Списание ХИ&Т

Метал-детекторите вече се възприемат като съществена част от оборудването на много предприятия от сферата на хранителната и фармацевтичната индустрия. Повечето компании са въвели стриктни инспекционни стандарти относно “чувствителността” на детекторите.Въпреки това инсталирането на метал-детектори не винаги гарантира безопасни продукти, освен ако оборудването не е част от цялостна ефективна програма за откриване на метални частици.

Източниците на замърсяване са многобройни и дори при най-стриктния контрол не могат да се предотвратят отделни инциденти. Подходящите работни практики могат да намалят попадането на метални частици в производствения цикъл и да увеличат надеждността на откриването и отстраняване им. Замърсяването обикновено става от един от четири основни източника:

1. Суровини – типичен пример са металните скоби и оловните съчми в месото; телта, с която се обвързват житните снопи плюс ръждата; части от тракторите, при прибиране на зеленчуците; кукички в рибата; стружки и части от тел от металните контейнери за съхранение.

2. Персонал – копчета, химикалки, бижута, монети, ключове, фиби, кламери и др.

3. Ремонтни дейности и поддръжка на оборудването – забравени отверки и подобни инструменти, заваръчна шлака след ремонт, медна жица след поправка на електрическите съоръжения, различни предмети вследствие на немърливост.

4. Преработка – опасността е голяма всеки път, когато продуктите започват да преминават през различни етапи на обработка. Преси, миксери, пасатори, резачки и транспортните средства увеличавта риска от пападане на метални частици и предмети. Многобройни са примерите на счупени сита и решетки, ръкави от мелачни машини и фолио от използвани наново продукти.

Идентифицирането на вероятния източник на замърсяване е важен етап в разработването на подходящ план за действие за намаляване на чуждите материали в храните. Инспекцията на суровините ще спомогне за елиминирането на много и големи части и предмети, преди да се счупят при прерабтка и да се превърнат в безброй малки и трудни за откриване частици.

ЗАЩО СЕ ИНСТАЛИРАТ МЕТАЛ-ДЕТЕКТОРИТЕ?

1. За предотвратяване увреждането на производственото оборудване.

2. За да се задоволят изискванията за качество дори и на най-претенциозните клиенти. В това число влизат големите търговски вериги, веригите за бързо хранене, ресторантите, както и обикновените търговски обекти.

3. Да се избегнат разходите от съдебни процеси, заведени от недоволни клиенти, нежелана антиреклама, забрана на определни продукти.

4. За да отговарят продуктите на законодателните изисквания.

ОСНОВНИ ПРИНЦИПИ

Най-често срещаните типове метали в храните са желязо, мед, алуминий, олово и различни видове неръждаема стомана. От тях желязото е най-лесно за откриване, дори и от най-елементарните детектори, като магнитните сепаратори. Неръждаемите стомани се използват по-рядко, особено в хранителната индустрия и затова трудно се откриват – най-вече немагнитните типове 316(EN58J) и 304L(EN58E). Металите като мед и олово попадат между тези две крайност от гледна точка на своята идентификация. Само метал-детектори, използващи тройна спирална система са способни да откриват малки частици от цветни метали и неръждаема стомана. Трите спирали са прикрепени към неметална рамка и са разположени паралелно една на друга.

Централната спирала е свързана с високочестотен радио предавател. Останалите две спирали (от двете страни на централната) действат като радиоприемници. Тъй като и двете са идентични и на еднакво разстояние от предавателя, те получават един и същи сигнал и се създава идентично напрежение в тях. Когато метална частица премине под апаратурата, високочестотното поле под спиралите се променя, като напрежението се повишава с няколко миромволта. Състоянието на перфектен баланс се нарушава и се възпроизвежда сигнал, предупреждаващ за наличие на нежелан метал. За да се предотвратят нежелани електрически сигнали или влиянието на близки метални предмети и машини, цялата система е обвита в метална кутия с дупка в средата, позволяваща преминаването на продукта. Най-често като материал за тази кутия се използва алуминий, но в случаите, когато детектора се нуждае от често почистване с вода, той е заменен от неръждаема стомана. Нещо повече, металната кутия придава на апарата необходимата здравина и устойчивост при работа.

МЕХАНИЧНИ ТЕХНИКИ

Металната кутия сама по себе си дава отражение върху състоянието на баланс. Микроскопичните движения на спиралите, свързани помежду си, с големина от един микрон могат да предизвикат допълнително напрежение и фалшива аларма. Един от големите дизайнерски проблеми при производството на метал-детектори и да се проектира напълно устойчива и стабилна система, която да не се влияе от вибрации на двигатели, поточни линии, автоматични устройства, температурни промени, транспортиране и допълнителни устройства. Изборът на първичен материал, спецификацията на спиралите и дизайна на кутията са от изключително важно значение. За да е увеличи механичната устойчивост някои производители обгръщат детектора с допълнителен материал, за да се избегне нежеланото съприкосновение между металната кутия и спиралите. Това спомага за създаване на апарат, който работи при максимална чувствителност при нормални фабрични условия.

ЕЛЕКТОРНИКА

Механичната конструкция минимизира фалшивите сигнали от движението на спиралите вътре в кутията. Но температурните промени, износването от апертурата, остаряване на електронните компоненти и бавните промени в механичната структура също допринасят до промяна в баланса на напрежението. Това може да се реши с различни електронни техники. Така например Автоматичния контрол на баланса непрекъснато следи волтажа и автоматично го коригира, ако е необходимо. Това премахва нуждата от периодичен тунинг от оператор и гарантира, че детекторът постоянно е в оптимално работно състояние.

По същия начин, чрез контрол на честотата на генератора с кварцови кристали се избягват нежелани отклонения. Автоматичния контрол на баланса и кварцовия контрол сами по себе си не могат да накарат детектора да открива малките парченца метал. Те обаче му позволяват непрекъснато да е в добро състояние, без намесата на оператор и без да отбелязва фалшиви сигнали.Когато инспектираният продукт е опакован в алуминиево фолио, спиралният метал-детектор е неизползваем. За целта има алтернативен апарат, проектиран така, че да игнорира металното фолио и да е “чувствителен” към нежелани частици. Когато металната частица достигне детектора, тя преминава през мощно магнитно поле. Магнетизираната частица преминава покрай единична спирала и се отделя напрежение. При метал-детекторите е необходима определена площ встрани от отвора, в която да няма метални структури, валяци и допълнителни съоръжения, за да може да функционират точно. Основно правило е, че при фиксирани метални структури тази площ трябва да е 1.5 по апретурната мисочина и 2 по нея за подвижни устройства. Когато площта е ограничена може да се използва патентованата система “Zero Metal Free Zone”.

РАЗКРИВАНЕ НА АМПЛИТУДАТА

Когато метална частица премине през детектора се възпроизвежда сигнал, който е най-силен при първата спирала, намалява до нулева стойност в централната част на апарата и се увеличава отново до максимум при третата спирала. Сигналът започва да се оформя още, когато частицата е на някакво определено разстояние от спиралите. При големите късове метал сигналът е много силен, дори още преди да са доближили апарата. Фигура 2 показва сигналите от малка и голяма метална частица. Схемата е валидна за всички типове детектори.Съществуват обаче два алтернативни метода за интерпретиране или обработка на този входящ сигнал, които зависят от различните характеристики на детектора. Единият е известен като “Амплитуда”, а другия е “Тясна зона”.

1. Амплитудна детекция – когато сигналът от металната частица надвишава предопределеното ниво, апаратът функционира нормално.

2. Детекция на тясната зона – тази техника разкрива присъствието на метал, когато сигналът рязко мени своята полярност. Това винаги се случва на едно и също място – под централната спирала – независимо от големината на метала.Всеки един от двата метода има своите предимства и недостатъци. Предимството на техниката на тясната зона, е че мястото на засичане е винаги точно определено, независимо от големината на метала. С амплитудната детекция големите метални частици могат да се откриват много по-рано.

ЧУВСТВИТЕЛНОСТ

Много фактори влияят върху оперативната чувствителност на метал-детектора. Отчетените данни за нея винаги трябва да се комбинират с допълнителна информация, за да могат резултатите да бъдат достоверни. Трябва да се отбележи, че съществува широкоразпространена заблуда и неразбиране относно свойствата на чувствителността и нейната специфика. Факторите, влияещи върху нея са: тип метал, форма на метала, разположение, апретурен размер, условия на средата, продукта, оперативната честота и скоростта. Когато се определя оперативната чувствителност или се сравняват възможностите на различни детектори трябва да се имат предвид следните три фактора:

- Чувствителността трябва да е активна непрекъснато без наместата на оператор. Нестабилен апарат, нуждаещ се от постоянно внимание и настройки трябва да се премахне.

- Детекторът не трябва да отхвърля годни продукти.

- Апартатът не трябва да отчита грешни сигнали от външни вибрации и влияния.

ТИПОВЕ МЕТАЛ

Всички метали спадат към три главни категории: черни, цветни и неръждаема стомана. Лекотата на откриване зависи от техните магнитни проницаемости (колко лесно се магнетизират). Съдържанието на желязо определя добри магнетични и електропроводни свойства и металите са лесни за откриване. Всички метал-детектори с лекота откриват малките железни частици. Цветните метали като мед, олово и алуминий не са магнетизирани, но са добри проводници на електричество и лесно се откриват. Неръждаевата стомана варира в множество различни типове, някои магнетизирани, а други не и тяхната проводимост е различна. Поради това типът стомана винаги трябва да се конкретизира. Най-широкоразпространените типове стомани в хранителната и фармацевтична индустрия са 304L и 316. Повечето модерни детектори не ги откриват, което е сериозен проблем. Особено при инспекция на солени и мокри продукти.

ФОРМА НА МЕТАЛА

Металните сфери се определят като стандарт за определяне на детектронтие способности. Има две причини за това: 1. сферите са най-често разпространени при металите; 2. сферата има постоянна форма и лесно се засича от детектора, без значение нейното разположение. Чувствителността на апарата обикновено се определя от диаметъра на сфера от специфичен метал, който се засича в центъра на апретурата.

ЕФЕКТ НА РАЗПОЛОЖЕНИЕТО

Ориентацията на  несферична частица метал като например стружка или част от тел определя лекотата на нейното откриване. Това е известно като ефект на разположението. Частица от черен метал е в най-сложна позиция за откриване ако е на 90 градуса спрямо посоката на движение и най-лесна, когато е успоредна на колана на поточната линия. За цеветната и стоманена тел важи точно обратното. Ако има риск от такъв тип замърсяване трябва да се провери предварително, дали детекторът е в състояние да открие частиците. Ефектът на разположението се проявява само когато диаметърът на телта е по-малък от сферичната чувствителност на метал-детектора. Когато апаратът е настроен при диаметър от 1.5 мм например, само при тел по-тънка от 1.5 мм в диаметър ще се прояви този ефект. Ясно е, че за да се избегне това най-добре е детекторът да функционира на възможно най-високата честота. Това обаче може да предизвика други проблеми. С увеличаване нивата на чувствителност при някои детектори се наблюдава нежелан ефект от трептене, предизвикващо фалшиви аларми. Затова е необходим стабилен детектор с авто баланс и кварцов контрол.

РАЗМЕРИ НА АПРЕТУРАТА

Големията отвор е по-малко чувствителен, отколкото по-малкият. Широчината и височината на апретурата имат влияние върху чувствителността на детектора, като с най-голям ефект са промените във височината. Геометричният център е най-малко чувствителната зона, за разлика от краищата. Разликата между тях е известна като градиент на чувствителност и зависи от дизайна на спиралите и като цяло на самия апарат. Големият градиент може да направи детектора прекалено чувствителен към замърсяване на поточната линия или в опакован продукт. Перфектният апарат не трябва да има градиент и еднаква чувствителност във всяка точка.

УСЛОВИЯ НА СРЕДАТА

Метал-детекторите са повлияни в различна степен от резктите условия на средата, като въздушни електрически смущения, вибрации в предприятието и температурни промени. Тези ефекти стават още по-осезаеми когато апаратът работи при висока чувствителност. Конвектомати, замразителни тунели и миялни машини създават термичен шок, който рефлектира във фалшиви сигнали. Единствено използването на автоматичен контрол на баланса решава проблема, в противен случай оператор трябва да намали чувствителността. Поради тази причина сравнението на способностите на детекторите, тествани в контролирани лабораторни условия не е много удачно и показателно. Спецификациите на чувствителността трябва да се направят в нормални производствени условия, за да е стабилен детекторът.

ПРОДУКТИ

Сухите продукти като сладкарските изделия и зърнените са сравнително лесни за инспекция и при тях се изпалзват таблици за изчисляване на необходимата оперативна чувствителност. Когато обаче се проверяват влажни продукти, проводници като сурово месо, ситуацията е различна. Влажните продукти създават фалшив сигнал, вследствие на смущение, който трябва да се спре преди започването на проверката. Трябва да се намали чувствителността на детектора по начин, който не може да се изчисли емперически. За да се намали този ефект оперативната чувствителност се настройва в обхват от 10 – 50 Khz. Това намалява сигнала на смущение от продукта, но и чувствителността на апарата особено към стоманени частици. За определяне на чувствителността към дадена поточна линия трябва предварително да бъдат проведени продуктови тестове.

ИНСПЕКЦИОННИ СКОРОСТИ

Минималните и максималните инспекционни скорости рядко са ограничителнен фактор за метал-детекторите, особено когато става дума за поточн линии. Ограниченията варират от производител до производител, като те са функция от височината на апретурата на апарата. Типично те са около 8 м/сек. При височина от 125 мм. Някои модификации на апаратите позволяват да се увеличи тази граница. Границата на изпълнение може да бъде достигната когато се проверяват пневматични помпи при скорости надвишаващи 35 м/сек. По-важно от абсолютния минимум и максимум е уеднаквяването на чувствителността по време на целя диапазон скорости. Но това не може да се постигне с всички детектори.

сп. "ХИ&Т"