Главная > Методы и техническое обеспечение контроля качества товаров

Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

Сдвиговые свойства проявляются, как известно, при касательном смещении слоев продукта.

Приборы для измерения сдвиговых свойств по принципу действия подразделяют на следующие группы: ротационные и капиллярные вискозиметры, пенетрометры, приборы с плоскопараллельным смещением пластин и др.

Ротационные вискозиметры

Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили коаксиальноцилиндрические комбинированные поверхности для измерения характеристик вязких и пластично-вязких продуктов (мясной фарш, тесто, конфетные массы, помады и др.).

На рис. 3.1 показана принципиальная схема ротационного вискозиметра, рабочий орган которого имеет одну геометрическую форму в виде коаксиальных цилиндров.

Фото 1 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

На рис. 3.2. представлены схемы ротационных вискозиметров, рабочий орган которых комбинирован: цилиндр-полусфера (а) или цилиндр-конус-диск (б).

Фото 2 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

Между рабочими поверхностями находится исследуемый продукт, сила сопротивления внутри которого при вращении одной из поверхностей измеряется.

Известны два основных принципа действия приборов с коаксиальными цилиндрами.

В первом случае испытуемое вещество помещается в цилиндр, приводимый в равномерное вращательное движение. Подвешенный на упругой нити второй цилиндр находится коаксиально с первым. Вязкость вычисляется по величине скорости вращения первого цилиндра и по углу поворота второго цилиндра от его первоначального положения. Этот метод применяется для исследования жидкостей и газов.

Во втором варианте внешний цилиндр неподвижен, внутренний крепится на оси, вмонтированной для уменьшения трения в шариковых подшипниках, и приводится во вращение с помощью падающего груза. Экспериментально получают зависимость крутящих моментов от угловой скорости вращения измерительной поверхности.

При исследовании пищевых масс часто применяют ротационные вискозиметры РВ-4, РВ-7, РВ-8, разработанные М. П. Воларовичем. В этих приборах используется второй вариант привода от падающих грузов (рис. 3.3).

 

Фото 3 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

 

Для случая, когда сдвиг распространяется на всю толщину исследуемой массы, заключенной между двумя цилиндрами, М. П. Воларовичем предложены формулы для определения эффективной вязкости нЭф (Па х с) и предельного напряжения сдвига 9 (Па):

Фото 4 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

где К и К0 — константы прибора, зависящие от геометрических размеров и высоты, на которую загружается исследуемый продукт, m1 с-2;

М — масса вращающих ротор грузов, кг;

N — частота вращения ротора, об/с;

М0 — масса грузов, при которой начинается сдвиг, кг.

Капиллярные вискозиметры

Эти приборы используются для определения вязкости бульона, топленых жиров, крови, растительных масел.

Наибольшее распространение и применение получили вискозиметры Оствальда, Убеллоде (рис. 3.4).

Фото 5 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

Капиллярные вискозиметры представляют собой [/-образные трубки, в одно из колен которых помещен капилляр.

В приборе Убеллоде для истечения жидкости необходимо в одном из колен принудительно создавать давление или вакуум, в то время как в приборе Оствальда перетекание жидкости из одного колена в другое происходит за счет гидростатического давления.

Вискозиметр Оствальда используют как относительный прибор. Расчет производят по формуле

Фото 6 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

где Kt — водная константа прибора при t измерения, м22; р — плотность жидкости при температуре заливки, кг/м3; т — время истечения, с.

Пенетрометры

Пенетрометры различных модификаций производства Венгрии, Германии, России предназначены для качественного и быстрого измерения как в лабораториях, так и в производственных условиях. Они широко применяются для испытаний в нефтеперерабатывающей, косметической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Принцип действия пенетрометров заключается в том, что прибор автоматически измеряет степень пенетрации, т. е. выраженное в 0,1 мм расстояние, на которое индентор (игла или конус) проникает в испытуемый материал перпендикулярно его поверхности при температуре 20°С в течение 5 с.

На рис. 3.5. представлены пенетрометры фирмы "Labor" (Венгрия).

Фото 7 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

Автоматические пенетрометры ОВ-204, ОВ-205, ОВ-202 имеют реле времени и тормозной механизм.

Арматура автоматического пенетрометра расположена в корпусе (1) из алюминиевого литья, установленном на трех регулируемых установочных винтах (2), с помощью которых, а также уровнемера (5) прибор устанавливается в горизонтальное положение.

До включения прибора в сеть необходимо сетевую колодку на задней панели прибора поставить в положение, соответствующее имеющемуся сетевому напряжению, а также заземлить прибор.

Прибор включается главным включателем. При этом включается лампа для освещения рабочего пространства (10), реле времени, электронная часть и проекционная лампа оптической части. Прибор следует включать за 30 мин. до начала измерений.

Испытуемый продукт помещается на столик подъемного винта (6), благодаря которому испытуемый материал поднимается до соприкосновения с индентором (8). Индентор (игла или конус) при помощи зажимной головки (9) ввинчивается в отверстие направляющей, выступающей из панели над рабочим пространством, и после ввода до отказа фиксируется винтом.

Перед измерением проводят нулевую коррекцию шкалы (11), по которой отсчитывается степень пенетрации. Нулевая метка шкалы должна совпадать с горизонтальной меткой матового стекла.

Для пуска индентора служит кнопка (4). В момент включения реле времени на 5 с выводит из действия пружину, крепящую направляющую штангу, и индентор проникает в испытуемый материал. Спустя 5 с реле включает магнит, и в действие вступает тормозная система, которая препятствует дальнейшему перемещению направляющей.

После каждого измерения реле прибора через 1 с готово к следующему испытанию. Результаты измерения отсчитываются по оптической проекционной шкале в градусах пенетрации (3-360), равном 0,1 мм.

Пенетрометр ручной переносной ППМ-4 показан на рис. 3.6.

Фото 8 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

По определяемому среднему арифметическому значению глубины пенетрации, выраженному в метрах, рассчитывают предельное напряжение сдвига (ПНС) по формуле П. А. Ребиндера:

Фото 9 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

где О — предельное напряжение сдвига, Па; Р — усилие пенетрации, Н;

h — глубина погружения конуса, глубина пенетрации, м; ка — константа конуса; при а = 60°, ка = 0,214. Усилие пенетрации (Р) определяется по формуле

Фото 10 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

где т — масса конуса с зажимной головкой (равняется 150 г, или 0,15 кг);

g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2).

Рассмотренные выше пенетрометры, а также пенетрометр переносной малогабаритный ППМ-4, разработанный профессором В. Д. Косым, применяются для определения пенетрации мясных продуктов по ГОСТу Р 50814-95 "Мясопродукты. Методы определения пенетрации конусом и игольчатым индентором".

Приборы с плоскопараллельным смещением пластин

Эти приборы служат для определения сдвиговых характеристик в области практически не разрушенных структур при малых величинах деформаций. С помощью этих приборов можно исследовать вязкость, упругость, период релаксации.

Метод смещения пластин используется в конструкции приборов со смещением верхней пластины, когда исследуемый материал находится между двумя пластинами (рис. 3.7).

Фото 11 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

Имеются также приборы со смещением пластины, погруженной в исследуемую среду (рис. 3.8).

Фото 12 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

В первом приборе (а) кювета (1) с исследуемым материалом устанавливается неподвижно, в нее помещается пластина (2). Пластина приводится в движение грузом (3) при помощи нити, переброшенной через блок. Часть груза уравновешивает пластину (2), другая — рабочую нагрузку.

Между пластиной и нитью установлена микрошкала (4), по которой с помощью микроскопа (5) измеряют величину деформации. Время отсчитывают по секундомеру.

Во второй модификации (б) пластина через микрошкалу прикрепляется к заранее тарированной пружине. При опускании столика с закрепленной на  нем кюветой по величине растяжения пружины определяют напряжение.

Напряжение сдвига 9 вычисляют по деформации пружины, соответствующей этой нагрузке Р, и боковой поверхности пластины F:

Фото 13 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

<<< Классификация методов и приборов для измерения структурно-механических свойств продовольственных товаров
Методы и приборы для определения объемных свойств >>>

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 2.60/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
2.6/5 (5 голосов)
Rustem 2013-09-28 15:16:34
Эмиль у вас серьезная опечатка.
Перетекание исследуемой жидкости из одного шарика в другой происходит в вискозиметре Уббелоде за счет гидростатического давления, а Освальда за счет создания давления или вакуума на одном конце трубки.
А у вас написано наоборот.

[Ответить] [Ответить с цитатой]
↑ 0 ↓
Эмиль 2011-08-01 16:13:43
Здравствуйте, нет ли возможности купить прибор вейлера-ребиндера или где его можно приобрести?

[Ответить] [Ответить с цитатой]
↑ -1 ↓

Страницы: [1]

Оставить комментарий

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить