Классификация методов измерения реологических показателей

Первые два метода получили наибольшее распространение, особенно в вискозиметрии. Первый метод – постоянной скорости сдвига – реализуется обычно путем применения электромеханического или гидравлического привода, сила измеряется различными динамометрами.

Второй метод – метод постоянной нагрузки – конструктивно значительно проще, так как скорость перемещения или вращения легко измерить обычным секундомером или записать на диаграммной ленте. В табл. 3.2 показано, что ротационные вискозиметры могут работать по первому и второму методам.

При третьем методе измерения постоянная сила нагружения обусловлена неизменной массой подвижной части прибора, время измерения обычно постоянно (180-300 с) и принимается несколько больше, чем период релаксации. В приборах измеряют глубину погружения при уменьшающейся скорости, которая в пределе достигает нуля.

Четвертый метод позволяет по площади диаграммы определить энергию деформирования, а ордината на диаграмме показывает усилие. Кроме того, в приборах этой группы энергия может быть вычислена по мощности, если прибор снабжен самопишущим или показывающим ваттметром или счетчиком.

Для расчета многих производственных процессов (перемешивания, измельчения, транспортирования и пр.) энергия – основной показатель. Поэтому результаты, полученные на приборах, моделирующих натурные процессы, могут оказаться очень полезными для выполнения ряда инженерных и экономических расчетов.

Реологические методы позволяют установить аналитические зависимости между качеством молочного продукта и его структурно-механическими характеристиками. Полученная объективная физическая величина может быть использована для управления технологическим процессом и качеством продукта.

В настоящее время наибольшее распространение получили механические и акустические вискозиметры. В зависимости от режима работы вискозиметры могут быть циклического и непрерывного действия, по функциональному назначению – показывающими, регистрирующими, бесшкальными и др.

Принцип действия механических вискозиметров основан на зависимости выходных сигналов от молекулярно-механических свойств анализируемой жидкости, а также на зависимости этих сигналов от молекулярно-механических явлений, протекающих в контролируемой жидкости. Механические вискозиметры предназначены для измерения вязкости различных жидкостей и их структурно-механических свойств.

Наиболее подходящими для решения этой проблемы являются методы, основанные на принципах ротационной вискозиметрии. Они позволяют установить зависимость между структурным состоянием продукта, отражающим его потребительские свойства, и структурно-механическими характеристиками, определяемыми методами ротационной вискозиметрии.

Приборы для измерения вязкости жидкостей – вискозиметры – получают все большее распространение для анализа состава и свойств различных пищевых продуктов, так как для многих из них вязкость представляет собой параметр, определяющий качество и состав.

При измерениях величин деформаций важно определить метод наложения напряжений на испытуемый образец. На практике используют статический или динамический метод наложения напряжений. Первый позволяет более правильно и подробно изучить специфику каждой испытуемой структуры, использовать результаты измерений в целях исследования и контроля. Однако при этом методе в ряде случаев трудно изучать релаксационные свойства структуры. Метод динамических напряжений (среди которых наиболее употребительным является колебательный метод наложения нагрузки) позволяет широко изучать релаксационные и упругие свойства жидкообразной структуры и ее деформационное поведение в условиях больших эксплуатационных градиентов скорости деформаций. Но при этом методе имеется меньше возможности изучать такое важное свойство, как высокая эластичность структуры; кроме того, обсчеты результатов измерений при этом методе более сложны по сравнению с методикой расчетов при помощи статических напряжений, где не принимается в расчет энергия инерции массы тела.

При измерениях структурно-механических свойств твердых тел их характеризуют обычно величинами модулей упругости (сдвига, сжатия и т.д.), а также критическим напряжением разрушения сплошности структуры. При измерении этих свойств структуры твердо-жидких тел их характеризуют обычно модулями упругости, эластичности сдвига (иногда сжатия или растяжения), а также предельным напряжением сдвига, эффективной и пластической вязкостью в условиях и в зависимости от известных градиентов скорости деформаций, отношением вязкости к модулю (релаксацией напряжений). При измерениях структурно-механических свойств жидкообразных структур их характеризуют зависимостью структурной вязкости, а также упруго-эластичных свойств от градиентов скорости деформации. Истинно-вязкие жидкости и растворы контролируют вязкостью по Пуазейлю, в зависимости от температуры и концентрации.

Сущность измерений модулей, вязкости и отношения вязкости к модулю структуры сводится к получению сведений о размерах образца, величине действующих на единицу площади напряжений, размере получаемой при этом деформации, а также ее скорости и градиенте. По расчетным уравнениям (см. формулы раздела 1), конкретизированным вне зависимости от метода измерения, применительно к конструкции прибора не представляет труда определить вышеуказанные характеристики структурно-механических свойств в абсолютных единицах. Иногда делаются попытки характеризовать эти свойства величиной работы, затрачиваемой на деформацию тела. При этом полагают, что получаемые результаты представляют ценность, поскольку они также определены в абсолютных единицах. Однако величина работы недостаточно характеризует структурно-механические свойства структуры по той причине, что в уравнении, определяющем работу в килограммометрах или иных единицах, отсутствует фактор времени испытания (в виде скорости деформации или ее градиента).

Кроме указанных выше характеристик структуры в абсолютных единицах, обычно из данных измерений получают также полезные дополнительные безразмерные (относительные) упомянутые выше характеристики. К ним относятся: относительная упругость или пластичность (%) по М.П. Воларовичу.

В этом случае пластичность:

П = К , (3.1)

где К - константа прибора, θ - напряжение начала сдвига, η_пл - пластическая вязкость.

К ним также относятся коэффициенты разжижения (или упрочнения) структуры во времени ее выдержки (хранения) при определенных условиях, относительная вязкость (отношение вязкости структуры к вязкости растворителя) и некоторые другие коэффициенты.

Для исследования сложных неньютоновских жидкостей применяют методы (табл. 3.3), которые дают быстрые, воспроизводимые результаты измерений. Такие методы приобретают особое значение при исследовании продуктов или полуфабрикатов, реологические свойства которых быстро изменяются вследствие ферментативных, химических или физических процессов.

Таблица 3.3