Конспект лекций лабораторный практикум контрольные задания учебное пособие Кемерово 2004 удк: 532. 135 (075)
Скачать 1.46 Mb.
|
2.3.5 Приборы с плоскопараллельным смещением пластин Приборы с плоскопараллельным смещением пластин служат для измерения сдвиговых характеристик в области небольшого разрушения структуры материала при малых величинах деформаций. Приборы различных конструкций для исследования реологических свойств (вязкости, упругости, периода релаксации и т.п.) были предложены П.А. Ребиндером, Д.М. Толстым, Б.А. Николаевым. Метод тангенциального смещения пластин позволяет находить не только предельное напряжение сдвига, но и модули упругости, эффективную вязкость, изучать процесс релаксации, а также снимать полные деформационные кривые течения при разных скоростях деформации. Приборы, основанные на этом методе, обладают большой чувствительностью и применимы для исследования свойств в большом диапазоне – от слабоструктурированных золей и суспензий до твердообразных систем с высокопрочной структурой. В приборах плоскопараллельный зазор может быть расположен вертикально, горизонтально или наклонно. На рис. 2.11 изображен прибор С.Я. Вейлера и П.А. Ребиндера с вертикальным расположением зазора. Кювета 2 с исследуемым веществом установлена неподвижно, в нее помещается пластинка 1, приводимая в движение грузом 5. Между пластиной и нитью установлена микрошкала 4, по которой с помощью микроскопа 3 измеряют деформацию. Время отсчитывают по секундомеру. Напряжение сдвига τ вычисляют по деформации пружины, соответствующей этой деформации нагрузке F и по площади боковых поверхностей пластины: τ = F / (2A). (2.20) Предельное напряжение сдвига θ0 определяют по наибольшей нагрузке Fmax, при которой происходит сдвиг пластин: θ0 = Fmax / (2A). (2.21) Пластометр с горизонтально расположенными пластинами Д.М. Толстого (рис. 2.12) служит для нахождения констант упруго-пластично-вязких свойств масс с практически неразрушенными структурами. Модуль быстрой эластической деформации сдвига G1, модуль мгновенной эластической деформации G2, наибольшую пластическую вязкость  определяют по формулам: ;  ;  , (2.22)где: τ – напряжение сдвига, Па; h – толщина слоя продукта, м; Δh0 – начальная (условно-мгновенная) деформация, м;  Δhm – эластическая деформация, м.Также вычисляют условное статическое предельное напряжение сдвига θТ по формуле (2.21). Основными деталями пластометра (рис. 2.12) являются пластины 5, между которыми помещается образец продукта 6. Плоскости пластин имеют рифление, направленное в сторону, противоположную направлению усилий, деформирующих продукт. Приборы этого типа имеют ряд существенных недостатков, серьезно ограничивающих их применение. К недостаткам можно отнести: сложность конструкции; низкое быстродействие; необходимость проведения предварительных расчетов величины зазора для конкретного материала, что значительно ограничивает применимость таких приборов для пищевой промышленности, т.к. пищевые материалы, как правило, изменяют свои реологические свойства в зависимости от многих технологических, физических и химических факторов; сложность удаления частиц исследуемого материала из рабочего зазора, а также трудности обеспечения заданной температуры. Указанные недостатки значительно ограничивают область применения приборов этого класса. Также их применение ограничивается отсутствием серийного изготовления. 2.4 Приборы для изучения компрессионных свойств Наряду со сдвигом объемное или осевое сжатие а также осевое растяжение являются основными типами механической деформации продуктов в процессе переработки и упаковки. Основные способы измерения осевого растяжения-сжатия показаны на рис. 2.13.  Рис. 2.13. Принципиальные схемы приборов для измерения компрессионных характеристик: а) осевое сжатие: 1 – пластины; 2 – продукт; б) одностороннее объемное сжатие; в) двустороннее объемное сжатие: 1 – поршень; 2 – продукт; 3 – цилиндр; г) осевое растяжение: 1 – зажимы; 2 – продукт Методика измерений практически одинакова для всех приборов. Конструктивные схемы различаются по способу привода пластины: снизу и сверху, от электродвигателя или непосредственно от груза. Прибор для следования материалов на растяжение (рис. 2.14) состоит из ванны 1, в которую наливается раствор 2. Концы плавающего по поверхности образца 4 закрепляют в зажимах 3, один из которых неподвижен. Измерительная часть представляет собой линейку 9, закрепленную на направляющей. Нагружающий механизм состоит из стержня 7, грузов 11, нити 10 роликов 5 и 8, кронштейнов 6. Концентрация солевого или сахарного раствора подбирается такой, чтобы образец (например, тесто) свободно плавал по поверхности. Прибор предназначен для научно-исследовательских целей. Приборы для измерения деформации при сжатии применяются для определения упруго-пластичных свойств. Прибор Б.А. Николаева и А.С. Шпигельгляса для измерения деформаций одноосного сжатия между параллельными плоскостями (рис. 2.15) состоит из станины 1, в которой перемещается опорная стойка столика. Испытуемый материал помещается между параллельными плоскостями дисков 2 и 3. Верхний из них может перемещаться под действием груза 4, в то же время он связан с рейкой 8, входящей в зацепление с шестерней 7, на оси которой закреплена стрелка 6, показывающая деформации по шкале 5. Нижний диск 2 имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости при помощи эксцентрика 9. На описанном приборе можно определить мгновенную упругую деформацию, модуль упругого сжатия, а также вязкость и предельное напряжение сдвига.  2.5 Приборы и методы для изучения поверхностных свойств Приборы и методы для измерения адгезии основаны на разрушении адгезионного шва путём приложения внешнего усилия (рис. 2.16). По способу приложения усилия различают методы отрыва (равномерного и неравномерного) и сдвига. Наиболее часто в адгезиометрах для пищевых продуктов реализуется схема по рис. 2.16,а. Она может отличаться способами приложения силы и регистрации отрывающего усилия. Например в приборе Николаева «мгновенно» отрывается верхний диск с помощью рычажного механизма; в приборе Кульмана постепенно отрывается нижний диск при наполнении подвешенной к нему емкости водой. Разделение контактирующих тел может происходить по трём вариантам: адгезионное – по границе раздела продукт – стенка, когезионное – по слою продукта – и смешанное. Внешнее трение пищевых продуктов зависит от липкости и ряда других факторов. Трение может быть статическим – до начала смещения и динамическим – при движении продукта по поверхности. Для теоретического обоснования внешнего трения предложены молекулярно-кинетическая, механическая, физическая и другие теории, аналогичные теориям, пытающимся объяснить адгезию. Однако имеющиеся теоретические разработки пока не нашли воплощения для анализа внешнего трения пищевых продуктов. Коэффициенты трения пищевых материалов в зависимости от реологических свойств, состояния фрикционных поверхностей и скорости скольжения определяются различными методами. Классический тип прибора для измерения силы внешнего трения представляет собой пару тел, соприкасающихся плоскими поверхностями, площадь которых может быть от долей квадратных миллиметров до десятков квадратных миллиметров. При этом одно из тел смещается относительно другого. Сила смещения (трения) измеряется тензометрическими, динамометрическими или какими-либо другими датчиками. Для малых скоростей трения реализуется прямолинейное смещение поверхности. И.В. Крагельский распределил известные методы определения коэффициента трения на четыре группы, положив в основу геометрический и кинематический принципы (рис 2.17).   а) б) в)г)  д)  е) Рис. 2.16. Принципиальные схемы приборов для измерения адгезионной прочности: а) равномерный отрыв; б) внецентренное растяжение; в) изгиб листовых материалов; г) способы расслаивания материалов; д) способы сдвигового разрушения; е) способы сдвигового разрушения при кручении  а) б) в) г)    д) е) ж) Рис. 2.17. Методы измерения внешнего трения К первой группе методов относятся такие, в которых одна плоскость поступательно перемещается относительно другой плоскости (рис. 2.17, а, б, в). По схеме а продукт перемещается по движущейся исследуемой поверхности, при этом сила трения измеряется динамометром любого типа. Таким, наиболее распространённым методом, определяют трение твёрдообразных продуктов: сухарей, хлеба, мяса, рыбы, зерна и т.п. По схеме б продукт перемещается с помощью груза по исследуемой неподвижной поверхности. Сила трения в этом случае равна минимальной массе груза, необходимой для равномерного перемещения продукта. Этим методом определяют коэффициент трения таких твёрдых продуктов, как сыр, рыба, кондитерские изделия. По схеме в продукт скользит по наклонной поверхности. Коэффициент трения определяют по минимальному углу наклона α поверхности исследуемого конструкционного материала, по которому скользит пищевой продукт. Такой метод позволил определить статический коэффициент трения сыра, сухарей, сыпучих продуктов. Определение коэффициента трения по углу наклона плоскости, при котором начинается движение продукта по поверхности, недостаточно точно, так как угол наклона плоскости в момент движения определяют приблизительно, к тому же невозможно установить изменение коэффициента трения с изменением скорости скольжения. Ко второй группе относятся такие методы, при которых одна из фрикционных пар совершает вращательное движение. По схеме г определяют коэффициент трения конфетных масс. Продукт лежит на вращающемся диске, исследуемый конструкционный материал скользит по вращающемуся продукту. Сила трения определяется по крутящему моменту, передаваемому от диска образцу. По схеме д продукт, закреплённый не упругой балке, скользит по вращающейся поверхности исследуемого материала. Этим методом определяют коэффициент трения мяса, рыбы, таблеток кофе и чая, сухарных плит, формового хлеба. К третьей группе относятся методы, в которых образующая цилиндра соприкасается с плоскостью. Схема е – балка, совершающая колебательные движения на двух вращающихся навстречу друг другу роликах. К четвёртой группе относятся методы, в которых одна цилиндрическая или плоская гибкая поверхность перемещается по цилиндрической поверхности (схема ж). При этом изменение давления допускают методы, изображённые на всех схемах, кроме ж; изменение размера поверхности – методы а – д; изменение скорости скольжения допускают все методы, кроме в. На внешнее трение влияют те же факторы, что и на адгезию. Следовательно, статическое трение должно быть больше динамического. При первоначальном сдвиге часть усилия расходуется на выход частиц или молекул одного тела из неровностей или молекулярных ям другого, остальное – на разрыв молекулярных и других контактов, которые во время движения не успевают полностью восстанавливаться. Достаточно малая скорость относительного движения трущихся тел может вызывать скачки, т.е. прерывистость движения: тело переходит из одного статического положения в другое, где вновь образуются контакты с поверхностью скольжения. При больших скоростях скольжения и неизменном состоянии поверхности скольжения подобные эффекты обычно не наблюдаются.
Оценка качества продуктов пищевых производств может осуществляться двумя способами. Первый способ – приборное измерение структурно-механических характеристик, выражаемых в определенных физических единицах. Второй способ – сенсорная (органолептическая) оценка качества, т.е. субъективная чувственная оценка сопротивляемости, деформации и консистенции продукта. Развитие реологии позволило обосновать показатели качества продуктов и разработать некоторые математические принципы построения обобщенных показателей качества. Шерманом предложена классификация структурных характеристик продуктов, которая может быть использована для установления соотношения реологических характеристик продукта с органолептической оценкой (консистенцией). Характеристики разделены на три класса: – первичные, связанные с аналитическими и геометрическими свойствами (содержание воздуха, влаги, жира и других компонентов; размер и форма частиц); – вторичные, связанные с основными реологическими свойствами (упругость, вязкость, адгезия); – третичные, связанные с механическими процессами измельчения и жевания продукта. Третичные характеристики имеют термины, наиболее часто применяемые потребителями при оценке различных пищевых продуктов. Различают следующие разновидности третичных характеристик: для твердых продуктов – рассыпчатые, хрупкие, порошкообразные, влажные, липкие, сухие, мягкие, твердые, пористые, нежные, грубые (шоколад, печенье, овощи, фрукты, мясо, сыр, хлеб, масло); для полутвердых продуктов – тестообразные, крошащиеся, прилипающие, влажные, сухие, комковые, нежные (плавленый сыр, пасты, фарш, сливки, джем); для жидких продуктов – жидкие, водянистые, густые, жирные, липкие (растаявшее мороженное, майонез, соусы, супы). Установлено, что сенсорная оценка вязкости продукта может быть дана при напряжении сдвига, развиваемом при скорости сдвига до  50 с–1. Зависимость сенсорной оценки продуктов ψ (установленной вязкости) от напряжения сдвига (возбудителя) τ при  = 50 с–1 имеет вид: , (3.1)где: КS, nВ – эмпирические коэффициенты. В зависимости от вида продукта nВ находится в предела от 0,5 ÷ 2,0. Например, по данным Вуда для супов-пюре nВ = 1,28. Таким образом, по вискозиметрическим данным при определенной скорости сдвига можно прогнозировать адекватную реакцию человека при сенсорной оценке вязкости. Однако выводы, основанные на изучении только соотношений приборной и сенсорной оценок, не могут быть просто механически использованы для широких обобщений о качестве продукта. При этом должны быть учтены: значения коэффициентов корреляции; характеристики, измеряемые данным прибором, и условия опытов; однородность образцов продуктов, подвергнутых дегустации; методы расшифровки сенсорных оценок. таким образом для оценки качества каждого продукта необходимо проведение серии реологических измерений с параллельным дегустированием специалистами для выявления практических диапазонов связи измеряемых реологических характеристик с консистенцией продукта. |
Похожие:
 | Лабораторный практикум по микробиологии Е лабораторный практикум по микробиологии: Учебное пособие. / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово,... | | Учебно-методическое пособие Для студентов вузов Кемерово 2012 удк... Учеб метод пособие / авт сост. Г. П. Ковалева. Кемеровский технологический Институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2012. – 74... |
| Учебное пособие Кемерово 2004 удк: Печатается по решению Редакционно-издательского... Учебное пособие предназначено для студентов специальности 271400 «Технология продуктов детского и функционального питания» всех форм... | | Учебное пособие по курсу «Управление качеством» (практикум) Учебное пособие предназначено для студентов экономических специальностей, разработано на основе государственных стандартов по специальностям... |
 | Сборник задач по высшей математике : учеб пособие / В. П. Минорский.... Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... | | Учебное пособие Омск-2003 удк 5(075) ббк 20я73 Л 83 Сборник заданий по курсу “Концепции современного естествознания” : Учеб пособие Омск: Изд-во Омгту, 2003. 68с |
| Екатериновская Мария Алексеевна Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... | | Аннотированный список книг по нанотехнологиям Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... |
| Общество семейных консультантов и психотерпевтов Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... | | Третьяков Ю, Гудилин Е. «Там, внизу, все еще много нанобума» Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... |
| Система подготовки аспирантов факультета наук о материалах мгу им. М. В. Ломоносова Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... | | Конспект лекций по философии Часть 1 Античная философия Новосибирск... Савостьянов А. Н. Конспект лекций по философии / Новосиб гос ун-т. Новосибирск, 2007. Ч. Античная философия. 68 с |
| Учебное пособие для студентов специальности 271200 «Технология продуктов... Учебное пособие предназначено для студентов вузов, аспирантов и преподавателей, может быть полезно практическим работникам | | Учебное пособие Кемерово 2004 удк 637. 5 Изучение дисциплины базируется на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении естественно научных, общепрофессиональных... |
| Список победителей и призеров заочного конкурса школьников «Шаг в... Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: полный курс / Д. Т. Письменный. 9-е изд. М. Айрис-пресс, 2009. 608 с ил.... | | Практикум по финансовому менеджменту. Конспект лекций с задачами... Гончарук О. В., Кныш М. И., Шопенко Д. В. Управление финансами на предприятии Учебное пособие. Спб.: Дмитрий Буланин, 2006. – 450... |
