Fettgehalt in der Milch Messen

[lorenzo]

Ich moechte mit einer elektronischen Vorrichtung (mit IR oder Ultraschall) den Fettgehalt in der Milch messen.
Kann ich dies mit einem Atmega8 machen ?
Ist es sehr kompliziert so eine Vorrichtung zu bauen?

Gruesse

Lorenzo

[Besserwessi]

Der verwendete Controller ist erst mal nebensächlich. Vermutlich wäre der Mega8 in Ordnung. Was interessanter ist, wäre das Messverfahren.

Die Frage ist also was ändert sich mit dem Fettgehalt:
So ganz einfach ist das sicher nicht, denn es da können sich wohl auch noch andere Parameter ändern, z.B. Zuckergehalt, Eiweissgehalt, ggf. Größe der Fetttröpfchen, PH-wert, Alter.

Mit IR Licht sehe ich da keinen so einfachen Zusammenhang mit dem Fettgehalt. Möglich wäre es aber: die Fettröpfchen werden wohl zur Lichtstreuung beitragen, aber da geht sicher auch die Tröpchengröße ein.

Bei Ultraschall sollte man eine Effekt über die Dichte bekommen. Vermulich auch noch einen über die Dämpfung, denn ich würde mal schätzen das sich hier Fett auch anders als Wasser verhält. Eine einfache Dichtemessung wird vermultich auch nicht reichen, denn da haben auch andere Inhaltsstofe einen Einfluss.

So wie es aussieht ist das ein alles anderes als einfaches Problem. Ein erster schritt wäre man zu sehen was es schon an Fettsensoren gibt.

[vohopri]

Hallo Lorenzo,

die Dielektrizitätskonstante von Wasser und Fett unterscheidet sich schon einmal deutlich. Das wäre ein Ansatzpunkt für weiter Recherchen.

grüsse,
Hannes

[yaro]

Elektronisch wäre das wohl schwierig... und der Controller erstmal nebensächlich.
Ich habe mal im Chemieunterricht den Fettgehalt von Nüssen bestimmt, das war nicht ganz so einfach... Und hat schon ein Weilchen gedauert.
Informier dich mal im Internet, wie das elektronisch gehen soll, dann können wir dir auch helfen.

Gruß, Yaro

[Besserwessi]

Das ist eine gute Idee mit der DK. Das würde dann auch eine Kapazitätsmessung hinauslaufen und das läßt sich recht gut mit einem µC erledigen.

[lorenzo]

Hallo Leute,

Danke fuer Euer Interesse.

Ausser den normalen chemisch - physikalischen Tests gibt es 2 Arten von Schnelltests zur Messung
vom Fettgehalt:

1) Spektrometrische Messung:
Standardzusammensetzung der Kuhmilch:
Wasser 87,5% - Fett 3,5% - Laktose 4,7% - andere Elemente 4,3%

Frequenzband:
Homogeneisiertes Fett - 5730 nm
Nicht pastorisiertes Fett - 3450 nm
Laktose - 9600 nm
Proteine - 6640 nm

2) Akustische Messung
Wird nach folgender Formel durchgefuehrt:
V=1/SQR(D*K)
Die Messungen werden gleichzeitig in zwei Behaeltern mit 41°C und 65°C durchgefuehrt

Gruesse

Lorenzo

[oberallgeier]

... Spektrometrische Messung ... 5730 nm ... 3450 nm ... 9600 nm ... 6640 nm ...Tiefstes Infrarot ? ? ? 9600 nm sind fast ein hunderstel Millimeter ! ! ! Was dient da als Sender und was als Empfänger ??

[Besserwessi]

Die Infrarotmessung habe ich auch kurz nachgeschlage. Das ist eine ziehmlich aufwendige Angelegenheit. Man mach dazu wirkliche IR Spektroskopie. Der Detektor könnte eine Thermosäule oder ein Halbleiter mit kleiner Bandlücke (ggf. auch gekühlt) sein. Der Sender ist dagegen einfach eine Heiße oberflächen (z.B. 1500°C)

Das Normale Verfahren ist da wohl Fourier Spektriskopie, auch wenn man hier wohl nicht die damit erreicht Auflösung braucht. Als fertiges Gerät würde ich mit Preisen von mehrerern 10000 EUR rechenen.
Die Auswertung erforder auch mehr einen PC und ein Menge Tabellendaten für die Kalibrierung. Dafür hat man als Ergebnis auch mehr als nur den Fettgehalt.

Die Akustische Messung sieht dagegen so aus als wäre das im Eigenbau machbar. Als einfache Ausführung sollen 2 Piezos an gegnüberliegenden Seiten eines eher dünnwandigen Rohres reichen. Man wird dann aber noch einiges an Experimenten und Test brauchen, um die Rohreigenschalten von denen der Flüssigkeit zu trennen.

Allerdings würde ich da nicht mit einer wirklich hohen Genauigkeit rechnen, denn auch die anderen Milchbestandteile werden die Schallgeschwindigkeit verändern.

Die Elektrische (Dielektrische) Messung wäre da eventuell eine sinnvolle Ergänzung. Wobei man da vermutlich zu relativ hohen Frequenzen (z.B. 100 MHz) gehen muss damit man nicht nur die Leitfähigkeit und damit im wesentlichen den PH Wert bestimmt.

Ich habe auch noch gefunden, das sich auch die Wärmeleitfähigkeit ein kleinwenig mit dem Fettgehalt ändern soll. Das wäre auch noch enfacher als die IR Messung.

[lorenzo]

Hallo,

kann man mit Ultraschall den Durchmesser von den Fettteilchen messen ?

Gruesse

Lorenzo

[Besserwessi]

Man könnte mit Ultiraschall eventuell auch was über die Größe der Fetteilchen rauskriegen, wenn man die Dämpfung oder Steurung als Funktion der Frequenz (Wellenlänge) betrachtet. Das sind dann aber schon eher hohe Frequenzen um mit der Wellenlänge in Größenbereich zu kommen. So ganz einfach ist es aber nicht, eher was für eine Abschlußarbeit an der Uni.

[lorenzo]

Ich werde einige Versuche mit Ultraschall machen. Um an eine Arbeit an der Uni diesbezueglich zu denken, fehlen mir sicher die noetigen elektronischen Voraussetzungen, so dass das Risiko, mich zu verzetteln zu gross ist. Sollte ich zu irgendwelchen Ergebnissen kommen oder weitere spezifische Fragen haben, melde ich mich wieder

Gruesse
Lorenzo

[i_make_it]

Als Denkanstoß:
Ich habe früher immer den Ölgehalt von Bohremulsion (Bohrmilch) mit einem Refraktometer gemessen.
Ich wes nicht ob das bei Milch auch geht, da dort ja auch Eiweis und Zucker drin ist. aber ich könnte mir vorstellen das eine Scannerzeile ausreicht um den Übergang zwichen Reflexion und Lichtdurchgang zu erkennen.
Eine einfache einmal geeichte Lookup Tabelle liefert dann das Ergebniss.

Allerdings kommt da die Milch mit dem Meßsystem in Kontakt, was ja die Hygiene angeht.

[lorenzo]

Hallo,
koennte man vielleicht mit einer Laserdiode und einem Fototransistor den Fettgehalt der Milch messen.

Gruesse Lorenzo

[ranke]

Das Thema ist also immer noch aktuell.
Der optische Ansatz könnte schon gehen. Die Lichtstreuung ist umso stärker, je größer die Wahrscheinlichkeit ist, dass das Licht auf eine Grenzfläche Öl/Wasser trifft. Diese Wahrscheinlichkeit kann man allerdings nicht nur durch mehr Fett, sondern auch durch kleinere Fetttröpfchen erhöhen. Wenn die Fetttröpfchen aber zu klein werden (deutlich unter der Wellenlänge des verwendeten Lichts) dann wird die Streuung wieder unwahrscheinlicher.
Wenn man aber davon ausgeht, dass die Fettröpfchen in der Größenverteilung etwa konstant sind, sehe ich gute Chancen, dass man so ein Meßprinzip verwirklichen kann. Man könnte z.B. die Abschwächung eines Lichtstrahls beim Durchgang durch eine probengefüllte Meßküvette (bekannter Dicke) prüfen. Um auch kleine Tröpchen zu erfassen, wäre vielleicht eher kurzwelliges (blaues) Licht sinnvoll. Ultraviolett geht nicht mehr, da absorbiert das Wasser wieder zu viel Licht.

[wkrug]

Eventuell wäre es auch ein möglicher Ansatz das Spektrum des durgelassenen Lichtes und des reflektierten Lichtes zu messen ( Kamera am Ende eines Rohres und seitlich am Rohr ).
Ich weiß jetzt nicht, ob es da einen direkten Bezug zum Fettgehalt gibt und sich die anderen Milch- Bestandteile auswirken.
Wenn man da aber spezifische Werte ( Wellenlängenverteilung ) für Fett ableiten könnte, hätte man eine berührungslose Meßmethode.
Dafür ist aber sicher noch einiges an Grundlagenforschung nötig!

[Besserwessi]

Mit Laser und Photodiode gäbe es ggf. auch eine Möglichkeit, zumindest wenn die Milch homogenisiert ist und wenigstens keine ganz großen Fetttröfchen enthält. Man könnt in Wasser so etwas wie eine Zählung und Größenmessung der Fettröpfchen machen - so ähnlich wie die optische Zählung von Staubpartikeln in der Luft. Dazu wird man aber eine kleine Menge Milch relativ stark verdünnen müssen, und dann die Streuung des Lichtes an einzelnen Fetttröpfchen messen, die mehr oder weniger zufällig am Sensor vorbei strömen. Auch das ist aber nur eine 1. Idee - und bräuchte wohl noch viel an Entwicklungsarbeit, wenn es überhaupt klappt. Es bleibt dann aber schon mal das Problem, dass man die Verdünnung auch noch messen muss.