Приборы для измерения компрессионных свойств продуктов

Наряду со сдвигом, объемное или осевое сжатие, а также осевое растяжение являются основными типами механической деформации продуктов. В ряде машин, как-то волчках, шприцах, дозировочно-формующих, прессах, дозаторах и др., продукты находятся при повышенных давлениях, что изменяет их первоначальный объем и плотность. На выходе из машины объем и плотность также могут отличаться от первоначальных. Эти изменения в продукте определяют, основываясь на компрессионных характеристиках.

Основными методами измерения (рис. 4.12) компрессионных характеристик продуктов являются: осевое сжатие (а), осевое растяжение (б), одностороннее объемное сжатие (в) и двухстороннее объемное сжатие.

а б в

Рис. 4.12 Методы измерения компрессионных свойств продуктов

Прибор для измерения компрессионных характеристик продуктов (рис. 4.13). Прибор предназначен для определения деформационных свойств продуктов при осевом сжатии.

Прибор состоит из корпуса (1), состоящего из нижней и верхней частей. Внутри верхней части установлен выдвижной столик (2), на котором расположена в фиксированном положении на призмах тензометрическая балка (3), с закрепленными на ней тензодатчиками (4). На тензометрической балке в средней ее части жестко закреплена бобышка для установки и крепления нижней пластины (5). Верхняя и нижняя пластины (5) могут быть выполнены из одного или разного материала. Подвижная штанга-гайка (6) получает возвратно-поступательное равномерное движение от винта (7), жестко соединенного с электродвигателем (9) через редуктор и ступенчатый вариатор, позволяющий создавать различные скорости движения штанги-гайки. В нижней части штанги-гайки крепится пластина-поперечина (10), служащая опорой для ножки индикатора, и верхняя рабочая пластина (5). На корпусе прибора установлены включатель и переключатель реверса. Прибор снабжен комплектом круглых пластин разного диаметра площадью 5, 7, 10, 15 см².

Рис. 4.13. Прибор для измерения компрессионных характеристик продуктов

Перед началом испытаний прибор тарируют с помощью стандартных грузов. Для этого выдвигают столик и на нижнюю пластину поочередно устанавливают стандартные грузы. С помощью тензодатчиков на шлейфовом осциллографе отмечают значения прогиба тензобалки конкретному значению груза. После тарировки передвижной столик вкатывают назад. Затем между пластинами помещают образец продукта, верхнюю пластину подводят к образцу без нагрузки и устанавливают «зайчик» осциллографа на нуль при помощи скользящего реохорда моста. Во время испытания при включенном приводе механизма опускания-подъема пластины записывают напряжение-время. После этого привод выключают и записывают нисходящую ветвь кривой релаксации напряжений. По окончании испытаний «зайчик» осциллографа вновь устанавливают на нуль, если произошло его смещение. Испытания повторяют при различной скорости деформации образцов. Образцы продукта подготавливают вырезанием, либо формовкой в цилиндре. Погрешность прибора составляет ±3 %. Прибор также может использоваться для определения липкости продуктов.

Универсальный прибор ВНИИМПа (рис. 4.14). Прибор предназначен для измерения компрессионных характеристик при осевом сжатии продуктов.

Рис. 4.14. Универсальный прибор ВНИИМПа

Прибор имеет основание, к которому жестко присоединены реверсивный электродвигатель с редуктором и коробка скоростей (4). На выходном валу коробки скоростей имеется подвижный шток с держателем (1) образца продукта (2). С помощью переключателя скоростей устанавливают одну из трех скоростей для перемещения подвижного штока. На основании смонтирована стойка с кронштейном и тензометрической балкой (3). В центре тензобалки установлен полый патрон со сквозным отверстием, в которое вставляется одно из измерительных приспособлений. В центре кронштейна имеется отверстие, через которое входит хвостовик держателя грузов (6). На кронштейне и основании прибора установлены концевые выключатели, а на подвижном штоке - механический или электрический датчик (5) деформации продукта. В комплект прибора входит набор сменных измерительных приспособлений и держателей рабочего органа.

Методика проведения испытания образцов продукта такая же, как и для прибора описанного выше. Отличие заключается в том, что перемещается нижняя пластина, а не верхняя. По полученным данным строят деформационные кривые исследуемого продукта.

Данный прибор также применяется для определения адгезионных характеристик продуктов.

Консистометр Гепплера (рис. 4.15). Прибор предназначен для определения компрессионых свойств вязко-пластичных материалов, в частности для измерения относительных деформаций и построения кинетических зависимостей деформационных изменений материала под действием объемного сжатия.

Рис. 4.15. Консистометр Гепплера

Прибор состоит из измерительного цилиндра (1),внутри которого находится исследуемый продукт (3), поршня (2), штока (4), передающего усилие давления, устройства (5), создающего давление, включающее грузы, поворотного рычага и установленного на нем балансира, термостата (7), индикатора часового типа (10) для измерения перемещения поршня и установочных винтов.

Испытания проводятся следующим образом. Образец продукта, взвешенный с заданной точностью (например, от ±0,05 до 0,1 %), укладывают в цилиндр, в него вводят поршень и подвергают термостатированию. Для удаления воздуха продукт подпрессовывается или вакуумируется. Начальную высоту продукта в цилиндре измеряют после подпрессовки. Затем на рычаг навешивают контрольный груз и с помощью индикатора производят замер перемещения поршня. Замер величин абсолютных деформаций продукта производят через 20 сек или непрерывно. Рабочие пределы изменения давления у консистометра Геппляра от 1,56·10 до 15,6·10 Па. Максимальное время, необходимое для достижения равновесного состояния равно 180 сек, что примерно соответствует периоду релаксации для многих пищевых продуктов. Затем нагрузку снимают и исследуют кинетику восстановления образца. По результатам измерений вычисляют относительные деформации, строят кинетические зависимости. Поскольку масса продукта в цилиндре известна, то по результатам замеров можно рассчитать плотность продукта для конкретного значения давления.

Компрессионный акалориметр МТИММПа (МАПБ). Прибор (рис. 4.16) позволяет определять компрессионные и теплофизические свойства вязко-пластичных материалов при различных давлениях.

Рис.4.16. Компрессионный акалориметр МТИММПа

Прибор состоит из корпуса, подвешенного на пружинах измерительного цилиндра (1), для размещения навески исследуемого продукта (3), с водяной рубашкой (7). В цилиндре с противоположных сторон установлены поршни (2), между которыми закладывают навеску исследуемого продукта. Поверхность соприкосновения поршней и исследуемым продуктом термоизолирована эбонитовыми прокладками. Верхний поршень закреплен неподвижно на корпусе, а нижний - на подвижном штоке (4), который посредством грузов (5), навешиваемых на рычаги, осуществляет поступательное движение, обеспечивая первоначальную подпрессовку исследуемого продукта. Шток и поршень в нерабочем состоянии уравновешены с учетом массы продукта. Со штоком неподвижно соединен плунжер (9) индукционной катушки с помощью опорного рычага, на другой конец которого опирается конец стержня индикатора часового типа (10). Для измерения температуры продукта в различных точках и греющей среды установлены термопары (8) игольчатого типа. Запись показаний термопар производится потенциометром КСП-4.

Во время испытаний исследуемый продукт, заключенный в цилиндр, в результате перемещения нижнего поршня, подвергается объемному сжатию, изменяя при этом свой первоначальный объем. Деформационные изменения объема продукта одновременно фиксируются визуально по индикатору часового типа и записываются на диаграммную ленту потенциометра. Далее по полученным данным рассчитывают компрессионные характеристики продукта.

Прибор также позволяет проводить испытания продуктов при повышенных или пониженных значениях температуры, для чего рубашку прибора заполняют жидкостью с заданной температурой.

Приборы среза. Наряду с пластометрами, пенетрометрами и пр. структурно-механические свойства и прочность продуктов можно исследовать, определяя силу среза. Она используется для объективной оценки их консистенции.

Прибор для испытания на срез ПМ-3 (МТИММПа). Прибор (рис. 4.17) предназначен для определения усилий среза колбасных изделий, мяса, мясо-

продуктов и др.

Рис. 4.17. Принципиальная схема прибора ПМ-3

Прибор состоит из основания, электродвигателя (1) с реверсом, червячного редуктора (3), зубчатой рейки (2), на которой закреплен рабочий орган (4), упругой балки (5), на которой закреплены тензодатчики (6) и потенциометра (7). Рабочий орган прибора представляет собой устройство, состоящее из двух колодок, имеющих отверстие, закрываемое крышками, между колодками находится пластина с отверстием, которая одним концом прикреплена к зубчатой рейке. Перемещение пластины осуществляется от электродвигателя через муфту, червячный редуктор и передачу зубчатое колесо-рейка. Отверстия в колодках и пластине могут быть круглой, квадратной или треугольной формы.

Во время испытаний предварительно вырезанный образец цилиндрической формы диаметром 10 мм из сырого или вареного мяса вкладывают в отверстие, образованное колодками и пластиной при совмещении их отверстий, и прикрывают с обеих сторон крышками. Нажатием кнопки «пуск» включают электродвигатель и приводят в движение зубчатую рейку, которая смещает пластину. Плас-тина, смещаясь, давит на образец и срезает его. Усилие, необходимое для среза образца, передается на тензобалку. Изгиб балки от тензодатчиков, в виде электрического сигнала, передается на потенциометр, где фиксируется в форме пика на диаграммной ленте. По кривой, записанной на диаграммной ленте, рассчитывают максимальное значение усилия среза и работу, затраченную на срез образца.