Способ определения коэффициента трения водонасыщенного дисперсного пищевого продукта и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N33/02 G01N19/02 

Изобретение относится к технике измерения коэффициентов трения водо- насыщенных дисперсных материалов, в частности молочно-белкового сгустка.

Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента трения.

При определении коэффициента трения водонасыщенных дисперсных материалов величина давления контакта принимается равной не внешнему давлению на образец, а давлению в твердой фазе материала, которое в данном случае и явлчется истинным давлением контакта. Изменение влажности водонасыщен- ного дисперсного материала происходит в процессе отжима жидкой фазы

при механическом воздействии на материал (например, обезвоживание творожного сгустка при перемещении его в колонном аппарате, поэтому определение изменения коэффициента трения ма териала именно в процессе отжима и в условиях, приближенных к реальным, позволяет повысить точность определения коэффициента трения.

Все величины в процессе реализации способа определяют синхронно например, сила трения, количество отжатой жидкости, время), лишь после их опре° деления строится компрессионная зависимость, которая характеризует сое-4 тояние исследуемого материала в процессе измерения

При этом компрессионная завися- мость является одной из составных частей способа и дает информацию, необходимую для дальнейшего определе- ния коэффициента трения.

При осуществлении способа перед приложением нагрузки замеряют начальную влажность материала., юсле чего устанавливают зависимости измене- ния его влажности, давления в скелете материала, исследуемой пробы относительно ее осадки изменения высоты слоя} и силы трения от продолжительности процесса, используя кото- рые определяют коэффициент трения.

Кроме того, в устройстве емкость для размещения исследуемой пробы выполнена в виде перфорированного цилиндра, снабженного сборником жид- кости, выводы которого установлены над общим сборником отжатой жидкости.

Данная конструкция емкости, в которой размещается исследуемый ма- териал с выводом в общий сборник жидкости, обеспечивает согласно способу возможности определения зависимости изменения влажности материала, давления в его скелете, относительно осадки образца и силы трения от продолжительности процесса.

Сборник жидкости указанной конструкции обеспечивает практически мгновенный сток жидкости из него, что позволяет избежать влияния массы отжатой жидкости на показания тензо- датчиков и тем самым повышает точность определения силы трения.

На фиг. 1 приведены графические зависимости реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - устройство, реализующее способ; на фиг. 3 - блок- схема подключения датчика линейных .перемещений, устройство регистрации массы отжатой жидкости и тензодатчи- ков к блоку вывода информации.

Способ определения коэффициента трения осуществляют следующим образом.

Фиксируют начальную влажность материала WH Затем исследуемую пробу материала заданной массы помещают в емкость устройства при определенно температуре, где создают давление контакта Рк на образец. Одновременно фиксируют начальный момент времени действия давления Ј0 и устанавливают начальную высоту слоя образца U.. Под действием давления из

ч

образца отжимается жидкость, количество отжатой жидкости и изменение за счет этого высоты слоя образца h Фиксируют через заданный интер- ва i времени. Одновременно с приложением давления к образцу его перемещают по поверхности контрообразца со скоростью V и регистрируют величину силы трения между образцом и контробразцом.

На основании обработки полученных экспериментальных данных строят зависимости графические, либо табличные для определения коэффициента трения следующим образом.

По формуле устанавливают текущее значение влажности материала на основании известного количества отжатой жидкости и строят зависимость изменения влажности от времени (фиг.1а),

По формуле устанавливают и определяют давление контакта (соответствующее давлению в скелете материала) по величине изменения влажности и строят зависимость изменения давления контакта от времени /Фиг.1C,

На основании известных значений начальной высоты слоя исследуемого материала и текущей строят зависимост относительной осадки образца от времени (фиг.1 в).

По величине относительной осадки образца, диаметра емкости определяется зависимость изменения площади контакта образца с контробразцом, по времени (Фиг.1 г).

Затем для определенного значения времени на основании экспериментальных данных строится зависимость изменения силы трения (фиг.1д).

По построенным графическим (Фиг.1 а,б,в,г,д), либо табличным данным получают Функцию давления трения от давления контакта (фиг.1е), пользуясь которой определяют искомую зависимость коэффициента трения от величины изменения влажности (фиг,1ж)

(f/s)u -(f/s);

р - , U,

к. + t гк«

где Лл - коэффициент трения;

i - текущее значение параметров. Устройство для определения коэффициента трения содержит емкость 1 для исследуемой пробы, выполненную в виде перфорированного цилиндра, снабженного сборником 2 жидкости, выводные патрубки 3 которого установлены в об(И

516

щем сборнике 4 отжатой жидкости, контробразец 5, которым является цилиндрическая поверхность емкости, приспособление для создания давления контакта, выполненное в виде поршня 6, механизм для измерения силы трения, представляющий собой четыре балки 7 с тензодатчиками, на которые опираются подвижная емкость,механизм для обеспечения перемещения контробразца по поверхности исследуемой пробы, выполненный в виде поршня-днища 8, датчик 9 для регистрации перемещения .контробразца относитель- Но поверхности исследуемой пробы.

Устройство работает следующим образом.

Поршень 6 устанавливают в крайнее верхнее положение, т.е. выводят вверх до соприкосновения с планкой, на которой крепят датчик 9.

Поршень-днище 8 устанавливают на определенном расстоянии 1 от нижнего края планки с датчиком 9. Показания датчика 9 выводят на ноль. В емкость 1 закладывают пробу исследуемого материала. Поршень 6 опускают

П р

и м е р. Определяют коэффициен

до соприкосновения с материалом и фик-30 трения творожного сгустка, вырабаты- сируют показания датчика 9 (RH). За- ваемого для получения творога 9%-ной тем к материалу прикладывают задан- жирности кислотным способом, и контр- ную величину давления посредством поршня 6. Одновременно поршень-днище

образца, выпопненного из перфорированного листа, марка стали 12X18HIOT. 35 Размеры перфорации: диаметр отверстий 1,3 м, шаг между центрами отверстий 3 мм

8 перемещают вниз с заданной скоростью V. В результате действия давления из материала отжимается жидкость и попадает в сборник 2 и через выводные патрубки 3 в общий сборник

Начальная влажность сгустка W 84,3%. Начальная высота слоя материаН

4, затем попадает в электронно-цифро- 40 ла .1СГ3м. Внутренний диаметр, вой блок 10 регистрации отжатой жидкости AHri3j, подключенный к блоку 11 вывода информации. При сжатии продукт входит в контакт с контробразцом и при перемещении по поверхности контр- 45

.

перфорированного цилиндра Внешнее давление ,68 кПа. Коэффициент уплотнения ,4910 % Па. Скорость перемещения м/с

Определение коэффициента трения проводят следующим образом. Определяют начальную влажность творожного сгустка W , Затем дозу творожного сгуст- К

ка взвешивают и эту заданную массу

образца тянет его за собой за счет возникающих сил трения. Под давлением силы трения балки 7, на которых установлена емкость 1 с контробразцом

5, прогибаются. Посредством тензодат- 50 помещают в емкость устройства, созда- чиков, установленных на балках 7, из- вая давление на образец Р. Одновремен- меряют силу трения. Сигнал от тензо- датчиков поступает на блок 1 вывода информации (фиг.З).

На основании экспериментальных данных начальную высоту слоя материано Фиксируют время Ј начала действия давления и показания датчика 9 линейных перемещений. По значению 55 зания по формуле (2 } устанавливают на чальную высоту слоя материала

ла устанавливают по формуле

(2)

где h., - начальная высота слоя, м; 1 q - высота поршня, м; R м - показания датчика при соприкосновении с материалом;

« 5

0

(J - тарировочный коэффициент

датчика;

1 - расстояние от нижнего края планки до поршня через последовательно соеди 1енные

аналоговый усилитель 12 и

транскриптор 13,

причем тензодатчики 14 посредством тензостанции 15 подключены к блоку вывода информации, а датчик 9 линейных перемещений подсоединен к аналоговому усилителю днища,

Текущее значение высоты устанавливают по формуле

(R;-RM) ,,.л

где

h h Ч

-Vff,

(3)

5

R;

VЈ

П р

текущее значение высоты слоя, м;

-показания датчика;

-скорость перемещения продукта или скорость помещения поршня-днища, м/с;

- время перемещения,

и м е р. Определяют коэффициент

0 трения творожного сгустка, вырабаты- ваемого для получения творога 9%-ной жирности кислотным способом, и контр-

трения творожного сгустка, вырабаты- ваемого для получения творога 9%-ной жирности кислотным способом, и контр-

образца, выпопненного из перфорированного листа, марка стали 12X18HIOT. Размеры перфорации: диаметр отверстий 1,3 м, шаг между центрами отверстий 3 мм

Начальная влажность сгустка W 84,3%. Начальная высота слоя материала .1СГ3м. Внутренний диаметр,

Н

ла .1СГ3м. Внутренний диаметр,

.

перфорированного цилиндра Внешнее давление ,68 кПа. Коэффициент уплотнения ,4910 % Па. Скорость перемещения м/с

Определение коэффициента трения проводят следующим образом. Определяют начальную влажность творожного сгустка W , Затем дозу творожного сгуст- К

ка взвешивают и эту заданную массу

помещают в емкость устройства, созда- вая давление на образец Р. Одновремен-

но Фиксируют время Ј начала действия давления и показания датчика 9 линейных перемещений. По значению зания по формуле (2 } устанавливают на чальную высоту слоя материала

V Tf+VН

ч

1

где h .. - начальная высота слоя, м

(рассчитывается) ;

1п - высота поршня, м (задается); показания датчика перемещени поршня, Ом (определяется); тарировочный коэффициент датчика, Ом/м (задается); расстояние от нижнего края пленки до поршня-днища, м (задается) Под действием давления из образца отжимается жидкость. Количество отжатой жидкости G. фиксируют через интервал времени, равный 30 с,и по формуле (4) устанавливают текущее значение влажности сгустка погрешность данног метода определения влажности составляет 4,83% при доверительной вероятности 0,95) (см. табл.1), соответствующее определенному моменту времени

W ц ,

W((1-10fV

/

100,

(4)

где W - влажность сгустка, % (рассчитанная) ;

GA- масса дозы сгустка, кг (определяется ;

масса отжатой жидкости,

кг

WH

определяется); начальная влажность сгустка, % /определяется|. Одновременно с количеством отжатой жидкости через тот же интервал времени, равный 30 с, регистрируют показания датчика линейных перемещений поршня и по формуле (З) рассчитывают текущее значение высоты слоя образца (см. табл.2), соответствующее определенному моменту времени, и переводят в относительные координаты

.

где Ь | - текущее значение высоты слоя сгустка, м (рассчитываются) ;

показания датчика, Ом (определяются) ;

скорость перемещения продукта по контробразцу или скорость перемещения поршня- днища, м/с (задается); продолжительность перемеще- , ния или интервал времени между регистрациями, равный 30 с (издается) .

Рассчитывают ппощадь контакта творожного сгустка S1 с контробразцом

R V. Ј

(см. табл.3) соответствующую опреде- ленному моменту времени

S; h;tfD.(5)

Одновременно с приложением давления к образцу сгустка образец перемещается по поверхности контробразца со скоростью м/с, при этом регистрируют величину силы трения Ј через интервал времени, равный 30 с /см, табл.4.

Устанавливают давление контакта образца к контробразцу (см. табл.4)

Р Р ,. и:.

К С а

(6)

0

5

0

5

0

0

5

где Р - давление контакта, кПа (определяется) ; - давление в твердой Аазе

сгустка, кПа (определяется по компрессионной зависимости);

W -W - изменение влажности сгустка в процессе эксперимента за время между регистрациями, равное 30 с, % (определяется) ;

а - коэффициент уплотнения сгустка, %/Па (определяется из - компрессионной зависимости) Затем устанавливают давление ния f/S (см. табл.. На основании полученных данных (см. табл.1-4) строят зависимости (см, фиг.а,б,в,г, д,е), на основании которых, либо по табличным данным определялся коэффициент трения по формуле } (см. табл.4)

й1 &-(f/s) (Ј/s)y -(Ј/s)l Р ЕР Г к, , где |t| коэффициент трения рассчитывается) ; &(Ј/$)- изменение давления трения,

кПа (определяется); - изменение давления контакта,

кПа (рассчитывается), i - текущее значение параметров. По Формуле (1) определялось зна- . чение коэффициента трения (.4). На основании полученных данных построены графические зависимости (Фиг,1) и, в частности, искомая зависимость коэффициента трения от величины изменения влажности (фиг,1ж),

Изобретение позволяет повысить точность определения коэффициента трения.

Сочно определенные значения коэф- циента трения материала в процессе изменения его влажности, например тво- рожного сгустка, позволяют не только

правильно рассчитывать аппарат для его обезвоживания, но и процесс, а значит получать творог требуемой стандартной влажности, высокого качества.

Формула изобретения

1. Способ определения коэффициента трения водонасыиенного дисперсного пищевого продукта, предусматривающий размещение в емкости с контробраз- цом исследуемой пробы, воздействие на нее давлением контакта посредством контробразца, регистрацию величины перемещения и скорости перемещения последнего относительно поверхности исследуемой пробы с последующим измерением силы трения и определением коэффициента трения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, при воздействии на исследуемую пробу давлением контакта перед размещением осуществляют перемещение последней относительно контробразца сверху вниз в емкость исследуемой пробы, осуществляют ее взвеши вание, йиксацию начальных значений

влажности, начального момента времени воздействия давления контакта и устанавливают начальную высоту слоя исследуемой пробы в емкости, а в процессе воздействия на исследуемую пробу давлением контакта Ликсируют текущее значение количества отжатой жидкости, величин перемещения и ско- I

0

0

рости перемещения через заданный интервал времени и устанавливают текущее значение изменения высоты слоя исследуемой пробы, влажности и площадь контакта поверхности исследуемой пробы с контробразцом, причем при фиксации текущих значений величин перемещений используют линейное перемещение контробразца относительно поверхности исследуемой пробы.

2, Устройство для определения коэффициента трения водонасыщенного дисперсного пищевого продукта, содержаj щее емкость для исследуемой пробы с размещенным в ее верхней части контробразцом, приспоообление для создания давления контакта, механизмы для измерения силы трения и для обеспечения перемещения контробразца по поверхности исследуемой пробы и датчик для регистрации величины перемещения контробразца относительно поверхности исследуемой пробы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно оснащено общим сборником отжатой жидкости с выводным патрубком, а емкость для размещения исследуемой пробы снабжена сборником

0 жидкости с выводными патрубками, при этом емкость для размещения исследуемой пробы выполнена перфорированной и с возможностью перемещения по вертикали, а общий сборник отжатой жидкости размещен под сборником жидкости емкости для размещения отжатой пробы и аксиально последнему., i

Т Э б л и ц а 1

5

5

Изобретение относится к технике измерений коэффициентов трения водо- насыщенных дисперсных материалов, в частности молочно-белкового сгустка. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента трения. При осуществлении способа перед приложением нагрузки заменяют начальную влажность материала, после чего определяют зависимости изменения его влажности, давления в скелете материала, относительной осадки исследуемой пробы и силы трения от продолжительности процесса, используя коротые определяют коэффициент трения. В устройстве емкость, в которой размещают исследуемую пробу, выполнена с возможностью перемещения по вертикали в виде перфорированного цилиндра, снабженного сборником жидкости, вывод которо го установлен в общий сборник отжатой жидкости. 2 с.п. cb-лы, З ил,, 4 табл

Таблица 2

1

Величина Размерность

МО4

МяХЯЯ

10

0,3

о.г

0,1

о z ч s

10 12

vЈ-w,%

Фиг1

Значение

120 51

150 50

180 50

ТаблицаА

Фиг 2

п

13

/5

фиг.З