XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение. Актуальность данной темы и ее востребованность обоснована результатами отечественных и зарубежных исследователей, которые показали, что, например, в России и в странах Латинской Америки доля нелегальных спиртных напитков в потребляемой алкогольной продукции составляет 28,5 % [1,2].

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.

Большинство производителей, как ПЖП, так и ПБЖ практикуют защиту своей продукции от подделки применением фирменной тары, 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 по результатам проверки Роспотребнадзором за январь – декабрь 2017 года было выявлено, что пятая часть всей алкогольной продукции, находящейся в продаже на тот период, являлась контрафактной. Количество алкогольной продукции, которое было изъято и уничтожено, составило около 350000 единиц .[3]

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.

В рамках решения Госсовета о создании Национальной системы защиты потребителя от контрафакта, в том числе подделки пивной фасованной продукции, ведется разработка и адаптация эффективных и недорогих экспресс-методов контроля параметров, которые могут быть использованы и на предприятии (интегрированы в автоматизированные линии), и непосредственно в точках сбыта (имеют мобильность) [4].

Это свидетельствует о том, что существующие методы контроля и надзора не являются эффективными, как с точки зрения идентификации алкогольной продукции, так и защиты потребителей от контрафакта. Иными словами возникает научно-техническая задача идентификации такой продукции, в связи с чем, в данной статье (на примере пивной фасованной продукции) предложена модель системы автоматизированного контроля, позволяющая обнаружить некачественную продукцию и/или контрафакт, для изъятия его из реализации.

Очевидно, что выборочный контроль, установленный практически во всех странах мира, не гарантирует качество пива в каждой бутылке и не защищает потребителя от контрафакта. Поэтому, для 100% идентификации пивной фасованной продукции необходимо осуществить сплошной выходной контроль у производителя, а также реализовать сплошной входной экспресс-контроль в сетевых магазинах и других объектах торговли, что невозможно без специальных методов и средств и их автоматизации.

Для достижения такой цели, необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать фасованную пивную продукцию, для создания «образа эталона» (по плотности, динамической и кинематической вязкости, температуре замерзания, индексу вязкости, критериям подобия и т.д.);

- разработать модель системы сплошного выходного контроля у производителя и экспресс-контроля фасованной пивной продукции в сетевых магазинах;

- разработать и испытать макет стационарного автоматизированного комплекса для контроля качества пивной фасованной продукции у производителя, встраиваемого в линию автоматического розлива;

- собрать и испытать макет переносного автоматизированного комплекса, для экспресс-анализа фасованной пивной продукции в сетевых магазинах.

Материалы и методы исследования. Анализ качества пивной продукции проводится по таким показателям, как физико-химические, микробиологические, органолептическим и показатели безопасности. Однако в настоящее время все большую популярность приобретают решения, основанные на компаративном анализе, т.е. использующие метод сравнения «образов» эталона и произведенного продукта, или/и нахождения взаимосвязей между различными параметрами, в частности, пивной фасованной продукции [5].

Наиболее интересным, с точки зрения «бесконтактности и быстроты» идентификации, является прибор LQtest 2.8 (рис.1), который предназначен для проверки содержимого различных закрытых сосудов, таких как пластиковые и стеклянные бутылки, картонные пакеты и другие неметаллические емкости [6].

Рисунок 1 – Общий вид прибора LQtest 2.8

Рисунок 2. – Полевая структура LQtest 2.8

1 — проверяемая жидкость, 2 — стенка сосуда и воздушный зазор, 3 — активный электрод, 4 — измерительные электроды, 5 — металлический экран, 6 — вычислительное устройство, V — источник переменного напряжения, Dn — измерители.

Прибор позволяет, не нарушая герметичность сосуда, отличать такие вещества как бензин, зажигательные смеси, ацетон, нитроглицерин, нитрометан, различные спирты, эфиры и другие опасные жидкости от воды, безалкогольных и алкогольных напитков, молочных продуктов, косметических средств и т.д. В устройстве используется метод квазистатической электрополевой томографии (рис.2), позволяющий оценивать пространственное распределение электрических свойств среды и определять характеристики жидкости независимо от размеров контейнера, толщины его стенок или наличия воздушных зазоров между прибором и сосудом [6].

На измерительных электродах устройства наводятся потенциалы, величина которых зависит от источника напряжения, расстояния между активным электродом и измерительными электродами и комплексной диэлектрической проницаемости среды. В свою очередь, электрические свойства жидкости (диэлектрическая проницаемость и проводимость) позволяют однозначно оценить ее горючесть (таб.1).

Таблица 1 – Наименования и параметры жидкостей, идентифируемых LQtest 2.8

Жидкость	Диэлектрическая проницаемость	Электропроводность, см/м
Вода, безалкогольные напитки	81	0.011
Этанол	25	10
Ацетон	21	10
Нитроглицерин	19	-
Эфир	4.3	-
Бензин, дизельное топливо	2	10

При этом величина крутизны характеристики распределения напряжения на электродах 4 (рис.2) для огнеопасных жидкостей всегда больше, чем величина крутизны характеристики распределения напряжения для неогнеопасных жидкостей, а время обследования емкости с жидкостью составляет несколько секунд [6].

Другой перспективный метод и прибор его реализующий – это ультразвуковой анализатор жидких сред УЛИКОР. Принцип действия анализатора основан на том, что через образец пропускают ультразвуковые колебания и регистрируют характеристики ультразвука в зависимости от концентраций веществ в жидких средах и температуры пробы. Анализатор представляет собой переносной настольный прибор, который состоит из пробоприемника с системой термостабилизации, источника ультразвуковых колебаний, детектора, усилителя, микропроцессорного блока регистрации и обработки данных, жидкокристаллического дисплея. Работой прибора управляет микропроцессор. Работа анализатора синхронизирована с компьютерным интерфейсом для загрузки градуировочных характеристик, а также для анализа и обработки полученных данных. При этом имеется возможность работы анализатора в автономном режиме, в том числе и в полевых условиях от автомобильного аккумулятора [7].

Рисунок 3. Внешний вид прибора УЛИКОР.

Диапазоны измерений, допустимые границы относительной погрешности результатов измерений (δ) для Р=0,95 приведены в таблице 2

Таблица 2 – Наименования параметров и погрешности измерений

Показатель	Диапазон, %	Границы относительной погрешности, ±δ, %	Стандартное отклонение повторяемости, σr , %	Стандартное отклонение воспроизводимости, σR , %
Массовая доля спирта	от 0,1 до 8,0	1,0	0,24	0,5
Объемная доля спирта	от 0,1 до 10,5	1,0	0,24	0,5
Массовая доля действительного экстракта	от 0,5 до 12,0	4,5	1,7	2,3
Экстрактивность начального сусла	от 8,0 до 23,0	3,0	1,7	2,2

Не исключено, что УЛИКОР можно реализовать в варианте без «отбора пробы», т.е. для работы без вскрытия тары.

Однако с точки зрения контроля качества, указанные методы и приборы не определяют «количество продукта в таре», в связи с чем, не могут окончательно идентифицировать соответствие расфасованного пивного продукта техническим условиям или стандартам.

В качествеальтернативы перечисленным выше методам и приборам был разработан метод весовой импедансной электрометрии (ВИЭМ) с емкостным датчиком-крышкой тары (рис.4), который был опробован на различных фасованных жидких продуктах (масло, безалкогольная продукция и т.д.), где показал достаточную точность их идентификации по динамической и кинематической вязкости, электропроводности и диэлектрической проницаемости, температурам замерзания и критериям подобия (таб.3) [4,5].

Таблица 3 – Наименование, размерности и диапазоны параметров метода ВИЭМ

№	Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Диапазон изменения
1	Масса продукта	m	кг	0,25 – 3,0
2	Объем продукта	V	м3	(0,25 – 3,0) 10-3
3	Плотность продукта	ρ	кг/м3	вычисляется
4	Электропроводность	G	См (1/Ом)	0,000001-0,2
5	Сопротивление	R	Ом	5 - 106
6	Ток утечки	I	A	10-6-0,2
7	Емкость (при емкостном датчике)	C	пФ	10-3 - 1012
8	Температура	Т		1 - 50
9	Фактор потерь	tgδ	б/р	10-6-10-2
10	Удельная электропроводность		мкСм/см	50-1500
11	Магнитная проницаемость		Гн/м	(8 – 9)106
12	Модуль комплексного сопротивления	|Z|	Ом	900 - 9500
13	Угол сдвига комплексного сопр.	φ	градус	минус 180°- плюс 180°
14	Кинематическая вязкость	ν	м2/с	вычисляется
15	Динамическая вязкость	η	Нс/м2	вычисляется
16	Частота	f	Гц	10 - 106
17	Диэлектрическая проницаемость	ε	Ф/м	60-90

Рисунок 4. Емкостный 3-х электродный коаксиальный датчик-крышка

Сущность применения метода ВИЭМ заключается в том, что, в случае укупорки тары датчиком-крышкой на этапе фасовки пива, появляется возможность измерять указанные электрофизических параметры жидкости, без нарушения герметичности тары, и, определять «образ» исследуемой жидкости (таб.3), сравнивая его с «образом эталона», идентифицируя тем самым качество и количество фасованного продукта, изымая из реализации контрафакт или просроченную пивную продукцию [5,8,9].

Р езультаты исследования и их обсуждение. Для реализации такого компаративного экспресс-анализа пивных продуктов был разработан переносной автоматизированный комплекс (ПАК) (рис.5). Он состоял из ноутбука, с подключением к нему через соответствующие интерфейсы электронных весов и измерителя иммитанса Е7-25, который через коммутаторный разъем-платформу соединяется с емкостным датчиком-крышкой (измеряя концентрацию паров углекислого газа), а затем устанавливается на электронные весы «вверх дном» (погружая датчик в пиво), и с помощью специального программного обеспечения (СПО), в течение десятка секунд осуществляются необходимые измерения и идентификация пива, т.е. определяется его качество и количество, путем сравнения измеренных и вычисленных параметров с введенными/хранящимися в памяти параметрами эталонов [9,10].

Рис.5. – Структурная схема измерений с помощью ПАК

Структурная схема стационарного автоматизированного комплекса (САК), встраиваемого в автоматизированную линию розлива пивных продуктов отличается от ПАК (рис.5) применением промышленной ЭВМ и измерителя иммитанса Е7-29, позволяющих более точно сформировать «образ пивного продукта» у производителя [9,11].

Заключение. Таким образом, модель системы сплошного автоматизированного контроля пивных продуктов можно представить, как совокупность следующих подсистем:

- подсистемы потребителей - реализаторов пива, состоящей из переносного автоматизированного комплекса (ПАК);

- подсистемы производителей пива, которые применили крышки-датчики, САК и на своем сайте в Интернете разместили «электронные сертификаты» - «образы эталонов» выпускаемого пива, которые можно загрузить в ПАК;

- подсистемы муниципального надзора за качеством жидких фасованных продуктов, в частности пива, путем периодических проверок органами надзора сетевых магазинов и других объектов торговли с помощью ПАК.

Список литературы

1. Euromonitor International: в России 28,5% потребляемого алкоголя является нелегальным [Электронный ресурс] - URL: https://profibeer.ru/analytics/35425/ (дата обращения: 24.12.2021).

2. Об утверждении Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской федерации до 2030 года : распоряжение Правительства от 29 июня 2016 г. - № 1364-р. – 17 с.

3. Сведения о результатах проверок по выявлению незаконного производства и оборота этилового спирта и алкогольной продукции. Федеральная служба по регулированию алкогольного рынка [Электронный ресурс] -. URL: http://fsrar.ru/activities/rezultaty-proverok/rezultaty_proverok_za_2017_god/ . (дата обращения: 24.12.2021)

4. Мартынов В.В., Белозеров В.В. Об экспресс-методе и переносном автоматизированном комплексе экспресс-анализа бутилированной воды//European journal of Natural History. 2021. №1. С. 66-71.

5. Способ экспресс-анализа жидких фасованных продуктов и установка для его осуществления / В.В. Белозеров, А.Д. Лукьянов, П.С. Обухов, Д.В. Абросимов, А.Ю. Любавский, Вл. В. Белозеров //Патент на изобретение RU 2696810, опубл. 06.08.2019, Бюл. № 22.

6. Прибор для обнаружения пожароопасных и взрывоопасных жидкостей в закрытых емкостях (Портативный прибор безопасности ППБ 2.8) «LQtest 2,8». Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. URL: http://avklab.ru/docs/lqtest-30-rukovodstvo.pdf (дата обращения: 23.12.2021).

7. Анализатор жидкости ультразвуковой «УЛИКОР». Руководство пользователя [Электронный ресурс] - URL: https://biomer.ru/data/upload/production/ulikor-klever-2m/ru_klever-2m.pdf (дата обращения: 23.12.2021).

8. Белозеров В.В., Батшев А.С., Любавский А.Ю. Об автоматизации идентификации жидких фасованных продуктов // Электроника и электротехника. 2016. № 1. С. 135-145. DOI: 10.7256/2453-8884.2016.1.20924

9. Белозеров В.В. Метод экспресс-анализа жидких фасованных продуктов // Электроника и электротехника. — 2018. - № 2. - С.1-31. DOI: 10.7256/2453- 8884.2018.2.25998.

10. Измеритель иммитанса Е7-25. Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. URL: http://vebion.ru/upload/iblock/118/1184385a718cf2daeac745c66fffb1d7.pdf (дата обращения: 23.12.2021).

11. Измеритель иммитанса Е7-29. Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. URL: https://all-pribors.ru/docs/73523-18.pdf (дата обращения: 23.12.2021).

Код для цитирования: Скопировать