CN115243558A - 运用密度计量学对饮料批量制备进行实时质量监测 - Google Patents

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Abstract

本公开的各方面包括一种根据批量流程制备批料的方法，该方法包括：将成分添加到水中以形成批料；混合批料；使用在线密度装置实时测量批料的驱动增益；监测驱动增益的幅值变化；将驱动增益的幅值变化与预先确定的阈值进行比较；以及基于驱动增益的幅值变化，提供批料为均匀分散或完全溶解的指示。本公开的其他方面涉及一种用于检测混合物的均质性的方法和一种确定批料混合程度的方法。

Description

运用密度计量学对饮料批量制备进行实时质量监测
背景技术
技术领域
本公开所述的实施方案整体涉及一种批量制备饮料的流程，包括实时测量该批量流程的特性。
发明内容
本公开的各方面包括一种用于跟踪根据批量流程制备的饮料的质量的方法。该批量流程可包括将多种成分添加到水中以形成批料。可添加第一成分，然后可混合批料直至第一成分完全混合，然后可添加第二成分，并且可混合批料直至第二成分完全混合。另外，该方法可包括使用在线密度装置来实时测量批料的密度，监测批料的密度变化，基于密度变化来检测相对于批量流程的偏差，以及实时校正任何检测到的相对于批量流程的偏差。该方法也可包括将密度测量结果与标准饮料配方进行比较，并且将密度测量结果与标准饮料配方进行匹配。
在本公开的其他方面，一种检测饮料批量制备流程中的不均匀性的方法可包括：混合成分以形成批料，实时测量批料的驱动增益，监测驱动增益的变化，基于驱动增益的变化来检测批料中的不均匀性，以及实时校正任何检测到的相对于批量流程的不均匀性。
在本公开的其他方面，一种用于跟踪饮料批量制备流程中成分添加的方法可包括：根据配方将各成分依次添加到水中以形成批料，使用在线密度装置实时测量批料的密度，将每种成分添加到批料中后监测批料的密度变化，检测相对于标准配方的偏差，以及实时校正任何检测到的相对于批量流程的偏差。
在本公开的其他方面中，一种根据批量流程制备批料的方法可包括：将第一成分添加到水中以形成批料，混合批料，使用在线密度装置测量批料的驱动增益，监测驱动增益的幅值变化，将驱动增益的幅值变化与预先确定的阈值进行比较，以及基于驱动增益的幅值变化，提供批料为均匀分散或完全溶解的指示，其中，直到提供指示为止，混合继续。
在本公开的其他方面中，一种用于检测混合物的均质性的方法可包括：将成分添加到水中以形成混合物，使用在线密度装置测量混合物的驱动增益幅值，监测驱动增益的幅值变化，将驱动增益的幅值变化与预先确定的阈值进行比较，以及基于比较步骤确定混合物是否完全溶解或均匀溶解。
在本公开的其他方面中，一种确定批料混合程度的方法包括：将第一成分添加到水中以形成批料，将第二成分添加到批料，混合批料，使用在线密度装置实时测量批料的驱动增益幅值、监测驱动增益的幅值变化，将变化与对应于均匀溶解的混合物的第一标准参考和对应于完全溶解的混合物的第二标准参考进行比较，以及基于比较步骤提供混合程度的指示。
附图说明
图1示出了具有附接到再循环回路的在线密度装置的示例性饮料形成批量流程系统。
图2A示出了示例性在线密度装置。
图2B示出了图2A的在线密度装置的底视图。
图2C示出了图2A的在线密度装置的底视图，该装置由于流体流经该装置而正在振荡。
图3示出了基于来自在线密度装置的读数而产生的示例性曲线图。
图4A示出了管的横截面，其中单相流体流经该管。
图4B示出了管的横截面，其中双相流经该管。
图5示出了示例性批料的分离比与密度比的图表。
图6示出了另一个示例性批料随时间推移的密度测量结果和驱动增益测量结果。
图7示出了另一个示例性批料随时间推移的密度测量结果和驱动增益测量结果。
图8示出了图7所示批料在另一个特定时间范围的更详细的密度测量结果和驱动增益测量结果。
图9示出了图6所示批料的密度与图7所示批料的密度的并列比较。
图10示出了在线密度装置与离线密度装置所完成的密度测量结果的比较。
图11示出了表示在线密度装置与离线密度装置之间的测量结果差异的数据点。
图12示出了表示与各样本驱动增益幅值变化相关的数据的置信区间的数据点。
图13示出了与各样本的驱动增益相关的数据的框绘图。
具体实施方式
许多预包装饮料使用遵循复杂配方的批量流程进行工业制备。例如，配方可提供说明，用以将多种成分一个接一个地以不同量添加到一大罐水中，并且以确保在添加另一种成分之前每种成分完全混合或已经过足够长的时间。这些配方通常需要大量成分，包括具有不同粘度的液体或固体(例如粉末)，每种成分均可以不同速率溶解。通常，这些成分由操作员手动添加，操作员目视确定成分是否完全混合。这些饮料配料或配方通常非常复杂并且包含难以溶解的固体。这使得在线监测产品质量尤其具有挑战性。
依靠手动添加成分和目视检查混合物，这在批量流程中留下了潜在的误差空间。例如，操作员可能添加错误量的成分，使批料中完全不含一种成分，或在成分完全混合之前过早地进行下一步或完成批料。在混合成分时，难以跟踪和定量所添加的成分量和混合质量。而且难以确定成分是否为未溶解、均匀分散或已完全溶解。因此，通常需要在此流程完成之后对批料进行分析，以确保其符合标准。
然而，批料一旦完成，校正任何错误可能代价较高并且有时是不可能的，并且在一些情况下，必须丢弃整批批料。这导致时间、资金和材料的浪费。除这些潜在的操作员误差之外，每个单独的饮料制备设施还可能使用来自不同供应商的不同设备和变化质量的输入，从而潜在地导致不同的批料质量，或需要对特定于设施的质量控制措施。因此，批料在线分析可有助于测量并跟踪批量流程期间添加的成分，并且促进各种制造设施得到一致的批料质量。在线分析也可有助于确定批料的成分是否为未溶解、均匀分散或已完全溶解。
可使用在线密度装置来实时监测批料特性，以便能够实时校正或完全避免误差。在线密度装置可包括诸如流量计和密度计等部件，其可用于持续测量密度、流速和其他特性，以推断出批料中的成分浓度。与使用批料离线分析的现有分析方法不同，在线密度装置可用于在添加成分之时对批料进行持续监测和定量。该装置和方法也可用于识别可用来确定每种饮料配方特有的特定标准的批料特性。通过持续测量批料的特性，在线密度装置可有助于针对理想的“黄金标准”批料(例如目标配方)特性进行批料评估，并且实时作出调节以避免如混合不充分或批料质量不一的问题，或其他问题。
图1示出了用于制备饮料的示例性批量系统50。批量系统50可包括混合槽55、成分入口60、出口70、批料80和再循环回路90。成分沿箭头65的方向通过成分入口60流入混合槽55。处于混合槽55中后，成分被混合以形成批料80，该批料持续流经再循环回路90。随着批料80流经再循环回路90，在线密度装置100测量批料80的密度和质量流速。批料80完成后，批料80即可沿箭头75的方向通过出口70流出混合槽55，以便进一步加工(例如，包装到瓶子或其他容器中)。
成分可通过成分入口60A或通过在混合槽55顶部上方(例如，沿箭头60B的方向)倒入而手动添加到混合槽55中。在批料于混合槽55中混合好并且通过出口70离开之后，现有方法监测批料质量。这些方法用实验室设备进行离线测试。这些方法不能在批料形成流程中实时或持续测量批料质量。相比之下，使用再循环回路90和在线密度装置100，可实时测量批料80的密度。在加工批料80时，在线密度装置100可持续测量批料80的密度，并且所返回的测量结果可用于确定批料80的质量，包括批料80是否符合标准配方以及成分是否完全混合到批料80中。在线密度装置100可提供与离线密度装置一样精确的密度测量结果，或误差幅度很小。在一些实施方案中，在线密度装置提供误差幅度在0.001％、0.005％、0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.5％、1％或5％内的测量结果。
图2A至图2C示出了示例性在线密度装置100。在一些实施方案中，在线密度装置100为Coriolis密度计。图2B和图2C示出了图2A的在线密度装置100的底视图。在线密度装置100包括管110(例如，再循环回路90的一部分)、第一流管120和第二流管130。为了使用在线密度装置100测量密度和质量流速，批料进入第一流管120和第二流管130。流管120和130中的每者可具有磁体与线圈组件115，并且随着批料穿过流管120和130，可引发Coriolis力，这导致流管120和130彼此对抗地扭曲。Coriolis密度计配备有传感器，传感器可测量流管120和130的扭曲度并且直接测量密度和质量流速。
图2A和图2B示出了在没有任何流体流经在线密度装置100的情况下流管120和130的位置。图2C示出了在有流体流经在线密度装置100的情况下流管120和130的示例性位置。流体沿箭头105的方向流经在线密度装置100。流管120和130在流体流经这些管时均振荡，并且料团流经这些管的速率影响这些管的振荡。随着流体流经管120和130，磁体与线圈组件产生正弦波形式的电压。另外，当系统中存在气泡和未分散的粉末时，密度计(诸如Coriolis密度计)记录密度的峰值。这是由于流体在管内部的重心位置的变化，也称为“驱动增益”。当系统中存在两个相(例如，固相和液相)时，驱动增益显示出较小但可检出的峰值。
驱动增益的响应取决于固体与液体的分离情况。该现象可用作对混合物中的不均匀性或者粘度或产品微观结构的变化的另一指示。
另外，已知流体中存在气泡和颗粒会导致测量结果误差，这称为分离或多相误差。分离是指在管振荡方向上密度不同的两种成分之间的相对运动，管振荡方向垂直于体相流体流向。
图3示出了在线密度装置100的测量结果的示例性输出。线条300示出了批料随时间推移的密度，并且线条400示出了批料随时间推移的驱动增益。如图3所示，密度在每次添加成分时出现峰值，显示为峰301、302和303，并且以更高值趋于平稳。类似地，驱动增益在每次添加成分时出现峰值，显示为峰401、402和403。在出现峰值之后，线条400示出了驱动增益回降至在添加成分之前的值。这种回降至较低值指示，添加的成分已充分混合到批料80中，使得批料80是均质的。
图4A示出了流经第一流管120的单相，即第一相140。图4B示出了流经第一流管120的双相，即第一相140和第二相142。第一相140可为液体(例如，批料80的均质部分)，并且第二相142可为固体(例如，尚未充分混合到批料80中的新引入成分。应当理解，两个以上的相是可能的，并且类似的流动发生在第二流管130中。当存在一个相时，圆144所示的重心位于第一流管120的中心，如图4A所示。如图4B所示，圆144所示的重心不再处于第一流管120的中心，这可导致流体质量看起来比实际轻。Ap/Af之比，即颗粒幅值(Ap)与流体幅值(Af)之比，为分离比。线条152表示Af，并且线条154表示Ap。
图5示出了各种固体的分离结果。y轴为分离比(Ap/Af)，并且x轴为密度比(流体密度/颗粒密度)。分离比为1指示流体重心和管重心同步移动。分离比高于或低于1指示存在偏移于质心的颗粒。当分离比接近1时，密度测量结果误差最小。
批料质量
使用在线密度装置，诸如上述装置，可以测量并跟踪批量流程的某些特性，这可实现批料质量的随时确定。例如，在一些实施方案中，“理想”批料可按批量流程制备(即，“目标配方”、“标准化流程”、“标准饮料配方”或“金标准”)。在“理想”批料的制备期间，在线密度装置可持续跟踪并实时监测批料的密度和驱动增益。在批量流程期间或在批料完成之后，在线密度装置可提供目标配方数据，诸如图6至图10所示的目标配方数据。此目标配方数据可提供用于再生相同“理想”批料的标准化参考。
使用此标准化流程，可以为批料中的误差设置某些参数或公差(例如，合格/不合格标准)。如果在线密度装置检测到密度水平处于参数或公差内，则该批料“合格”。如果在线密度装置检测到密度水平在参数或公差之外，则该批料“不合格”，并且在线密度装置可提供该批料已偏离标准化流程的警示或通知。例如，在一些实施方案中，如果在线密度装置检测到密度水平偏离于预期值超过1％，则装置可提供警示。在一些实施方案中，如果在线密度装置检测到密度水平偏差超过1％、5％、10％或15％，则装置将提供警示。
另外，在线密度装置100可与软件通信，该软件测量驱动增益、测量密度、实时监测批料的密度变化，并且检测密度相对于目标配方的偏差。软件也可基于上文所讨论的公差来提供警示。如果检测到相对于目标配方的偏差，则软件可自动提供警示。例如，如果软件检测到相对于目标配方的偏差为至少1％，则软件可提供警示。在以下情况下，软件也可提供自动警示：当驱动增益增加时，指示出批料的不均匀性，或者当驱动增益恢复至稳定状态或期望值时。如果检测到驱动增益增加，则软件也可与混合槽55的混合器通信，以自动混合批料80。
批量流程开始于将水添加到混合槽55中。水可被视为批料80的第一成分。混合槽55可例如具有大于5加仑的容量(例如大于30、90或500加仑，如可用于工业饮料制备的容量)。在添加水之后，水流经再循环回路90，并且在线密度装置100诸如密度计测量水的密度。在一些实施方案中，在线密度装置100为Coriolis密度计。在测量水的密度之后，可将成分添加到批料80中。成分可为液体、固体或气体。批料80可持续流经再循环回路90，并且在线密度装置100可持续测量批料80的密度。在一些实施方案中，依次添加成分，并且持续测量密度。在线密度计瞬时读取密度。通过图形显示器来实时监测在添加成分期间的密度测量结果。在密度从先前添料平稳时期波动至恒定密度值之后，可添加后续成分。密度测量时间可小于1秒、至少1秒、至少30秒、至少1分钟、至少2分钟、至少3分钟、至少4分钟或至少5分钟。也可测量密度，直至在线密度装置100的输出读数指示批料80充分匹配目标配方数据，或直至驱动增益读数指示批料80充分混合。另外，测量的密度可持续与目标配方数据的密度进行比较，并且任何偏差均会导致如上所述的警示或通知。
也可实时校正相对于目标配方数据的偏差。例如，如果密度测量结果指示成分缺失或以不正确的量存在，则可添加更多该成分，可稀释该批料，或可添加成分的其他组合以使批料恢复至可接受规范内。例如，如果偏差指示成分过少，则可添加另外量的该成分，直至密度满足目标配方数据。又如，如果偏差指示成分太多，则可将另外的水添加到批料中，并且可增加任何其他成分的量，直至密度满足目标配方数据。驱动增益可进行实时且持续测量，并且流程可为任何指示了不均匀性的驱动增益读数提供警示或通知。
在添加每种成分之后，也测量驱动增益(例如，与密度同时)，这确定批料80是单相还是多相。如果驱动增益指示存在不均匀性(例如，批料80为多相)，这将提供实时校正此类不均匀性的机会。例如，如果驱动增益指示存在未溶解的固体、附聚、粘度的变化或气体，则可进一步混合批料80，直至驱动增益恢复至指示混合物为均质的或充分混合的值。驱动增益测量结果也可用于检测粘度的变化或产品微结构的变化，可通过例如添加另外的成分来实时校正这些变化。
流程可为驱动增益的变化提供某些公差，并且可在驱动增益的变化超出那些公差的情况下提供警示或通知，使得可根据需要采取校正操作。在一些实施方案中，如果该驱动增益变化超过1％、2％、5％或10％，流程中将提供警示。遵循此类警示，系统可自动混合批料，直至驱动增益降至指示混合物是均质的或充分混合的水平。例如，在添加任何成分之前，系统可仅测量水的驱动增益作为基线，然后在添加每种成分之后，系统可随后混合批料，直至驱动增益降至仅添加水时基线驱动增益的±1％以内。
在一些实施方案中，用于测量批量流程中的密度和驱动增益的流程可用于统一不同的制备设施，这些制备设施使用来自不同供应商的不同设备和变化质量的输入，从而由于其变化的成分、设备和流程而导致批料特性存在潜在差别。通过提供可实时测量批料特性所依据的客观定量标准，此类各异的设施可更易于输出一致的产品。在一些实施方案中，流程可用于特定于设施的质量控制措施。通过如上所述来形成标准化配方或批料，各种设施可使用该流程来随时确定后续批料是否满足质量标准。
均质性或溶解度
除了跟踪成分添加和监测批料质量之外，系统还可用于确定成分是否分散或溶解在批料或混合物中，以及确定成分在批料或混合物中的分散或溶解的程度。如上所述，在将成分(例如，液体或粉末)添加到混合槽55之后，在线密度装置100记录密度和驱动增益的峰值，从而指示成分的添加。一旦密度和驱动增益(例如，在图3中的峰301和峰302之间的时段内或峰401和峰402之间的时段内)达到稳态，混合物可以被认为经过了充分混合。然而，确定混合物经过了充分混合不一定能够区分成分是在混合物内完全溶解还是仅均匀分散在混合物之间。在一些情况下，就最佳批料质量而言，在进行批料生产过程之前，成分是否完全溶解或均匀分散具有区别。
因此，除了确定成分在批料内已经过充分混合之外，确定批料中的成分是否完全溶解或均匀分散是有利的。除了确定批料是否仅是均匀或经过充分混合之外，系统可以更高粒度水平确定成分是否未完全溶解，是否均匀分散，或是否已完全溶解。
对已完全溶解的成分与均匀分散的成分进行区分可以进一步提高批量过程的生产率和效率。在一些实施方案中，通过更精确地确定所需混合时间，这减少了批量循环时间。例如，在系统指示批料为均匀分散之后，可以立即添加另外的成分，避免各种成分的添加之间不必要的延迟。此外，该方法可通过避免过早添加新成分来提升质量。在一些实施方案中，可以仅在前一成分已在批料间均匀分散之后添加新的成分。在一些实施方案中，可以仅在前一成分已在批料中完全溶解之后添加新的成分。另外，本文公开的方法可允许数据驱动的故障诊断，其可以提供比依赖于操作员观察和判断更好、更快和更一致的批量处理问题的故障诊断和校正。在一些实施方案中，批量处理问题的故障诊断和校在批量处理期间实时完成。
如上所述，可在添加每种成分之后混合批料，直到驱动增益达到降低的水平，从而指示批料已完全混合。然后，可以进一步选择性地监测驱动增益，以确定批料是否已完全溶解，或者批料为均匀分散。例如，可以监测驱动增益的幅值变化，其可以指示批料为完全溶解或均匀分散。在一些实施方案中，当批料已完全溶解，驱动增益的幅值变化和频率范围将小于批料为均匀分散时的幅值变化和频率范围。
如上所述，并且如图7和图8所示，较高的驱动增益通常对应于批料或混合物中更高的不均匀性。当系统中存在两个相(例如，固相和液相)时，驱动增益显示出峰值。通过测量驱动增益的幅值变化，可以做到不仅检测不均匀性，而且做到检测批料或混合物是否为均匀分散或已完全溶解。
在一些实施方案中，该方法包括：通过将第一成分(例如，液体或固体)添加到水或其他液体中以形成批料来制备批料。第一成分可以是任何饮料成分(例如，本公开内多处提及的任何成分)。在一些实施方案中，将第一成分添加到水中以形成批料。在一些实施方案中，将第一成分添加到包括其他成分的混合物中。在一些实施方案中，可以添加另外的成分。例如，可以添加第二成分、第三成分、第四成分或第五成分。在一些实施方案中，在混合批料以及测量驱动增益之前添加一种或多种成分。在一些实施方案中，依次添加成分，并在添加每种成分之后混合批料和测量驱动增益。
在一些实施方案中，批料可以流过在线密度计(例如，Coriolis密度计)，以测量批料的驱动增益。在一些实施方案中，通过在线密度装置100测量批料的驱动增益。在一些实施方案中，驱动增益受到实时测量。在一些实施方案中，驱动增益测量可用于监测批料的驱动增益的幅值变化。可以在整个批量过程中持续或间歇地监测驱动增益的幅值变化。在一些实施方案中，驱动增益的幅值变化受到持续测量。在一些实施方案中，驱动增益的幅值变化受到实时测量。在一些实施方案中，在添加批料的所有成分(例如，形成预组合或预混合批料)之后测量驱动增益的幅值变化，以确定批料是否完全溶解或批料还需要进一步混合。
在一些实施方案中，当驱动增益的幅值变化受到监测时，可以将幅值变化与标准值进行比较。例如，标准值可以是预先确定的阈值或标准参考值。标准值可以等于指示批料成分未溶解的值、指示批料成分均匀分散的值，或指示批料成分已完全溶解的值。在一些实施方案中，可针对与完全溶解的批料对应的一个标准值。在一些实施方案中，可针对两个标准值：一个值对应于完全溶解的批料，另一个值对应于均匀分散的批料。在一些实施方案中，可针对两个及以上的标准值。在一些实施方案中，这些标准值可用作参考点。在一些实施方案中，该方法可包括：确定该驱动增益的幅值变化是否大于或小于该标准值。例如，大于标准值的幅值变化可指示批料成分为均匀分散，并且小于标准值的幅值变化可指示批料成分已完全溶解。作为另一示例，当使用两个标准值时，大于第一标准值的幅值变化可指示批料成分未溶解，小于第一标准值但大于第二标准值的幅值变化可指示批料成分均匀分散，以及小于第二标准值的幅值变化可指示批料成分已完全溶解。对于使用相同配方的不同批料，标准值可相同。对于不同的配方，标准值可不同。
在一些实施方案中，该方法包括：提供一个或多个指示(例如，信号或警示)。该指示可对应于不均匀的程度。当驱动增益的幅值变化在标准值的15％内(例如，在10％、5％、2％或1％内)时，可提供该指示。例如，一个指示可对应于具有未溶解成分的批料；另一指示可对应于具有均匀分散的成分的批次料；以及又一指示可对应于具有完全溶解的成分的批料。在一些实施方案中，当批料成分已完全溶解时提供指示。在一些实施方案中，当批料成分均匀分散时提供指示，并且当批料成分完全溶解时提供另一指示。
在一些实施方案中，仅在该指示指示成分为均匀分散之后添加另外的成分。在一些实施方案中，仅在该指示指示成分为完全溶解之后添加另外的成分。在一些实施方案中，是否在该指示指示成分为均匀分散或成分完全溶解之后添加另外的成分取决于先前成分的特性和批料所依据的配方是否规定先前成分在添加下一成分之前做到均匀分散或完全溶解。
在一些实施方案中，与在线密度装置通信的软件可以监测驱动增益的幅值变化，比较驱动增益的幅值变化，并基于幅值变化提供指示。
也可能通过用在线密度装置对设备进行改装，从而在现有设备上使用该流程。例如，可在不需要重大修改或大量设备停机时间的情况下将在线密度装置添加到现有制备流程中。用于制备饮料的现有批量流程或设备可通过在现有批量流程中添加具有在线密度装置的再循环回路以测量密度来进行修改。图1示出了具有可被添加以改装且现有系统的再循环回路90和在线密度装置100的示例性系统50。以下实施例示出了此方法可如何用于测量制备饮料的批量流程中的密度和均匀性。这些实施例示出了测量是如何进行的，如何将测量结果与标准配方或与制备相同饮料的其他流程进行比较。另外，这些实施例表明，此方法可检测到可能影响批料质量的密度或均匀性的非常细微变化。这些实施例还示出，此方法可产生与更复杂的离线密度测量设备和方法几乎相同精度的测量结果。
实施例1
一个实验测试了两个不同糖浆批料(“批料1”和“批料2”)的制备，从约40加仑水开始。依次添加成分A、B、C、D、E、F、G、H和I。表1示出了添加到批料1和批料2中的成分的顺序和质量。因此，例如，成分A按总量266克分两次添加到批料中；并且成分G一次性添加到批料1中，并且分两次添加到批料2中，对于每个批料总量均为144克。图6示出了批料1随时间推移的密度和驱动增益。左侧y轴显示密度(g/cm3)，右侧y轴显示驱动增益，并且x轴显示时间(秒)。线条300表示批料随时间推移的密度，并且线条400表示随时间推移的驱动增益。
表1
Figure BDA0003833467480000121
在此实验中，将Coriolis密度计(密度计)结合到再循环回路模式中，以上文所述的方式，准确地跟踪批量流程中的成分添加和密度变化。首先将水添加到混合槽中，并且密度计测量水密度。以固体粉末的形式添加每种成分。将每种成分添加到混合物中后，由于Coriolis效应，每种成分经过密度计并形成批料密度峰值，如图6中的线条300所示。每个密度峰值或剧增对应于将成分添加到混合物中。每个峰值用与形成峰值的成分对应的字母标记。一旦存在分散良好的混合物，密度读数水平就降至稳定状态(如图6中每个峰值之间的平稳区间所示)。此外，基于密度测量结果来计算每种成分的浓度。
另外，密度计测量批料的驱动增益。图6中的线条400所示的驱动增益指示批料中存在多个相。如图6所示，驱动增益在将每种成分添加到批料时出现峰值，然后降至或接近原始值。峰值之后的驱动增益的减小指示固体粉末已完全溶解于液体中。
如图6所示，驱动增益在添加成分G之后增大，然后趋于平稳至比初始值更高的驱动增益值。这是由于成分G中有空气滞留，这影响了密度读数。添加成分G后，即使在批料完全混合之后，驱动增益仍保持在略高的水平。尽管驱动增益升高，但仍可以在添加成分H和I之后检测驱动增益的变化。
在批料2期间，不添加成分D，分3次添加成分C(与批料1中的2次相比)，并且分2次各添加成分G和I(与批料1中每种各1次相比)。图7示出了批料2随时间推移的密度和驱动增益。左侧y轴显示密度(g/cm3)，右侧y轴显示驱动增益，并且x轴显示时间(秒)。线条300表示批料随时间推移的密度，并且线条400显示随时间推移的驱动增益。
图3示出了在批料2中添加成分C时图7的展开图，其中线条300表示密度(g/cm3)，并且线条400表示驱动增益。如图3所示，线条300示出三个峰值，每个峰值对应于成分C的添加。类似地，驱动增益在这些时间的每个处均具有峰值。在每次添加成分C而出现初始峰值之后，线条300以增大的密度达到稳态。线条400示出在添加成分C之后驱动增益增大，接着在添加成分C之前回降至原始驱动增益。这指示成分C最初在批料中未溶解，并且在短时间之后完全溶解于液体中。如针对实施例1所论，图7示出了在添加成分G后，驱动增益在批料2期间的类似增加。
除成分A至I之外，在将成分I添加到批料2中之后，将气体添加到批料中，以测试密度测量结果和驱动增益测量结果。气体(图7中标记为“J”)的添加导致驱动增益的明显峰值和密度的急剧下降。
图8示出了在添加成分B时图7的展开图，其中线条300表示密度(g/cm3)。成分B占批料总质量的不到0.02％，但图8示出可以检测出由于添加非常少量成分而导致的细微密度的变化。图8示出了标记为“B”的两个峰，其对应于将成分B添加到批料中的两个阶段。
批料1和批料2的测量结果可用于说明如何使用密度计来建立表示目标配方数据的标准化密度图表并且确保后续批料的质量。图9示出了批料1和批料2中的密度比较。y轴示出密度(g/cm3)。每个条表示批料在添加成分中之后的密度。例如，在批料1中，成分C分两个阶段添加，因此条6和7各自对应于成分C的添加。
图9示出了在批料1的成分添加顺序与批料2匹配之时密度相同，但示出了在批料1与批料2之间的添加顺序不同之时密度有偏差。例如，将相同量的成分C添加到批料1和批料2中，但成分C在批料1中分两个阶段添加，而在批料2中分三个阶段添加。由于添加顺序的差异，批料2在7处的密度低于批料1，因为不是所有成分C都已添加到批料2中。将批料1与批料2进行比较，可随时确定批料之间的差异。因此，如果批料1是标准化配方，则参考图9，可随时确定批料2偏离标准的时间和程度。
实施例2
在另一个实验中，使用离线密度测量仪器对批料2进行离线密度测量，并且将离线密度测量的结果与在线密度测量结果进行比较。
用于测量批料1和批料2密度的在线密度装置具有±0.1kg/m3(±0.0001g/cm3)的密度精确度和±0.02kg/m3(±0.00002g/cm3)的密度重复性。对于离线密度测量，使用AntonPaar DMA 5000M。该装置具有±0.005kg/m3(±0.000005g/cm3)的密度精确度和±0.001kg/m3(0.000001g/cm3)的密度重复性。
图10以图形方式示出了在线密度测量结果与离线密度测量结果之间的比较。图10在y轴上显示浓度(成分的质量％)，并且在x轴上显示密度(g/cm3)。如图10所示，在线密度测量结果类似于并且几乎等于离线密度测量结果，这指示在线密度测量方法至少与离线密度方法一样有效。图11示出了批料2的在线密度测量结果与离线密度测量结果之间的差异。如图11所示，y轴显示密度(g/cm3)，并且x轴显示质量浓度。图11所示的数据点表示在线密度装置与离线密度装置的测量结果之间的差异。图11示出在线密度装置测量结果具有极小误差。
实施例3
在另一个实验中，在线密度装置用于测量批量过程中的密度和驱动增益。基于驱动增益测量，驱动增益的幅值变化也受到测量。基于测量到的驱动增益确定驱动增益的幅值变化。然后，对驱动增益的幅值变化进行统计分析，以显示可以通过测量驱动增益的幅值变化来区分完全溶解的混合物与均匀分散的混合物。图12示出了各样本的驱动增益幅值的统计分析结果。表2示出了通过在线密度装置的各个样本的组成。
表2
样本 组成
A 仅含水
B 溶解于水中的液体(例如，风味剂、酸化剂等)
C 均匀分散但未溶解于水中的粉末
D 溶解于水中而具有系统扰动(例如，压力变化、气泡等)的液体和粉末
E 溶解于水中而不具有系统扰动的液体和粉末
F 溶解于水中的粉末
对于样本A、B、C、D、E和F中的每者，使用密度计测量其驱动增益的幅值变化。图12示出了每组测量数据的置信区间。样本A、B、C、D、E和F的置信区间分别由线500、501、502、503、504和505在图12中表示。
此外，图13示出了展示样本A、B、C、D、E和F中的每者的驱动增益的框绘图。样本A、B、C、D、E和F分别在图12中由600、601、602、603、604和605进行框绘表示。x轴示出了驱动增益的值。每个框示出了每个样本的驱动增益数据点的中间50％。较宽的框(例如，样本C)指示其驱动增益数据点比其他组扩散得更广。驱动增益的较大扩散对应于较高的驱动增益幅值变化。
如果图12中所示的置信区间不重叠，则其驱动增益的幅值变化彼此显著不同。例如，样本B和F的置信区间重叠，但所有其他样本彼此显著不同。基于Levene的测试，p值总体接近0，小于5％。此统计分析表示驱动增益的幅值变化可用于检测批料或混合物的状态的变化。
进一步，如图13中可见，最低驱动增益幅值变化只在一个组成部分上(例如，样本A(600))发生。相比之下，样本C(602)存在最高驱动增益幅值变化，其包括添加到水中分散但未溶解的细粉末。驱动增益的幅值变化对于溶解在水中的液体(例如，样本B(601))和溶解于水中的粉末(例如，样本F(605))是类似的。这表明一旦成分完全溶解，无论成分是液体还是固体，系统行为是类似的。
如与框603相比较小的框604所示，充分混合、均匀溶解且不具有系统扰动的样本(例如，样本E(604))比相同的但具有系统扰动的样本(例如，样本D(603))具有更少的驱动增益幅值变化。外部扰动可包括，例如，压力变化、气泡、泵速变化、系统振动、流速变化等。不受理论的束缚，由于均匀溶解产生具有更多类似于样本A的驱动增益幅值变化的伪单相混合物，样本E显示出较少的变化。如通过比较样本E(无扰动)与样本D(具有扰动)所示，外部的系统扰动可能导致驱动增益幅值变化的增加。
因此，如实施例3所示，驱动增益的幅值变化可用于区分均匀分散的混合物(例如，样本C)与完全溶解的混合物(例如，样本B、D、E和F)。
如本文所用，术语“完全混合”或“充分混合”是指批料已经混合，使得成分溶解于或混合到批料中，由此使得混合物中的所有组分完全分散。例如，如果将固体粉末添加到批料中，则当粉末在批料中不再可见时，批料将是“完全混合的”或“充分混合的”。另外，如果密度波动(例如，如密度计所测量的)小于或等于±5％，则该批料可以是“完全混合的”或“充分混合的”。
本公开中与例如跟踪成分、监测批料质量和确定均质性或溶解度相关的原理可应用于饮料制备以外。例如，这些原理可用于其他行业的应用中，包括药物、家庭和个人护理、化学物质和油、气。
如本文所用，术语“均匀分散”是指构成混合物的成分均匀地分散在整个混合物中，但可能完全溶解或未完全溶解。
如本文所用，术语“完全溶解”或“均匀溶解”是指批料中的所有成分(例如，固体、液体或气体)已溶解在批料中。
应理解的是，是具体实施方式部分，而不是发明内容部分和说明书摘要部分，旨在用于解释权利要求书。发明内容部分和说明书摘要部分可以给出发明人设想的本发明的一个或多个但不是全部示例性实施方案，因此不旨在以任何方式限制本发明和所附的权利要求书。
以上借助于阐释具体功能的实施及其关系的功能性构建块描述了本发明。出于描述的方便性，本文随意地限定这些功能性构建块的边界。只要能恰当地执行具体功能以及其关系，也可限定另选的边界。
对具体实施方案的以上描述将充分揭示本发明的一般性质，使得其他人可通过应用本技术领域的知识在不脱离本发明的总体构思的情况下容易地针对各种应用对此类具体实施方案进行修改和/或调整，而无需过度实验。因此，基于本文给出的教导和指导，此类调整和修改旨在在所公开实施方案的等同形式的含义和范围内。应当理解，本文的措辞或术语是出于描述的目的而不是限制的目的，使得本说明书的术语或措辞应由本领域的技术人员按照所述教导和指导来解释。
本发明的宽度和范围不应受上述示例性实施方案中任一者的限制，而应仅根据权利要求书及其等同物来限定。

Claims (23)

1.一种根据批量流程制备饮料的方法，所述方法包括：
将第一成分添加到水中以形成批料；
混合所述批料；
使用在线密度装置测量所述批料的驱动增益；
监测所述驱动增益的幅值变化；
将所述驱动增益的幅值变化与预先确定的阈值进行比较；以及
基于所述驱动增益的幅值变化与所述预先确定的阈值的比较，提供所述批料为均匀分散或完全溶解的指示，
其中，直到提供所述指示为止，所述混合继续。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
将第二成分添加到所述批料中；
将第三成分添加到所述批料中；以及
在添加所述第二成分和所述第三成分中的每者之后重复所述混合、测量、监测、比较和提供各步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述比较步骤还包括：
确定所述驱动增益的幅值变化是否大于或小于所述预先确定的阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述指示在所述驱动增益的幅值变化小于所述预先确定的阈值时提供。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
确定所述驱动增益的幅值变化是否小于预先确定的阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述指示指示所述批料完全溶解，并且其中所述方法进一步包括：
在提供所述指示之后，将第二成分添加到所述批料中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动增益的幅值变化受到持续测量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量步骤、监测步骤和比较步骤由与所述在线密度装置通信的软件来执行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，如果在所述比较步骤中确定所述驱动增益的幅值变化小于所述预先确定的阈值，则所述软件提供自动警示。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
在所述软件提供所述自动警示之后，将第二成分添加到所述批料中；以及
重复所述混合步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预先确定的阈值在所述驱动增益的目标幅值变化的10％内。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动受到实时测量。
13.一种用于检测混合物成分的均质性或溶解度的方法，所述方法包括：
使用在线密度装置测量混合物的驱动增益幅值，所述混合物包括液体和至少一种添加的成分；
监测所述驱动增益的幅值变化；
将所述驱动增益的幅值变化与预先确定的阈值进行比较；以及
基于所述驱动增益的幅值变化与所述预先确定的阈值的比较，确定所述混合物是否为完全溶解或均匀分散。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一种添加的成分包括至少两种添加的成分，并且
所述方法进一步包括：在测量所述驱动增益幅值时混合所述包括至少两种添加成分的混合物。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
在所述确定步骤之后添加至少一种第二添加成分；以及
在添加所述至少一种第二添加成分之后重复所述测量、监测、比较和确定各步骤。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述测量持续进行。
17.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括：当在所述确定步骤中确定所述混合物为完全溶解时提供指示。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：持续混合所述批料，直到所述指示指示所述混合物已完全溶解。
19.一种用于检测混合物的溶解度的方法，所述方法包括：
将第一成分添加到水中以形成批料；
混合所述批料；
使用在线密度装置实时测量所述批料的驱动增益幅值；
监测所述驱动增益的幅值变化；
将所述幅值变化与第一标准参考和第二标准参考进行比较，其中，所述第一标准参考对应于均匀分散的混合物，并且所述第二标准参考对应于完全溶解的混合物；以及
基于所述比较步骤提供混合程度的指示。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述指示在所述幅值变化在所述第一标准参考的10％以内时提供。
21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：在所述幅值变化在所述第二标准参考的10％以内时，提供所述混合程度的第二指示。
22.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：当所述指示指示所述批料已完全溶解时，将第二成分添加到所述批料中。
23.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括：在添加所述第二成分之后重复所述混合、测量、监测、比较和提供各步骤。
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