Здавалка
Главная | Обратная связь

Методы и приборы для измерения адгезионных характеристик.

Реометры одномерного осциллирующего сдвигового течения, типы колебаний, рабочие органы реометра, область применения.

Тип колебаний Рабочие органы реометра Область применения
Вынужденные вращательные с малой амплитудой и переменной частотой Плоскость – плоскость, конус – плоскость, коаксиальные цилиндры Для количественного определения динамических модулей и постоянных времени вязкоупругих жидкостей
Свободные вращательные с начальными условиями Плоскость – плоскость, конус – плоскость Для определения реологических характеристик вязкоупругих жидкостей
Вынужденные за счет эксцентриситета оси вращения Плоскость – плоскость, эксцентричные цилиндры Для количественного определения динамических модулей и постоянных времени вязкоупругих жидкостей
Вынужденные из-за относительного отклонения оси вращения Полусфера – полусферическая оболочка, конус – плоскость, цилиндр – цилиндр Для определения реологических характеристик

 

Методы и приборы для измерения адгезионных характеристик.

Приборы и методы измерения адгезии основаны на разрушении адгезионного соединения путем приложения внешнего усилия. Определение адгезионных свойств продуктов, в зависимости от способа приложения усилия, производят: методом отрыва и методом сдвига.

Характеристикой адгезионной способности продукта могут быть следующие величины: сила отрыва, отнесенная к площади контакта; работа отрыва, отнесенная к площади контакта; время, необходимое для разрушения связи между субстратом и адгезивом под действием заданной нагрузки. Удельную минимальную силу иначе называют адгезионной прочностью, адгезионным напряжением (давлением), давлением прилипания или удельным прилипанием.

Приборы для определения адгезионных характеристик по способу приложения нагрузки делят: на адгезиометры с постоянным отрывом, адгезиометры с мгновенным отрывом, а также на сдвигомеры. При равномерном отрыве нагрузка прикладывается перпендикулярно плоскости субстрата, при этом адгезия характеризуется нормальной силой, отнесенной к единице площади контакта, т.е. нормальным напряжением. При сдвиге определяются касательные напряжения, возникающие при относительном смещении слоев адгезива относительно субстрата. Для исследования адгезии пищевых вязко-пластичных материалов используются приборы, основанные на способе нормального отрыва. На таких приборах были определены адгезионные характеристики мясных полуфабрикатов, теста, муки, кондитерских масс и многих других пищевых продуктов.

Разделение (отрыв) контактирующих тел в зависимости от их природы и технологических условий может быть по границе контакта (адгезионный отрыв), по слою продукта (когезионный отрыв) или смешанным (адгезионно-когезионный отрыв). Учитывая эти обстоятельства, перед испытаниями необходимо тщательно подготавливать образцы исследуемого продукта (адгезива) и материала (субстрата) с которым он будет контактировать. При адгезионном отрыве нарушаются внешние связи между материалом и продуктом, которые характеризуют энергию свободной поверхности. При когезионном отрыве нарушаются внутренние связи в продукте, которые зависят от энергии взаимодействия между элементами структуры в условиях объемного напряженного состояния. Для пищевых продуктов чистый адгезионный отрыв наблюдается редко, поэтому в опытах измеряют усилие отрыва материала (субстрата), часто без конкретизации его вида.

На величину адгезии влияют: технологические свойства самого продукта (температура, влажность, состав и др.); марка конструкционного материала; шероховатость поверхности материала; условия измерения геометрические, кинематические и динамические параметры прибора. Поэтому к адгезиометрам предъявляются особые требования.

1. показания приборов должны быть первичными, т.е. не нуждаться в предварительной тарировке на каком-либо эталонном материале и выражаться в абсолютной системе единиц;

2. перед измерением продукт должен прижиматься к субстрату для установления контакта и удаления из него воздушных пузырьков. Чем больше усилие и продолжительность контакта, тем лучше продукт заполняет микровыступы поверхности. В пределе он контактирует со всей поверхностью, площадь которой может быть больше геометрической. Таким образом, усилие и длительность предварительного контакта должны меняться в широком дипазоне.

3. Измерения, проведенные на пластинах субстрата, имеющих различную площадь при разной толщине слоя, дают различные числовые значения адгезионных характеристик при прочих равных условиях. Поэтому должен быть шаблон для нанесения продукта заданной толщины на пластину.

4. Различные марки материала пластин и степень его обработки влияют на прочность молекулярных контактов. В приборе должна быть предусмотрена возможность замены пластин с целью определения влияния марки материала пластин и степени его обработки (шероховатости) на прочность молекулярных контактов;

5. Длительность и кинетика приложения отрывающего усилия различно влияют на распределение деформаций и усилий между пластинами, поэтому приборы должны допускать варьирование скорости приложения силы отрыва или сдвига в широком диапазоне.

Характеристикой адгезионной способности продукта могут быть следующие величины: сила отрыва, отнесенная к площади контакта; работа отрыва, отнесенная к площади контакта; время, необходимое для разрушения связи между субстратом и адгезивом под действием заданной нагрузки. Удельную минимальную силу иначе называют адгезионной прочностью, адгезионным напряжением (давлением), давлением прилипания или удельным прилипанием.

Приборы для определения адгезионных характеристик по способу приложения нагрузки делят: на адгезиометры с постоянным отрывом, адгезиометры с мгновенным отрывом, а также на сдвигомеры. При равномерном отрыве нагрузка прикладывается перпендикулярно плоскости субстрата, при этом адгезия характеризуется нормальной силой, отнесенной к единице площади контакта, т.е. нормальным напряжением. При сдвиге определяются касательные напряжения, возникающие при относительном смещении слоев адгезива относительно субстрата. Для исследования адгезии пищевых вязко-пластичных материалов используются приборы, основанные на способе нормального отрыва. На таких приборах были определены адгезионные характеристики мясных полуфабрикатов, теста, муки, кондитерских масс и многих других пищевых продуктов.

рис.1

 

Адгезиометр Б.А. Николаева (рис.1.а). Прибор прост: сконструирован по принципу рычажных весов и предназначен для исследования адгезии вязких пищевых продуктов. Он состоит из измерительной пластины (субстрата) (1), выполненной в виде диска, двухплечевого рычага (2), к которому с одной стороны подвешен субстрат, а с другой - груз (3) и основания прибора (5). Между диском и основанием нанесен адгезив (4). Во время испытания, постепенно увеличивая массу груза (3), добиваются отрыва диска (1) от адгезива (4). По результатам измерения рассчитывают липкость материала.

Адгезиометр Ю.В. Клаповского (рис.1.б). Прибор предназначен для определения адгезионных свойств вязких пищевых материалов, в частности конфетных масс. Он прост по конструкции и надежен в эксплуатации. Прибор состоит из рычага (7), к нему шарнирно закреплен вертикальный шток (8), расположенный в направляющих, к которому через упругое измерительное кольцо (9) крепится пластина (10). Для создания предварительного контакта имеются распорный винт (5) и упор (4). Усилие отрыва измеряют при помощи тензорезисторов (6) наклеенных на упругое измерительное кольцо (9).

Перемещение пластины (10) измеряют при помощи фотодиода (3), при этом шторка (2) перекрывает часть светового пучка осветителя (1), изменяя освещенность фотодиода. Исследуемый продукт укладывают в специальную емкость (11), которая имеет крышку с отверстием, в которое с малым зазором входит пластина-субстрат. Во время испытаний показания тензорезисторов и фотодиода после усиления записываются на шлейфовом осциллографе, позволяя фиксировать изменение во времени усилия отрыва и перемещение субстрата относительно адгезива.

Адгезиометр МТИММПа. Прибор (рис.1.в.) предназначен для измерения адгезионных свойств продуктов и позволяет менять в широком диапазоне геометрические, кинематические и динамические и другие параметры измерения.

Прибор имеет корпус (1), подъемный столик (2) с микрометрическим винтом для крепления нижней пластины (субстрата) (3) и устройство для нагружения продукта и отрыва верхней пластины. Верхняя пластина фиксируется держателем, который смонтирован на тензобалке (4), и имеет хвостовик для обеспечения соосности подвижной части системы. В верхней части прибора на поперечной балке корпуса закреплена втулка (8), в которую вставлена поперечина (7) с хвостовиком, на концах которой закреплены серьги (6). На верху корпуса установлен приводной вал с набором шкивов (10) разных диаметров. Вертикально вверх тензобалка перемешается серьгами, которые оканчиваются призмами и шарнирно укреплены на поперечине с хвостовиком. Последняя перемещается во втулке посредством нити (9) и набора шкивов, которые приводятся во вращение от электродвигателя через редуктор (на рисунке не показаны). Для создания предварительного контакта на тензобалку устанавливают грузы (5). В каждой серии опытов тензобалку тарируют, получая зависимость: величина нагрузки - отклонение «зайчика» на осциллограмме.

Адгеозиметр ВНИИМПа (Рис.1.г.) выпущен малой серией. К основанию прибора прикреплен реверсивный электродвигатель с рудектором и коробкой скоростей 4. На выходном валу коробки имеется подвижный шток 3 с держателем образца продукта 2. Наосновании прибора смонтирована также стойка с кронштейном и тензобалки.

На описном адгезиометре, помими мясопродуктов, испытывали сбивные конфетнве массы, тесто для узбекских лепешек некоторые другие пищевые материалы.

Малогабаритный адгезиометр МТИММПа(Рис.1.д.) Позволяет проводить опыты быстро, с повышенной точностью, при постоянных условиях эксперимента. Слой исследуемого продукта наносят на нижнюю пластину 2, которая при помощи электродвигателя 1 подводится к верхней пластине. Продукт между пластинами сжимается, таким образом возникает предварительное напряжение контакта, величину которого можно наблюдать на регистрирующем приборе 3. При достижении заданной величины усилия стрелка прибора 3 замыкает контакт, отключая тем самым электродвигатель и включая реле времени. По истечении времени предварительного контакта (180с) автоматически включается реверсивный двигатель, и шток потенциометрического датчика 4 перемещается в обратном направлении, изменяя сопротивление цепи и вызывая перемещение стрелки прибора 3. Максимальное усилие фиксируется за время, достаточное для того, чтобы записать данную величину, которая пропорциональна адгезионному напряжению.

Адгезиометр нормального отрыва МТИППа (Рис.1.е.) состоит из электродвигателя 14, шестеренной цилиндрической передачи 13, реечной передачи 12, подъемно-опускного столика 11, камеры 10 с термостатирующей рубашкой и полостью для адгезива 9, диск из субстрата или наклеенным на него субстратом 8, платформы 7 для груза, висящего на нити 5. В тензометрическую измерительную часть прибора входят упругая балочка 1 с наклеенными на нее тензорезисторами 2, усилитель 3 и самописец 4.

Принцип действия адгезиометра заключается в следующем. Исследуемую пищевую массу 9 помещают в камеру 10, которую затем устанавливают на столик 11. В течении определенного времени температура массы при помощи термостата ТС-16 доводится до заданного уровня и поддерживается на нем во время испытаний. Напряжение предвартельного контакта субстрата 8 с адгезивом 9 создают сменными грузами 6, для чего столик 11 с камерой 10 поднимают до положения, при котором масса груза полностью передается через платформу 7 и стержень диску с субстратом 8. После заданной длительности контакта субстрата с адгезивом реверсивно включается электродвигатель, столик 11 опускается с определенной скоростью, предварительная контактная нагрузка снимается. При этом за счет сил взаимодействия субстрата с адгезивом балочка 1 деформируется вместе с тензорезисторами 2, что изменяет показания регистрирующего прибора 4.

Перед серией опытов измерительную аппаратуру – упругую балочку 1 с тензорезисторами 2 и усилитель 3 с самописцем 4, тарируют сменными грузами 6, прикладываемыми к платформе 7, с записью показаний на ленте самописца позволяет определить адгезионное усилие для данных условий эксперимента.

Адгезиометр АМ-1 (рис.1.ж.) основан на принципе сдвига. Прибор состоит из станины (1), фиксатора (2), штока (3), втулки (4), упругого элемента (5) с закрепленными на нем тензорезисторами, груза (6), матрицы (7) с заготовкой и платформы (8). Во время испытания, матрица с выпеченной тестовой заготовкой крепится к вертикальному штоку, затем заготовка обжимается двумя полуконическими колодками. При повороте платформы вокруг вертикальной оси происходит сдвиг заготовки относительно неподвижной матрицы. Подъем матрицы при помощи груза позволяет определить усилие отрыва.

 

 





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.