СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕЙ МАССЫ Российский патент 1997 года по МПК G01N33/02 G01N33/10 

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к пищевой промышленности, в частности к мукомольной и хлебопекарной, ее отраслям и может быть использована при производстве ржаной и пшеничной муки и приготовлении хлеба и хлебобулочных изделий.

Изобретение может также использоваться в сельском хозяйстве при оценке качества семянного фонда ржи и пшеницы, при определении степени зрелости зерна перед его уборкой, при оценке хлебопекарных свойств муки, получаемой из данного сорта зерна пшеницы или ржи. Изобретение может использоваться на сортоучастках при выведении селекционерами новых сортов зерновых культур, а также для оценки любого крахмалсодержащего сырья.

Известно устройство для определения реологических свойств крахмалсодержащей массы, например клейстеризованной водно-мучной суспензии по ее растекаемости на дне измерительного желоба в течение 20 с, включающее водяную баню с мешалкой для приготовления в специальном стакане клейстеризованной водно-мучной суспензии, и механический блок с системой управления, включающей измерительный желоб с нанесенными на него делениями, систему термостатирования желоба, заслонку, управляемую с помощью реле времени. [1]
Недостатком известного устройства являются раздельное конструктивное оформление бани, в которой готовится клейстеризованная водно-мучная суспензия и измерительный желоб. В процессе определения реологических свойств клейстеризованной водно-мучной суспензии очень много ее остается на стенках стакана, в котором она готовится и на стенках желоба, в котором происходит измерение. Оценка реологических свойств не автоматизирована, так как исследователю приходится визуально снимать показания по делениям на дне желоба, до которых растекается подготовленная суспензия через 20 с после того, как откроется заслонка. Все эти недостатки приводят к недостаточно высокой точности измерения и большим затратам ручного труда.

Известна система для определения реологических свойств крахмалсодержащей массы, включающая водяную баню, электромеханический блок и систему управления. Баня включает цилиндрический сосуд с двумя термоэлектронагревателями, датчики температуры и уровня воды, сливное устройство и охлаждающую крышку, в отверстия которой помещаются две пробирки с водно-мучной суспензией, в которые опускаются два штока для ее перемешивания. Электромеханический блок включает механизм перемешивания, работающий от асинхронного двигателя переменного тока, силовую схему управления водяной баней и механизмом перемешивания, а также блок питания всего устройства. Система управления имеет функциональные и информационные связи с электромеханическим блоком, мембранную клавиатуру для задания режимов работы устройства, люминисцентный индикатор для отображения информации, термопечатающее устройство для вывода результатов и сообщения об ошибках, разъем для подключения к ПЭВМ. [2]
Недостатком известной системы является невозможность определения реологических свойств пластинчатой крахмалсодержащей массы при ее перемешивании в процессе прогрева, в частности невозможность установления момента клейстеризации крахмала.

В известной системе перемещение фиксирующего рычага осуществляется с помощью электропривода, что понижает надежность этой системы.

Электродвигатель и редуктор в известной системе имеют разную посадочную базу, что ухудшает ее ремонтопригодность.

Датчик температуры установлен далеко от локальной зоны расположения пробирок, что вызывает запаздывание измерения температуры воды.

Водяная баня не имеет теплоизоляционной рубашки, что приводит к неравномерности температурного поля по всему объему водяной бани.

Задачей изобретения является создание прибора, позволяющего определять реологические свойства крахмалсодержащих масс, в частности момент клейстеризации крахмала в процессе перемешивания, т.е. не прерывая рабочего процесса.

Эта задача решается за счет того, что в системе для определения реологических свойств крахмалсодержащей массы, содержащей электромеханический блок, включающий силовую схему управления водяной баней и механизмом перемешивания, блок питания всего устройства, электродвигатель с редуктором, размещенные на станине, кулису, связанную с редуктором, с которой соединен шатун с толкателем, направляющую, закрепленную на роликах, к которой при помощи винтов крепится кронштейн, электромагнит, укрепленный на кронштейне, с помощью которого приводятся в движение захваты штоков для перемешивания водно-мучной суспензии, находящейся в стеклянных пробирках, фиксирующий рычаг, удерживающий пробирки в устойчивом положении, кассету для пробирок, которая помещается в отверстия охлаждающей крышки водяной бани, содержащей цилиндрический сосуд с двумя электронагревательными элементами, сливное устройство, датчики температуры и уровня воды, пульт управления, имеющий функциональные связи с электромеханическим блоком, мембранную клавиатуру для задания режимов работы устройства, люминисцентный матричный индикатор на 16 знакомест для отображения информации, термопечатающее устройство на 16 знакомест в строке для вывода результатов и сообщения об ошибках, разъем канала RS-232 для подключения устройства к лабораторному вычислительному комплексу, согласно изобретению, на кронштейне укреплен тензорезисторный датчик, связанный с захватами штоков, позволяющий получать информацию об изменении консистенции исследуемой водно-мучной суспензии в процессе ее прогрева, при этом в электромеханическом блоке установлена плата обработки информации, поступающей с тензорезисторного датчика, при этом фиксирующий рычаг приводится в движение вручную, при этом датчик температуры находится внутри водяной бани, ближе к локальной зоне расположения пробирок, при этом редуктор размещен над электродвигателем, при этом водяная баня снабжена теплоизоляционной рубашкой для стабилизации температурного поля вокруг пробирок с водно-мучной суспензией.

Изобретение позволяет определять реологические характеристики крахмалсодержащей массы, что обеспечивает расширение функциональных возможностей системы и автоматизировать процесс определения реологических свойств пластичных крахмалсодержащих масс.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для определения реологических свойств пластичной массы; на фиг. 2 верхняя панель пульта управления; на фиг. 3 схема проведения исследований; на фиг. 4 положения фиксирующего рычага; на фиг. 5 положения захватов перемешивающих штоков; на фиг. 6 кривая изменения консистенции водно-мучной суспензии при постоянной температуре нагрева; на фиг. 7 кривая изменения консистенции водно-мучной суспензии при переменной температуре нагрева; на фиг. 8 кривая изменения консистенции водно-мучной суспензии до момента максимальной ее вязкости при постоянном температурном режиме с последующим определением времени опускания перемешивающих штоков, на фиг. 9 -кривая изменения консистенции водно-мучной суспензии до момента максимальной ее вязкости при переменном температурном режиме с последующим определением времени опускания перемешивающих штоков. в таблице приведены определения навески муки для проведения исследований в зависимости от ее влажности.

Система для определения реологических свойств пластичной массы содержит электромеханический блок 1 (фиг. 1), включающий электродвигатель 1 с редуктором 2, размещенные на станине 3, кулису 4, связанную с электродвигателем 1, шатун 5 с толкателем 6, направляющую 7, закрепленную на роликах 8, к направляющей при помощи винтов крепится кронштейн 9, электромагнит 10, укрепленный на кронштейне 9, связанный с захватами штоков 11 для формирования структуры пластичной массы, тензорезисторный датчик 12, связанный тягами с захватами штоков 11, перемешивающие штоки 13, фиксирующий рычаг 14, удерживающий пробирки в устойчивом положении, кассету для пробирок 15, которая устанавливается в отверстия охлаждающей крышки 16 водяной бани 11, содержащей цилиндрический сосуд 17, снабженный теплоизоляционной рубашкой 18 для стабилизации температурного поля вокруг пробирок с водно-мучной суспензией с двумя термоэлектронагревательными элементами 19, 20, датчики температуры 21 и уровня 22 воды, сливное устройство 23, пульт управления III, имеющий функциональные и информационные связи с электромеханическим блоком 1, мембранную клавиатуру 24 для задания режимов работы устройства, люминисцентный индикатор 25 на 16 знакомест для отображения информации, термопечатающее устройство 26 на 16 знакомест в строке для вывода результатов и сообщения об ошибках, разъем канала RS-232 для подключения устройства к лабораторному вычислительному комплексу 27.

Тензорезисторный датчик 12 посредством чувствительного элемента 28 связан с рамкой 29, укрепленной на кронштейне 9 и связанной штифтами 30 с захватами штоков 11.

Определение реологических свойств крахмалсодержащей массы основано на определении времени свободного падения штоков в клейстеризованной водно-мучной суспензии в соответствии с международным стандартом ISO 3093 и ГОСТ 27676-88 (режим 1); на определении вязкости клейстеризованной водно-мучной суспензии (определении усилия перемешивания "УП" с оценкой параметров кривой клейстеризации крахмала) (режим 2); на определении времени свободного падения штоков в клейстеризованной водно-мучной суспензии с учетом параметров кривой клейстеризации крахмала (режим 3).

При определении реологических свойств крахмалсодержащей массы в режиме 1 подается напряжение питания на нагревательные элементы, о чем свидетельствует загорание индикатора на водяной бане II (фиг. 1). Запустить режим 1. Для этого последовательно нажать кнопки "РЕЖ", "1", "ВК" (фиг. 2). На индикаторе блока управления появляется слово "НАГРЕВ" и текущая температура воды. После закипания воды на индикаторе гаснет надпись "НАГРЕВ" и остается только значение текущей температуры "T 100.0". Устройство готово к работе.

Подготовка образца (фиг. 3). Измельчить 300 г зерна на лабораторной мельнице типа У1-ЕМЛ 1, определить влажность пробы муки в электрическом сушильном шкафу 2. Установить две чистые и сухие пробирки 6 в подставку. Взвесить два образца муки (7 г при влажности 14%) 4 в соответствии с влажностью (см. таблицу), налить в каждую из пробирок по 25 мл дистиллированной воды (T 20^oC-22^oC) 7 и засыпать образцы в пробирки, пользуясь воронкой 5 (фиг. 3). Закрыть пробирки чистыми и сухими пробками 8 и сильно встряхнуть 20-30 раз и более для получения однородной суспензии. С помощью штока 9 соскоблить вниз частички суспензии, прилипшие к стенкам пробирок. Поместить пробирки с штоками 2 (фиг. 4) в кассету 3. Установить кассету в отверстия крышки водяной бани 4 не позднее 30 с после перемешивания. Перевести фиксирующий рычаг 1 из положения I в положение II и нажать кнопку "СТАРТ". Для перевода фиксирующего рычага в рабочее положение необходимо переместить его в сторону корпуса механического блока 5 до упора. После нажатия кнопки "СТАРТ" захваты переводятся в рабочее состояние I (фиг. 5) и начинается отсчет времени, результаты которого по каждому образцу фиксируются на индикаторе блока управления 24 (фиг. 1).

Через 5 с после нажатия кнопки "СТАРТ" захваты штоков 11 перемещаются вниз, захватывают штоки 13 и начинается процесс перемешивания образцов с частотой 2 Гц. Через 60 с мешалка останавливается в верхней точке, захваты отпускают штоки, которые под собственным весом начинают опускаться в образовавшуюся суспензию. После опускания первого штока до конечного положения раздается короткий звуковой сигнал, и отсчет времени по данному образцу прекращается. После достижения конечного положения вторым штоком раздается короткий звуковой сигнал, результаты измерения выводятся на индикатор и печатающее устройство согласно заданному формату вывода информации.

Значение "числа падения" определяется как общее время в секундах с момента нажатия кнопки "СТАРТ" до момента, когда шток опустился вниз до конечного положения. Время перемешивания образца включается в результат.

При определении реологических свойств крахмалсодержащей массы в режиме 2 образцы готовятся аналогично режиму 1.

Определение реологических свойств пластичной массы основано на анализе параметров кривой клейстеризации крахмала при постоянной (фиг. 6) и переменной (фиг. 7) температурах нагрева водно-мучной суспензии.

Задается требуемая температура нагрева t_опр"УП" нач. Задается требуемая скорость нагрева. По умолчанию задается скорость нагрева 6 град/мин. Установить кассету с пробирками в водяную баню. Перевести фиксирующий рычаг в положение II (фиг. 4). Запустить режим 2. Для этого последовательно нажать кнопки "РЕЖ", "2" и "ВК" (фиг. 2). При запуске режима 3 подается напряжение на нагревательные элементы водяной бани, захваты переводятся в положение I (фиг. 5). Включается электродвигатель, мешалка опускается вниз и захватывает штоки, с помощью которых происходит перемешивание образцов.

Анализируя динамику изменения усилия перемешивания в зависимости от продолжительности процесса клейстеризации крахмала можно определять максимальное усилие перемешивания "УП"max, продолжительность клейстеризации τ_к интенсивность разжижения τ_p определяемую на расстоянии (фиг. 6).

Задается начальная температура нагрева t_опр"УП"нач. конечная температура нагрева t_опр"УП"кон. и скорость нагрева суспензии. Установить кассету с пробирками в водяную баню. Перевести фиксирующий рычаг в положение II (фиг. 4). Запустить режим 2. Для этого последовательно нажать кнопки "РЕЖ", "2" и "ВК" (фиг. 2). При запуске режима 2 подается напряжение на нагревательные элементы водяной бани, захваты переводятся в положение I (фиг. 5). Включается электродвигатель, мешалка опускается вниз и захватывает штоки, с помощью которых происходит перемешивание образцов.

Анализируя динамику изменения усилия перемешивания в зависимости от продолжительности процесса клейстеризации крахмала можно определять максимальное усилие перемешивания "УП"max, продолжительность клейстеризации τ_к интенсивность разжижения τ_p определяемую на расстоянии начальную температуру клейстеризации крахмала t_ккнач (фиг. 7).

При определении реологических свойств крахмалсодержащей массы в режиме 3 образцы готовятся аналогично режиму 1.

Определение реологических свойств пластичной массы основано на определении времени свободного падения перемешивающих штоков в клейстеризованной водно-мучной суспензии с учетом параметров кривой клейстеризации крахмала при постоянной (фиг. 8) и переменной (фиг. 9) температурах нагрева.

Задается требуемая температура нагрева t_опр"ЧП"нач. Задается требуемая скорость нагрева. По умолчанию задается скорость нагрева 6 град/мин. Установить кассету с пробирками в водяную баню. Перевести фиксирующий рычаг в положение II (фиг. 4). Запустить режим 3. Для этого последовательно нажать кнопки "РЕЖ", "3" и "ВК" (фиг. 2). При запуске режима 2 подается напряжение на нагревательные элементы водяной бани, захваты переводятся в положение I (фиг. 5). Включается электродвигатель, мешалка опускается вниз и захватывает штоки, с помощью которых происходит перемешивание образцов.

Анализируя динамику изменения усилия перемешивания в зависимости от продолжительности процесса клейстеризации крахмала можно определять максимальное усилие перемешивания "УП"max, продолжительность прогрева водно-мучной суспензии τ_пр продолжительность клейстеризации τ_кк продолжительность разжижения клейстеризованной водно-мучной суспензии τ_p число падения "ЧП" (фиг. 8).

Задается начальная температура нагрева t_опр"ЧП"нач. конечная температура нагрева t_опр"ЧП"кон. и скорость нагрева суспензии. Установить кассету с пробирками в водяную баню. Перевести фиксирующий рычаг в положение II (фиг. 4). Запустить режим 3. Для этого последовательно нажать кнопки "РЕЖ", "3" и "ВК" (фиг. 2). При запуске режима 3 подается напряжение на нагревательные элементы водяной бани, захваты переводятся в положение I (фиг. 5). Включается электродвигатель, мешалка опускается вниз и захватывает штоки, с помощью которых происходит перемешивание образцов.

Анализируя динамику изменения усилия перемешивания в зависимости от продолжительности процесса клейстеризации крахмала, можно определять максимальное усилие перемешивания "УП"max, продолжительность прогрева водно-мучной суспензии τ_пр продолжительность клейстеризации крахмала τ_кк продолжительность разжижения клейстеризованной водно-мучной суспензии τ_p число падения "ЧП", начальную температуру клейстеризации крахмала t_ккнач (фиг. 9).

Использование: изобретение относится к области исследования материалов, а именно к пищевой промышленности, в частности к мукомольной и хлебопекарной ее отраслям, и может быть использовано при производстве ржаной и пшеничной муки и приготовлении хлеба и хлебобулочных изделий. Сущность изобретения: система содержит водяную баню с охлаждающей крышкой и установленными в отверстия крышки пробирками, механизм перемешивания, штоки которого размещены в пробирках и соединены посредством кинематических и электромеханических связей с электромеханическим блоком и пультом управления. Система снабжена тензорезисторным датчиком, связанным с штоками механизма перемешивания, для определения характера изменения консистенции исследуемой водно-мучной суспензии. 4 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Система для определения реологических свойств крахмалсодержащей массы, содержащая водяную баню с охлаждающей крышкой с отверстиями, состоящую из цилиндрического сосуда с двумя тормоэлектронагревательными элементами, сливного устройства, механизма перемешивания, датчиков температуры и уровня воды и кассеты с пробирками, установленной в отверстия крышки, электромеханический блок, включающий силовую схему управления водяной баней и механизмом перемещения, блок питания, размещенные на станине электродвигатель с редуктором, пульт управления, имеющий функциональные и информационные связи с электрохимическим блоком, мембранную клавиатуру для задания режимов работы устройства, люминесцентный индикатор на 16 знакомест для отображения информации, термопечатающее устройство на 16 знакомест в строке для вывода результатов и сообщения об ошибках, разъем канала RS 232 для подключения устройства к лабораторному вычислительному комплексу, при этом механизм перемешивания включает связанную с редуктором кулису, соединенный с ней шатун с толкателем, связанную с ним направляющую, закрепленную на роликах, кронштейн с электромагнитом, прикрепленный к направляющей при помощи винтов, размещенные в пробирках штоки для перемешивания с захватами, связанными с электромагнитом и фиксирующий рычаг, отличающаяся тем, что она снабжена тензорезисторным датчиком, укрепленным на кронштейне и связанным посредством тяги с захватами штоков механизма перемешивания для определения характера изменения консистенции исследуемой крахмалсодержащий массы в процессе ее прогрева. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в электромеханическом блоке установлена плата обработки информации, поступающей с тензорезисторного датчика. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик температуры находится внутри водяной бани напротив середины обеих пробирок. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что редуктор размещен под электродвигателем. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что водяная баня снабжена теплоизоляционной рубашкой для стабилизации температурного поля вокруг пробирок с крахмалсодержащей массой.