Устройство для измерения реологических характеристик материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N11/10 

I

Изобретение относится к технике измерения реологических характеристик дисперсных систем и, в частности, пищевых масс.

Известно устройство для изучения реологических характеристик пищевых масс, содержащее наружный и внутренний соосные цилиндры, приводное устройство, измеритель скорости вращения внутреннего цилиндра, источник механических колебаний, сменные рычаги и направляющее устройство. Наружный цилиндр сообщается с камерой, в которой соосно с внутренним цилиндром установлен поршень, шарнирно связанный с узлом для создания избыточного давления. Камера снабжена устройством для контроля давления. Узел создания избыточного давления выполнен в виде рычага с грузом, перемещающимся вдоль его оси l 1.

Однако это устройство не позволяет определять реологические характеристики при давлении, изменяющемся во времени.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения реологических свойств материалов, например для теста, состоящее из станины, установленных соосно ротора и цилиндра с камерой и поршнем, причем камера сообщена с манометром. Ротор связан с узлом для сообщения вращаю10щего момента и измерителем частоты вращения ротора. Поршень связан с узлом для создания избыточного давления в виде винтовой пары для вертикального перемещения поршня. Винтовая

15 пара предназначена для предварительного уплотнения теста до степени,соответствующей его сжатию при технологической обработке, и поддержанию избыточного давления на необходимом

20 уровне. В процессе измерения реоло- гических характеристик, например при снятии кривой течения, ступенчато из меняется вращающий момент н,ч роторе 39 и измеряется соответствующая частота вращения ротора, причем избыточное давление остается постоянным, т.е. осуществляется статический режим дав ления. Для определения реологических характеристик при других значениях избыточного давления измерения повто ряют на новой порции исследуемого материала с новым уровнем избыточного давления 2J. Однако конструкция данного устрой ства не позволяет проводить измерения в /динамическом режиме избыточного давления. 3 условиях большинства технологических процессов пищевой промышленно ти, связанных с механической обработ кой вязкопластичных пищевых масс, например, при смешении, транспортировании по трубам, формировании штамповкой и выпрессовыванием, нагрузки на пищевые массы со стороны ра бочих органов машин, а также избыточ ное давление и, следовательно, напря жения в массе, не остаются постоянны а изменяются по определенным, обычно по циклическим законам. Вследствие напряжений в процессе переработки и меняются скорости сдвиговых деформаций, эффективная вязкость и другие реологические характеристики) Поэтому расчеты технологического оборудования с использованием методик, основанных на использовании усредненных значений реологических характеристик, приводят к большим погрешностям. Цель изобретения - повышение точности измерений при динамическом ре.жиме избыточного давления на исследуемый материал. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения реологических характеристик пищевых масс, содержащее цилиндр с камерой и поршнем, вмонтированный в станину, распо ложенный соосно с ним ротор, привод ротора., измеритель частоты вращения ротора, датчик давления в камере,вин товую пару, винт которой связан с поршнем, дополнительно содержит зада ющий механизм с толкателем, причем винт жестко соединен с поршнем, а гайка винтовой пары установлена с во можностью перемещения относительно станины и охватывает толкатель задаю щего механизма. Задающий механизм выполнен в виде кулачкового механизма. Необходимость дополнительного введения в устройство задающего механизма с толкателем связана с тем, что динамический режим избыточного давления наиболее просто достигается обеспечением циклического возвратно-поступательного движения поршня по заданному закону в период снятий реологических характеристик, а имеющаяся в прототипе конструкция узла для создания избыточного давления в виде винтовой пары не может обеспечить такого движения. В отличие от известной конструкции где гайка жестко прикреплена к станине, а винт кинематически связан с поршнем, в предлагаемой конструкции винтовая пара установлена с возможностью свободного перемещения относительно станины, что достигается тем, что винт жестко прикреплен к поршню, а гайка одновременно охватывает винт и толкатель задающего механизма. При этом в момент работы устройства поршень, винт, гайка и толкатель задающего механизма перемещаются как единое целое по заданному закону. При вращении гайки, имеющей правую и левую резьбу, поршень имеет возможность перемещаться относительно толкателя отключенном задающем механизме, что необходимо при загрузке камеры цилиндра исследуемым материалом, установке поршня в камере,а также при создании в зазоре между ротором и цилиндром предварительного уплотнения. При этом расстояние между задающим механизмом и цилиндром не изменяется; что значительно упрощает конструкцию и обслуживание, так как не требует снимать задающий механизм при замене порции исследуемого материала. В качестве задаЛцего механизма в предлагаемой конструкции использован кулачковый механизм со сменным пазовым кулаком. Пазовый кулак выбран для обеспечения стабильной работы поршни как в условиях прямого хода, так и обратного. Осуществляя кинематическое замыкание пары кулак-ролик, пазовый кулак обеспечивает надежное извлечение поршня из камеры за период обратного хода. При вращении сменного пазового кулака поршень совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего давление в зазоре между цилиндром и ротором изменяется по зак(у, который определяется профиле кулака.,

На чертеже изображено устройство для измерения реологических характеристик материалов.

Устройство включает станину 1, установленные соосно ротор 2, цилинд 3 с камерой t и поршень 5 привод 6 ротора, измеритель 7 частоты вращения ротора, датчик 8 давления. Узел для создания избыточного давления содержит винт 9.и гайку 10, посредством которой связан с толкателем 11 задающего механизма 12. Задающий механизм 12 содержит пазовый кулак 13 с роликом 1, приводимый во вращение вокруг оси 15 двигателем постоянного тока (не.показан).

Устройство работает следующим образом.

Массу загружают в камеру 4, устанавливают поршень. 5 в горловине камеры Ц и вращают гайку 10. относительно неподвижного толкателя 11. При этом винт 9 с поршнем 5 перемещается посгупательно вдоль оси ротора 2, а масса вытесняется из камеры-i в зазор между ротором 2 и цилиндром 3. Гайку 10 вращают до тех пор,-пока масса 1не заполнит зазор между ротором 2 и цилиндром 3 а избыточное давление, контролируемое датчиком 8 давления, не достигает заданного значения. Затем включают привод 6 ротора, измеритель 7 частоты вращения ротора и задающий механизм 12. При повороте сменного пазового кулака 13 на один оборот вокруг оси 15 ролик 1 обматывает его профиль, а поршень 5. связанный посредством винта 9. гайки 10 и толкателя 11 с роликом 1t, совершает полный цикл возвратно-поступательного движения по закону, определяемому профилем сменного пазового кулака 13, например, синусоидальному. При этом избыточное давление в зазоре между ротором 2 и цилиндром 3 также изменяется по синусоидальному закону относительно начального значения.

Таким образом, реологические характеристики исследуемого материала

снимают в условиях непрерывно изменяющегося избыточного давления. Предлагаемое устройство обеспечивает измерение характеристик в динамическом

режиме избыточного давления, что повышает точность измерения реологических характеристик пищевых масс, применяя сменные пазовые кулачки с различным профилем, можно создать режим

изменения давления, максимально приближающий условия реологических измерений к конкретному процессу переработки. Данные, полученные с помощью устройства подобного типа, необходимы для разработки принципиально новой методики расчета технологического оборудования пищевых производств.

k Формула изобретения

1. Устройство для измерения реологических характеристик мatepиaлoв, содержащее цилиндр с камерой и поршнем вмонтированный в станину, расположенный соосно с ним ротор, привод ротора измеритель частоты вращения ротора, датчик давления в камере, винтовую пару, винт которой связан с поршнем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при динамическом режиме избыточного давления на исследуемый материал, оно содержит задающий механизм с толкателем, винт жестко соединен с поршнем, а гайка винтовой пары установлена с возможностью перемещения относительно станины и охватывает толкатель задающего механизма.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч. а ю щ е е с я тем, что задающий механизм выполнен в виде кулачкорого механизма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР ;fP561118, кл. G 01 N 11/14, 19б5.

2.Авторское свидетельство СССР If 163787, кл. G 01 N 11/10, 1968 ;прототип).

П

/«

-/J