Устройство для определения жиропроницаемости материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в пищевой промьшшенности для оценки качества полимерных упаковочных материалов, в химической промьшшенности для оценки качества защитных материалов и в других отраслях народного хозяйства. Известно устройство для определеНИН проницаемости материалов органическими растворителями, содержащее приспособление для крепления образца в диэлектрическое основание с yew тановленными на его верхней части двудвумя электродами, включенными в изг мерительную цепь электронного реле времени, при этом оба электрода расположены под испытуемым образцом и изолированы друг от друга раствори мой полимерной пленкой, причем верхний электрод выполнен в виде металли ческий сетки, а нижний - в виде набора металлических подпружиненных стержней, собранных в пакет Cl}. Устройство не может быть использовано для определения момента проникновения жиров и масел через полимерные материалы, поскольку вышеназванные среды имеют высокие диэлектри ческие показатели и при их проникновении не произойдет замыкания электр ческой цепи между электродами даже при условии, что жиры и масла растворили полимерную пленку,Известно также устройство для опре деления проницаемости тканей неэлект- ропроводными жидкостями, содержащее камеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру и два электрода емкостного датчика. Камера подачи исследуемой среды выполнена в виде воронки, через которую на образец наносится исследуемая жидкость в виде капель. По прохождении жидкости через ткань капля попадает в измерительную камеру между электро дами датчика и из.меняет емкость датчика. Регистрируя момент изменения емкости, определяют время проницаемости . Устройство не обеспечивает требуемой точности измерения, так как сигнал датчика запаздывает на время необходимое для отрыва капли от образца. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения жиропроницаемости материалов, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами. Устройство имеет также два электрода емкостного датчика, причем первый электрод размещен внутри измерительной камеры, примкнут боковой поверхностью к ее стенкам и поджат пружиной, а второй электрод размещен в стенке измерительной камеры ГЗ Ц. Недостатком известного, устройства является- его невысокая точность обусловленная тем, что при иалей|ших вибрациях, толчках и колебаниях поверхности, на которой оно установлено, происходит нарушение баланса сил, действующих на электрод, расположенный внутри измерительной камеры. Это приводит к ложным срабатываниям устройства, что существен1но снижает достоверность полученных результатов. Целью изобретения является повышение точности измерения времени проникновения жиров сквозь испытуемый образец. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения жиропроницаемости материалов, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами дополнительно введены два магнита, коллимированный источник света, фотоприемник, грузик с системой его установки, усилитель, формирователь логического уровня, триггер, сигнализатор, электронные часы ,блок управления и.источиник стабилизированного напряжения, при этом измерительная камера расположена над камерой для исследуемой среды, оба магнита, фотоприемник и коллимированный источник света расположены внутри измерительной камеры таким образом, что фотоприемник и коллимированньй источник света установлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещены магниты, и расположены между ними, а грузик с системой его установки расположен между .магнитами, при этом выход фотоприемника через усилитель и формирователь логического уровня подсоединен к первому входу триггера. t первый выход которого подсоединен к сигнализатору, а второй - к первом входу электронных часов, причем первый выход блока управления соединен С вторым входом триггера, второй с входом источника стабилизированног напряжения, выход которого соединен с коллимированным источником света, а третий подключен к второму входу электронных часов. На фиг,1 представлена измерительная ячейка устройства, разрез; на Лиг.2 - поперечньй разрез измерительной ячейки и блок-схема устройст ва; на фиг.З - измерительная ячейка устройства, вид сверху,- на фиг.4 то же(Поперечный разрезJ на фиг,5 временные диаграммы работы устройства. Устройство содержит камеру 1 (фиг.1) с исследуемой средой 2. На перфорированной поверхности ка меры 1 с исследуемой средой 2 расположен испытуемый образец 3, над кото рым установлена измерительная камера 4, Измерительная камера 4 крепится к камере 1 при помощи зажимов 5. При этом образец 3 зафиксирован на поверхности камеры 1 при помощи фиксаторов 6, В верхней полости камеры 4 расположена система установки грузика 7, которая состоит из стакана с прорезью 8, жестко закрепленного на верхней стенке измерительной камеры 4 (для упрощения чертежа камера 4 и стакан 8 изображены монолит ными) . Внутри стакана с прорезью 8 расположен полый цилиндр 9 с упором 10. Между цилиндром 9 и стаканом 8 установлена пружина 11, один конец которой расположен на поверхности камеры 4, а другой ограничен упором 10. Внутри полого цилиндра 9 расположен рычаг 12 с фиксирующей пружиной 13. Внутри измерительной ка меры 4 на диэлектрических стойках 14 закреплены магниты 15 и 16-. Кольцевая выемка 17 на поверхности камеры 1 предназначена для сбора жира, проникающего между камерой 1 и образ цом. 3. Для устранения этого между камерой 1 и образцом 3 в прорези установлена кольцевая прокладка 18. На прямой, перпендикулярной линии, на которой установлены магниты 15 и 16, расположены фотоприемник 19 и коллимированный источник 20 света (фиг.2). Патрубок 21 (фиг.З) предназначен для заполнения камеры 1 исследуемой средой 2, при этом патрубок i:2 с каналами 23 и 24 необходим для слива среды 2 . В корпусе камеры 1, примыкая одной стороной к каналу 24, установлена прозрачная пластина 25 с рисками, которые предназначены для контроля за заполнением камеры 1 средой 2. Выход фотоприемника 19 через усилитель 26 (фиг..2) и формирователь 27 логического уровня подсоединен к первому входу триггера 28, к второму входу которого подключен первый выход блока 29 управления. Первый выход триггера 28 подсоединен к сигнализатору 30, а второй - к кварцевьм электронным часам 31. Второй выход блока управления подсоединен к источнику 32 стабилизированного напряжения, а третий выход блока 29 управления - к электронным часам 31. Выход источника 32 стабилизированного напряжения подключен к входу коллимированного источника 20 света (связи источника 32 стабилизированного напряжения с остальными блоками не показаны). Устройство работает следующим образом. На перфорированную поверхность камеры 1 укладывается образец 3, после чего поверх него с помощью за-, жимов 5 устанавливается измерительная камера 4. Фиксаторы 6, расположенные внутри камеры 4, закрепляют образец 3 относительно камеры 1. После этого камера 1 устанавливается таким образом, что патрубки 21 и 22 направлены вертикально вверх. Через патрубок 21 внутрь камеры 1 нагнетается жир 2 (жидкое масло или другая жиросодержащая среда). При этом степень заполнения камеры 1 контролируется по рискам прозрачной пластины 25. После заполнения камеры 1 до номинального уровня подача среды 2 в камеру прекращается и устройство переворачивают на 90 таким образом, чтобы испытуемый образец оказался параллельным линии горизонта (фиг.1)w Для исключения образования пузырьков воздуха в камере 1 между образцом 3 и средой 2 перфорации выполнены конусно, а внутренняя полость камеры имеет обтекаемую форму. Нажатием на полный цилиндр 3 добиваются его опускания до поверх ности испытуемого образца 3, после чего отжатием рычага 12 устанавливают грузик 7 на поверхность образ ца 3. Не снимая нагрузки с рычага 12 и плавно освобождая от нагрузки полый цилиндр 9, возвращают послед ний в исходное состояние (при этом грузик 7 остается на поверхности образца 3). Грузик 7 оказыва ся установленным на одной прямой с магнитами 15 и 16, причем рассто ния от грузика 7 до магнитов 15 и неодинаковы. На грузик 7 действуют сила прит жения магнита .16 Fnp сила притяжения магнита 15 Fnp2 и сила тяжес Р fnc{, (направленная вертикально вниз). Расстояния между грузиком 7 и нитами 15 и 16 подобраны таким обр зом, что грузик 7 после его устано на поверхность образца 3 на одной НИИ с магнитами 15 и 16 остается неподвижным, следовательно, все действующие на него силы взаимно скомпенсированы (расстояние между грузиком 7 и магнитом 16 меньше, чем между грузиком 7 и магнитом 15 а, следовательно, в этом случае справедливо выражение, описьгоающее условие равновеси грузика 7, . с с J.P npi-- пр2 пр FYP - сила трения, возникаю щая между образцом 3 и грузиком 7, F p PKT mevKT , {2}. где Р - вес грузика 7, К-.- коэффициент трения торца грузика 7 о поверхность образца 3. Тогда выражение (1) имеет видг пр1 До тех пор, пока все величинь, входящие в выражение (3), постоянны, грузик 7 находится в состоянии равновесия. При проникновении сред 2 сквозь испытуе1« 1й образец 3 умен шается коэффициент трения , что приводит к уменьшению силы трения В этом случае выражение ,3 имеет вид Рпр1 Р„р2- РКт Кт -ЛКТогде Кт . В случае, если количество проникшей сквозь образец 3 среды 2 превышает пороговое значение /йКт, то равенство (4) нарушается и грузик перемещается к магниту 16. Величина ДКт определяется выражением, которое получается подстановкой в выражение (4) величин ЛКТд.и Кт Таким образом, обеспечивая постоянство Ктв, что достигается предварительной обработкой поверхности образца 3 перед испытанием шкуркой нулевкой (величины/Fjjp ; РПР постоянны), смещение грузика происхо,дит всегда при изменении Кт на величину д Кт, После опускания грузика 7 на поверхность образца 3 включается коллимированный источник света 20 (кривая а в момент i ). Поскольку между коллимированным источником 20 света и фотоприемником 19, находящимися внутри темной камеры, ничто не перекрывает световой поток, то на выходе фотоприемника 19 возг буждается выходной сигнал величиной Up (кривая 6). Этот сигнал усиливается усилителем 26 до величины и (кривая е) и поступает на. вход формирователя 27 логического уровня (в качестве форлирователя 27 логического уровня использован, например, компаратор с подключенным к его выходу стабилизатором). На выходе формирователя 27 логического уровня сформирован сигнал логического уровня .U, (кривая г), который поступает на первый вход триггера 28. На второй вход триггера 28 в момент установки грузика 7 jfty) на поверхности образца 3 поступает логический сигнал с блока 29 управления,- который устанавливает на первом выходе триггера логический, О (этот выход подсоединен к сигнализатору 30, в качестве которого может использоваться ждущий мультивибратор, периодически включаюащй маломощную лампочку или звуковой генератор). С второго выхода триггера 28 сигнал, равньй логической 1, поступает на электронные часы 31, которые запускаются логиче ким сигналом с блока 29 управления в момент i. Поскольку в момент уст НОНКИ грузика 7 на поверхность обра ца 3 на первом выходе триггера 28 сигнал равен логическому О (кривая ж), а на втором выходе сигнал равен логической 1 (кривая д), то электронные часы 31 (в качестве электронных часов может быть исполь зован кварцевый генератор, соединенный через соответствующие делители частоты к счетчику и далее к дешифратору с индикатором) отсчитывает время с момента t что иллюстрируется последовательностью импульсов, поступающих на счетчик электронных часов 31 (кривая е). В момент, когда грузик 7 смещается к магниту 16 (момент i2 , фиг.5), он перекрывает световой поток между коллимированным источником 20 и фотоприемником 19. Это приводит к уменьшению иди полному исчезновению сигнала на выходе фото приемника (кривая б). Соответственн уменьшается сигнал на выходе усилителя 26 до величины и, (кривая в), пр ЭТОМ сигнал на выходе формирователя 27 логического уровня обращается в логический О (кривая г) (порог срабатывания компаратора, на которо например, выполнен формирователь 27 логического уровня, подобран выше величины и ). Это в свою очередь приводит к тому, что триггер 28 на первом и втором выходах поменяет свое состояние (кривые д.ж), а следовательно, прекращается счет в электронных часах 31 (на индикаторах электронных часов 31 застынет текущее время момента tj (кривая 1ё) и срабатывает сигнализатор 30. Таким образом, зафиксированное электронными часами 31 рремя являет ся временем с момента установки грузика 7 на поверхность образца ЗЬ ( с момента введения в контакт образца 3 со средой 2, так как после заполнения камеры 1 средой 2 до включения электронных часов 31 проходит не более 15-30 с, что при длительности испытаний реальных полимерных пленочных материалов, например, пленок из полипропилена, толщиной 100 мкм составляет порядка 70-80 ч, а следовательно, эта погрешность бесконечно мала и ею пренебрегают) до момента проникновения сквозь образец 3 количества среды 2, необКт., на величиходимого для изменения ну ЛКТр . Технико-экономическая эффективность при использовании предлагаемого устройства обеспечивается за счет повышения точности срабатываемого устройства. Действительно, если во всех известных устройствах для определения жиропроницаемости полимерных пленочных материалов чувствительный элемент (грузик) перемещается при проникновении некоторого количества жира (масла) в вертикальной плоскости (вверх) и это требует полного исключения вибрации плоскости, на которой устанавливаются эти устройства, что практически даже в лабораторных условиях осуществить невозможно, то предлагаемое устройство не предъявляет столь жестких требований к поверхности, на которой оно монтируется (устанавливается), а это исключает ложное срабатывание за счет вибрации, кроме того, в известном устройстве использованы упругие элементы (пружины), которые достаточно сложно рассчитывать и воспроизводить (под расчетом подразумевается расчет силы упругости пружины при расчете порогового значения агрессивной среды, прошедшей через испытуемый образец). В предлагаемом устройстве роль упругих элементов вьтолняют магниты 15 и 16, которые при существующей технологии легко изготавливаются с требуемыми магнитными свойствам (с заданной Р„ ), При этом расчет Кт , а следовательно, порогового количества среды 2 через испытуем 1й образец сводится к подстановке в уравнение (5) интегральных выражений и Рпр2 постоянных {величин Р (вес грузика 7) и КТд (коэффициента трения торца грузика 7 о поверхность образца 3). I Таким образом, выбрав по максимальной чувствительности конкретное расстояние между грузиком 7 и магнитами 16 и 15 и рассчитав величины F Ff,p2 можно определить л рое будет постоянным для всех устройств с данными геометрическими разме-рами (расстояния между грузиком и магнитами) и данными магнитами (которые изготовлены по результатам расчеч rtpi . пр2 | самым, обеспечить метрологическое единство измерений.

Предлагаемое устройство предназна- 5 чено для использования в заводских Лабораториях для оценки качества выпускаемых полимерных пленочных материн лов. Кроме этого, оно может быть также использовано для выбора наиболее непроницаемого материала и для отработки технологического процесса изготовления конкретного полимерного пленочного материала.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство дополнительно снабжено двумя магнитами, коллимированным источником света, Лотоприемником, грузиком с системой его установки, усилителем, фор шрователем логического уровня, триггером, сигнализатором, электронными часами, блоком управления и источником стабилизированного напряжения, при этом измерительная камера расположена над камерой для исследуемой среды,оба мaгнитaJАотоприемник и коллимированный источник света расположены в измерительной камере таким образом, что Аотоприемник и коллимированный источник света установлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещены магниты, и расположены между ними, а грузик с системой его уста9 новки расположен между магнитами, при этом выход фотоприемника через усилитель и формирователь логического уровня подсоединен к первому входу триггера,первый выход которого подсоединен к сигнализатору, а второй - к первому входу электронных часов, причем первый выход блока управления соединен с вторым входом триггера, второй г- с входом источника К) стабилизированного напряжения, вы1C ход которого соединен с коллимиро :о го ванным источником света, а третий к второму входу электронных часов. О)

1-т

Фиг.1

5

I

rl

Фиг.5

«.

м

21

Фиг.Ч