其是大麦生产的麦芽粉在水中浸泡并加热。在该过程中，通过各种酶、物理和化学过程溶解麦芽的各种物质——诸如淀粉、蛋白质和均匀的细胞壁物质。例如，α-和β-淀粉酶将在麦芽粉中的不同的淀粉，尤其是直链淀粉和淀粉蛋白分离为麦芽糖、糊精和葡萄糖；相比之下，葡萄糖淀粉酶将D-麦芽糖分离成D-葡萄糖。
从根本上说，在捣碎的情况下，目标是设定温度，使得实现淀粉向麦芽糖的高度糖化。因此，处理通常在α-和β-淀粉酶的温度范围内。α-淀粉酶的最佳温度位于T<70℃，而β-淀粉酶的最佳温度位于T≈75℃，使得在两个工作步骤中，必须依序设定两个不同的温度，以实现最大可能程度的糖化。在许多情况下，经由测量折射率的折射计或经由手动碘测试，检查捣碎过程期间和结尾的溶性直链淀粉糖的存在。在这种情况下，通常，糖化所需的时间是经验上的和不适应实际发生。希望能够精确地确定各个工作步骤的时间段。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在捣碎(mashing)过程中监测发生了多少糖化(saccharification)的容易的方式。
该目的通过在捣碎过程中用于确定和/或监测麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度的方法来实现，该方法包括如下方法步骤：
-提供醪(mash)，
-将所述醪加热到至少一个预定的温度，
-确定所述醪的密度，
-确定在所述醪中的声速，
-查明在所述醪中麦芽糖糊精和麦芽糖的浓度，以及
-查明在所述醪中麦芽糖糊精和/或麦芽糖的所述浓度。
有利地，可以基于密度和声速来确定从麦芽糖糊精到麦芽糖的转化程度。通过继续确定醪中麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度，可以精确确定所用醪的糖化的时间长度。以这种方式，可以优化植物可用性以及捣碎所需的能量以及维持醪温度所需的蒸汽量。
在该方法的实施例中，确定醪的温度。两个变量，即密度和声速，是温度相关的。
因此有利地，在确定密度和/或声速时考虑温度的影响。尤其，可以补偿温度的影响。以这种方式，可以更可靠地确定麦芽糖和/或麦芽糖糊精的浓度。
在附加实施例中，基于密度查明醪中的麦芽糖糊精和麦芽糖的总和的浓度。密度提供了关于醪中的麦芽糖糊精和麦芽糖的总和的浓度，尤其是重量浓度的信息。以这种方式，可以查明醪中两种物质的总浓度。
在该方法的另一实施例中，基于醪中的声速来查明麦芽糖糊精和麦芽糖的比率。醪中声速取决于从麦芽糖糊精转化为麦芽糖的转化程度。
在这种情况下，有利地基于该比率确定麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度。
此外，有利的是，将醪中的声速的至少一个值与至少一个基准值或与作为麦芽糖糊精和/或麦芽糖的浓度的函数的麦芽糖糊精和/或麦芽糖的声速的特性线的值进行比较。
在该方法的尤其优选的实施例中
-借助于激励信号激发传感器单元以执行机械振荡，
-由传感器单元接收机械振荡并将其转换成第一接收信号，
-从传感器单元发送发送的信号且由传感器单元接收第二接收信号，以及
-基于第一接收信号查明密度，并且基于第二接收信号查明声速。
适于执行本发明方法的设备例如是电子振动传感器。电子振动传感器广泛用于工艺和/或自动化技术。在填充水平测量设备的情况下，这具有至少一个机械可振荡单元，诸如例如振荡叉，单齿或膜。在借助于驱动/接收单元的操作期间经常以机电换能器单元的形式对其进行激励，使得执行机械振荡。机电换能器单元又可以是例如压电驱动器或电磁驱动器。对应的现场设备例如在商标LIQUIPHANT和SOLIPHANT下由申请人以各种各样的品种生产和销售。原则上，基本的测量原理是从大量出版物知道的。驱动/接收单元借助于电激励信号激励机械可振荡单元，使得执行机械振荡。相反，驱动/接收单元可以接收机械可振荡单元的机械振荡并将它们转换成电气接收信号。驱动/接收单元相应地是单独的驱动单元和单独的接收单元或组合的驱动/接收单元。为了激励机械可振荡单元，使得执行机械振荡，现有技术提供大量不同的解决方案，包括模拟以及也是数字方法，诸如在例如DE102006034105A1、DE10200501554A1、DE10200501554A1中、DE102009026685A1、DE10200902802A1、DE102010030982A1或DE00102010030982A1中所述。
也通过频率ω、幅度A和/或相位Φ来表征激励信号以及接收信号。相应地，通常考虑这些变量的变化以确定特定的过程变量。过程变量可以是例如填充水平、预定填充水平或介质的密度或粘度以及其流量。在用于液体的电子振动极限水平开关的情况下，例如，区别可振荡单元是否被液体或自由振荡覆盖。在这种情况下，例如基于不同的谐振频率，因此基于频移区别这两个状态，自由状态和覆盖状态。当介质覆盖可振荡单元时，又可以用这种测量设备确定密度和/或粘度。结合确定密度和/或粘度，在现有技术中描述了同样的不同的选择，诸如例如在DE10050299A1、DE1020070438A1、DE10057974A1、DE102006033819A1、DE102015102834A1或DE102016112743A1中公开的那些。
此外，从德国专利申请No.102018127526.9中已知(在本申请的最早提交日期时未公布)已知电子振动多传感器，借助于其，电子振动测量原理以及超声波、测量原理也可以用于确定和/或监测一个或多个过程变量。用这种传感器，可以查明密度以及声速。如果传感器补充地包括温度传感器，则还可以借助于相同的测量设备确定醪的温度。在本发明的上下文中对本专利申请进行了综合参考。
然而，注意到，在其他实施例中，还可以至少部分地由不同的测量设备确定各个过程变量。例如，单独的温度传感器可用于确定温度。并且，可以彼此独立地查明密度和声速。
附图说明
现在将基于附图更详细地解释本发明，附图的图如下示出：
图1是根据现有技术的电子振动传感器的示意图；
图2是在适用于执行本发明方法的传感器单元的现有技术中本身已知的两个可能的实施例；以及
图3是本发明方法的可能实施例的视图。
在图中，向相同的元件提供了相同的附图标记。
具体实施方式
在不打算限制本发明的一般适用性的情况下，以下描述涉及其中电子振动传感器1用于执行本发明的方法的情况。
图1示出了具有传感器单元2的电子振动传感器1。传感器具有以振荡叉形式的机械可振荡单元4，其部分地浸入位于容器3中的介质M中。可振荡单元4借助于激励器/接收单元5被激励，使得可振荡单元4执行机械振荡，并且可以是例如压电堆叠或双晶片驱动器。其他电子振动传感器使用例如电磁驱动/接收单元5。可以使用单个驱动/接收单元5，其用于激励机械振荡以及用于机械振荡的检测。同样，它是实现单独的驱动单元和单独的接收单元的选项。图1还示出了电子单元6，借助于该电子单元6发生信号配准的评估和/或馈送。
通过示例，在图2a中示出了两个不同的传感器单元2，其尤其适用于执行本发明的方法。机械可振荡单元4包括施加在基座8上的两个振荡元件9a、9b，其也称为叉齿。此外，可选地，在每种情况下，可以在两个振荡元件9a、9b的端部形成桨叶(未示出)。在每种情况下，在两个振荡元件9a、9b中提供了尤其是袋状的中空空间10a、10b，其中，在每种情况下，布置了驱动/接收单元5的至少一个压电元件11a、11b。优选地，在中空空间10a和10b内浇铸压电元件11a和11b。在这种情况下，中空空间10a、10b可以被建立使得两个压电元件11a、11b完全或部分地定位在两个振荡元件9a、9b的区域中。在DE102012100728A1中长篇描述了这种布置以及类似的布置。
传感器单元2的可能实施例的另一示例如图2b所示。这种情况下的机械可振荡单元4包括两个平行的、杆状的振荡元件9a、9b，其被安装在盘形元件12上并且可以彼此分开地被激励以执行机械振荡，并且在这种情况下同样可以彼此分开地接收和评估振荡。在每种情况下，两个振荡元件9a和9b具有中空空间10a和10b，在每种情况下，至少一个压电元件11a、11b布置在中空空间10a和10b中的面向盘形元件12的区域中。关于图2b的实施例，进一步继而参考德国专利申请No.102017130527.0，其在本申请的最早提交日期时未公布。
如图2b中示意性所示，根据本发明，传感器单元2一方面被提供激励信号A，使得可振荡单元4被激励以使得执行机械振荡。在这种情况下，借助于两个压电元件11a和11b产生振荡。可以向两个压电元件提供相同的激励信号A，或者可以向第一振荡元件11a提供第一激励信号A1并向第二振荡元件11b提供第二激励信号A2。同样，选项是基于机械振荡接收第一接收信号EA，或者从振荡元件9a、9b的每个接收分开的接收信号EA1、EA2。
此外，从第一压电元件11a发送的是发送的信号S，其由第二压电元件11b以第二接收信号RS的形式接收。由于两个压电元件11a和11b被至少布置在振荡元件9a和9b的区域中，所以当传感器单元2与介质M接触并且相应地受到介质M的性质影响时，发送的信号S通过介质M。优选地，发送的信号S是——尤其是脉冲的——超声波信号，尤其是至少一个超声波脉冲。同样，也是来自第一压电元件11a的发送的信号S在第一振荡元件9a的区域中发送并在第二振荡元件9b上反射的一种选项。在这种情况下，第二接收信号ES由第一压电元件11a接收。在这种情况下，发送的信号S通过介质M两次，这导致发送的信号S的行进时间τ的加倍，以及参考声速的确定的测量的精度的增加。
第一EA接收信号和第二ES接收信号由不同的测量方法产生，并且可以相对于不同的过程变量P1和P2——在当前情况下，密度ρ和声速v——来独立于彼此地被评估。
最后，通过在图3中示例示出了本发明的方法的实施例。
图3a示出了密度ρ，且图3b示出了在每种情况下作为浓度C的函数的、在不同温度T的醪中的麦芽糖和糊精的声速v。醪的密度ρ是醪中麦芽糖和糊精的总浓度的测量。然而，密度ρ独立于转换程度。然而，对于声速v，这并没有成立。在这里，存在对麦芽糖和糊精的比率的明显依赖。
此外，密度ρ和声速v是温度相关的。因此，额外地确定醪的温度T是有利的。
例如，可以基于以下公式确定在应用图2中所示的电子振动传感器1的情况下的密度ρ：
在这种情况下，FMed是介质M中的可振荡单元4的振荡频率，F0是真空或空气中的可振荡单元4的参考频率，并且S描述了传感器单元2的灵敏度。可以基于第一接收信号RE直接确定在介质M中的可振荡单元4的振荡频率FMed。
继而可以根据下面的公式从第一11a压电元件和第二11b压电元件(用作发送单元和接收单元)和从第一11a向第二压电元件11b发送的信号S的行进时间τ之间的分离L来查明介质M的声速v：
为了执行本发明的方法的通过示例在此示出的实施例，基于密度ρ和温度T查明醪中麦芽糖和糊精的总浓度。然后，确定声速的值，且将其与图3c所示的特征线进行比较。该特征线在这里通过示例示出作为转化程度U的函数、因此作为用于12°P的柏拉图的浓度的在醪中的麦芽糖和糊精的比率的函数的、在醪中的声速v。因此，作为总浓度和温度的函数来选择被考虑用于比较的特征线。
附图标记列表
1 电子振动传感器
2 传感器单元
3 容器
4 可振荡单元
5 驱动/接收单元
6 电子单元
8 基座
9a、9b 振荡元件
10a、10b 中空空间
11a、11b 压电元件
12 盘形元件
M 介质
P1-P2 过程变量
A 激励信号
S 发送的信号
EA 第一接收信号
ES 第二接收信号
ΔΦ 预先确定相移
ρ 介质的密度
V 声速
τ 行进时间
T 温度