Лекция № 11. Пенетрация— метод определения физико-механических свойств прони­канием в них посторонних тел разных формы и размеров

Пенетрация

Пенетрация — метод определения физико-механических свойств прони­канием в них посторонних тел разных формы и размеров. Пенетрацией называется метод измерения структурно-механических характеристик полутвёрдых и твёрдых продуктов путём определения сопротивления продуктов проникновению в них за определенное время инденторов (конус, шар, игла, цилиндр) имеющих строго определённые размер, массу и материал. Различают собст­венно пенетрацию, когда глубина по­гружения наконечника не превышает его высоты, и зондирование, если глу­бина погружения превышает его высо­ту. При исследовании пищевых материалов (особенно при технологи­ческих испытаниях) широкое приме­нение нашла собственно пенетрация.

Результаты пенетрационных испытаний являются объективными характеристиками, отражающими со­противление материала смятию и сдвигу.

Пенетрационный метод - предусматривает измерение усилия, необходимого для внедрения конического, цилиндрического, шарообразного, игольчатого (или иной формы) индентора определенного геометрического размера в толщину продукта на заданную глубину.

Прочностные и сдвиговые свойства, замеряемые методом пенетрации вполне приемлемы для контроля качественной характеристики – консистенции, как сырья, так и готовых изделий из него.

Пенетрометры по принципу действия разделяются на статистические (индентор внедряется в продукт под действием силы тяжести за определенное заданное время, когда устанавливается равновесное состояние с силами сопротивления продукта) и динамические (индентор внедряется в продукт принудительно, до достижения заданного усилия сопротивления продукта).

Пенетрационный метод испытаний, как наи­более простой и легко воспроизводимый, на­шел широкое применение в лабораторной прак­тике для сравнительной оценки (часто в услов­ных единицах) физических свойств пищевых масс при введении в них различных добавок, улучшителей качества или ускорителей того или иного технологического процесса, а также для изучения влияния какого-либо технологи­ческого фактора (температуры, влажности, вре­мени замеса и т. п.) на изменение консистенции материала.

Исследование может проводиться:

а) с постоянным усилием пенетрации F (при этом определяется глубина пенетрации h);

б) с постоянной глубиной погружения h (измеряется усилие F);

в) с постоянной скоростью погружения (регистрируется усилие в зависимости от глубины погружений).

Опыты проводят на серийных пенетро­метрах и пластометрах или на прибо­рах собственной конструкции. Устрой­ство этих приборов достаточно прос­тое: силовой узел с наконечником и измеритель глубины его погружения. В приборах наиболее часто применя­ют конические наконечники. На этой основе рассчитываются разные параметры, имеющие отношение к консистенции.

Предельное напряжение сдвига θ ₀ как одна из важных реологических характеристик материала, служащая для оценки прочности его структуры, находится при помощи конического пластометра. Метод погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств вязко-пластичных тел предложен П.А. Ребиндером и Н.А. Семененко. Идея конических пластометров заключается в том, что по величине глубины погружения конуса в материал под воздействием вертикальной силы можно определить предельное напряжение сдвига материала.

Предельное напряжение сдвига, как одна из важных реологических харак­теристик материала, служащих для оценки прочности его структуры, нахо­дится при помощи конического пластометра. Схема прибора предложена П. А. Ребиндером и Н. А. Семененко. Методика пенетрационных испытаний подробно описана в литературе.

Исследуемая масса помещается в сосуд (рис. 15) на подъемный сто­лик, вершина конуса 2 приводится в соприкосновение с поверхностью мас­сы. Конус нагружается гирями 4, и с помощью индикатора 3 определяется величина погружения конуса до полной его остановки.