Инфракрасные пирометры для контроля температуры в пищевом производстве

Оглавление

• 1. Введение
• 2. Принцип работы инфракрасных пирометров
• 3. Преимущества использования инфракрасных пирометров в пищевом производстве
• 4. Области применения в пищевой промышленности
• 5. Нормативные требования к контролю температуры в пищевом производстве
• 6. Критерии выбора пирометра для пищевого производства
• 7. Особенности эксплуатации и рекомендации по использованию
• 8. Практические советы по интеграции пирометров в систему контроля качества и ХАССП
• 9. Заключение

1. Введение

В современном пищевом производстве поддержание заданных температурных режимов является одним из важнейших условий обеспечения безопасности и качества выпускаемой продукции. Даже кратковременное отклонение температуры может привести к активному размножению патогенных микроорганизмов, порче сырья, снижению сроков годности готовых изделий и, как следствие, к серьёзным экономическим потерям и рискам для здоровья потребителей.

Особенно актуальна проблема контроля температуры на высокопроизводительных технологических линиях, где использование традиционных контактных термометров со щупом часто оказывается неэффективным. Контактный метод требует времени, создаёт риск перекрёстного загрязнения продукта, а в случае измерения температуры движущихся объектов или поверхностей с высокой температурой — представляет опасность для персонала.

Инфракрасные пирометры (ИК-термометры) позволяют решать эти задачи принципиально иным способом. Они регистрируют тепловое излучение поверхности объекта без какого-либо физического контакта. Это обеспечивает высокую скорость измерения, безопасность оператора и исключает риск контаминации пищевой продукции. В условиях жёсткой конкуренции и строгих требований законодательства такие приборы становятся незаменимым инструментом в арсенале служб качества, технологов и специалистов по эксплуатации оборудования пищевых предприятий.

В настоящей статье рассмотрены физические принципы работы инфракрасных пирометров, их преимущества и ограничения применительно к пищевой отрасли, типичные области использования, нормативные требования к контролю температуры, а также практические рекомендации по выбору и эксплуатации приборов.

2. Принцип работы инфракрасных пирометров

Инфракрасные пирометры относятся к приборам, измеряющим температуру по интенсивности теплового излучения объекта. Все тела с температурой выше абсолютного нуля излучают электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне. Интенсивность этого излучения зависит от температуры поверхности и её способности излучать энергию (коэффициента излучения).

Основой количественного описания теплового излучения служит закон Стефана–Больцмана. Для абсолютно чёрного тела полная лучистая выходность пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры:

где \( M \) — лучистая выходность (Вт/м²), \( \sigma \) — постоянная Стефана–Больцмана (\( 5,67 \times 10^{-8} \) Вт·м⁻²·К⁻⁴), \( T \) — абсолютная температура в кельвинах.

Реальные объекты не являются абсолютно чёрными телами. Их излучательная способность характеризуется коэффициентом излучения \( \varepsilon \) (эмиссивностью), который принимает значения от 0 до 1. Для большинства органических материалов, в том числе пищевых продуктов, коэффициент излучения находится в диапазоне 0,90–0,98. Однако при наличии металлических поверхностей, влажной или глянцевой упаковки значение \( \varepsilon \) может существенно отличаться, что требует обязательной настройки прибора.

Современные инфракрасные пирометры работают в спектральном диапазоне 8–14 мкм. Этот диапазон выбран не случайно: именно в нём наблюдается минимальное поглощение излучения атмосферой (так называемое «атмосферное окно»). Прибор собирает инфракрасное излучение с определённой площади поверхности с помощью оптической системы, фокусирует его на чувствительном элементе (пироэлектрическом или термопарном детекторе) и преобразует полученный сигнал в значение температуры.

Важной характеристикой пирометра является оптическое разрешение (D:S) — отношение расстояния до объекта к диаметру зоны измерения. Чем выше это значение, тем меньше пятно измерения на заданном расстоянии и тем точнее можно контролировать температуру небольших объектов или локальных участков.

Большинство профессиональных моделей позволяют оператору вручную задавать коэффициент излучения в широких пределах (обычно 0,1–1,0). Это особенно важно при работе с разнообразными материалами пищевого производства: от теста и мяса до металлических противней и пластиковой упаковки.

3. Преимущества использования инфракрасных пирометров в пищевом производстве

Применение инфракрасных пирометров в пищевой промышленности даёт ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными контактными методами измерения температуры:

• Полное отсутствие контакта с продуктом — исключается риск микробиологического загрязнения и повреждения поверхности изделия;
• Высокая скорость измерения — результат появляется за доли секунды, что критично на конвейерных линиях с большой пропускной способностью;
• Безопасность персонала — отсутствует необходимость приближаться к горячим поверхностям печей, фритюрниц, теплообменников;
• Возможность измерения движущихся объектов — температура продукции на конвейере, вращающихся барабанов, лент транспортеров;
• Контроль труднодоступных зон — верхние полки камер, внутренние поверхности оборудования, удалённые участки трубопроводов;
• Минимальное влияние на технологический процесс — не требуется останавливать линию или извлекать продукт для измерения;
• Возможность массового контроля — за одну смену специалист может проверить сотни точек без существенных временных затрат.

Вместе с тем важно понимать ограничения метода. Инфракрасный пирометр измеряет только поверхностную температуру. Для контроля внутренней температуры продукта (например, в толще мясного изделия) необходимо использовать контактные термометры со щупом. Кроме того, на точность показаний влияют пар, дым, пыль, угол наклона прибора и правильность установки коэффициента излучения.

4. Области применения в пищевой промышленности

Инфракрасные пирометры находят широкое применение практически на всех этапах пищевого производства. Ниже приведены наиболее типичные задачи.

4.1. Термическая обработка продукции

Контроль температуры поверхности при выпечке хлеба и кондитерских изделий, жарке мясных и рыбных полуфабрикатов, обжарке орехов и семечек. Быстрое измерение позволяет своевременно корректировать режимы работы печей и фритюрниц, обеспечивая равномерную прожарку и предотвращая образование пригара.

4.2. Пастеризация и стерилизация

Оперативный контроль температуры на поверхности тары и продукта после пастеризации. Хотя для подтверждения достижения необходимой температуры в толще продукта чаще применяют контактные методы, ИК-пирометры эффективно используются для мониторинга температуры поверхности бутылок, банок и упаковки на выходе из туннельных пастеризаторов.

4.3. Охлаждение и заморозка

Проверка температуры поверхности продукции после интенсивного охлаждения и в морозильных камерах. Особенно важно контролировать температуру на поверхности замороженных полуфабрикатов и готовых блюд перед укладкой на хранение.

4.4. Контроль оборудования

Регулярная диагностика состояния теплового оборудования: печей, котлов, теплообменников, парогенераторов. Выявление локальных перегревов позволяет предотвратить аварии и внеплановые остановки производства.

4.5. Электротехнический контроль

Проверка температуры контактных соединений в распределительных шкафах, электродвигателей, частотных преобразователей и другого электрооборудования, широко применяемого на пищевых предприятиях. Перегрев контактов — одна из частых причин пожаров и простоев.

5. Нормативные требования к контролю температуры в пищевом производстве

В Российской Федерации и странах Евразийского экономического союза требования к контролю температуры в пищевом производстве установлены рядом нормативных документов.

Основополагающим является ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Согласно этому техническому регламенту, предприятия обязаны обеспечивать безопасность пищевой продукции на всех этапах её жизненного цикла, включая производство, хранение, транспортирование и реализацию. Одним из ключевых механизмов обеспечения безопасности является внедрение процедур, основанных на принципах ХАССП (Hazard Analysis and Critical Control Points).

В рамках системы ХАССП на предприятии должны быть определены критические контрольные точки (ККТ), в которых осуществляется мониторинг параметров, влияющих на безопасность продукции. Температура очень часто является таким параметром — как на этапах термической обработки, так и при хранении и охлаждении.

Методические подходы к организации производственного контроля температуры изложены в ГОСТ Р 51705.1 и рекомендациях Роспотребнадзора. На предприятиях ведутся журналы контроля температуры в холодильном и тепловом оборудовании, а также в критических точках технологического процесса. Показания приборов должны быть достоверными, а сами средства измерения — поверенными или калиброванными в соответствии с установленными требованиями.

Инфракрасные пирометры могут эффективно использоваться для оперативного контроля поверхностной температуры в рамках производственного мониторинга ККТ. При этом важно понимать, что для официального подтверждения достижения требуемой температуры в толще продукта (например, при пастеризации) обычно применяют контактные методы. ИК-пирометры служат удобным и быстрым инструментом для регулярных проверок и выявления отклонений.

При использовании пирометров в системе ХАССП рекомендуется документировать результаты измерений, указывать модель прибора, дату поверки (при наличии) и коэффициент излучения, с которым проводились измерения.

6. Критерии выбора пирометра для пищевого производства

Выбор инфракрасного пирометра для пищевого предприятия должен осуществляться с учётом специфики технологических процессов, требуемой точности, условий эксплуатации и необходимости интеграции в систему контроля качества.

Ключевыми критериями являются:

• Диапазон измеряемых температур — должен перекрывать как отрицательные температуры в морозильных камерах (−20…−30 °C), так и высокие температуры поверхностей печей и фритюрниц (до +250…+300 °C);
• Оптическое разрешение (D:S) — для большинства задач пищевого производства достаточно значения 8:1 или 12:1;
• Возможность регулировки коэффициента излучения — крайне желательна, так как разные продукты и материалы упаковки имеют различную эмиссивность;
• Скорость измерения — чем меньше время отклика, тем удобнее работать на движущихся линиях;
• Дополнительные функции — фиксация минимального и максимального значения, усреднение, память измерений, подсветка дисплея;
• Условия эксплуатации — рабочая температура прибора, защита от пыли и влаги, удобство удержания в руке при длительной работе.

Хорошим примером прибора, отвечающего многим требованиям пищевых производств, является инфракрасный пирометр RGK PL-12. Он обеспечивает широкий диапазон измерения от −50 °C до +550 °C, что позволяет контролировать как замороженную продукцию, так и горячие поверхности термического оборудования. Оптическое разрешение 12:1 даёт возможность проводить точные измерения на безопасном расстоянии. Настраиваемый коэффициент излучения в диапазоне 0,1–1,0 позволяет адаптировать прибор под конкретный тип поверхности. Время измерения составляет всего 150 мс, а спектральный диапазон 8–14 мкм обеспечивает стабильные результаты в условиях производственных цехов.

При выборе конкретной модели также рекомендуется обращать внимание на возможность поверки прибора, наличие памяти для хранения результатов измерений и удобство считывания показаний при работе в условиях недостаточной освещённости производственных помещений.

Дополнительно при выборе пирометра для пищевого производства стоит учитывать эргономику прибора и удобство его повседневного использования. Модели с пистолетной рукояткой, большой кнопкой спуска и прорезиненным корпусом значительно снижают утомляемость оператора при длительных обходах цехов и складов. Наличие яркой подсветки дисплея и чёткого лазерного целеуказателя позволяет уверенно работать в условиях переменного освещения, характерного для производственных помещений.

Для предприятий с развитой системой документирования результатов полезны функции сохранения измерений в памяти прибора и последующей передачи данных на компьютер. Это упрощает формирование отчётов по мониторингу критических контрольных точек и проведение внутренних аудитов.

Приобретая прибор, рекомендуется уточнить возможность его периодической поверки в аккредитованных метрологических лабораториях. В ряде случаев результаты измерений могут использоваться при составлении официальной документации предприятия, поэтому наличие поверки повышает доверие к получаемым данным.

7. Особенности эксплуатации и рекомендации по использованию

Точность и надёжность измерений инфракрасным пирометром в значительной степени зависят от соблюдения правил эксплуатации. Даже самый качественный прибор может давать искажённые результаты при неправильном использовании.

Основные рекомендации по эксплуатации

• Перед началом работы всегда проверяйте заряд батареи. Большинство моделей оснащено индикатором низкого заряда — не игнорируйте его сигналы.
• Регулярно очищайте линзу объектива мягкой безворсовой тканью. Пыль, жирные пятна и конденсат сильно влияют на точность показаний.
• Устанавливайте правильный коэффициент излучения перед каждым типом измерений. Для большинства пищевых продуктов, теста, хлеба и картонной упаковки подходит значение 0,95. Для блестящих металлических поверхностей (противни, формы) коэффициент значительно ниже — в таких случаях рекомендуется наклеивать на объект специальную термостойкую ленту с известным коэффициентом излучения или проводить измерения под небольшим углом.
• Соблюдайте рекомендуемое расстояние до объекта в соответствии с оптическим разрешением прибора (D:S). Измерение на слишком большом расстоянии приводит к захвату большой площади и усреднению температуры.
• Стремитесь измерять поверхность под углом, близким к перпендикулярному (отклонение не более 30–45°). При больших углах возрастает влияние отражённого излучения от окружающих предметов.
• Избегайте измерений в условиях сильного пара, дыма, пыли или брызг — эти факторы поглощают или рассеивают инфракрасное излучение.
• Никогда не проводите измерения через стекло, прозрачную плёнку, воду или пар — прибор зафиксирует температуру преграды или отражение, а не реальную температуру объекта.
• При измерении очень холодных поверхностей учитывайте возможность образования инея или конденсата, которые могут искажать результаты.

Типичные ошибки при эксплуатации инфракрасных пирометров и способы их предотвращения

8. Практические советы по интеграции пирометров в систему контроля качества и ХАССП

Чтобы инфракрасные пирометры приносили максимальную пользу на пищевом предприятии, их необходимо грамотно встроить в существующую систему производственного контроля и ХАССП.

1. Определите перечень критических контрольных точек (ККТ), на которых целесообразно применять бесконтактные измерения. Это могут быть выход из печи, зона охлаждения, холодильные и морозильные камеры, контроль температуры поверхности транспортёров и оборудования.
2. Разработайте и утвердите внутреннюю методику измерений. В методике обязательно укажите: рекомендуемый коэффициент излучения для каждого типа объекта, оптимальное расстояние измерения, количество контрольных точек на единицу продукции или оборудования, периодичность проверок.
3. Организуйте документирование результатов. Ведите журнал (бумажный или электронный) с обязательными полями: дата и время измерения, место (ККТ), показания прибора, модель и заводской номер пирометра, ФИО оператора, примечания (в том числе установленное значение коэффициента излучения).
4. Установите график поверки или калибровки приборов в соответствии с внутренними требованиями предприятия и рекомендациями производителей. Даже если прибор используется только для внутреннего контроля, регулярная проверка стабильности его работы повышает достоверность данных.
5. Проводите обучение персонала. Все сотрудники, которые будут работать с пирометром, должны понимать принципы измерения, правила настройки коэффициента излучения и типичные источники ошибок.
6. Периодически проводите сравнительные измерения. Сравнивайте показания инфракрасного пирометра с показаниями поверенного контактного термометра со щупом на одних и тех же объектах. Это позволяет своевременно выявлять отклонения в работе прибора.

При правильной интеграции инфракрасные пирометры становятся не просто удобным инструментом, а важным элементом системы обеспечения безопасности пищевой продукции, позволяющим оперативно реагировать на отклонения температурных режимов.

9. Заключение

Инфракрасные пирометры представляют собой современный и высокоэффективный инструмент для оперативного контроля температуры в пищевом производстве. Благодаря бесконтактному принципу измерения они позволяют значительно повысить скорость и безопасность контроля, снизить риск микробиологического загрязнения продукции и обеспечить более плотный мониторинг критических параметров на всех этапах технологического процесса.

Применение пирометров особенно эффективно на высокопроизводительных линиях, где традиционные контактные методы оказываются слишком медленными или неудобными. Правильно выбранный прибор с регулируемым коэффициентом излучения, достаточным оптическим разрешением и удобным интерфейсом становится надёжным помощником технологов, специалистов по качеству и служб эксплуатации.

Важно понимать, что инфракрасные пирометры дополняют, а не полностью заменяют контактные термометры. Комплексное использование обоих типов средств измерения обеспечивает наиболее полную и достоверную информацию о температурном режиме. При этом бесконтактные измерения идеально подходят для регулярного мониторинга поверхностной температуры, выявления локальных отклонений и оперативного контроля оборудования.

Соблюдение нормативных требований ТР ТС 021/2011 и принципов ХАССП становится значительно проще при наличии в арсенале предприятия качественных и правильно эксплуатируемых инфракрасных пирометров. Они помогают не только соответствовать законодательству, но и реально повышать качество и безопасность выпускаемой продукции, снижая риски и экономические потери.

Для обеспечения надёжного и оперативного контроля температуры на вашем пищевом производстве вы можете купить подходящий инфракрасный пирометр по доступной цене. Грамотно подобранный и правильно эксплуатируемый прибор поможет оптимизировать технологические процессы, повысить уровень безопасности продукции и снизить риски несоответствия нормативным требованиям.

Материал подготовил технический директор НПП "КИПОФФ" Березин Александр Сергеевич