DE1798227A1

DE1798227A1 - Circuit arrangement for a pressure-independent determination of the oversaturation of sugar solutions

Info

Publication number: DE1798227A1
Application number: DE19681798227
Authority: DE
Inventors: Walter Fehr; Horst Heisrath
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-09-11
Filing date: 1968-09-11
Publication date: 1971-11-11
Also published as: DE1798227B2

Description

Schaltungsanordnung für eine druckunabhängige Bestimmung der Übersattigung von Zuckerlösungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine druckunabhängige Bestimmung der Übersättigung von Zuckerlösungen in Kochapparaten.Circuit arrangement for a pressure-independent determination of oversaturation of sugar solutions The invention relates to a circuit arrangement for a pressure-independent Determination of the supersaturation of sugar solutions in cooking appliances.

Für die Kontrolle oder Führung des Kristallisationsprozesses in Kochapparaten ist die Übersättigung der zu verarbeitenden Säfte von Bedeutung. Sie kann aus der Siedepunktserhöhung des Saftes (der Füllmasse) unter Berlicksichtigung von Unterdruck und Reinheit im Kochapparat ermittelt werden. Die Siedepunktserhöhung selbst ist aus der Temperaturdifferenz zwischen Siedepunkt der Lösung und Siedepunkt des Lösungsmittels zu bestimmen, Es sind Analogrecheneinheiten bekannt, die aus dem in den Kochapparaten vorhandenen Vakuum die Siedetemperatur von Wasser errechnen und die so gewonnene Siedetemperatur von Wasser von der tatsächlichen Temperatur der Füllmasse abziehen, wobei die auftretende Temperaturdifferenz ein Maß für die Siedepunktserhöhung ist. Für die daraus zu ermittelnde Übersättigung ergibt sich aber kein druckunabhängiger Wert, da bei der Differenzbildung zweier druckabhängiger Werte die Differenz selbst druckabhängig bleibt. Wird dahingegen der Quotient aus den Siedepunktserhöhungen von übersätigtem und gesättigtem Sirup gebildet, so kann daraus ein druckunabhängiger Übersattigungsazert bestimmt werden.For controlling or guiding the crystallization process in cooking equipment the oversaturation of the juices to be processed is important. You can get out of the Increase in the boiling point of the juice (the filling compound) taking into account negative pressure and purity can be determined in the cooking apparatus. The boiling point increase itself is from the temperature difference between the boiling point of the solution and the boiling point of the solvent to determine, There are analog arithmetic units known from the in the vacuum present in the boilers calculate the boiling temperature of water and the so obtained boiling temperature of water from the actual temperature of the Remove the filling compound, whereby the temperature difference that occurs is a measure of the increase in the boiling point is. However, there is no pressure-independent saturation to be determined from this Value, because when calculating the difference between two pressure-dependent values, the difference itself remains pressure dependent. On the other hand, it becomes the quotient of the increases in the boiling point Formed from saturated and saturated syrup, it can be turned into a pressure-independent Over-satiety can be determined.

Die theoretischen Grundlagen für die Gewisnung eines druckunabhängigen Übersättigungswertes sollen im folgenden näher erläutcrt werden.The theoretical basis for obtaining a pressure-independent The supersaturation value will be explained in more detail below.

Es ist bekannt, daß die Stoffkonzentration und die Siedepunktserhöhung einander proportional E nd (bei konstantem Druck und konstanter Reinheit). Somit wird die Übersättigng C 1 durch das Verhältnis der Konzentration von einer Ubersättigten, reinen Zuckerlösung und einer gesättigten, reinen Zuckerlösung definiert. Für die Konzentrationen ergeben sich die Glcichungen (1) und (2): (@/A)ü = α # # tü=α#(tü - tw) (1) (S/A)g = α # # tg=α# (tg - tw). (2) [Dabei sind: α ein Proportionalitätsfaktor, der abhängig von Druck und Reinheit ist, (@/@)@ die Konzentration einer Ubersättigten reinen Zuckerlösung, (@/A)g die Konzentration einer gesättigten reinen Zuckerlösung, tü die Siedetemperatur der llbersättigten Lösung, tg die Siedetemperatur der gesättigten Lösung und t@@ die Siedetemperatur des Lösungsmittels (Wasser)] Es ergeben sich aus den Gleichungen (2) und (1) die Gleichung (3) und damit die Übersättigung C 1 zu (S/A)ü C 1 = (3) (S/A)g oder zu Gleichung (4) Dieser zusammenhang wird verdeutlicht in den Figuren 1 a und 1 b. Die dargestellten Sattdampfkurven ermöglichen für jeden Druck das Ablesen der beschriebenen Siedepunktserhöhungen. Noch deutlicher wird das in Figur 2. Hier sind die Siedepunktserhbhungen über der (druckabhangigen) Temperatur des siedenden Wassers aufgetragen. Es ist zu sehen, daß sowohl #tü (Siedpunktserhöhung der übersättigten Lösung) als auch #tg (Siedepunktserhöhung der gesättigten Losung) mit dem Druck wachsen. Als Ausdruck der Druckabhängigkeit ergeben sich dann die Gleichung (5) # tg = cg # tw (5) und die Gleichung (6) # tü = cü # tw (6) Daraus erhält man wiederum für die Übersättigung die Gleichung (7), die identisch ist mit der Gleichung (4) # @ü/@w = # @ü C 1 = = (7) # tg/tw # tg Die Druckabhängigkeit beider Siedepunktserhbhungen wird also durch die Quotientenbildung für die Übersättigung C 1 unwirksam gemacht. Der Wert von a 1 ist somit ein Maß für die Übersätrtigung, das vom Absolutdruck im Kochaopparat unabhängig ist. Dabei gelten die genannten Beziehungen für konstante Reinheit der Füllmassen.It is known that the substance concentration and the increase in boiling point are proportional to one another E nd (at constant pressure and constant purity). Thus, the supersaturation C 1 is defined by the ratio of the concentration of a supersaturated, pure sugar solution and a saturated, pure sugar solution. Equations (1) and (2) result for the concentrations: (@ / A) ü = α # # tü = α # (tü - tw) (1) (S / A) g = α # # tg = α # (tg - tw). (2) [Where: α is a proportionality factor that is dependent on pressure and purity, (@ / @) @ the concentration of a supersaturated pure sugar solution, (@ / A) g the concentration of a saturated pure sugar solution, tü the boiling temperature of the supersaturated Solution, tg the boiling point of the saturated solution and t @@ the boiling point of the solvent (water)] Equation (3) and thus the supersaturation C 1 to (S / A) result from equations (2) and (1) ü C 1 = (3) (S / A) g or to equation (4) This relationship is illustrated in FIGS. 1 a and 1 b. The saturated steam curves shown make it possible to read off the boiling point increases described for each pressure. This becomes even clearer in FIG. 2. Here the increases in boiling point are plotted against the (pressure-dependent) temperature of the boiling water. It can be seen that both # tü (increase in the boiling point of the supersaturated solution) and #tg (increase in the boiling point of the saturated solution) increase with the pressure. The expression of the pressure dependency then results in the equation (5) # tg = cg # tw (5) and the equation (6) # tü = cü # tw (6) This in turn gives the equation (7) for the supersaturation is identical to the equation (4) # @ ü / @ w = # @ ü C 1 = = (7) # tg / tw # tg The pressure dependency of both boiling point increases is made ineffective by the formation of the quotient for the supersaturation C 1. The value of a 1 is therefore a measure of the oversaturation that is independent of the absolute pressure in the cooker. The relationships mentioned apply to constant purity of the filling compounds.

In der Praxis muß mit einer Nullpunktsverschiebung gearbeitet werden, wie sie in Figur 3 dargeßtellt iat, Ps eri.ben sich. damit die Gleichungen (8) und (9) # @g + @ cg = (8) # tw + a #tü + b cü = (9) #tw + a Durch die Quotientenbildung beider Gleichungen (8) und (9) ergibt sich ein Wert fUr die Übersättigung C 1, der von Gleichung (10) erfaßt wird @ü - @w + @ C 1 = (10) tg - tw + b Eine Rechnerschaltung zur exakten Bestimmung der Übersättigung C 1 muß nun nach Gleichung (10) arbeiten.In practice, a zero point shift must be used, as shown in Figure 3, Ps learn. thus equations (8) and (9) # @g + @ cg = (8) # tw + a # tü + b cü = (9) #tw + a By forming the quotient Both equations (8) and (9) result in a value for the supersaturation C 1, the is determined by equation (10) @ ü - @w + @ C 1 = (10) tg - tw + b A computer circuit for the exact determination of the supersaturation C 1 must now work according to equation (10).

Die Erfindung schlägt eine derartige Schaltungsanordnung sur exakten Bestimmung der Übersättigung nach Gleichung (10) vor, die gekennzeichnet ist durch ein die Sattdampfkurve einer PlUssigkeit nachbildendes Diodennetzwerk, dessen Ausgänge an einem ersten Spannungsteiler liegen, durch einen tempeaturmeßumformer, dessen Ausgangsspannung der gemessenen Füllmassetemperatur proportional ist, durch einen zweiten spannungsteiler, dessen eines Ende mit einem der Abgriffe des Temperaturmeßu@formers und dem ersten Spannungsteiler und dessen anderes Fnde mit dem Mittelabgriff des ersten Spannungsteilere verbunden ist, und durch ein Quotientenmeßwerk, dessen Pinglinge am zweiten Abgriff des Temperaturmeßumformers am Nittelabgriff eines Potentioleiters des zweiten Spannungsteilers sowie am Mittelabgriff des zweiten Spannungsteilers selbst anliegt.The invention proposes such a circuit arrangement to be exact Determination of the supersaturation according to equation (10), which is characterized by a diode network simulating the saturated steam curve of a liquid, its outputs lie on a first voltage divider, through a tempeaturmeßumformer, whose Output voltage is proportional to the measured product temperature, by a second voltage divider, one end of which with one of the taps of the Temperaturmeßu @ formers and the first voltage divider and its other end with the center tap of the first voltage divider is connected, and by a quotient measuring mechanism whose pinglings at the second tap of the temperature transducer at the center tap of a potentiometer of second voltage divider and at the center tap of the second voltage divider itself is present.

Die Ordinatenverschiebung b ist aus Messungen leicht zu bestimmen. Da allc Sattdampikurven der Zuckerlösungen verschiedener Konzentration ähnlich der Sattdampfkurve von Wasser sind, beträgt in dem interessierenden Druckbereich die Proportionalitätsabweichung der Kurve fUr die gesättigte Lösung von der Kurve für Wasser weniger als 1 %. Aus der Füllmassetemperatur und dcm Absolutdruck im Kochapparat bildet die Rechenschaltung exakt den Übersättigungswert C1 für jeden ein gestellten Reinheitsquotienten. Voraussetzung ist natürlich, daß bei der Werkseichung die Sattdampfkurve für gesättigten Saft anhand verläßlicher Sättigungswerte unterschiedlicher @ Reinheit eingestellt werden kann.The ordinate shift b is easy to determine from measurements. Since all the saturated vapor curves of sugar solutions of different concentrations are similar to the Are the saturated steam curve of water, is in the pressure range of interest Proportionality deviation of the curve for the saturated solution from the curve for Water less than 1%. From the filling compound temperature and the absolute pressure in the cooking apparatus the computing circuit forms exactly the supersaturation value C1 for each one set Purity quotient. The prerequisite is, of course, that the saturated steam curve is used in the factory calibration for saturated juice based on reliable saturation values of different @ purity can be adjusted.

Die erfindungsgemäße ochaltungsanordnung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figur 4 näher erläutert.The circuit arrangement according to the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail with the aid of FIG.

In einem Diodennetzwerk DN wird die Sattdampfkurve von Wasser nachgebildet. Das Diodennetzwerk DU besteht aus der Parallelschaltung zweier Spannungsteiler, die einmal aus den Widerstanden R 8 ... R 11 und den Widerstanden R 1 und R 2 bestehen. Sie liegen an der konstanten Speisespannung Ukonst Zwischen dem Widerstand R 2 und den Widerständen R 8 ... R 11 sind Dioden D 1 ... D 4 und Widerstande R 4 ... R 7 parallel geschaltet. Die Spannung Utw am Widerstand R 1 ist ein Maß für die Sidetemperatur tw des Lösungsmittels Wasser.The saturated steam curve of water is simulated in a diode network DN. The diode network DU consists of the parallel connection of two voltage dividers, which consist of the resistors R 8 ... R 11 and the resistors R 1 and R 2. They are due to the constant supply voltage Uconst between the resistor R 2 and the resistors R 8 ... R 11 are diodes D 1 ... D 4 and resistors R 4 ... R 7 connected in parallel. The voltage Utw across the resistor R 1 is a measure of the side temperature tw of the solvent water.

Das Füllmassethermometer, welches am Kochapparat angeflanacht ist, liefert Uber die Brückenschaltung BR an den Diagonalpunkten A und D eine der Siedetemperatur tü der übersättigten Lösung proportionale Spannung Utti. Die Erückenschaltung BR wird von einer konstanten Spannung U, die mit einem Widerstand R 12 in der zweiten Diagonale der Brückenschaltung BR liegt, gespeist. Einer der Diagonalpunkte ist Uber das Potentiometer P 3, das dem Widerstand R 17 parallel liegt, variabel.The filling mass thermometer, which is flaned to the cooking apparatus, supplies one of the boiling temperature at the diagonal points A and D via the bridge circuit BR tü the voltage Utti proportional to the oversaturated solution. The back circuit BR is of a constant voltage U, which with a resistor R 12 in the second The diagonal of the bridge circuit BR lies, fed. One of the diagonal points is variable via the potentiometer P 3, which is parallel to the resistor R 17.

In einem Brückenzweig der Brückenschaltung BR liegt das Füllmassethermometer ST mit den Widerständen R 13 und R 14 und im anderen Brückenzweig liegen die Widerstände R 16 und R 15.The filling compound thermometer is located in a branch of the bridge circuit BR ST with resistors R 13 and R 14 and the resistors are in the other branch of the bridge R 16 and R 15.

Der Diagonalpunkt A der Erückenschaltung ER ist mit der einen Seite des Widerstandes R 1 und einem zweiten Spannungsteiler, der aus den Widerstand R 3 und dem Potentiometer P 1 besteht,-verbunden. Die andere Seite des zweiten Spannungsteilers ist git dem Mittelabgriff des ersten Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen R 1 und R 2, verbunden. Mit Hilfe des Widerstandes R 3 und des Potentiometers P 1 wird die Spannung t?tw geeicht. An den Punkten B (MittelabgrlZZ des weiten Spannungsteilers) und E (zweiter diagonalpunkt der Brückenschaltung BR) steht somit die Differenzspannung - Utw) beider Spannungen zur Verfügung.The diagonal point A of the back circuit ER is on one side of the resistor R 1 and a second voltage divider, which consists of the resistor R 3 and the potentiometer P 1 is connected. The other side of the second voltage divider is git the center tap of the first voltage divider, consisting of the resistors R 1 and R 2 connected. With the help of the resistor R 3 and the potentiometer P 1 the voltage t? Tw is calibrated. At points B (mean graph of the wide voltage divider) and E (second diagonal point of the bridge circuit BR) is the differential voltage - Utw) of both voltages are available.

Zwischen der Sattdampfkurve für die ge@@ttigte Lösung und der Sattdampfkurve für Wasser beträgt in dem interessierenden Druckbereich die Proportionalitatsabweichung beider Kurven voneinander weniger als 1%. Diese Proportionalität wird am zweiten Spannungsteiler geliefert. Bei richtiger Stellung des Abgriffs am Potentiometer P 1 gelangt somit an die Punkte A und C (Abgriff am Potentiometer P 1) eine Spannung Utg, die der Tcmperatur tg der gesättigten Lösung entspricht. Mit dieser Schaltung wird ein zweites Diodennetzwerk sur Bildung der Sattdampfkurve der gesättigten Lösung überflüssig. Der Spannungsteiler liefert automatisch an den Punkten B und C die benötigte Differenzspannung (Utg - Utw). g Zur Cuotientenbildung werden im einfachsten Pall die beiden Differenzspannungen (Utü - Utw) an den Punkten B und D und (Utg - Utw) an den Punkten B und Q über hochohmig. Vorwiderstände RY 1 und RV 2 auf die beiden Pfade eines Quotienenmeßwerks QM geschaltet. Der Zeiger Z des Quottentenmeßwerks QM zeigt auf einer Skale S den Ubersättigungswert C 1 direkt an.Between the saturated steam curve for the saturated solution and the saturated steam curve for water, the proportionality deviation is in the pressure range of interest both curves less than 1% of each other. This proportionality is on the second Voltage divider supplied. With the correct position of the tap on the potentiometer P 1 thus arrives at points A and C (tap on potentiometer P 1) a voltage Utg, which corresponds to the temperature tg of the saturated solution. With this circuit a second diode network is used to form the saturated vapor curve of the saturated solution superfluous. The voltage divider automatically supplies the at points B and C. required differential voltage (Utg - Utw). g For the formation of cuotients, in the simplest Pall the two differential voltages (Utü - Utw) at points B and D and (Utg - Utw) at points B and Q via high resistance. Series resistors RY 1 and RV 2 on the both paths of a quotient measuring mechanism QM switched. The pointer Z of the Quottentenmeßwerk QM shows on a scale S the supersaturation value C 1 directly at.

Die Ordinatenvcrschiebung b kann in Form einer konstanten Spannung U 1, die an ein Potentiometer P 2 gelegt ist, welches zwischen den Punkten B und E in der Verbindungsleitung zwischen Mittelabgriff des zweiten Spannungsteilers und dem Quotientenmeßwerk QM liegt, eingestellt werden. Der Ausschlag des quotientenmeßwerks QM ist somit proportional der Ubersättigung C 1 gemäß der Gleichung 10.The ordinate shift b can be in the form of a constant voltage U 1, which is placed on a potentiometer P 2, which is between the points B and E in the connecting line between the center tap of the second voltage divider and the quotient measuring mechanism QM is to be set. The deflection of the quotient measuring mechanism QM is thus proportional to the supersaturation C 1 according to equation 10.

Zur Berücksichtigung des Reinheitsquotienten wird der Abgriff am Potentiometer P 1 geändert. Zvtl. muß auch der Abgriff am Potentiometer P 2 entsprechend getrimmt werden.The tap on the potentiometer is used to take the purity quotient into account P 1 changed. Zvtl. the tap on potentiometer P 2 must also be trimmed accordingly will.

Es ist weiterhin möglich die Temperatur t über einen Temperaturmeßumformer zu erfassen, der z. B. an einem Widerstand einen eintsprechenden Spannungsabfal@ erzeugt.It is also possible to measure the temperature t via a temperature transducer to capture the z. B. at a resistor a corresponding voltage drop @ generated.

Auch die Quotientenbildung ka unabhängig von der übrigen Schaltungsanordnung mit einem beliebigen analogen Suotientenrechner erfolgen. Dies sind z,B. ein Hall-Generator oder ein selbstabgleichendes Nachlaufsystem.The formation of the quotient ka is also independent of the rest of the circuit arrangement can be done with any analog suotient computer. These are e.g. a hall generator or a self-adjusting tracking system.

10 Patentaneprüche 3 31. Zeichnungen10 patent claims 3 31. Drawings

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Circuit arrangement for pressure-independent 4 Determination of the supersaturation of sugar solutions in cooking appliances, marked by a Diodermetswerk simulating the saturated steam curve of a liquid, whose outputs are connected to a first voltage divider (R 1, P 1) through a temperature transducer, whose output voltage (Utü) is proportional to the measured filling compound temperature (tü) is, by a second voltage divider (R 3. P 1), one of which sande with a the taps (&) of the temperature transducer and the first voltage divider (R 2, R 1) and its other end to the center tap of the first voltage divider (R 1, R 2) is connected, and through a quotient measuring unit (QM), its inputs at the second tap (D) of the temperature transducer at the center tap of a potentiometer (P 1) of the second voltage divider and at the flittelabgriff (B) of the second voltage divider itself is applied.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the temperature measuring transducer is a temperature measuring bridge circuit (ER), one of which Diagonal (A, B) supplies an output voltage (Utti) that corresponds to the temperature of the filling compound (tü) is proportional.

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the quotient measuring mechanism (QM) is controlled via high-resistance series resistors (RV 1 and RV 2) is.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage (Utw) proportional to the boiling temperature (tw) of the solvent with Can be calibrated using the second voltage divider (R 3, P 1).

5. Circuit arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the proportionality between he saturated steam curve for the saturated solution and the saturated steam curve for water at the second voltage divider (R 3 and P 1) is adjustable.

6. Circuit arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that an ordinate shift (b) is applied to one of a constant voltage (U 1) powered potentiometer (P 2), which is in a connecting line between the center tap (B) of the second voltage divider and the quotient measuring unit (QM) is cinable.

7. Circuit arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the purity quotient on potentiometer (P 1) of the times Voltage divider is adjustable.

8. Circuit arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the boiling temperature (tü) of the saturated solution of can be detected by a measuring transducer, which is connected to a resistance of one of the temperature (tü) corresponding voltage drop generated.

9. Circuit arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the quotient formation according to equation (10) with a liall generator takes place.

10. Circuit arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the quotient formation according to equation (10) with a self-adjusting Iach. Running system takes place.

L e r s e i t e